7_悬索桥的成桥阶段和施工阶段分析
17 关于悬索桥移动荷载分析理解
关于悬索桥移动荷载分析理解1 实例介绍人行悬索桥桥跨150m，f/L=1/15，桥面宽4.5m。
主缆和吊杆采用索单元模拟，其他为空间梁单元。
图1 有限元模型图2 一次成桥验证2 问题重现在公路-Ⅱ级作用下，位移达到1756mm，如下图：图3 移动荷载最大竖向位移3 问题分析一次成桥验证，桥梁的位移基本满足要求，表明在恒载作用下，索单元的无应力长度是合适的，成桥的设计状态是合理的。
此时，关于索单元有大位移分析需要的几何刚度，到拆分析需要的平衡单元节点内力，以及小位移线性分析需要的初始单元内力。
施工阶段分析控制当进行移动荷载分析时，索单元自动转化为桁架单元并考虑初始单元内力的影响（几何刚度），进行线性分析，此时移动荷载的分析状态为：活载+桁架单元（考虑初始单元内力）+成桥边界。
但要注意，初始单元内力只有刚度效应，没有内力效应。
实际移动荷载的分析状态为：活载+桁架单元（考虑初始单元内力）+桁架单元初拉力（由恒载内力产生）+成桥边界。
对比发现，相差桁架单元初拉力，因此，程序进行移动荷载分析时，输出的位移是没有实际意义的。
4 验证建立成桥模型：索改为桁架单元，给桁架单元添加恒载产生的初拉力，这样自重+初拉力进行线性分析时，应该达到成桥平衡状态。
这也是实际的成桥分析状态。
图4 桁架模型成桥状态由图可以看出，在自重+初拉力作用下，基本满足设计状态。
分别查看MVmax+初拉力和MVmin+初拉力位移此时查看的位移，才是有实际意义的。
但要注意仅是指线性分析合理的情况。
5 结果分析实际位移达到1372mm，表明该桥的成桥刚度非常小，可以从成桥（自重）吊杆力看出。
汽车活载产生的吊杆力达到44KN，比自重产生的都大，对于这样的柔性结构来说，必然会发生较大位移，只有当活载产生的比重较小，进行线性分析才会有意义，这也是实际悬索桥结构的处理本质。
因此，对于本桥，按照桁架单元进行线性也是没有意义的。
正确做法，应是按照满载和半跨布载将移动荷载转化为静力工况进行非线性分析，位移结果应该会减小。
大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究
大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究大跨径悬索桥是一种重要的桥梁结构，具有结构简洁、承载能力大等优点，因此在现代桥梁工程中得到广泛应用。
在其施工和成桥阶段，由于结构特点以及环境条件等因素的影响，悬索桥具有较高的抗风要求。
对大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施进行研究，对于确保悬索桥工程的安全和顺利进行具有重要意义。
悬索桥的施工和成桥阶段是其整个工程过程中最为关键的阶段。
在这个阶段，结构受到外部环境的影响较大，尤其是风力的影响。
由于悬索桥结构本身具有较大的自重和灵敏度，一旦受到大风的影响，可能会发生结构破坏，导致严重的安全事故。
在施工和成桥阶段，必须采取一系列的抗风措施，以确保悬索桥工程的安全可靠性。
针对大跨径悬索桥施工阶段的抗风措施，需要从结构的设计和施工工艺两方面进行考虑。
在结构的设计方面，可以采用风洞试验等手段，对悬索桥结构在风力作用下的响应进行研究，并根据试验结果进行结构设计的优化。
在施工工艺方面，可以采取加强材料、加固结构等措施，以提高悬索桥结构的抗风性能。
针对大跨径悬索桥成桥阶段的抗风措施，需要考虑结构的稳定性和安全性。
在这个阶段，悬索桥结构通常处于未完全固定的状态，如果受到大风的冲击，可能会引发结构的摇晃和振动，从而导致结构的破坏。
在成桥阶段，需要采取临时加固措施，以提高悬索桥结构的抗风性能。
除了上述的抗风措施之外，还需要对悬索桥的施工和成桥过程进行系统的监测和控制。
通过实时监测结构的变形和位移等参数，可以及时发现结构的异常情况，并采取相应的措施进行处理，以保证悬索桥工程的安全进行。
需要指出的是，对于大跨径悬索桥的施工及成桥阶段抗风措施的研究，还存在一些问题亟待解决。
如何有效地进行结构的抗风设计和施工工艺的改进，如何在成桥阶段确保结构的稳定性和安全性等。
需要加强相关研究工作，不断提高大跨径悬索桥工程的抗风性能，确保工程的安全可靠性。
悬索桥桥塔结构设计分析
悬索桥桥塔结构设计分析悬索桥是一种具有悬挂在桥塔之间的主悬索和斜拉索的特殊结构。
它的设计目的是为了克服大跨度桥梁的自重、风荷载和车辆荷载等挑战，并且提供足够的刚度和稳定性，确保行车安全。
悬索桥的设计分为桥塔和悬索两个主要部分。
