任意斜向受力空间柔索的结构分析

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两种特殊构造斜拉索的索力测试方法研究的开题报告

两种特殊构造斜拉索的索力测试方法研究的开题报告一、研究背景和意义斜拉索是一种广泛应用于桥梁、建筑、塔架等领域的结构元件，其主要作用是在承担外部荷载时将荷载引向支撑点，从而实现结构的稳定性。

在斜拉索的设计和施工过程中，合理预测和掌握斜拉索的内力状态是非常重要的。

目前，确定斜拉索内力状态的主要方法是通过静力学计算和现场测试两种方式。

对于斜拉索的静力学分析计算，焦点在于准确确定斜拉索的几何形状和外荷载，从而计算出各分段的张力大小。

然而，在斜拉索施工过程中及使用过程中，外界环境、施工方法等因素均会对斜拉索产生不同程度的影响，导致该方法可能存在一定误差。

现场测试是一种直接测量斜拉索内力状态的方法，对于斜拉索的质量控制、安全评估等方面具有较大的实际应用价值。

然而，目前常见的斜拉索测试方法（如静力损失法、Invar气温法、静力对比法等）均存在一定的局限性，如需要旁路索、依赖气温变化等。

因此，本文拟就两种特殊构造斜拉索的测试方法开展深入研究，以提高斜拉索内力测试的准确性和可靠性。

二、研究内容和方法1.研究内容本研究以两种特殊构造斜拉索为对象，分别是：（1）自锚固斜拉索：自锚固斜拉索是指当斜拉索的一端无法固定时，在另一端采用自锚固方式代替。

传统测试方法等需要钢索旁路，而自锚固斜拉索无法进行旁路，因此，针对该斜拉索测试方法的研究具有一定的实际意义。

（2）异形节段斜拉索：异形节段斜拉索是指在斜拉索中引入多个异形节段（如膨胀节等），以适应斜拉索受力状态的变化。

由于该类型斜拉索具有不规则性，传统测试方法存在一定局限性，因此，对其测试方法的研究具有一定的现实意义。

2.研究方法本研究将采用以下方法：（1）理论分析：针对自锚固斜拉索和异形节段斜拉索的结构特点和测试难点，分别进行理论分析和建模，并进行数值模拟，以探究可能影响测试准确度的因素。

（2）试验验证：基于实际自锚固斜拉索和异形节段斜拉索的工程项目，采用新开发的测试方法进行内力测试，并将测试结果与传统测试方法进行比对和验证。

斜拉桥主梁截面斜锁及索塔构造特点

所示。由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，适用于跨越中小河流和城市通道。
独塔双跨式斜拉桥的主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关系一般为L1＝（0.5—0.8） L2，但多数接近于L1＝0.66L2 。
国内资料统计为：
重庆石门桥(混凝土)：L2＝230m，L1＝ 200m，L1＝0 .87L2；
4．结构轻巧，适应性强； 5．利用斜拉索，发挥无支架施工的优越性。
二、斜拉桥的总体布置
（一）孔跨布置 1. 双塔三跨式这是一种最常见的斜拉桥孔跨布置方式。由于它的主跨跨径较大，一般可适用于跨越较大的河流。如下图所示。
主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关系根据统计资料为：
钢斜拉桥：L1＝(0.40-0.45)L2；
广西红水河铁路桥(混凝土)：L2＝96m，L1＝ 48m，L1＝0.5L2。
解决较大应力幅产生疲劳问题的办法：使边
跨伸出一悬臂端(端支点内移)，由此对端支点产生预压，减小端支点上抬倾向，以减小端锚索的应力幅。如下图所示的武汉长江二桥就是这样做的。
2. 独塔双跨式这也是一种常见的斜拉桥孔跨布置方式，如下图
3. 主梁的跨高比
主梁的跨高比是指主跨L2与梁高H的比值。现代密索式斜拉桥主梁的跨高比一般在100—150之间。至于铁路、公铁两用斜拉桥。特别是主梁为钢桁架梁的，其主梁的跨高比不足30，如下图的芜湖长江大桥。
（四）索塔布置 1.塔架的形式
单索面斜拉桥和双索面斜拉桥索塔塔架的纵向布置形式如图所示：
斜拉桥主梁截面、斜锁及索塔构造特点
一、斜拉桥的特点
斜拉桥是由主梁、塔柱和斜拉索三部分组成的一种组合体系结构。利用由塔柱伸出的斜拉索为钢筋混凝土主梁的弹性支承，以代替中间支墩，借以降低主梁的截面弯矩，减轻自重，显著得增大了跨越能力。同时，斜拉索拉力的水平分力对主梁起着轴向预应力作用，可以增强主梁的抗裂性能，节减了主梁高强钢材的用量。

