分析温度对斜拉桥成桥状态的影响
分析温度对斜拉桥成桥状态的影响
摘要：本文以成桥状态下的马岭河大桥（斜拉桥）为工程背景，通过考虑整体温差、主梁日照温差、主墩两侧温差、索梁温差，分析温度对斜拉桥成桥状态的影响。研究表明：整体温差、索梁温差对主梁内力、位移和索力影响较大，而主梁日照温差、主墩两侧温差对主梁内力、位移、索力影响较小。
关键词：双塔,斜拉桥,成桥状态,温度,内力,位移,索力
0引言
斜拉桥合理成桥状态一般主要考虑了施工过程、二期恒载和混凝土收缩徐变等的影响，而对成桥后的温度影响则未予考虑。而整体温差、主梁及桥塔日照温差和索梁温差是斜拉桥成桥状态温度的主要影响影响。因此应对其他荷载和影响因素进行分析以确定斜拉桥成桥状态后,从而保证大桥结构在各种荷载组合下是安全可靠的。目前有人对斜拉桥成桥合理状态的影响因素其温度进行了研究[1-6]，但还不够完善。因此，本文主要从温度对成桥状态的影响作分析，以马岭河特大桥360m主跨斜拉桥为背景,分析温度对其成桥状态的影响程度，为大桥设计提供参考。
1桥梁概况
马岭河特大桥主桥桥跨布置：155+360+150m为预应力混凝土斜拉桥。8号塔墩处主梁与主塔通过下横梁实行临时固结，9号塔墩处主梁与主塔通过桥塔下横梁实行永久固结，施工完成后形成半漂浮体系。大
迈达斯斜桥与弯桥分析
斜桥与弯桥分析 北京迈达斯技术有限公司 2007年8月
目录 1. 斜桥 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 斜交桥梁的受力特点 (1) 1.3 建模方法 (2) 2. 弯桥 (3) 2.1 概述 (3) 2.2 弯桥的受力特点 (3) 2.3 建模方法 (4) 2.4 弯桥建模例题 (5)
1. 斜桥 1.1 概述 桥梁设计中，会因为桥位、线型的因素，而需要将桥梁做成斜交桥。斜交桥受力性能较复杂，与正交桥有很大差别。平面结构计算软件无法对其进行精确的分析，限制了此类结构桥型的应用。 1.2 斜交桥梁的受力特点 a) 钝角角隅处出现较大的反力和剪力，锐角角隅处出现较小的反力，还可能出现翘 起；（图1.2.1） b) 出现很大的扭矩；（图1.2.2） c) 板边缘或边梁最大弯矩向钝角方向靠拢。（图1.2.3 ~ 图1.2.4） 图1.2.1 斜交空心板桥支点反力 图1.2.2 斜交空心板桥扭矩图
图1.2.3 正、斜交板桥自重弯矩图（板单元） 图1.2.4 正、斜交空心板桥自重弯矩图（梁格单元） 这些效应的大小与斜交角度大小也有很大的关系，斜交角度越大，上述效应就越大。一般来说斜交角度小于20度时，对于简支斜交桥的上述影响可以忽略。如果斜交角度超过20度就必须考虑上述效应的影响。设计人员还应根据实际情况，找出适当的处理方案。 1.3 建模方法 对斜交桥梁多用梁格法建立模型。可用斜交梁格或正交梁格来建模。对于斜交角度小于20度时，使用斜交梁格是非常方便的。但是对于大角度的斜交桥，根据它的荷载传递特性，建议选用正交梁格，而且配筋时也尽量沿正交方向配筋。 图1.3.1 斜交梁格与正交梁格
斜拉桥设计计算参数分析
斜拉桥设计计算参数分析 1 概述 斜拉桥属高次超静定结构,所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主梁线形、结构内力有着密切的联系。并且在施工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载状态的断变化,主梁线形和结构内力亦随之不断发生变化。因此,需对斜拉桥的每一施工阶段进行详尽的分析、验算,从而求得斜拉索张拉吨位和主梁挠度、主塔位移等施工控制参数,并依此对施工的顺序做出明确的规定,并在施工中加以有效的管理和控制。 2 设计参数分析 2.1 主梁的中、边跨跨径比 主梁的中、边跨跨径比反映了结构体系的变形特性和锚索的抗疲劳性能： 从图1、图2可见，三跨钢斜拉桥的中边跨跨径比较多地位于2．0～3．5之间，集中在2．5处；三跨混凝土斜拉桥的相应数值则为1．5～3．0，较集中于2．2处。 就一般而言，中、边跨跨径的比值大于2．0，将能控制锚索的应力幅度在一定的范围内，并提高结构体系的总体刚度。在许多斜拉桥中，虽然中、边跨跨径的比值较小，但边跨中往往采用设置辅助墩或将主梁与引桥连接形成组合体系以提高结构刚度，适应结构的变形要求。 2.2 主梁自重分析 选取某斜拉桥桥5号、9号梁段(见图3)，各自增重5 %(其它参数取理论值) ,分别计算得到在浇筑完5号、9号梁段后各控制点挠度及主梁控制截面弯矩变化情况，见图3 、图4 。 图3：主梁自重增大5 %的梁段挠度影响图4：主梁自重增大5 %的梁段弯矩影响 从图3 、图4可见,梁段自重对控制点挠度的影响较大,且悬臂越大,影响越明显。梁段自重对控制点弯矩的影响更加不容忽视, 9 号梁段自重增大5 %,导致6 号梁段的弯矩值增加至1 200 kN •m ,达到合理成桥状态下该截面弯矩值的7 %。 2.3 主梁弹性模量分析
1使用MIDAS Civil做斜拉桥分析时的一些注意事项
