混凝土斜拉橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算

混凝土斜拉橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算第1頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙塔斜拉橋與多塔斜拉橋的受力特點(diǎn)第2頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第3頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、計(jì)算方法概述分析方法一般簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，采用桿系有限元計(jì)算直接采用空間桿系有限元方法考慮因素幾何非線性中小跨度索的垂度效應(yīng)P－

效應(yīng)大跨度：大變形理論收縮、徐變、溫度等引起的變形和內(nèi)力重分布錨下局部應(yīng)力計(jì)算:先進(jìn)行整體分析，然后按圣維南假定，取出局部進(jìn)行局部應(yīng)力分析施工過(guò)程計(jì)算非常重要第5頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、斜拉索的結(jié)構(gòu)特性－索垂度效應(yīng)混凝土斜拉橋的拉索一般為柔性索，高強(qiáng)鋼絲外包的索套僅作為保護(hù)材料，不參加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度對(duì)索的受拉性能有影響，同時(shí)索力大小對(duì)垂度也有影響。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在實(shí)際計(jì)算中索一般采用一直桿表示，以索的弦長(zhǎng)作為桿長(zhǎng)。關(guān)健問(wèn)題是考慮索垂度效應(yīng)對(duì)索的伸長(zhǎng)與軸力的關(guān)系影響，這種影響采用修正彈性模量來(lái)考慮，其計(jì)算思路如下：索在恒載作用下的幾何方程設(shè)索無(wú)荷載作用時(shí)的長(zhǎng)度為l，如下圖，由索任意截面彎矩為零有：1、垂度對(duì)索軸向變形的影響第6頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于索的跨中截面,有：對(duì)上式積分可得到索的幾何方程為懸鏈線由第7頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可得：由于：

索的伸長(zhǎng)與垂度的關(guān)系索的幾何形狀為懸鏈線，如近似按拋物線考慮，則索在自重作用下的長(zhǎng)度為：則索的伸長(zhǎng)為：第8頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等效彈性模量實(shí)際上在應(yīng)力索的軸向變性由兩部分組成（1）索自身的彈性變形；（2）垂度效應(yīng):則結(jié)構(gòu)的等效彈性模量可表示為則用彈性模量表示有：其中為索容重第9頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、平面桿系有限元法（直接剛度法）計(jì)算斜拉橋內(nèi)力和變形國(guó)內(nèi)對(duì)于中小跨度斜拉橋一般采用平面桿系有限元計(jì)算斜拉橋的內(nèi)力和變形，分析時(shí)主梁和塔采用梁?jiǎn)卧?，而索采用直桿單元，桿單元的彈性模量采用前面推導(dǎo)的修正彈性模量考慮垂度效應(yīng)。桿單元和梁?jiǎn)卧膯蝿偩仃嚪謩e為：第10頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月桿單元式中A，l分別為斜拉索的鋼絲面積和弦長(zhǎng)梁?jiǎn)卧癙－效應(yīng)斜拉橋的主梁和塔都是同時(shí)存在壓力和彎矩。軸力和彎矩相互作用（如下圖），考慮軸力和彎矩相互作用后彎矩平衡方程為：任意截面彎矩第12頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在實(shí)際中采用穩(wěn)定函數(shù)的概念來(lái)考慮彎矩和軸力的相互作用，考慮彎矩和軸力相互作用后的單剛矩陣為：上式中：為未修正的剛度，按結(jié)構(gòu)力學(xué)教材計(jì)算，為考慮彎矩、軸力相互作用的穩(wěn)定函數(shù)，可參考有關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算。第13頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、斜拉橋的恒載計(jì)算成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定施工時(shí)張拉索力及梁段標(biāo)高：倒退分析根據(jù)施工過(guò)程計(jì)算恒載收縮、徐變的影響溫度影響前進(jìn)分析1、成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定國(guó)內(nèi)成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定目前有兩種方法：（1）剛性支承連續(xù)梁法；（2）指定主梁應(yīng)力法。其中剛性支承連續(xù)梁法應(yīng)用得較多。第14頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月剛性支承連續(xù)梁法所謂剛性支承連續(xù)梁法就是求一組恒載索力值，使主梁在恒載和索力作用下，成橋后索梁連接點(diǎn)處的位移為零。這時(shí)主梁的恒載彎矩即為剛性支承連續(xù)梁的彎矩。具體計(jì)算過(guò)程如下：首先根據(jù)一次落架，計(jì)算在恒載作用下（索力為零）索梁連接點(diǎn)處的垂直位移和塔頂水平位移（i=1,2,3…）然后依次計(jì)算出拉索為單位力時(shí)對(duì)這些點(diǎn)的影響量，k為節(jié)點(diǎn)編號(hào)，i為拉索邊號(hào)。于是在恒載和索力共同作用下，以使各節(jié)點(diǎn)豎向位移為零為條件可以寫(xiě)出如下線性方程組：第15頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、倒退分析（計(jì)算施工時(shí)張拉索力、及施工時(shí)梁段標(biāo)高）倒退分析法是從斜拉橋成橋狀態(tài)（初始恒載狀態(tài)）出法，按照與實(shí)際施工次序相反相反的順序，進(jìn)行逐步倒退計(jì)算而得到各施工階段的控制參數(shù)。結(jié)構(gòu)據(jù)此數(shù)據(jù)按正裝順序施工完畢，在理論上斜拉橋的恒載內(nèi)力和變形便可達(dá)到預(yù)定的成橋狀態(tài)第16頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、根據(jù)施工過(guò)程計(jì)算恒載（前進(jìn)分析〕第18頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、施工空制第21頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月前進(jìn)和倒退分析第22頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第24頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、斜拉橋的活載內(nèi)力分析

在成橋狀態(tài)利用影響線加載求活載內(nèi)力

索彈性模量?jī)H考慮恒載修正

剛度矩陣的P-效應(yīng)僅考慮恒載七、斜拉橋的穩(wěn)定性及局部應(yīng)力穩(wěn)定性斜拉橋平面穩(wěn)定塔墩面內(nèi)穩(wěn)定塔墩面外穩(wěn)定第25頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)斜拉橋的動(dòng)力分析一、概述引起振動(dòng)的主要因素車(chē)