柔索约束解释

柔索约束是一种力学现象，它是指物体在受到柔索的约束下，沿着柔索的运动轨迹进行运动。

柔索约束在工程、物理和生物学等领域具有广泛的应用，如桥梁、建筑、机械臂、机器人、动物骨骼等。

本文将对柔索约束进行详细的解释，包括其原理、分类、应用和相关研究。

首先，我们来了解一下柔索约束的原理。

柔索约束是指物体受到柔索的拉力或压力作用，使其沿着柔索的运动轨迹进行运动。

柔索可以是绳索、链条、纤维等柔性材料。

当物体受到柔索的约束时，其运动受到柔索的限制，只能沿着柔索的方向进行运动。

这种约束力可以是重力、摩擦力、弹力等。

根据柔索约束的特点，我们可以将其分为以下几类：1. 单自由度柔索约束：物体在一个方向上受到柔索的约束，如悬链线问题。

在这种情况下，物体只能在垂直于柔索的方向上进行运动。

2. 多自由度柔索约束：物体在多个方向上受到柔索的约束，如平面内的绳索摆动问题。

在这种情况下，物体可以在柔索平面内任意方向上进行运动。

3. 非线性柔索约束：柔索的刚度与位移之间的关系是非线性的，如弹簧、橡胶带等。

在这种情况下，物体的运动受到非线性力的影响。

4. 考虑摩擦的柔索约束：物体在运动过程中受到摩擦力的作用，如绳索滑动问题。

在这种情况下，物体的运动受到摩擦力的限制。

柔索约束在工程领域具有广泛的应用。

例如，在桥梁设计中，悬索桥和斜拉桥就是利用柔索约束原理实现大跨度结构的设计。

在建筑领域，悬挑结构、幕墙支撑等也是利用柔索约束原理实现的。

在机械臂和机器人领域，柔索约束可以实现关节的柔性连接，提高机器人的灵活性和适应性。

在生物学领域，动物骨骼、肌肉和韧带等组织也是利用柔索约束原理实现运动的。

近年来，随着科学技术的发展，柔索约束的研究越来越受到关注。

研究者们在实验和数值模拟方面取得了一系列重要成果。

例如，通过实验研究了不同形状和材料的柔索对物体运动的影响；通过数值模拟研究了非线性柔索约束下的物体运动规律；通过优化算法研究了柔索约束下的最优运动轨迹等。

简述斜拉桥的受力原理

简述斜拉桥的受力原理
斜拉桥是一种利用斜拉索（钢索或预应力混凝土束）将桥梁的自重和荷载传递到桥塔上的桥梁结构。

其受力原理如下：
1. 自重作用：斜拉桥梁本身的重量通过斜拉索传递到桥塔上。

斜拉索在桥塔之间形成一个斜角，使桥梁悬挑在桥塔之间。

桥梁的自重通过斜拉索分散到多个桥塔上，减小了各桥塔的承载力。

2. 荷载作用：斜拉桥梁上的车辆、行人以及其他运载物品的重力通过桥面传递到桥梁结构上。

斜拉索在桥塔上形成张力，并将荷载分担到多个桥塔上。

3. 桥塔作用：桥塔是斜拉桥的支承点，通过其稳定的基础将斜拉索受力传递到地面。

桥塔根据斜拉索的角度和长度，以及所受荷载的大小，承受拉力和压力。

4. 斜拉索作用：斜拉索是连接桥塔和桥面之间的重要组成部分。

斜拉索承受来自桥面的荷载，将荷载的力通过预应力传递到桥塔上，并向两侧分散。

总之，斜拉桥通过斜拉索将桥梁的自重和荷载传递给桥塔，将荷载分散到多个桥塔上，实现了桥梁结构的平衡和稳定。

同时，斜拉桥的受力特点降低了桥塔的承载压力，减小了桥梁结构的材料消耗。

索结构工程设计实例分析与索结构特点

93科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工程技术大跨度张弦梁结构是近十余年来快速发展和应用的一种新型大跨空间结构形式。