使用MIDAS/Civil做斜拉桥分析时的一些注意事项 斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同。对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载都确定之后，结构的恒载内力也随之基本确定，无法进行较大的调整。对于斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分担的，合理地确定各构件分担的比例是十分重要的。因此斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态，即合理的线形和内力状态，其中起主要调整作用的就是斜拉索的张拉力。 确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公路桥梁设计丛书－《斜拉桥》。 MIDAS/Civil程序针对斜拉桥的张拉力确定、施工阶段分析、非线性分析等提供了多种解决方案，下面就一些功能的目的、适用对象和注意事项做一些说明。 1．未闭合力功能 通常，在进行斜拉桥分析时，第一步是进行成桥状态分析，即建立成桥模型，考虑结构自重、二期恒载、斜拉索的初拉力（单位力），进行静力线性分析后，利用“未知荷载系数”的功能，根据影响矩阵求出满足所设定的约束条件（线形和内力状态）的初拉力系数。此时斜拉索需采用桁架单元来模拟，这是因为斜拉桥在成桥状态时拉索的非线性效应可以看作不是很大，而且影响矩阵法的适用前提是荷载效应的线性叠加(荷载组合)成立。 第二步是利用算得的成桥状态的初拉力（不再是单位力），建立成桥模型并定义倒拆施工阶段，以求出在各施工阶段需要张拉的索力。此时斜拉索采用只受拉索单元来模拟，在施工阶段分析控制对话框中选择“体内力”。 第三步是根据倒拆分析得到的各施工阶段拉索的内力，将其按初拉力输入建立正装施工阶段的模型并进行分析。此时斜拉索仍需采用只受拉索单元来模拟，但在施工阶段分析控制对话框中选择“体外力”。 但是设计人员会发现上述过程中，倒拆分析和正装分析的最终阶段（成桥状态）的结果是不闭合的。这是因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。即，初始平衡状态分析（成桥阶段分析）时，同时考虑了全部结构的自重、索拉力以及二期荷载的影响；而在正装分析时，合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合拢时合拢段只受自身的自重影响而不受其它结构的自重和索拉力的影响。 MIDAS/Civil能够在小位移分析中考虑假想位移，以无应力长为基础进行正装分析。这种通过无应力长与索长度的关系计算索初拉力的功能叫未闭合配合力功能。未闭合配合力具体包括两部分，一是因为施工过程中产生的结构位移和结构体系的变化而产生的拉索的附加初拉力，二是为使安装合拢段时达到设计的成桥阶段状态合拢段上也会产生附加的内力。利用此功能可不必进行倒拆分析，只要进行正装分析就能得到最终理想的设计桥型和内力结果。 重新说明一下的话，首先倒拆分析和正装分析的结果是不可避免存在差异的，设计人员需要根据倒拆分析得到的施工阶段张力，利用自己的经验进行进一步地调索或者调整施工步骤或施工工法，从而才能得到既满足施工阶段的结构安全要求，又满足成桥状态的线形和内力条件的斜拉索张力。 其次利用MIDAS/Civil的未闭合力功能，设计人员可以不必繁琐地建立倒拆施工阶段的
大跨度桥梁考核作业详解
2016级大跨度桥梁考查题（每题10分，共100分） 一、简述悬索桥中主缆无应力索长的计算思路和方法？ 答：悬索桥中、边跨中，各索股由索夹紧箍成一条主缆， 因而，通过求解主缆中线再 求索股的无应力长度。但是，悬索桥不同于其他的桥型，其主缆线形并不能由设计者人为确定，而需根据成桥状 态的受力而定。所以，先确定成桥状态主缆各控制点(IP 点和锚点)的位置、矢跨比和主缆的截面几何形状参数、材料参数等，再采取解析迭代法，确定主缆的线形，并求解主缆的缆力和主缆中线的有、无应力长度，然后进一步求解包括锚跨在内的索股长度。 主缆自由悬挂状态下，索型为悬链线。取中跨曲线最低点 为坐标原点，则对称悬链线方程为： 式中：c=H/q ；H 为索力水平投影；q 为主缆每延米重。 主缆自重引起的弹性伸长量为： 主缆无应力长度为： 210S S S S ?-?-= 根据成桥状态主缆的几何线型、桥面线型，求得各吊索的
有应力长度，扣除弹性伸长量，即得吊索无应力长度。 二、简述悬索桥中主索鞍为何要设置边跨方向的预偏？ 答：在空缆状态,由于桥塔相邻跨主缆的无应力长度不同,导致相邻跨主缆水平分力不等。此时,若索鞍仍保持在成桥位置,会使主塔承受较大的不平衡力,需要通过桥塔自身变形来平衡。然而在实际情况中,靠主塔变形改变跨度,减小不平衡力是不现实的,需要通过索鞍的偏移或偏转来调整各跨主缆的张力,使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态,此时的偏移量或偏转量就是索鞍的预偏量。 悬索桥桥塔设计的合理成桥状态是塔顶没有偏位，塔底没有弯矩，此时塔顶相邻跨主缆水平分力相等。在空缆状态，由于桥塔相邻跨主缆的无应力长度不同，导致相邻跨主缆水平分力不等。此时，若索鞍仍保持在成桥位置，会使主塔承受较大的不平衡力，需要通过桥塔自身变形来平衡。然而在实际情况中，靠主塔变形改变跨度，减小不平衡力是不现实的，需要通过索鞍的偏移或偏转来调整各跨主缆的张力，使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态。 三、简述主缆和吊索的安全系数一般如何设计取值？
斜拉桥静风稳定分析