桥塔是悬索桥结构的垂直支撑点，负责承载悬索的张力，同时通过自身形态和刚度来平衡桥面上的荷载。
悬索是通过吊杆与桥塔连接起来的导向元素，承担横向荷载并将其传递给桥塔。
在桥塔的设计中，结构工程师需要考虑多种因素。
首先是桥塔的高度和形状，这直接影响着悬索桥的外观和空间感。
一般而言，桥塔的高度要足够高以便支撑起悬索桥的主悬索，并且在视觉上与周围环境和谐统一。
其次是桥塔的材料和施工方式。
桥塔通常由钢筋混凝土或钢制成，其中钢材可以提供更大的强度和刚度，但也需要更高的维护成本。
最后，桥塔的稳定性和抗风性能也是设计中必须考虑的因素。
由于桥塔在工作中承受着各种外部风载，因此其形态和截面应足够稳定，以保证桥梁整体的安全性和可靠性。
悬索是悬索桥设计中的关键部件。
悬索的主要作用是将荷载传递到桥塔，同时保证桥梁的稳定性和刚度。
一般而言，悬索由多根几何相似的悬索体组成，可以根据需要的荷载和跨度进行合理的排布和尺寸确定。
在悬索的设计中，考虑的主要因素有悬索的材料、悬索的受力分析以及悬索与桥塔的连接方式等。
悬索通常采用高强度钢丝绳或钢缆，以提供足够的强度和柔性。
悬索的受力分析是悬索桥设计中最为重要的一环，结构工程师需要通过一系列的计算和数值模拟来确定悬索的受力状态，以满足强度和稳定性的要求。
悬索与桥塔的连接方式通常采用球形铰接，以允许悬索在水平和垂直方向上的运动，并通过适当的轴向刚度限制悬索的形变。
悬索桥的设计与建造是一个复杂而艰巨的任务，需要结构工程师们充分考虑各种因素，并寻求最佳的解决方案。
在设计过程中，结构工程师们需要进行大量的结构分析、受力计算和模拟仿真，以确保悬索桥的结构安全、经济、美观和可持续。
悬索桥结构精确计算理论
Hi = H;
Vi = Vi −1 − ( Pi −1 + qsi −1 )
(52)
真实索形的迭代计算
索形计算思路： 索形计算思路： 1）先根据抛物线假定预估一个IP点处的H 和V，通过式(61) 由计算出，通过式(62)由计算。最后，应满足如下几何边界 条件:
∑h
i =1
m
i
= f
∑h
i =1
n＋1
(55)
式中矩阵第列一为V引起的 f 和改变量 ， 第二列为 H 引起的 f 和 式中矩阵第列一为 V引起的f和改变量，第二列为H引起的f 改变量。 改变量。 2．求出H、V的修正向量 (∆H 求出H
∆V ) T
c11 c 21
c12 ∆H e f ∆V = e c 22 y
H −1 V −1 V − qs x (s) = [sh ( )− sh ( )] q H H
V − qs 2 H V 2 y (s) = [ 1 + ( ) − 1 + ( ) ] q H H
(48)
(49)
真实索形的迭代计算
公式准备2 公式准备 2 ： 吊杆间任一索段都必须满足式(48)、(49)，令 Vi =V，Hi =H，于是：
H，V通过影响矩阵法迭代计算步骤 步骤
索端力产生单位增量， 1．索端力产生单位增量，使V＝V＋1和H＝H＋1分别代入式 53),计算出相应的f和的增量，从而得到影响矩阵： ),计算出相应的 (53),计算出相应的f和的增量，从而得到影响矩阵：
c11 C= c 21
c12 c 22
悬索桥成桥状态和施工状态的精确计算
通过研究缆、吊索、梁、塔等构件的受力特性，精确计 算悬索桥成桥状态和施工状态用三步分析方法比较合适: 第一步：分析吊索恒载轴力； 第二步：计算主缆平衡位置； 第三步：确定主缆与鞍座切点的位置。
悬索桥施工方案及技术措施
悬索桥施工方案及技术措施1. 概述本文档旨在提供一份悬索桥施工方案及技术措施。
悬索桥是一种采用悬挂索连接两侧桥墩的桥梁，其特点是设计精巧、结构稳定。
本文将介绍悬索桥施工的步骤、注意事项以及施工过程中需要采取的技术措施。
2. 施工步骤2.1 桥墩基础施工首先，进行桥墩的基础施工。
这包括选择合适的桥墩基础类型、进行地质勘察、进行基础设计和施工准备。
在施工过程中，需要确保桥墩基础的稳定性和承载能力。
2.2 悬索索道施工在桥墩基础施工完成后，进行悬索索道的施工。
这包括悬索的制作、吊装和安装。
悬索的制作需要符合设计要求，保证质量和强度。
吊装过程需要注意合理安排吊装设备、控制施工速度以及保证安全性。
安装过程中，需要使用合适的连接件将悬索固定在桥墩上。
2.3 桥梁主体结构施工在悬索索道施工完成后，进行桥梁主体结构的施工。
这包括桥面板、主梁和桥塔的施工。
桥面板的施工需要注意材料选择和施工质量控制。
主梁的制作和安装需要保证尺寸和强度的准确性。
桥塔的施工需要采取合理的施工方法，保证桥塔的垂直度和稳定性。
