某斜拉桥合理成桥状态模拟分析
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
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
ansys对斜拉桥的分析实例
用Ansys分析斜拉桥的变形、应力分布与优化
问题背景：第三届结构设计大赛，题目为：承受运动载荷的不对称双跨桥 梁结构模型设计。参赛作品为一个斜拉桥 比赛所用材料：桐木若干，白乳胶一瓶。 比赛要求：保证小车通过的同时，桥应力求重量轻，轻者可进入决赛。 参赛实验台示意图 比赛计算参数： 木杆的抗拉强度表
设计方案数据：根据所给材料，经过计算我们预计需要使用：主梁：4根6*6、4*6，55*1截取18mm宽，55*2截取15mm宽；拉塔：2根6*6，3*4作桁架；梁的固定用1根3*4；桥墩：2根3*4，55*1的木片作桁架结构。下脚料把主梁两端各加长20mm，并把端面做成梯形以使桥梁稳定。 桥梁简支模型：
其中(5)、(7)、(8)为拉索，(6)为拉塔，(1)、(2)、(3)、(4)为主梁，1、2、5为三个支座，塔高为330mm，2、3的距离为250mm，3、4的距离为200mm。 当小车经过2、5之间时，梁最容易发生破坏。 加载条件：预赛——空车(重9.88kg)行驶，桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。 Ansys分析目的：使用ansys分析软件对桥的应力分布进行分析，对结构进行改进与优化。 Ansys建模数据： 步骤： 定义单元类型：桐木材料选取单元类型：Beam 188 拉索材料选取单元类型为Link 10。 定义单元实常数：Link 10单元的实常数AREA定义为3.14*2.25/4。其中Beam 188不需要定义实常数。 定义材料属性：材料属性如图。 定义梁截面类型：主梁：8*8，侧梁:5*5，桁架：3*3（全部为矩形），拉索：R=1.5（圆形）。 建模：建立节点模型，利用建模工具建立节点，再用lines—straight lines 连接节点形成线模型。 划分网格：利用Meshing—Mesh attributes—picked lines，根据不同单元属性，不同材料属性，不同截面属性选择线，划分网格。再用Meshing命令中的line—set进行线单元数目划分，取为15。 定义load：对底座、边缘施加全部自由度约束，节点受力为98.8/4。 求解：solve命令。 查看结果：利用general postproc后处理查看结构变形云图，应力分布。 模型说明：建模过程中，对实际模型进行简化。其中弹性模量和泊松比进行简化处理，数据从网络中获取。桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。此约束忽略不计。当小车通过桥梁时，认为在如图位置变形最大，故受力分析时，将载荷加载到如图13、14、16、17节点处。尤其是拉索模型。由于拉索单元为Link，其只能受拉，不具有抗弯性能，故改用杆单元代替原模型。建模时使用mm作单位，而泊松比要除以1000，受力要乘以1000，才能得到正确的结果。
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
斜拉桥的正装分析
斜拉桥正装未闭合力的说明 1. 斜拉桥正装分析和未闭合配合力功能 等，除此之外斜拉桥还需要进行施工阶段分析。 根据施工方法的不同，斜拉桥的结构体系会发生显著的变化，施工中有可能产生比成桥阶段更不利的结果，所以斜拉桥的设计要做施工阶段分析。按施工的顺序进行分析的方法叫施工阶段的正装分析(Forward Analysis)。一般通过正装分析验算各个施工阶段的产生应力，检查施工方法的可行性，最终找出最佳的施工方法。 进行正装分析比较困难的是如何输入拉索的初始张拉力，为了得到初始张拉力值通常先进行倒拆分析，然后再利用求出的初始张拉力进行正装分析。 采用这种分析方法，工程师普遍会经历的困惑是： 1) 在进行正装分析时可以看出正装和倒拆的张力不闭合。 2) 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。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。但在正装分析时，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。如上所述，结构体系的差异导致了初始平衡状态分析（成桥阶段分析）与正装分析的最终阶段的结果产生了差异。 产生上述张力不闭合的原因，大部分是因为工程师没有完全把握索的基本原理或没有适当的分析软件。实际上是不应该产生内力不闭合的，其理由如下： 1) 从理论上讲，在弹性范围内正装分析和倒拆分析在同一阶段的结果应该相同。 2) 如果在计算时考虑合拢段在合拢时的闭合力，就能够得出与初始平衡状态分析(成桥阶段分析)相同的结果。 从斜拉索的基本原理上看，倒拆分析就是以初始平衡状态（成桥阶段）为参考计算出索的无应力长，再根据结构体系的变化计算索的长度变化，从而得出索的各阶段张力。一个可行的施工阶段设计，其正装分析同样可以以成桥阶段的张力为基础求出索的无应力长，然后考虑各施工阶段的索长变化得出各施工阶段索的张力。目前以上述理论为基础的程序都是大位移分析为主，其原因是悬臂法施工在安装拉索时的实际长度取值是按实际位移计算的。一般来说新安装的构件会沿着之前安装的构件切线方向安装，进行大位移分析时时，因为切线安装产生的假想位移是很容易求出来的，但是小位移分析要通过考虑假想位移来计算拉索的张力是很难的。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
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
斜拉桥非线性分析综述
1斜拉桥非线性分析的研究现状 在结构分析领域，一直普遍存在着由结构几何变形、梁－柱效应和材料塑性引起的结构力－变形非线性关系。Turner等人，在1960年里发表的一篇论文里提出根据结构加载前已存在的应力建立刚度矩阵和在几何非线性分析中使用线性化方法与增量法的概念。1966年，Oden、Prazmieniecki提出了计算几何矩阵的方法。Turner、Oden 等人中公式推导中，位移函数采用了简化的表达式，其分析计算实质上限制在大位移、小应变的范围内。从70年代初期，开始研究关于大位移、大应变大结构，将固体力学的分析方法引用到结构几何非线性有限元分析中，当位移与应变较大之后，通常用到修正坐标的方法，即所谓移动坐标法。大跨径斜拉桥是高次超静定结构，即使在正常荷载作用下，往往发生较大位移，结构几何形状发生显著的变化，整个结构由于有限变形而表现出明显的几何非线性行为。归纳起来，斜拉桥的几何非线性来自三个方面：斜拉索的垂度效应；主梁、索塔中轴力与弯矩相互作用而产生的梁－柱效应；大位移产生几何形状改变而引起的非线性效应。斜拉索作为柔性构件，在自重和轴力作用下，呈悬链线形状。其轴向刚度将随垂度的变化而变化，而斜拉索的垂度又取决于索中的拉力，因此斜拉索拉力与变形之间存在明显的非线性关系。对自锚固体系斜拉桥，斜拉索索力使主梁、桥塔等构件处于弯矩和轴力的组合作用下，桥塔和主梁变形过程中，由于横向挠度会使轴
力产生附加弯矩，而弯矩又影响轴向刚度的大小，从而影响结构变形，由此产生所谓的梁－柱效应，使整个斜拉桥表现出非线性行为。大跨度斜拉桥的另一特点是由于柔性较大而产生较大的位移，此有限位移会使斜拉桥的几何形状产生较大的变化，从而使结构分析不能仅按未变形的初始几何形状进行，而应当随着位移的变化逐步修正结构的几何形状。此时，结构的几何刚度矩阵是几何变形的函数。因此平衡方程{F}=[K]{δ}=不再是线性关系，线弹性分析中的叠加原理也不再完全适用。斜拉索垂度效应产生的非线性效应随着索自重即水平投影长度增加而增加，随索中拉力减小而减小。1956年H.J.Ernst提出用直杆模拟斜拉索，用等效弹性模量来考虑斜拉索垂度的非线性效应，这就是今天斜拉桥分析中广泛采用的Ernst公式。 我国学者对斜拉桥的几何非线性也进行了广泛对理论分析与试验研究。1982年周上君用等效弹性模量考虑斜拉索垂度，考虑结构大位移效应，用小挠度全量平衡方程进行迭代计算。但他用小挠度平衡方程计算斜拉桥大位移效应，未考虑主梁与桥塔大梁－柱效应。1990年陈德伟引入稳定函数考虑梁单元的梁－柱效应，用Ernst 公式考虑拉索的垂度效应，用拖动坐标系考虑大位移影响，求解斜拉桥的几何非线性问题。程国庆、潘家英等总结了斜拉桥几何非线性研究等现状，对各种斜拉桥几何非线性分析方法作了评述，指出：（1）等效弹性模量法用直杆单元模拟整根斜拉索，给斜拉桥的分析带来了很大的方便，但是当斜拉索两端节点位移相当大时，等效弹性模量法具有一定的近似性；（2）处理梁－柱效应可采用几何刚度矩阵和稳定函