斜拉桥静风稳定分析 摘要：随着斜拉桥跨径的不断增大,空气静力失稳现象已引起了人们的广泛重视。本文笔者通过线性方法和非线性方法对斜拉桥静风稳定性进行阐述分析，以供参考。 关键词：斜拉桥；静风稳定；线性分析；非线性分析 abstract: with increasing span cable-stayed bridges, aerostatic instability phenomenon has aroused wide interest. in this paper, the author by linear method and nonlinear method is analyzed on static wind stability of cable-stayed bridge, for reference. key words: cable-stayed bridge; static wind stability; linear analysis; nonlinear analysis 0 引言 风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，近十几年，桥梁建设进入了大跨度时代，随着理论的发展，材料和施工方法的进步，斜拉桥、悬索桥的跨径的跨径越来越长。斜拉桥具有“塔高，跨长，索长、质轻、结构柔和阻尼弱”的特点，从而导致风荷载对桥梁安全、舒适性有着重要影响。风对桥梁主要有静力作用和动力作用，本文主要结合工程实例分析静力风荷载对混凝土主梁的斜拉桥的影响。 静风响应指结构在静力风荷载作用下的内力、变位和静力不稳定现象，主要体现为结构的刚度和静风稳定性。斜拉桥在静风荷载的作用下有可能发生横向屈曲失稳和静力扭转发散失稳。主梁在静风
大跨度混凝土斜拉桥静风稳定性分析
大跨度混凝土斜拉桥施工阶段静风稳定性分析 魏艳超1 李松延 2 1. 上海建科工程咨询有限公司，上海，200032 2. 上海建科工程咨询有限公司，上海，200032 摘 要：大跨度斜拉桥结构整体刚度较小，对风荷载作用十分敏感。当前斜拉桥的施工一般采用悬臂施工法，在全桥合拢时会发生体系转换。斜拉桥主梁未合拢前，整个结构处于悬臂状态，很容易在风荷载的作用下发生失稳破坏。使用大型有限元软件MIDAS/Civil ，对重庆轨道交通六号线蔡家大桥进行施工阶段的静风稳定性分析，结合风洞试验相关数据，计算桥梁的静风临界失稳风速，并总结结构刚度随主梁长度的变化规律，进而评估该桥的抗风性能。 关键词： 混凝土；斜拉桥；施工阶段；静风稳定性 1 引 言 进入新世纪之后，我国的桥梁建设突飞猛进。斜拉桥的发展更是一日千里，其跨径已经跨越了千米大关，应用越来越广泛。 斜拉桥是直接将主梁用多根斜拉锁锚固在桥塔上的一种桥梁结构体系，其结构刚度比其他桥型要小得多，属于柔性结构，在荷载作用下呈现出较为明显的几何非线性特征。在风荷载的作用下极易发生失稳。在斜拉桥的施工过程中，由于采用悬臂施工法造成全桥合拢时会发生体系转换，故对斜拉桥施工过程中的静风稳定性也应给与重视。本文以重庆轨道交通六号线蔡家大桥的施工为例，分析斜拉桥各关键施工阶段结构的静风稳定性。 2 三维非线性分析理论 在我国现行的《公路桥梁抗风设计规范》中规定：斜拉桥的主跨大于400米时必须要进行静风稳定性验算。在对斜拉桥进行静风稳定性分析时，现今最常用的理论是三维非线性分析理论。 为了对桥梁结构进行三维非线性分析，需要先将作用在桥面主梁上的空气静力做一步简化，一般是将其分解。静力三分力是对分解后的空气静力的称呼，具体即横向风荷载H P 、竖向风荷载V P 和扭转矩M ，如图1所示： α Pv M Ph 图1 静力三分力 具体表达式为如下： ()2H 0.5d H P V C H ρα= ()2 V V 0.5d P V C B ρα= （1）
斜拉桥的合理成桥状态
斜拉桥的合理成桥状态 一、概述 在通常意义下，桥梁的设计必须遵照适用、经济、安全和美观的基本原则，这在桥梁的初步设计阶段显得尤为突出。桥梁初步设计要解决桥型方案问题，即根据行车、通航等使用要求，选定合适的桥梁类型和立面布置，确定主要的结构尺寸。对于斜拉桥方案，需确定塔的个数、主跨大小、边跨与主跨比例、主梁的截面形式和高度、主塔的形式、斜拉索的布置、主梁与塔和墩的连接或支承方式等主要参数。这些主要参数的确定通常是先根据经验初拟。进行结构分析计算出设计内力，进行截面设计确定配筋和验算应力或裂纹，如果内力和截面设计结果不合理。再修正有关参数重新作结构分析和截面设计，直至满足规范要求。传统的设计方法在计算设计内力时，通常采用一次落架法计算恒载内力，这对于结构体系比牧简单的桥梁（如简支梁桥，采用一次落架法施工的中小型桥梁）来说是可行的，但对于斜拉桥，由于斜拉索需要进行预张拉，因此即使采用一次落架法施工，结构内力的计算也不是确定的。斜拉桥一般采用悬臂法施工，最终的成桥恒载受力状态是通过施工过程一步步形成的，施工过程中斜拉索要逐根安装并进行张拉。施工工序和张拉索力决定了桥梁在施工过程中的受力，也决定了成桥的恒载受力状态。但张拉索力的确定又必须有一个已知的成桥恒载受力状态作为目标才能实现。因此斜拉桥的设计计算首先要解决成桥受力状态的问题。 前，桥梁的设计规范采用极限状态理论，分正常使用和承载能力两种极限状态。按正常使用极限状态验算结构刚度、截面应力或裂纹宽度：按承载能力极限状态验算截面的极限抗力。通常按弹性理论进行结构内力计算，按此内力进行验算。但由于斜拉桥为高次超静定结构，如果要分析结构的极限承载力，则必须考虑材料的塑性，充分计入材料和儿何非线性引起的结构内力重分布，才能真正求出结构的极限承载力，国内外在这方面有一些研究，但还有不少问题需要解决。 二、斜拉桥成桥受力状态确定方法 斜拉桥成桥受力状态包括成桥恒载内力状态和主梁线形状态，并且对于混凝土斜拉桥，由于混凝土收缩徐变的影响，成桥后相当一段时间内恒载内力状态和主梁线形状态会随时间变化，通常认为5年后才能基本稳定。成桥恒载状态应以混凝土收缩徐变荃本完成后的稳定状态为准，但在变化阶段桥梁也应能满足使用要求。 主梁线形状态主要指成桥恒载状态下主梁的标高符合设计标高的要求。这通常在初步设计阶段根据使用要求确定了桥下通航净空、桥面纵坡、竖曲线后就成为了一个明确的目标。
