懸索橋近似計算主要內(nèi)容1概述2懸索橋的近似分析3懸索橋主塔的計算1.概述1.1懸索橋的受力特征

懸索橋是由主纜、加勁梁、主塔、鞍座、錨碇、吊索等構(gòu)件構(gòu)成的柔性懸吊體系，其主要構(gòu)成如下圖所示。成橋時，主要由主纜和主塔承受結(jié)構(gòu)自重，加勁梁受力由施工方法決定。成橋后，結(jié)構(gòu)共同承受外荷作用，受力按剛度分配。主纜是結(jié)構(gòu)體系中的主要承重構(gòu)件，受拉為主；主塔是懸索橋抵抗豎向荷載的主要承重構(gòu)件，受壓為主；加勁梁是懸索橋保證車輛行駛、提供結(jié)構(gòu)剛度的二次結(jié)構(gòu)，主要承受彎曲內(nèi)力；吊索是將加勁梁自重、外荷載傳遞到主纜的傳力構(gòu)件，是連系加勁梁和主纜的紐帶，受拉。錨碇是錨固主纜的結(jié)構(gòu)，它將主纜中的拉力傳遞給地基。懸索橋各部分的作用1.概述懸索橋計算理論的發(fā)展與懸索橋自身的發(fā)展有著密切聯(lián)系

早期，結(jié)構(gòu)分析采用線彈性理論(由于橋跨小，索自重較輕，結(jié)構(gòu)剛度主要由加勁梁提供。中期(1877),隨著跨度的增加，梁的剛度相對降低,采用考慮位移影響的撓度理論。現(xiàn)代懸索橋分析采用有限位移理論的矩陣位移法。跨度不斷增大的同時，加勁梁相對剛度不斷減小，線性撓度理論引起的誤差已不容忽略。因此，基于矩陣位移理論的有限元方法應(yīng)運而生。應(yīng)用有限位移理論的矩陣位移法，可綜合考慮體系節(jié)點位移影響、軸力效應(yīng)，把懸索橋結(jié)構(gòu)非線性分析方法統(tǒng)一到一般非線性有限元法中，是目前普遍采用的方法。

彈性理論（1）懸索為完全柔性，吊索沿跨密布；（2）懸索線性及座標受載后不變；（3）加勁梁懸掛于主纜，截面特點不變；僅有二期恒載、活載、溫度、風力等引起的內(nèi)力。

計算結(jié)果：懸索內(nèi)力及加勁梁彎距隨跨經(jīng)的增大而增大。幾種計算理論的基本假定

撓度理論與彈性理論不同之處僅在于：考慮懸索豎向變形對內(nèi)力的影響（不考慮剪力變形、吊桿傾斜及伸縮變形，影響較小）。線性撓度理論：忽略撓度理論中活載引起的主纜水平分力與豎向位移之間的非線性關(guān)系。

計算結(jié)果：加勁梁彎距鉸彈性理論結(jié)果要小。有限位移理論

綜合考慮各種非線性因素的影響，適于大跨徑。幾種計算理論的基本假定

1.概述懸索橋設(shè)計的計算內(nèi)容精確合理地確定懸索橋成橋內(nèi)力狀態(tài)與構(gòu)形；合理確定懸索橋施工階段的受力狀態(tài)與構(gòu)形，以期在成橋時滿足設(shè)計要求；精確分析懸索橋運營階段在活載及其它附加荷載作用下的靜力響應(yīng)；★懸索橋的設(shè)計計算要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的設(shè)計階段、不同的計算內(nèi)容和要求來選用不同的力學模式和計算理論。基本上以計算主纜為主。

1.概述懸索橋成橋狀態(tài)的確定小跨徑懸索橋：確定橋成狀態(tài)采用拋物線法。由于主纜自重輕，成橋態(tài)主纜近似呈拋物線形。大跨徑懸索橋：主纜線型呈多段懸鏈線組成的索多邊形，計算主纜線型主要有非線性循環(huán)迭代法和基于成橋狀態(tài)的反算法。

2.懸索橋的近似分析2.1成橋狀態(tài)的近似計算法成橋狀態(tài)近似計算作如下基本假定：主纜為柔性索，不計其彎曲剛度；加勁梁恒載由主纜承擔；在主纜吊梁段，主纜、索夾、吊桿和加勁梁自重都等效為沿橋長均布的荷載q；在無梁段，主纜自重沿索長均勻分布。

什么是成橋狀態(tài)計算?

2.懸索橋的的近似分分析2.1成橋狀態(tài)態(tài)的近似似計算法法主纜設(shè)計計計算步步驟：導出主纜纜成橋態(tài)態(tài)的線形形、張力以及及幾何長長度的計算公公式；扣除加勁勁梁恒載載作用下下主纜產(chǎn)產(chǎn)生的彈彈性伸長長量，得得到主纜纜自由懸懸掛態(tài)的的纜長，，即自重索長長；在索鞍兩兩邊無應(yīng)應(yīng)力索長長不變的的情況下下，用主主纜在空空掛狀態(tài)態(tài)塔頂左左、右水水平力相相等的條條件求索鞍預(yù)偏偏量；由自由懸懸掛狀態(tài)態(tài)下的纜纜長扣除除主纜自自重產(chǎn)生生的彈性性伸長，，得到主主纜無應(yīng)力長長度。2.懸索橋的的近似分分析2.2加勁梁在在豎向荷荷載作用用下的近近似分析析懸索橋加加勁梁先先鉸接后后固結(jié)的的施工特特點，決決定了加加勁梁在在一期恒恒載作用用下沒有有整體彎彎矩。加勁梁豎豎向荷載載主要指指二期恒恒載和活活載等.如圖所示示。假定:忽略梁體體剪切變變形、吊吊桿的伸伸縮和傾傾斜變形形對結(jié)構(gòu)構(gòu)受力的的影響，，將離散散的吊桿桿簡化為為一連續(xù)續(xù)膜。2.懸索橋的的近似分分析懸索橋計計算模型型在成橋后后豎向荷荷載p(x)作用下，，荷載集集度由q變?yōu)閝p，外力作用用下主纜纜和加勁勁梁產(chǎn)生生撓度，主纜撓撓度由y變?yōu)?y+)，主纜水平平拉力Hq變?yōu)?Hp+Hq)。2.懸索橋的的近似分分析針對大跨跨徑懸索索橋活載載遠比恒恒載為小小的特點點，計算算中只考慮恒恒載索力力對豎向向荷載的的抗力，，形成了了線性撓撓度理論論。此時線線性疊加加原理和和影響線線加載均均可應(yīng)用用，使計計算得到到了簡化化。李國國豪教授授在此基基礎(chǔ)上于于1941年提出了了等代梁梁法和奇奇異影響響線的概概念，揭揭示了懸懸索橋受受力的本本質(zhì)，使使撓度理理論變?yōu)闉閷嵱糜嬘嬎愠蔀闉榭赡?。。?yīng)該指出出：線性撓度度理論忽忽略了豎向荷荷載本身身引起的的主纜水水平力對對加勁梁梁受力的的影響，，這將使計算結(jié)結(jié)果絕對對值增大大。因而，，用于設(shè)設(shè)計加勁勁梁是偏偏安全的的。2.懸索橋的的近似分分析2.3水平靜風風荷載作作用下的的實用計計算水平靜風風荷載作作用下懸懸索橋的的變形如如圖所示示。風載載荷在橋橋上的實實際分布布是相當當復(fù)雜的的，在靜靜風計算算中，一一般假定定風荷載載為沿橋橋跨方向向均布的的已知荷荷載。這這樣，作作用在懸懸索橋上上的風載載將分別別通過主主纜和加加勁梁傳傳到基礎(chǔ)。風風荷在主主纜與加加勁梁之之間的傳遞是是由吊索索完成的的，其受受力根據(jù)剛度度分配。?？梢娧醒芯快o風風荷載的計算算問題，，首先必必須研究究風載在主纜纜和加勁勁梁上的的分配問問題。簡單的計計算方法法有均等分配配法。水平靜風風荷載作作用下的的懸索橋橋2.懸索橋的的近似分分析這種方法法假定橫橫向風荷荷在加勁勁梁和主主纜間產(chǎn)產(chǎn)生的重重分配力力(實質(zhì)上就就是吊桿桿沿梁長長每延米米的水平平分力)為沿梁長長的均布布荷載q，索面和梁梁體在位位移時保保持剛性性轉(zhuǎn)動。。實際上風風的重分分配力q并不會沿沿梁長均均勻分布布，而是是梁長座座標x的函數(shù)，，記為q(x)，索面和和梁的位位移也不不滿足剛剛性轉(zhuǎn)動動假定。。因此，，均等分配配法的計計算算精精度度較較差差。。相比比之之下下，，彈性性分分配配法法就有有較較高高的的計計算算精精度度。。3.主塔塔的的計計算算3.1受力力特特點點懸索索橋橋主主塔塔承承受受的的主主要要荷荷載載有有:直接接作作用用于于塔塔身身的的自自重重、、風風荷荷、、地地震震荷荷載載、、溫溫變變荷荷載載；；由主主纜纜傳傳來來的的荷荷載載,它一一方方面面改改變變加加勁勁梁梁和和主主纜纜傳傳至至塔塔上上的的豎豎向向荷荷載載，，另另一一方方面面將將在在塔塔頂頂產(chǎn)產(chǎn)生生順順橋橋向向和和橫橫橋橋向向的的水水平平位位移移，，當當兩兩根根主主索索受受力力不不一一致致時時，，主主塔塔還還會會受受扭扭。。3.2主塔塔在在縱縱向向荷荷載載作作用用下下的的實實用用計計算算縱向向荷荷載載是是指指順順橋橋向向的的風風荷荷載載、、地地震震荷荷載載、、加加勁勁梁梁和和主主纜纜傳傳到到主主塔塔的的活活載載等等。。在活活載載作作用用下下，，橋橋塔塔將將發(fā)發(fā)生生水水平平位位移移，，由由于于主主塔塔縱縱向向抗抗推推剛剛度度相相對對較較小小，，塔塔頂頂水水平平位位移移的的大大小小，，主主要要是是由由主主纜纜重重力力剛剛度度的的水水平平分分量量決決定定，，而而與與塔塔的的抗抗彎彎剛剛度度關(guān)關(guān)系系不不大大。?；钶d載計計算算中中常常忽忽略略塔塔的的彎彎曲曲剛剛度度，，先先求求出出主主塔塔水水平平位位移移，，再再將將它它作作為為已已知知條條件件計計算算主主塔塔內(nèi)內(nèi)力力。。在計計算算中中，，必必須須考考慮慮兩兩種種加加載載狀狀態(tài)態(tài)：：最大大豎豎向向荷荷載載與與相相應(yīng)應(yīng)塔塔頂頂位位移移狀狀態(tài)態(tài)；；最大大塔塔頂頂位位移移與與相相應(yīng)應(yīng)豎豎向向荷荷載載狀狀態(tài)態(tài)。。一般般來來說說，，后后一一種種狀狀態(tài)態(tài)可可能能更更為為不不利利。。3.主塔塔的的計計算算圖為為縱縱向向荷荷載載作作用用下下橋橋塔塔的的計計算算模模式式。。塔頂作用著主主纜豎向分力力p，活載或其它荷荷載引起的塔塔頂水平位移移、加勁梁傳來來的集中力R，塔身受有塔自自重、順橋向向風載或其它它廣義縱向縱縱向荷載，用用帶有幾何非非線性的平面面桿系程序，，可以直接對對塔進行分析析。為了定性分析析，將塔自重重集中于塔頂頂，討論等截截面塔在活載載作用下的受受力情況?？v向荷載作用用下橋塔的計算模模式3.3主塔在橫橋向向荷載作用下下的計算在橫橋向荷載載作用下，橋橋塔的計算模模式如圖：塔頂作用著主主纜的豎向分分力，主纜傳傳來的橫向水水平力Hc，下橫梁上作用用著加勁梁傳傳來的豎向力力Rs和橫向水平力力Hs，塔上還受有橫橫向風載w、地震等廣義荷荷載(y)和主塔自重。。由于主塔受到到主纜傳來的的巨大豎向分分力P，因此分析時仍仍需用帶有幾幾何非線性的的桿系程序。。圖14.10的分析模式中中忽略了主纜纜對塔的水平平約束(非保向力)作用，因此，，其結(jié)果是偏偏安全的。橋塔橫橋向荷荷載作用下的的計算模式3.4主塔在橫橋向向荷載作用下下的組合主塔是在縱橫橫橋向荷載共共同作用下工工作的,其響應(yīng)可以用用直接用空間間有限元計算算,也可以用上面面兩個平面問問題來計算，，采用后者計算算,內(nèi)力(應(yīng)力)組合時必須注注意,豎向荷載引起起的軸向力不不能重復(fù)迭加加3.5主塔的穩(wěn)定計計算塔在掛索前和和成橋后作用用縱向荷載時時都有失穩(wěn)的的可能，必須須對這兩種狀狀態(tài)進行穩(wěn)定定驗算。掛索前主塔可可看成是一單單端固定受自自重作用的變變截面柱?？煽蓪⒆兘孛嬷鶈栴}等效成成等截面柱問問題來計算。。3.主塔的計算在成橋狀態(tài)下下