斜拉桥病害分析
实训报告
班级：土木一班 姓名：黎津 学号：10700112 序号：10 日期：2013/6/23 实训论文一浅谈斜拉桥病害分析 土木一班黎津学号：10700112 【摘要】本文主要介绍了斜拉桥的斜拉系统、塔索、主梁的病害成因，以重庆嘉陵江千厮门大桥来加以论述。 千厮门嘉陵江大桥南穿渝中区洪崖洞旁沧白路，跨嘉陵江，北接江北区江北 城大街南路。主桥为单塔单索面钢桁梁斜拉桥，跨径布置为88m+312m（主跨） +240m+80m=720m。 本桥正桥采用88+312+240+80m四跨单塔单索面连续钢桁斜拉桥，钢梁全长720m （两端至支座中心线），桁宽15m，主桥全宽24~36.990m,渝中区侧边跨由于 上层公路线形与下层轨道线形不平行，桁梁设置为变高度。主桁采用变高 度的三角形桁式，全桥采用等节段布置，节段长度16米。主梁为双层桥面，下 层宽13m，为双线城市轨道交通，上层全宽24?36.990m,为双向4车道及两侧人行道。 主桁主要杆件均为焊接箱形截面。其中下弦杆截面宽1200m m,高1600mm，板厚24~60mm;上弦杆截面宽1200mm，高1200mm，板厚24~44mm；腹杆截面宽 1200mm，高1200mm,板厚20~44mm（过渡墩处竖杆厚100mm）。除部分腹杆按插入式两面拼接设计外，其余杆件均按照四面拼接设计，单个构件最大长度16.5m，最大安装吊重约66吨。主桁节点均采用整体节点。节点板最大厚度70mm（塔支座处）， 最大规格为5570x 3200mm（B26节点）。 上层桥面采用正交异性钢桥面板，有索区及桥塔根部处无索区桥面板厚 24mm，其余无索区桥面板厚16mm，采用16x 150mm板肋加劲，板肋标准间距
斜拉桥模型分析
斜拉桥的模型分析 第一章建模综述 1.1 Midas Civil 简介 本次建模分析采用Midas Civil软件，Midas Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，Midas Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。 1.2 斜拉桥简介 斜拉桥是塔、拉索和加劲梁三种基本结构组成的缆索承重结构体系，桥形美观，且根据所选的索塔形式以及拉索的布置能够形成多种多样的结构形式，容易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。 1.3 建模基本步骤 （1)利用斜拉桥建模助手生成斜拉桥二维索塔模型, 并扩建为三维模型；（2)建立主梁横向系, 并生成索塔与桥墩上的主梁支座； （3)输入边界条件； （4)输入荷载及荷载条件； （5)利用未知荷载系数功能计算拉索初拉力； （6)施工阶段分析计算；
桥梁基本数据输入 Midas Civil基本参数输入 荷载及荷载条件选取 定义材料及截面特性参数值 节点选取，生成单元，建立成桥阶段模型生成模型添加荷载 进行分析计算 图1桥梁模型建立流程图
第二章斜拉桥模型基本参数选取 2.1 斜拉桥基本数据 表1 斜拉桥基本数据 桥梁等级桥梁长度桥面宽度车道数桥梁形式一级420m 15.6m 双向两车道三跨连续斜拉 桥 图1 斜拉桥示意图 2.2 斜拉桥材料特性值 对斜拉桥不同部位材料参数基本信息进行选取。本次模型分析主要选取拉索、桥梁主塔、桥梁索塔、主梁横系梁、索塔横梁、加劲梁等部位纳入分析体系。选 取材料的弹性模量、泊松比、容重等参数，如表2。在材料对话框中输入如下参数。 表2斜拉桥材料信息参数 项目 弹性模量 （tonf/m2) 泊松比 容重 （tonf/m2)