斜拉桥的稳定性分析-pc梁
斜拉桥的稳定性分析 周超舟1,蔡登山2,吕小武3,马 森4 (1.中铁大桥局股份公司施工设计事业部,湖北武汉430050; 2.中铁大桥局集团桥科院有限公司,湖北武汉430034; 3.河南省交通厅工程处,河南郑州450052; 4.辽宁省交通勘测设计院,辽宁沈阳110000) 摘 要:利用有限元方法,将斜拉桥的主梁和桥塔离散成三维板壳单元,用悬链线索单元来考虑斜拉索的非线性影响,对大跨度斜拉桥的稳定性进行了分析,所建立的有限元分析方法,在大跨度斜拉桥的稳定性分析中具有一定的实用价值。 关键词:斜拉桥;有限元法;稳定性分析中图分类号:U 448.27;T U 311.2 文献标识码:A 文章编号:1671-7767(2006)04-0044-03 收稿日期:2006-04-19 作者简介:周超舟(1971-),男,高级工程师,1994毕业于西南交通大学,工学学士。 1 前 言 斜拉桥的斜拉索承受轴向拉力,其水平分力对主梁产生巨大的轴向压力,而竖直分力则对桥塔产生轴向压力,且随着跨度的加大,主梁和桥塔的轴向压力也增大。所以,大跨度斜拉桥的稳定性分析是一个十分重要的问题。国内外虽然有许多学者对斜拉桥的稳定性进行过分析[1,2] ,但大都是针对钢斜拉桥的,且多用等效弹性模量来考虑斜拉索的非线性影响,这使得计算结果的误差较大,不便于推广应用。 在PC 斜拉桥中,结构自重在总荷载中所占的比例很大,为了减轻自重,可采取两种方法:①使用轻质混凝土;②减小主梁的横截面。结合目前的材料水平、经济状况和施工条件等因素,以第②种方法用得较多。但这样就更加突出了PC 斜拉桥的稳定性问题。 大跨度PC 斜拉桥一般都采用悬臂施工的方法来建造[3],凭直观分析可知,斜拉桥在施工时的最大悬臂状态,即中跨未合龙之前,是一个较危险的状态,此时结构的整体刚度还不能实现,而在较大的施工荷载的作用下,主梁极易发生失稳破坏。近年来,国内几座斜拉桥在施工时出现的事故也证实了这一结论。1986年10月,四川达县洲河斜拉桥在施工时坍塌,有专家指出是由于主梁失稳造成的;1998年9月,浙江宁波招宝山大桥在施工时,发生主梁断裂事故,其中一个主要原因就是:薄壁箱式主梁的底板过薄,在施工荷载的作用下,主梁被压溃。所以,为了保证施工安全,必须对大跨度PC 斜拉桥进行施工状态的稳定性分析。 2 PC 斜拉桥稳定性分析的有限元法 用有限元法对PC 斜拉桥进行分析时,为了更好地反映出主梁的剪力滞、扭转等效应,将主梁离散为三维板壳单元;桥塔一般为矩形箱式柱,也可离散为三维板壳单元;斜拉索则用悬链线索单元来分析。2.1 板壳单元 如图1所示为8节点三维板壳单元(即三维Serendipity 单元),其位移形函数为[4]: 图1 三维板壳单元 N i = 1 8 (1+F 0)(1+G 0)(1+N 0)(1)式中,F 0=F i F ,G 0=G i G ,N 0=N i N ,i =1,2,,,8。 根据板壳理论的基本假设:变形前中面的法线,在变形后仍保持为直线。因此,板壳单元内任一点的位移可由中面对应点沿总体坐标x 、y 、z 方向的3个位移分量u m 、v m 、w m ,以及节点i 处上、下表面的向量V 3i 绕与它相垂直的两个正交向量的转角B 1i 和B 2i 表示: u v w =E 8i=1N i u m v m w m +E 8 i=1N i F t i 2[v -1i -v -2i ] B 1i B 2i (2) 44 世界桥梁 2006年第4期
独塔单索面斜拉桥主塔稳定性分析
独塔单索面斜拉桥主塔稳定简化分析 郭卓明 李国平 袁万城 上海城建设设计院 同 济 大 学 摘要：由于悬吊桥梁采用索塔支撑，其主塔往往须承受强大的轴向压力，因此其稳定是一个比较突出的问题。尤其独塔单索面斜拉桥在空间受力和稳定性方面都相对比较薄弱，对其进行稳定性分析更显必要。本文在对其主塔受力的适当简化之后，分别对其弹性及弹塑性稳定进行了简化分析，在传统的弹塑性稳定内力分析的基础上提出了一种独塔单索面斜拉桥主塔弹塑性稳定分析的简化方法。并以两座独塔单索面斜拉桥为背景做了算例，分析结果表明本文采用的简化分析方法是可行的。 关键词：独塔单索面 斜拉桥 主塔稳定 简化分析 一、引言 国民经济的飞速发展和国家对基础设施投入的进一步加强为我国大跨桥梁的发展提供了一个良好的条件，近十几年来，斜拉桥在我国迅速发展。由于单索面斜拉桥在美学上的优势，目前采用这种形式的斜拉桥也越来越多。由于悬吊桥梁的主塔均需承受巨大的轴向压力，而且随着桥梁跨度的增大，主塔也越来越高，结构越来越柔，其稳定问题成为一个非常突出的问题。尤其是其侧向稳定在设计时更需特别注意。 结构的稳定是一个较为经典的问题。从1744年欧拉的弹性压杆屈曲理论，到1889年恩格赛的弹塑性稳定理论，到Prandtl, L.和Michell, J. H. 的侧倾稳定理论，再到李国豪教授、项海帆教授等对桁梁桥、拱桥稳定的研究[1]以及近来国内外许多学者对各种具体结构稳定的研究，稳定问题在理论上已经比较成熟。在斜拉桥的稳定方面，1976年Man-chang Tang 提出了弹性地基梁的屈曲临界荷载估算法，葛耀君[5]用能量法分析了斜拉桥的面内稳定，此外樊勇坚、李国豪以及钱莲萍等都提出过各种实用计算方法，但都是仅限于弹性稳定的简化分析，且基本集中于主梁的稳定。对于弹塑性稳定，最近谭也平、景庆新[2]等都用有限元的方法进行了分析。稳定问题在计算方法上经历了经典的平衡微分方程方法、能量法等简化方法和有限元的数值计算方法这三个阶段，目前众多的研究尤其是对弹塑性稳定的研究大都集中在有限元分析上。