懸索橋—計算

1、目錄下頁上頁懸 索 橋目錄下頁上頁內(nèi)容提要能力要求本章主要介紹懸索橋的結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)造，懸索橋的計算及施工簡介。本章的教學(xué)重點懸索橋的結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)造；教學(xué)難點為懸索橋的計算及施工。通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到掌握各類懸索橋的結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)造，熟悉懸索橋的計算及施工簡介。X.1 懸索橋的概述X.2 懸索橋的構(gòu)造X.3 懸索橋的計算習(xí)題與思考題目錄下頁上頁一、懸索橋的計算理論（一）懸索橋的受力特征（一）懸索橋的受力特征 懸索橋是一種柔性懸吊體系，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。各構(gòu)件受力：主纜主纜是結(jié)構(gòu)體系中的主要承重構(gòu)件，受拉受拉為主；主塔主塔是懸索橋抵抗豎向荷載的主要承重構(gòu)件

2、，受壓受壓為主；加勁梁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)力彎曲內(nèi)力；吊索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，受拉受拉；錨碇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。 目錄下頁上頁（二）計算理論的發(fā)展線彈性理論撓度理論有限位移理論目錄下頁上頁（三）彈性理論1823年法國人納維(Navier)發(fā)表了懸索橋的彈性理論,認(rèn)為主纜承受自重及全部橋面恒載,它的幾何形狀為二次拋物線，這一線形不因后來作用于橋面上的外荷載而變化。并假定吊索長度不因活載而伸長，沿主纜各點的豎向撓度和加勁梁各相應(yīng)點的撓度一樣。這樣懸索橋就是主纜和加勁梁的

3、簡單組合體系，具有線彈性性質(zhì)，疊加原理對它適用，加勁梁是承重結(jié)構(gòu)體系中的重要組成部分，而結(jié)構(gòu)在活載作用下的撓度則同加勁梁的抗彎剛度密切相關(guān)。懸索橋應(yīng)用早期，由于跨度小，梁有足夠的剛度，而且恒載相對活載來說較大，因此作用上活載后結(jié)構(gòu)的變形對平衡的影響并不大，應(yīng)用彈性理論已能滿足要求。 目錄下頁上頁1、基本假定 （1）懸索為完全柔性，吊索沿跨密布；（2）懸索線型及座標(biāo)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(fēng)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。2、適用：橋跨小，索自重較輕，結(jié)構(gòu)剛度主要由加勁梁提供工程中，懸索橋跨徑突破300米，當(dāng)時

4、的遇到的問題是活載撓度過大，曾通過增大加勁梁剛度來解決這一問題，主梁高跨比用到1/40左右，過大撓度對內(nèi)力影響不能忽略。目錄下頁上頁（四）撓度理論1908年梅蘭（Melan）提出了懸索橋分析的撓度理論，并經(jīng)1908年在紐約的曼哈頓（Manhattan）大橋設(shè)計中采用?？紤]撓度對內(nèi)力的影響并假定加勁梁不承受恒載而得到的加勁梁撓曲微分方程，及根據(jù)主纜兩端錨固點之間伸長的水平投影為0的幾何條件得到的用以確定主纜水平力的方程，為撓度理論的兩個基本方程式。因活載產(chǎn)生的主纜水平力與撓度是聯(lián)立的，方程只能通過試算的方法求解。針對恒活載比值較大的特點，提出了只考慮恒載產(chǎn)生的主纜拉力對活載產(chǎn)生豎向位移的抵抗，即

5、線性撓度理論。李國豪教授于1941年提出了等代梁法，用受軸向拉力的等代梁的平衡方程來代替實際懸索橋的平衡微分方程，在把撓度理論推廣到工程實用上，李國豪教授作出了杰出的貢獻。目錄下頁上頁1、基本假定忽略（1）吊索的傾斜、伸長；（2）主纜節(jié)點的水平位移；（3）加勁梁的剪切變形等因素，使分析結(jié)果的精度受到限制。 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：加勁梁彎距比彈性理論結(jié)果要小。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。目錄下頁上頁（五）有限位移理論Brotton于1966年首次發(fā)表了利用平面結(jié)構(gòu)分析中的剛度矩陣并引進修正剛度矩陣，對懸

6、索橋按平面構(gòu)架進行分析。與此同時，Poshitt、Tezcan、Saafan也相繼發(fā)表了懸索橋分析的有限位移理論。在有限位移理論中，荷載的平衡狀態(tài)是以變形后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為基礎(chǔ)的。采用有限位移理論進行分析，對所分析的對象可以采用更符合實際的計算模型，其結(jié)果當(dāng)然也就更為精確。目錄下頁上頁（六）懸索橋設(shè)計的計算內(nèi)容精確合理地確定懸索橋成橋成橋內(nèi)力狀態(tài)與構(gòu)形；合理確定懸索橋施工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附加荷載作用下的靜力響應(yīng)；小跨徑懸索橋：確定橋成狀態(tài)采用拋物線法。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