结构由刚度较大的抗弯构件(又称刚性构件,通常为梁、拱或桁架)和高强度的弦(又称柔性构件,通常为索)以及连接两者的撑杆组成;通过对柔性构件施加拉力,使相互连接的构件成为具有整体刚度的结构。

天津站无站台柱雨棚的主体屋架结构就是张弦梁结构,其最大跨度为48.525m。

雨棚分东西两部分,西侧雨棚宽度为147m,长度为213m,纵向设温度缝一道,分为2个温度区段;东侧雨棚宽度为253.5m ,长度213m,纵向设温度缝两道,分为3个温度区段。

雨棚纵向共有20榀刚架,榀间距为20m。

每一榀刚架又由五连跨横向5榀张弦梁刚架组成,跨度从南到北分别为48.525m,41.1m,41.95m,41.95m,39.5m。

刚架的纵向平面外稳定由屋面的支撑系统保证。

刚架梁为张弦梁,柱为圆钢管混凝土柱,规格为75030 。

柱顶标高9.5m ,通过四棱锥状的分叉柱与张弦屋架铰接连接,锥角为 30 ,锥体高度为3.3m,分叉柱与张弦屋架以销轴形式实现理想铰接。

分叉柱为圆钢管 40030020 （～）,直接过渡成锥形钢管。

张弦梁屋架中上弦为拱形桁架结构,拱顶标高15.9m 。

矢高3.1m 。

预张力索为 5139 低松弛冷拔钢丝束,强度设计值1670N/mm 2,直接充当屋架的下弦,外形是一条下凹的抛物线,垂跨比接近1∶30.索与拱形桁架之间通过“V”字状的竖腹杆连接。

拱形桁架弦杆为圆钢管 37714 ,腹杆为索结构工程设计实例分析与索结构特点屈明(天津市铁道部第三勘察设计院建筑分院天津 300457)摘要:阐述张弦梁结构的基本概念,引用具体实例说明张弦梁结构的设计方法。

其次介绍了索的刚度和索结构的三种受力状态。

斜拉索组合结构的受力特性分析

生如图 2 所示的位移。
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图 2 整体坐标系下拉索单元
将拉索单元置于整体坐标系下，最终得到整体坐标系下
的斜拉索单元刚度矩阵：
écos2 θ cos θ sin θ -cos2 θ -cosθ sin θù
K
c=
P L
êêêêêê
ë
cosθsinθ sin2 θ -cosθsinθ -sin2θ -cos2θ -cosθsinθ cos2θ cosθsinθ -cosθsinθ -sin2θ cosθsinθ sin2θ
量，建立一个 4×2n 的提取矩阵 T（元素下标为所在的行与列,
省略部分元素都为 0）：
éΛ T = ëêêêêêêêêΛΛΛ
1( 1, 2i - 1 ) 1( 2, 2i ) 1( 3, 2j - 1 ) 1( 4, 2j )
Λù ΛΛΛûúúúúúúúú
（8）
使得从整体位移分量中提取单元位移分量的过程可以表
úúúúúú û
（3）
2.2 杆单元刚度矩阵
已知局部坐标系下的杆单元刚度矩阵[3]：
k
r=
EA L
é
ê
ë
1 -1
-1ù
1
ú
û
（4）
将杆单元置于整体坐标系下，通过坐标系转换过程，求得
整体坐标系下的杆单元刚度矩阵[3]：
écos2 θ cos θ sin θ -cos2 θ -cosθ sin θù
K
r=
Kgc=TiTj KcTij
Kgr=TiTj KrTij
已知结构的弹性应变能 E 总表示为：
E总=
1 2
ΔTK
GΔ
（12a）（12b）

