解析法计算自锚式悬索桥成桥状态的主缆线形对比分析.doc

解析法计算自锚式悬索桥成桥状态的主缆线形对比分析 第3O卷第4期 2011年8月 兰州交通大学 JournalofImnzhouJiaotongUniversity Vo1.30No.4 Aug.2011 文章编号:1OOl一4373(2O11)O4—0063—04 解析法计算自锚式悬索桥成桥状态的主缆线形对比分析 李子奇,樊燕燕 (1.兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室,甘肃兰州730070;2.兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070) 摘要:随着工程材料技术的不断发展,桥梁结构设计要满k-if-常的使用要求,也要注重桥梁的美观.由于自锚式 悬索桥造型美观的优点,使得自锚式悬索桥在市政桥梁中广泛采用.基于自锚式悬索桥主缆成桥线形为抛物线和 悬链线两种解析法计算理论,采用Fortran语言编制的解析法计算程序对成都市清水河自锚式悬索桥成桥主缆线 形进行了对比计算分析.算例表明:对自锚式悬索桥采用分段悬链线的计算结果和实际情况最为接近. 关键词:自锚式悬索桥;抛物线;悬链线;解析法;成桥状态;主缆线形 中图分类号:U448.25文献标志码:A 随着新材料新工艺的不断发展,新型大跨度桥 梁结构大量应用于线路跨越城市立交,河流,海湾等 设计中.自锚式悬索桥因由其独特的结构和受力上 的优点,近些年来也大量的应用在城市桥梁中.自锚 式悬索桥是把主缆锚固到桥面板或加劲梁的两端. 由它们来承担主缆中的水平分力[1].主缆提供的巨 大水平力相当于间接的给混凝土加劲梁施加了免费 的纵向预应力,从而有助于起拱的加劲梁承担荷 载L2].自锚式悬索桥的主缆架设是该类桥梁施工的 关键.因为,自锚式悬索桥的主缆在架锚固完成后, 主缆的长度和线形很难调整.当主缆的制作出现误 差时,可以通过锚固处的锚具螺纹进行调整,以达到 调整主缆线形的目的[3],保证悬索内力和线形符合 设计要求.因此,要对自锚式悬索桥的施工过程进行 有效的控制.在控制前期必须对桥梁的主缆进行精 确计算,确保桥梁成桥后的线形,内力的合理. 1工程概况 清水河大桥为独塔自锚式悬索桥,跨径布置为 (26+2×70+26)m,桥面宽14.751TI,单向3车道, 索塔塔高56.01TI,其中主体结构高40.752ITI,顶部 装饰高15.248In.主缆采用预制平行索股逐根架设 的施工方法(PPWS),每根主缆由14股127丝5.3 mm的镀锌高强钢丝组成,公称抗拉强度为1770 MPa.主缆在索夹内空隙率取值为18,直径为 246.8mm.其锚固体系采用热铸锚具.清水河桥立 收稿日期:2011—0609 作者简介:李子奇(I974一),男,内蒙古武川人,副教授,博士生 面图如图1所示. 2600l5od12×4007b(7do12x400Isod26OO 一f111 砸c龋 图1清水河桥立面没有水平方向的荷载,对于图3所 示索段微元1—2,由平衡条件===0,可得H一H. === H,再由平衡条件EY一0,可得下列微分方程: H2学一H1学一一k(1) 64兰州交通大学第3O卷 式中:为作用于微段上的水平分力. 由于d2一dy1一d2Y 所以d2y .一(则有 1)当q为沿水平方向均布且cU===q为常数时, 对式(2)积分可得: 一一 .++BY一一十m十 q(抛物线) 工口工]二]皿 图2索段示意图 Fig.2Theschematicdiagramofcablesection —— +?H2 \乃 — ds —q一q 研 d2y 一一 q X/1q-(--~)2Hdx2一 (7) (8) c3根据边界条件:{三 可以得到积分方程: 一c.sh(cx+a)]+6(9) ltl3家佩兀不葸幽 Fi孚3Theschematicdiagramofcablemicro.unit 由边界条件:{三IZ￡’V一凡. 可得:B=0,A一争+巫2H(4) 即有一一+’丁h+巫2H)z(5) 因此当假定主缆所受荷载沿水平方向均布时, 主缆线形为二次抛物线.特别对于两端等高的主缆, 若跨度为L,矢高为时,则抛物线方程为 一 4f~-(1一)(6) 比较式(5)和式(6),可知一,即H一 8f.因此,在沿水平方向均匀分布的荷载作用下, 主缆拉力的水平分力为H一. 2)当为沿主缆曲线分布时,ds微段沿水平方 向的分布力[5]为 式中:c一,n—sinh一 [hc]一譬,6一 一 cosh(n). 因此,沿主缆均布荷载q作用下,主缆为悬链 线. 3悬链线主缆线形计算图示 对主缆而言,在成桥状态下所受荷载为沿弧长 均布的主缆自重荷载及通过吊索传递的集中力.因 此主缆受力图式可简化为承受沿弧长均布荷载和吊 索处作用集中力的柔性索,各吊点之间的主缆线形 为受主缆自重作用的分段悬链线或者抛物线,即整 个主