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臣心一片磁针石,不指南方不肯休。——文天祥
悬索桥基本理论知识:
1)众所周知,悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件组成
的柔性悬吊组合体系。主缆是结构体系中的主要承重构件,是几何可变体系,主
要靠恒载产生的初始拉力以及几何形状的改变来获得结构刚度,以抵抗荷载产生
的变形’因而使得大跨度悬索桥在施工阶段具有强烈的几何非线性。
2)在以往的地震反应分析中,惯用的方法是对几
何非线性进行近似考虑,即只考虑缆索的弹性模量的修正和恒载静力平衡时的重
力刚度
Fleming和Eqesli15】早在1982年就采用线性分析方法和考虑结构几何非线性
的分析方法对跨度200m左右的斜拉桥进行了地震反应分析。Fleming研究的几
何非线性分析计算理论对斜拉桥、悬索桥的非线性研究工作是一个巨大的贡献,
其分析方法至今被人借鉴。他们研究的结论是:线性分析方法和非线性分析方法
所得到的斜拉桥地震反应结果非常相近。
结构几何非线性的影响对地震反应并不显著,但随着跨度增大,
非线性影响将会增大,其趋势是减小结构的反
1LJ.Tuladhar和W.H.Dilg盯18J分别采用等效弹性模量、几何刚度矩阵、u.L.
列式考虑结构的几何非线性建立了动力增量方程,分析了跨度从300m到450m
的四座斜拉桥的几何非线性对其静力和地震反应的影响。他们指出对于大跨度斜
拉桥考虑几何非线性后,结构的静力和地震反应都有比较明显的增加。
朱稀和王克海H采用有限位移理论,考虑斜拉索的垂度、结构的梁柱效应和
结构的大位移引起的结构几何非线性,研究大跨度斜拉桥在自重和拉索的初张力
作用下的平面和空间静力、动力分析方法。分析了主跨分别为335m和671m
的三跨斜拉桥,认为斜拉桥结构考虑几何非线性后结构的整体刚度有所提高。
邓育林【”J利用ANSYS软件对主跨460m的重庆市奉节长江公路大桥(斜拉
桥)进行了线性和几何非线性地震时程分析,认为非线性对大跨度斜拉桥动力反
应影响很大,考虑几何非线性后地震反应结果增大。
文献11lI报道林同炎国际咨询公司考虑应力和位移对刚度的影响,利用牛顿
一拉夫森切线刚度迭代法求解结构变形后的平衡方程组,对金门大桥(悬索桥)
的非线性研究结论是:非线性分析计算预计的位移大约比传统的线性结果小18
倍。这样一个结论,几乎可否定传统的线性分析。没有任何文献报道斜拉桥地震
反应的线性分析结果和非线性分析结果具有如此大的差异。
臣心一片磁针石,不指南方不肯休。——文天祥
悬索桥是以主缆为主要承重构件的柔性悬吊组合体系,主要靠恒载产生的初
始拉力以及几何形状的改变来获得结构刚度,以抵抗荷载产生的变形。在正常设
计荷载作用下,即使材料应力没有超过弹性范围,也会由于结构的有限变形而表
现出一定的几何非线性行为。
从有限位移理论的角度来分析,引起大跨度悬索桥的几何非线性的因素主要
有三个:①缆索垂度效应;②梁柱效应:③大位移。
(1)缆索垂度效应
缆索由于自重作用而下垂,导致其弹性模量也存在一定的下降或损失,使得
索内拉力与位移成非线性关系。考虑缆索非线性变化的简便方法是把它视为与它
的弦长等长度的桁架直杆。其等效弹性模量包括材料变形、构造伸长和垂度变化
三个因素的影响,其表达式称为Ernst公式,是由德国学者Ernst在1965年首先
提出的。
(2)梁柱效应
小变形情况下,弯曲单元的轴向和弯曲刚度可认为是不耦合的。然而,当变
形较大情况下,同时遭受轴力和弯矩时,单
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