悬索与斜索受力特点

悬索与斜索受力特点
悬索和斜索是两种常见的结构形式，它们在工程建设中被广泛应用。

这两种结构形式的受力特点有很大的不同，下面将分别进行解释。

悬索的受力特点：
悬索是一种悬挂在两个支点之间的结构，其特点是悬挂物体的重力作用下，悬索呈现出一定的弯曲形态。

悬索的受力特点主要有以下几点：
1. 悬挂物体的重力作用会使悬索产生张力，张力的大小与悬挂物体的重量成正比。

2. 悬索的张力在整个结构中是均匀分布的，因此悬索的弯曲形态是对称的。

3. 悬索的支点承受的力是垂直于悬索的力，这种力被称为反力，反力的大小与悬挂物体的重量相等，方向与悬挂物体的重力方向相反。

4. 悬索的受力状态是静力平衡状态，即悬挂物体的重力和反力相等，张力和支点承受的力也相等。

斜索的受力特点：
斜索是一种倾斜的悬挂结构，其特点是悬挂物体的重力作用下，斜索呈现出一定的弯曲形态。

斜索的受力特点主要有以下几点：
1. 悬挂物体的重力作用会使斜索产生张力，张力的大小与悬挂物体的重量成正比。

2. 斜索的张力不仅垂直于斜索的方向，还有一个水平方向的分量，这是因为斜索的倾斜角度不为零。

3. 斜索的支点承受的力不仅有垂直于斜索的反力，还有一个水平方向的分量，这是因为斜索的张力有水平方向的分量。

4. 斜索的受力状态也是静力平衡状态，即悬挂物体的重力和反力相等，张力和支点承受的力也相等。

总的来说，悬索和斜索的受力特点有很大的不同，悬索的张力在整个结构中是均匀分布的，而斜索的张力有水平方向的分量。

这些特点对于工程建设中的设计和施工都有很大的影响，需要根据具体情况进行合理的选择和应用。

第三节悬索结构的结构形式

第九章悬索结构第四节悬索屋盖的刚度一．采用重屋面: 即通过加重屋面荷载（如：采用钢筋混凝土屋面板、增加吊顶重量等）的方法。当屋盖自重超过最大风吸力1.1～1.3倍时，即是安全的，屋面不会被掀起。
第三节悬索结构的结构形式
第九章悬索结构第四节悬索屋盖的刚度
二．预应力方案：
靠增加屋盖自重即使保证了结构稳定性，仍不能确保屋面刚度与抗裂性。 1、1957年乌拉圭蒙特维多体育馆，碟形悬索屋盖。
箱体内浇注C40混凝土。劲性索采用槽钢平行
弦平面桁架形式，截面高度2.5m
第三节悬索苏结构联的结莫构形斯式科奥运会游泳馆
第九章悬索结构第四节悬索屋盖的刚度
本章学习要点： 1.掌握悬索结构的各种结构形式及其应用范围 2.掌握索结构的特点和组成 3.掌握悬索结构的刚度和稳定性问题的处理方法
第九章悬索结构
北京工人体育馆
1961年2月为举办第26届世乒赛第兴三建节悬的索结.北构京的结市构建形式筑设计研究院设计，国内首次采用车辐式双层悬索结构。建筑平面为圆形、直径94m，建筑面积 42000㎡，可容纳观众15000席。屋盖结构采用了圆形双层悬索体系，由钢悬索、边缘构件和内环三部分组成。
缺点：屋面稳定性差。
第三节悬索结构的结构形式
第九章悬索结构第三节悬索结构的结构形式
索的水平拉力不能在上部结构实现自平衡。因此，一般采用下列方式处理悬索端的拉力：
A、通过具有足够抗侧刚度的竖向承重结构传至基础。
B、拉索在柱顶改变方向直接通过拉锚传至基础。
C、通过刚性水平构件集中传至抗侧力墙（利用山墙受压或设置扶壁实现力的平衡）
第九章悬索结构第三节悬索结构的结构形式 1、单曲面双层拉索体系（也称双层平行索系）：承重索与稳定索在同一平面，也可不在同一平面（后者有利于屋面排水），双层索系的两端仍必须锚固在侧边构件上或通过锚索固定于基础上。