然而在精确的有限元分析的同时，采用直观明了、概念清晰的力学简化分析，无论在对有限元分析结果的检验还是在初步设计时进行简单的估算都十分必要。本文在对独塔单索面斜拉桥主塔的受力特性进行适当简化之后，对独塔单索面斜拉桥主塔的弹性及弹塑性稳定问题分别进行了简化分析。 二、弹性稳定简化分析 考虑最一般的情况，主塔失稳方向和拉索平面成夹角β，如图（1）所示。失稳线形假定为()()v z V f z H ?=，分解到斜拉索平面内和平面外分别为： 平面内：()()()x z v z V f z H =?=?cos cos ββ 平面外：()()()y z v z V f z H =?=?sin sin ββ 主塔产生变形以后，外力功主要有拉索做功、主塔本身轴压做功和风荷载做功，其中拉索做功需考虑其在平面内的弹性支撑和平面外的非保向力作用，则由能量法可方便的导出主塔势能的总表达式：
迈达斯斜桥与弯桥分析
北京迈达斯技术有限公司 2007年8月
目录 1. 斜桥 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 斜交桥梁的受力特点 (1) 1.3 建模方法 (2) 2. 弯桥 (3) 2.1 概述 (3) 2.2 弯桥的受力特点 (3) 2.3 建模方法 (4) 2.4 弯桥建模例题 (5)
1. 斜桥 1.1 概述 桥梁设计中，会因为桥位、线型的因素，而需要将桥梁做成斜交桥。斜交桥受力性能较复杂，与正交桥有很大差别。平面结构计算软件无法对其进行精确的分析，限制了此类结构桥型的应用。 1.2 斜交桥梁的受力特点 a) 钝角角隅处出现较大的反力和剪力，锐角角隅处出现较小的反力，还可能出现翘 起；（图1.2.1） b) 出现很大的扭矩；（图1.2.2） c) 板边缘或边梁最大弯矩向钝角方向靠拢。（图1.2.3 ~ 图1.2.4） 图1.2.1 斜交空心板桥支点反力 图1.2.2 斜交空心板桥扭矩图
图1.2.3 正、斜交板桥自重弯矩图（板单元） 图1.2.4 正、斜交空心板桥自重弯矩图（梁格单元） 这些效应的大小与斜交角度大小也有很大的关系，斜交角度越大，上述效应就越大。一般来说斜交角度小于20度时，对于简支斜交桥的上述影响可以忽略。如果斜交角度超过20度就必须考虑上述效应的影响。设计人员还应根据实际情况，找出适当的处理方案。 1.3 建模方法 对斜交桥梁多用梁格法建立模型。可用斜交梁格或正交梁格来建模。对于斜交角度小于20度时，使用斜交梁格是非常方便的。但是对于大角度的斜交桥，根据它的荷载传递特性，建议选用正交梁格，而且配筋时也尽量沿正交方向配筋。 图1.3.1 斜交梁格与正交梁格
(应力平衡法)用应力平衡法确定斜拉桥主梁的合理成桥状态
第13卷 第3期2000年7月 中 国 公 路 学 报 China Journal of Highw ay and Transport Vo l.13 No.3July 2000 文章编号:1001-7372(2000)03-0049-04 收稿日期:1999-09-17 作者简介:颜东煌(1961-),男,湖南委底人,长沙交通学院教授,工学硕士. 用应力平衡法确定斜拉桥主梁的合理成桥状态 颜东煌1,李学文2,刘光栋1,易伟建1 (1.湖南大学路桥工程系,湖南长沙 410082; 2.长沙交通学院路桥工程系,湖南长沙 410076) 摘 要:根据主梁截面上、下缘的正应力控制条件,综合考虑活载作用以及斜拉索索力对主梁成桥恒载弯矩的可调性,确定斜拉桥主梁的合理预加力数量和相应的恒载弯矩合理域,并根据实际配置的预加力确定主梁恒载弯矩可行域,为斜拉桥的合理成桥状态的确定提供依据。关键词:斜拉桥;主梁;预应力;合理成桥状态;应力平衡法中图分类号:U448.27 文献标识码:A Deciding the reasonable finished dead state of the main beam of Cable -stayed bridges using stress balanced method YAN Dong -huang 1,LI Xue -w en 2,LIU Guang -do ng 1,YI Wei -jian 1 (1.Depar tment of Hig hw ay and Br idge Engineer ing ,Hunan U niv ersity,Chang sha 410082,China; 2.Departm ent o f Hig hw ay and Bridg e Eng ineer ing ,Chang sha Co mmunicatio ns College ,Chang sha 410076,China ) Abstract :According to norm al str ess controlling conditions on the to p and bo ttom o f beam section,co nsidering live load actio n and adjustability of cable forces for the dead mo ments on the finished state of the main beam ,this paper decides the reasonable prestressing quantity and the relative reasonable limits of dead m oments.It can decide the feasible eimits of dead mo ments of the main beam if the prestress has been g iven.T he r esults can pro vide backg round data for deciding the reasonable finished dead state of the total str ucture o f cable -stayed bridges .Key words :cable -stayed bridge ;main beam ;prestress ;reasonable finished dead state ;stress balanced metho d 影响斜拉桥主梁应力的荷载因素为恒载和活载两大部分。