悬索桥结构计算理论.ppt

悬索桥结构计算理论 1.概述 1.概述(续) 几种计算理论的基本假定 弹性理论 （1）悬索为完全柔性，吊索沿跨密布； （2）悬索线性及座标受载后不变； （3）加劲梁悬挂于主缆，截面特点不变；仅有二期恒载、活载、温度、风力等引起的内力。 计算结果：悬索内力及加劲梁弯距随跨经的增大而增大。 1.概述(续) 2.悬索桥的近似分析 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 2.悬索桥的近似分析(续) 3.主塔的计算 3.主塔的计算(续) 3.主塔的计算(续) 3.主塔的计算(续) 3.主塔的计算(续) 3.主塔的计算(续) 3.主塔的计算(续) 3.主塔的计算(续) 以中跨为例，说明成桥状态的计算 1) 中跨主缆索形与张力计算(续) 若座标系如图选取，式(3)的解为： (5) (4) 式中：f为索端连线在跨中到主缆的竖向距离，即矢高； l为跨径； Hq为主缆水平力 式(4)是一抛物线方程，用这种方法计算主缆也称抛物线法。 将式(4)代入式(3)，得： 可知：成桥态主缆水平分力处处相等。 对于不吊梁的主缆段，其索形为悬链线。 用抛物线法确定的索形是近似的，误差来自基本假定3。 8f q l H = 2 2) 中跨主缆成桥态和自由悬挂态的中心索长计算 根据中跨索形方程积分，可得成桥态主缆中心线有应力索长为： (13) (11) 将其展开为级数形式，则： S=l(1+8/3 n2 －32/5 n4 + ...... ) 其中: n=f/l，为矢跨比；S为索长。 加劲梁自重作用下主缆产生的弹性伸长量为： 式中：H=ql2/8f，为一、二期恒载引起的主缆近似水平拉力； Ec为主缆弹性模量；Ac为主缆面积。 成桥态缆长扣除加劲梁自重引起的主缆弹性伸长量，可得自由悬挂态的缆长为： S1 = S－△S1 (12) (14) 主缆自由悬挂状态下，索形为悬链线。取中跨曲线最低点为坐标原点，则对称悬链线方程为： (16) (15) 式中： c=H/q；H为索力水平投影；q为主索每延米重。 主缆自重引起的弹性伸长为： 3) 主缆与吊索的无应力索长计算 则主缆无应力长度为: S0=S－?S1－?S2 根据成桥状态主缆的几何线型、桥面线型，求得各吊索的有应力长度，扣除弹性伸长量，即得吊索无应力长度。 (17) 为了保证成桥态主塔不受弯，必须保证成桥状态下主缆中、边跨水平分力Hq是自平衡的。 如果在挂索初期就强迫将主索就位于成桥状态，塔顶两边索的不平衡水平力将在塔内产生强大的弯矩，导致主塔失效或主塔发生很大的弯曲内力与变形 为了使主塔在施工过程中始终处于低弯矩状态，从挂索开始就必须使鞍座有一个预偏量，并在施工过程中对它进行不断调整。 确定鞍座预偏量的原则是挂索初态索自重在塔两边引起的水平力相等。 根据索长、索力与索竖向投影和水平投影的关系，通过迭代计算，就可求出鞍座的预偏量。 4) 鞍座预偏量的概念 等代梁法 如图示一受拉、弯耦合作用的简支梁，其上受均布荷载 ，两端拉力为Hq，在x截面处外荷引起的挠度为?，其弯矩为： 根据梁的理论： (29) 受拉、弯耦合作用的简支梁 等代梁法(续) 对x求两次导数，整理得： 将式(18)代入(31)，则： 式(32)与线性挠度理论的平衡微分方程式（23）完全一致。可见，悬索桥线性挠度理论可以用等效梁来进行计算，这种方法称为等代梁法。 (32) (31) (30) * * 悬索桥结构计算理论 主要内容 概 述 ? 悬索桥的近似分析 悬索桥主塔的计算 悬索桥成桥状态和施工状态的精确计算 1.1 悬索桥的受力特征 悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系， 其主要构成如下图所示。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。成桥后，结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。 主缆是结构体系中的主要承重构件，受拉为主； 主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，受压为主； 加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，主要承受弯曲内力； 吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带，受拉。 锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基