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高，承受功率大，该天线得到广泛的应用。顾名思义，角齿形天线其直作用力和自重换算到悬挂点的集中力。
振子成角齿形，因而振子走向各不相同，作为悬挂振子的吊索，就
是一个任意斜向受力的空间柔索，这就产生了斜向受力空间柔索的３计算公式推导结构计算问题。该文根据小垂度柔索理论原理，推导了斜向受力柔３．１已知吊索水平拉力Ｈ及索上各悬挂点负荷求模拟天线架设验证，结果满意。
先考虑水平面，设一根柔索支承于Ａ、Ｂ两点，其跨距为ＬＬ。两点（Ａ、Ｂ）之间高差为Ｙ，吊索上承受Ｐ、Ｐ：、 …、Ｐ个力，相应ｘ方向Ｙ方向分力为ＰＨ、ＰＹｌ、ＰＨ：、ＰＹ２、 …、ＰＨ、ＰＹ，柔索在负荷作用下，将产生较大的垂直变位即垂度，如图２所示。
柔索是悬挂在两个支点上的软素，作为承重结构，它具有重量分解为ｘ方向和Ｙ方向的分力（ＰＨ，ＰＹ），振子自重是一个均布负轻、体积小、材料强度利用充分、跨越距离大等优点。无线电通讯荷，换算成集中力作用在振子悬挂点处。这样柔索在ＸＯＹ平面悬挂中常利用它作为天线振子吊素，近年来，角齿形对数周期天线增益点的负荷为ＰＨ，ＰＹ；ＸＯＺ平面上为ＰＨ，ＰＺ，其中ＰＺ包括振子的垂
！
Ｑ：塑
ｅｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ
建筑科学
任意斜向受力空间柔索的结构分析
吴晓信郭金宝（中国电波传播研究所山东青岛２６６１０７）摘要：谊文对任意斜向受力空问柔索的结构进行理论计算分析，通过近似的解析方法，获得较理想的空间结构尺寸和裁荷情况，为天线结构设计和工程应用提供数据支撑。此计算方法在许多实际工程中得到了很好的验证，天线架设后成型效果比较理想关键词：天线空间柔索小垂度柔索理论中图分类号：Ｕ４４８．２７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４ — ０９８Ｘ（２０ｉ３）０３（ｂ）一００６８ — ０２
（ＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲａｄｉｏｗａｖｅＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎ。ＱｉｎｇｄａｏＳｈａｎｄｏｎｇ２６６１０７。Ｃｈｉｎａ）
ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｒｂｉｔｒａｒｙＯｂｌｉｑｕｅＬｏａｄｉｎｇＦｌｅｘｉｂｌｅＲｏｐｅ
ＷＵＸｉａｏｘｉｎＧＵＯＪｉｎｂａｏ
ａｆｔｅｒａｎｔｅｎｎａｅｒｅｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｔｅｎｎａｌｆｌｅｘｉｂｌｅｒｏｐｅｓｍａｌｌｓａｇｆｌｅｘｉｂｌｅｒｏｐｅｔｈｅｏｒｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｒｂｉｔｒａｒｙｏｂｌｉｑｕｅｌｏａｄｉｎｇｆｌｅｘｉｂｌｅｒｏｐｅ．ｔｈｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ
ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｓｕｔｉｌｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｉｄｅａｌｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｚｅａｎｄｌｏａｄｈａｓｂｅｅｎｏｂｔａｉｎｅｄ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｄａｔａｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒａｎｔｅｎｎａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎｗｅｌｌｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎｍａｎｙｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｊｅｃｔｓ，ａｎｄｔｈｅｓｈａｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｍｏｒｅｉｄｅａｌ