悬索桥—计算

1、目录下页上页悬 索 桥目录下页上页内容提要能力要求本章主要介绍悬索桥的结构类型及构造，悬索桥的计算及施工简介。本章的教学重点悬索桥的结构类型及构造；教学难点为悬索桥的计算及施工。通过本章的学习，学生应达到掌握各类悬索桥的结构类型及构造，熟悉悬索桥的计算及施工简介。X.1 悬索桥的概述X.2 悬索桥的构造X.3 悬索桥的计算习题与思考题目录下页上页一、悬索桥的计算理论（一）悬索桥的受力特征（一）悬索桥的受力特征 悬索桥是一种柔性悬吊体系，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。各构件受力：主缆主缆是结构体系中的主要承重构件，受拉受拉为主；主塔主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件

2、，受压受压为主；加劲梁加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，主要承受弯曲内力弯曲内力；吊索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，受拉受拉；锚碇锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。 目录下页上页（二）计算理论的发展线弹性理论挠度理论有限位移理论目录下页上页（三）弹性理论1823年法国人纳维(Navier)发表了悬索桥的弹性理论,认为主缆承受自重及全部桥面恒载,它的几何形状为二次抛物线，这一线形不因后来作用于桥面上的外荷载而变化。并假定吊索长度不因活载而伸长，沿主缆各点的竖向挠度和加劲梁各相应点的挠度一样。这样悬索桥就是主缆和加劲梁的

3、简单组合体系，具有线弹性性质，叠加原理对它适用，加劲梁是承重结构体系中的重要组成部分，而结构在活载作用下的挠度则同加劲梁的抗弯刚度密切相关。悬索桥应用早期，由于跨度小，梁有足够的刚度，而且恒载相对活载来说较大，因此作用上活载后结构的变形对平衡的影响并不大，应用弹性理论已能满足要求。 目录下页上页1、基本假定 （1）悬索为完全柔性，吊索沿跨密布；（2）悬索线型及座标受载后不变；（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。2、适用：桥跨小，索自重较轻，结构刚度主要由加劲梁提供工程中，悬索桥跨径突破300米，当时

4、的遇到的问题是活载挠度过大，曾通过增大加劲梁刚度来解决这一问题，主梁高跨比用到1/40左右，过大挠度对内力影响不能忽略。目录下页上页（四）挠度理论1908年梅兰（Melan）提出了悬索桥分析的挠度理论，并经1908年在纽约的曼哈顿（Manhattan）大桥设计中采用。考虑挠度对内力的影响并假定加劲梁不承受恒载而得到的加劲梁挠曲微分方程，及根据主缆两端锚固点之间伸长的水平投影为0的几何条件得到的用以确定主缆水平力的方程，为挠度理论的两个基本方程式。因活载产生的主缆水平力与挠度是联立的，方程只能通过试算的方法求解。针对恒活载比值较大的特点，提出了只考虑恒载产生的主缆拉力对活载产生竖向位移的抵抗，即

5、线性挠度理论。李国豪教授于1941年提出了等代梁法，用受轴向拉力的等代梁的平衡方程来代替实际悬索桥的平衡微分方程，在把挠度理论推广到工程实用上，李国豪教授作出了杰出的贡献。目录下页上页1、基本假定忽略（1）吊索的倾斜、伸长；（2）主缆节点的水平位移；（3）加劲梁的剪切变形等因素，使分析结果的精度受到限制。 线性挠度理论：忽略挠度理论中活载引起的主缆水平分力与竖向位移之间的非线性关系。计算结果：加劲梁弯距比弹性理论结果要小。与弹性理论不同之处仅在于：考虑悬索竖向变形对内力的影响。目录下页上页（五）有限位移理论Brotton于1966年首次发表了利用平面结构分析中的刚度矩阵并引进修正刚度矩阵，对悬

6、索桥按平面构架进行分析。与此同时，Poshitt、Tezcan、Saafan也相继发表了悬索桥分析的有限位移理论。在有限位移理论中，荷载的平衡状态是以变形后的结构状态为基础的。采用有限位移理论进行分析，对所分析的对象可以采用更符合实际的计算模型，其结果当然也就更为精确。目录下页上页（六）悬索桥设计的计算内容精确合理地确定悬索桥成桥成桥内力状态与构形；合理确定悬索桥施工施工阶段的受力状态与构形，以期在成桥时满足设计要求；精确分析悬索桥运营阶段在活载及其它附加荷载附加荷载作用下的静力响应；小跨径悬索桥：确定桥成状态采用抛物线法。大跨径悬索桥：主缆线型呈多段悬链线组成的索多边形，计算主缆线型主要有非线性循