恒载部分包括结构重力、混凝土收缩徐变影响力、斜拉索初张力以及主梁中预加力;活载部分包括规范中所有可能的活载,同时,为方便计算,把成桥后在运营期间的混凝土收缩徐变影响力也作为活载的一部分。笔者所述的“应力平衡法”的基本思路为:根据主梁各截面上下缘的拉压应力控制条件来确定其合理的预加力数量以及恒载弯矩的合理域。合理预加力数量可作为预应力布置的依据。实际布置的预加力通常比斜拉桥整体的合理预加力数量多,根据实际预加力数量确定主梁恒载弯矩可行域,该可行域即可作为确定合理成桥状态时的主梁恒载弯矩控制范围。由于主梁只是斜拉桥整体结构 中的一部分,斜拉桥的合理成桥状态必须综合考虑主梁、塔、索和墩的受力,因此,主梁恒载弯矩可行域必须具有一定的宽度。 1 计算方法 1.1 主梁截面上下缘应力控制条件 1.1.1 符号说明 N d 为恒载(除预应力外)产生的主梁轴向力(以压力为正);M d 为包括全部预加力在内的所有恒载产生的主梁弯矩(以引起下缘拉应力为正);N y 为全部有效预加力(符号为正); sm 、 x m 分别为主梁截面上、下缘活载最大应力(以拉为正,下同); sn 、 x n 分别为主梁截面上、下缘活载最小应力;A 、W x 、W s 分别为主
斜拉桥的发展现状及常见问题浅析
斜拉桥的发展现状及常见问题浅析徐灯飞夏德俊（西南交通大学土木工程学院四川成都611756） 庄晴（内江师范学院四川内江641112） 摘要：本文主要论述了斜拉桥在近些年发展建设中取得的成就，分析了斜拉桥在结构、布置、选材和审美方面，以及简单介绍了斜拉桥在结构设计和施工建设方面遇到的难题及采取的必要措施。斜拉桥因为结构和审美上优势，以及大量的建设尝试和研究，斜拉桥以后势必还会有更大的发展。 关键词：斜拉桥；布置形式；桥梁结构体系；斜拉桥审美 一．我国斜拉桥建设取得的成就 自1979年建成的第一座斜拉桥——主跨只有76米云阳桥以来，经过30多年的飞速发展，现今我国斜拉桥无论是在规模和跨度方面，还是在结构设计和施工技术都取得了巨大的成就。目前我国已经是世界上斜拉桥数量最多、跨度最大的国家。2008年建成的苏通大桥全长1088米，成为世界上最长的斜拉桥，这也是我国历史上工程规模最大、建设条件极为复杂的特大型桥梁工程。目前我国已经建成的世界级的大跨度斜拉桥还有：2005年建成的南京长江三桥，是国内第一座钢塔斜拉桥，也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥；2009年香港建成的双塔斜拉桥昂船洲大桥，主跨长1018米，为世界第二长；2010年建成的鄂东长江大桥，主桥主跨为926米，位居混合梁斜拉桥世界第二位等等...... 我国斜拉桥的设计与施工技术也已经跨入世界的先进行列，并取得了显著的成绩：（1）斜拉索制造工艺实现了专业化和工厂化及防护技术不断完善；（2）斜拉桥的施工技术逐步完善；（3）用计算机进行结构计算和施工过程控制等。目前我国的斜拉桥正在向新型结构、大跨度、轻质和美观等方向发展，以更好的适应交通、经济、环境和安全的要求。 二．斜拉桥整体结构特点 斜拉桥又称为斜张桥，是用许多拉索将主梁直接拉在桥塔上的一种组合受力体系的桥梁，其主体结构由斜拉索、索塔、主梁组成。在斜拉桥结构体系中，索塔主要是承压，斜拉索受拉，梁体主要承受弯矩，外荷载主要由主梁和斜拉索承受，并由斜拉索将受力传递给索塔。主梁由一根根拉索拉起，等于在梁内设置了许多支撑点，可以将其看作由拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁，这种结构能够非常有效的减小梁体内弯矩，从而降低主梁的高度，减轻结构重量，节省建筑材料，有利于斜拉桥向大跨度方向发展。斜拉桥相对悬索桥有较大的刚度，在抵抗风载、地震、竖向活载的作用方面有优势。三．斜拉桥的布置： 1.斜拉桥整体布置： 常见的布置形式有：独塔双跨式、双塔三跨式和多塔多跨式。（1）相对于双塔三跨式，独塔双跨式斜拉桥主跨径较小，而且常采用双跨不等的非对称形式，使结构整体受轴向力为主，以充分发挥材料的优势，这种布置形式在跨越中小河流和城市通道中较常用；（2）斜拉桥布置成双塔三跨式时，具有较大的主跨径，并便于通航、简化计算、方便施工，因此在大跨度桥中最为常见，适用于跨越海峡和宽度较大的河流、峡谷等。双塔三跨桥一般布置成对称结构，而且要调整好边跨和主跨的比例，这对于审美和控制整体刚度及拉索应力有很大非常有利；（3）多塔多跨式斜拉桥现在已经很少采用，因为这种形式的桥中间塔顶处没有端锚索来有效的限制其变位，采用多塔多跨式会使结构的柔性增大，对抗风不利。 2.索塔
混凝土双塔斜拉桥的稳定分析
混凝土双塔斜拉桥的稳定分析 【摘要】长春光复高架桥跨铁路双塔斜拉桥桥长368m，采用84m+200m+84m双塔双索面结构，主梁为预应力混凝土双边箱结构，桥塔采用h型箱型薄壁结构。文章用midas 2010程序对运营状态下桥梁结构稳定性进行了分析。 【关键词】混凝土斜拉桥；稳定性；稳定系数；预应力 1 工程概况 1.1 主桥设计简介 长春光复高架桥跨铁路双塔斜拉桥位于长春站东侧，本桥在该处跨越京哈上下行线共计18条铁路线和长吉城际上下行线，是该区域的重要景观。主桥的桥梁结构形式采用双塔双索面结构，半漂浮体系，孔跨布置为84m+200m+84m，边跨计算跨径83m，边中跨比为0.42。主塔为h型，箱型薄壁结构，结构高度为54.5m，h/l=0.2725。梁上索距6m，每个塔设15对拉索，每对斜拉索和主梁相交处设横梁。 1.2 设计标准及技术条件 1.2.1 公路等级：城市快速路，v=60km /h，双向6车道； 1.2.2 荷载标准：公路—ⅰ级； 1.2.3 桥面布置： 0.50米（风嘴）+1.5米（拉索锚固区）+0.5 米（防撞护栏）+11.5米（行车道）+1.0米（中央分隔带）+11.5米（行车道）+0.5米（防撞护栏）+1.5米（拉索锚固区）+0.50米（风嘴）=29米。 1.2.4 抗震设防烈度：ⅶ度；
1.2.5 设计风速：35.4米/秒； 1.2.6 环境类别：ⅱ类； 1.2.7 桥上纵坡：2.2%和-3%，竖曲线半径4000m，桥上横坡：1.5%； 1.2.8 桥下净空：铁路：电气化铁路净高按不小于7.96m。长吉城际不小于7.5m。 1.3 主要材料特征 1.3.1 主梁 主梁标准断面采用c50混凝土双边箱梁，梁宽29m，中心处梁高3.0m，桥面板厚0.3m，桥面板设1.5%双向横坡。边箱箱底板宽4m，三角部分宽4.5m，主梁标准段长度为6.0m，标准段底板、腹板厚为0.4m，三角部分底板、顶板厚为0.3m，在标准段两边箱间不设底板；三角部分底板厚为0.45m；边跨密索区梁段长度为2.5m，箱形截面为单箱四室结构，三角部分底板、顶、底板、腹板及桥面板厚度同索塔区箱梁。主梁纵向预应力采用精轧螺纹粗钢筋和预应力钢绞线，精轧螺纹粗钢筋抗拉标准强度为fpk=930mpa，弹性模量ey=2.0×105mpa；预应力钢束采用高强度低松弛1860级钢绞线，直径φs15.24mm，fpk=1860mpa，fpd=1260 mpa，ep=1.95×105mpa。主梁腹板设竖向预应力，采用精轧螺纹粗钢筋。 1.3.2 主塔 主塔截面采用矩形空心断面，上塔柱和中塔柱横桥向标准尺寸3.5米，纵桥向标准尺寸6.5米，拉索锚固处塔壁厚1.2米，拉索锚固区塔内净空4.1×1.9米。下塔柱横桥向尺寸3.5米，纵桥向尺寸
斜拉桥分析注意事项
斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同。对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载都确定之后，结构的恒载内力也随之基本确定，无法进行较大的调整。对于斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分担的，合理地确定各构件分担的比例是十分重要的。因此斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态，即合理的线形和内力状态，其中起主要调整作用的就是斜拉索的张拉力。 确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公路桥梁设计丛书－《斜拉桥》。 MIDAS/Civil 程序针对斜拉桥的张拉力确定、施工阶段分析、非线性分析等提供了多种 解决方案，下面就一些功能的目的、适用对象和注意事项做一些说明。 1．未闭合力功能 通常，在进行斜拉桥分析时，第一步是进行成桥状态分析，即建立成桥模型，考虑结构 自重、二期恒载、斜拉索的初拉力（单位力），进行静力线性分析后，利用“未知荷载系数”的功能，根据影响矩阵求出满足所设定的约束条件（线形和内力状态）的初拉力系数。此时斜拉索需采用桁架单元来模拟，这是因为斜拉桥在成桥状态时拉索的非线性效应可以看作不是很大，而且影响矩阵法的适用前提是荷载效应的线性叠加(荷载组合)成立。 第二步是利用算得的成桥状态的初拉力（不再是单位力），建立成桥模型并定义倒拆施工阶段，以求出在各施工阶段需要张拉的索力。此时斜拉索采用只受拉索单元来模拟，在施工阶段分析控制对话框中选择“体内力”。 第三步是根据倒拆分析得到的各施工阶段拉索的内力，将其按初拉力输入建立正装施工阶段的模型并进行分析。此时斜拉索仍需采用只受拉索单元来模拟，但在施工阶段分析控制对话框中选择“体外力”。 但是设计人员会发现上述过程中，倒拆分析和正装分析的最终阶段（成桥状态）的结果是不闭合的。这是因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。即，初始平衡状态分析（成桥阶段分析）时，同时考虑了全部结构的自重、索拉力以及二期荷载的影响；而在正装分析时，合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合拢时合拢段只受自身的自重影响而不受其它结构的自重和索拉力的影响。 MIDAS/Civil 能够在小位移分析中考虑假想位移，以无应力长为基础进行正装分析。这种通过无应力长与索长度的关系计算索初拉力的功能叫未闭合配合力功能。未闭合配合力具体包括两部分，一是因为施工过程中产生的结构位移和结构体系的变化而产生的拉索的附加初拉力，二是为使安装合拢段时达到设计的成桥阶段状态合拢段上也会产生附加的内力。利用此功能可不必进行倒拆分析，只要进行正装分析就能得到最终理想的设计桥型和内力结果。重新说明一下的话，首先倒拆分析和正装分析的结果是不可避免存在差异的，设计人员需要根据倒拆分析得到的施工阶段张力，利用自己的经验进行进一步地调索或者调整施工步骤或施工工法，从而才能得到既满足施工阶段的结构安全要求，又满足成桥状态的线形和内力条件的斜拉索张力。 其次利用MIDAS/Civil 的未闭合力功能，设计人员可以不必繁琐地建立倒拆施工阶段的模型，只需直接建立正装分析的模型，考虑未闭合力进行分析，就可以得到与倒拆分析相同的分析结果。这样可以避免建立倒拆施工阶段模型的繁琐操作，同时也避免了建立倒拆分析模型时设计人员很容易犯错的问题。 将考虑未闭合力进行正装分析得到的各阶段的索内力，按初拉力重新输入后，不考虑未闭合力进行正装分析，即反映的是实际的施工过程的模拟。根据该分析的结果，设计人员需要进
midas关于斜弯桥
midas关于斜弯桥 -柔性梁格法如果解决实际问题的方面，介绍的都不是很详细，在此希望能通过此论题的开始，起到抛砖引玉的作用，一方面为困惑的设计人员深入了解，另一方面彼此交流互相提高弯桥的设计水平。 目前解决曲线桥梁计算方法有以下几种： 1、空间梁元模型法 2、空间薄壁箱梁元模型法 3、空间梁格模型法 4、实体、板壳元模型法 第一种方法，是不能考虑桥梁的横向效应的，使用时要求桥梁的宽跨比不易太大。第二种方法，是第一种方法的改进，主要区别是采用了不同的单元模型，考虑了横向作用如翘曲和畸变。 第四种方法，是解决问题最有效的方法，能够考虑各种结构受力问题。第三种方法，是目前设计及科研中常采用的方法，其特点是容易掌握，且对设计能保证足够的精度，其中采用比较多的方法是剪力-柔性梁格法，能充分考虑弯桥横向的受力特性。 弯桥的受力特性如下： 弯桥由于弯扭耦合现象的存在，其应力和变形不再仅仅是弯矩单独的影响，这样使得外梁弯曲应力大于内梁的弯曲应力，外梁的挠度大于内梁的挠度。一般不主张采用加大外腹板高度的箱梁截面形式来改善受力特性。
剪力-柔性梁格法的原理 是当梁格节点与结构重合的点承受相同挠度和转角时，由梁格产生的内力局部静力等效与结构的内力。其实质是将传统的一维杆单元计算模式推进到二维计算模型，用一个二维的空间网格来模拟结构的受力特性有了以上的理论知识后便可以开始弯桥的设计，步骤如下： 1、截面尺寸的拟订 2、模型的划分 3、模型特性的计算 4、结果整理，并根据内力输出结果配筋 5、检算各项设计指标：设置预偏心，支承反力的调整应力、挠度、裂缝宽度、斜截面承载力检算、抗扭检算等。 现以一三跨曲线梁桥为例说明以上的设计过程。跨径20m+25m+20m;梁高1.6m，端横梁宽1.0m,中横梁宽度均为2.0m 桥面宽为：净8+2x0.5m(防撞栏)；双支座径向距离5.0m,单支座设在横梁中心，曲线半径50.0m,其截面形式如下： 目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。由于受地形、地物和占地面积的影响，匝道的设计往往受到多种因素的限制，这就决定了匝道桥设计具有以下特点： ⑴匝道桥的桥面宽度比较窄，一般匝道宽度在6～11m左右。 ⑵由于匝道是用来实现道路的转向功能的，在城市中立交往往受到占地面积的限制，所以匝道桥多为小半径的曲线梁桥，而且设置较大超高
第2章 斜拉桥计算
第二章 斜拉桥的计算 第一节 结构分析计算图式 斜拉桥是高次超静定结构，常规分析可采用平面杆系有限元法，即基于小位移的直接刚度矩阵法。 有限元分析首先是建立计算模型，对整体结构划分单元和结点，形成结构离散图，研究各单元的性质，并用合适的单元模型进行模拟。 对于柔性拉索，可用拉压杆单元进行模拟，同时按后面介绍的等效弹性模量方法考虑斜索的垂度影响，对于梁和塔单元，则用梁单元进行模拟。 斜拉桥与其它超静定桥梁一样，它的最终恒载受力状态与施工过程密切相关，因此结构分析必须准确模拟和修正施工过程。 图2-1是一座斜拉桥的结构分析离散图。 图2-1斜拉桥结构分析离散图 第二节 斜拉索的垂度效应计算 一、等效弹性模量 斜拉桥的拉索一般采用柔性索，斜索在自重的作用下会产生一定的垂度，这一垂度的大小与索力有关，垂度与索力呈非线性关系。斜索张拉时，索的伸长量包括弹性伸长以及克服垂度所带来的伸长，为方便计算，可以用等效弹性模量的方法，在弹性伸长公式中计入垂度的影响。 等效弹性模量常用Ernst 公式，推导如下： 如图2-2所示，q 为斜索自重集度，m f 为斜索跨中m 的径向挠度。因索不承担弯矩，根据m 处索弯矩为零的条件，得到： 22111cos 88 m T f q l ql α?==? 2 cos 8m ql f T α= （2-1）
图2-2 斜拉索的受力图式 索形应该是悬链线，对于m f 很小的情形，可近似地按抛物线计算，索的长度为： l f l S m 238?+= (2-2) 223 228cos 324m f q l l S l l T α?=-=?= 23 23cos 12d l q l dT T α?=- (2-3) 用弹性模量的概念表示上述垂度的影响，则有： () 33 22321212cos f dT l lT E d l A Aq l L σαγ=?==? (2-4) 式中：/T A σ=，q A γ=，cos L l α=?为斜索的水平投影长度， f E ：计算垂度效应的当量弹性模量。 在T 的作用下，斜索的弹性应变为： e e E σε= 因此，等效弹性模量eq E 为： 1e eq e e f e f f E E E E E E σ σσσεε===+++ 即： ()23 112e eq e e E E E L E μγσ= =+ (μ<1) （2-5）