2.4 系泊系统施工最后，进行系泊系统的施工。
系泊系统是悬索桥的关键部分，用于保持悬索的稳定。
在施工过程中，需要保证系泊系统的设计和制作符合要求。
安装过程中，要注意系泊索的张力、固定点的选择以及连接件的质量。
3. 施工注意事项在悬索桥的施工过程中，需要注意以下事项：- 安全第一：施工过程中要严格遵守安全规范，配备必要的安全设备，确保工人的安全。
- 质量控制：对于每个施工阶段，要进行严格的质量检查和控制，确保施工质量符合要求。
- 环境保护：在施工过程中，要采取措施减少环境污染，合理处理废弃物。
- 施工进度控制：要制定合理的施工计划，控制施工进度，确保按时完成工程。
4. 技术措施在悬索桥施工过程中，需要采取以下技术措施来确保施工的顺利进行：- 悬索索道制作时，采用合适的工艺和设备，确保悬索质量，并在吊装和安装过程中控制施工速度。
悬索桥施工方案
3. 建立应急救援队伍，配备必要的应急救援设备、物资，提高应急救援能力；
4. 定期开展应急演练，提高施工人员应对突发事件的能力；
5. 加强与地方政府、相关部门的沟通协调，确保应急资源充足，应急响应迅速。
文明环保施工与风险应急管理措施：
6. 定期对应急预案进行修订和完善，适应施工过程中可能出现的新风险；
7. 建立信息报告制度，确保在突发事件发生时，及时向上级报告，为决策依据。
1. 加强施工现场环境保护，严格执行环保法规，降低施工对环境的影响；
2. 对施工现场进行定期的安全、环保检查，发现问题及时整改；
3. 提高施工人员环保意识，开展环保教育培训，鼓励施工人员积极参与环保活动；
4. 建立风险防控体系，对施工现场进行实时监控，及时发现并处理风险隐患；
5. 加强应急管理工作，确保在突发事件发生时，能够迅速启动应急预案，降低损失；
2. 施工现场保持清洁卫生，合理规划施工场地，确保施工材料、设备堆放整齐；
3. 采取有效措施降低施工噪声、粉尘、废水等污染，保护周边环境；
4. 施工过程中，遵守当地环保法规，减少对生态环境的影响；
5. 开展绿色施工，推广使用环保材料、节能设备，提高资源利用率。
风险应急管理：
1. 开展风险评估，识别可能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ现的风险因素，制定针对性的风险防范措施；
悬索桥施工方案
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一、工程概况与目标
悬索桥施工方案旨在为我国某地区跨度约800米的悬索桥建设项目全面、专业的施工指导。工程位于关键交通要道，连接两岸地区，对缓解交通压力、促进区域经济发展具有重要意义。
悬索桥重点关键和难点分项工程的应对措施
悬索桥重点关键和难点分项工程的应对措施2023-10-27contents •悬索桥概述•重点关键分项工程•难点分项工程•应对措施•工程实例•总结与展望目录01悬索桥概述悬索桥的定义悬索桥是一种大跨度桥梁，以悬挂在两个高塔上的主缆为主要承重结构，利用主缆的拉力来承受荷载。
悬索桥的特点悬索桥具有跨度大、自重轻、承载能力强、结构简单、造型美观等特点，是现代桥梁工程中重要的结构形式之一。
悬索桥的定义与特点悬索桥的历史悬索桥起源于古代，早在公元前14世纪，古埃及人就开始建造悬索桥，此后逐渐在全世界得到发展。
悬索桥的发展随着材料科学和施工技术的进步，悬索桥得到了不断的发展和完善。
现代悬索桥在跨度、承载能力、施工难度等方面都有了显著的提升。
悬索桥的历史与发展悬索桥具有跨度大、自重轻、承载能力强、结构简单、造型美观等优点，适合用于跨越深谷、大江大河等复杂地形条件。
优点悬索桥的缺点包括施工难度大、对材料要求高、抗风能力相对较弱等。
在建造过程中需要解决的关键技术和问题包括高塔的稳定性、主缆的制造和安装、吊装等。
缺点悬索桥的优缺点02重点关键分项工程总结词主缆是悬索桥的主要受力构件，直接影响到桥梁的整体性能和安全。
详细描述主缆由多股钢丝组成，施工过程中需要确保钢丝的强度和韧性，同时要防止钢丝的锈蚀和磨损。
为了确保主缆的稳定性，需要精确计算主缆的长度和垂度，并采取有效的架设和固定措施。
总结词吊索是连接主缆和钢箱梁的关键构件，其性能直接影响到桥梁的承载能力和稳定性。
详细描述吊索工程需要选择高强度、低松弛、抗疲劳的钢丝，并采用专业的加工和安装方法，确保其精度和稳定性。
同时，吊索的长度和跨度也需要精确计算和调整，以适应不同的施工环境和桥梁结构。
钢箱梁是悬索桥的主要承载构件，其质量和稳定性对桥梁的性能和安全至关重要。
详细描述钢箱梁工程需要采用高强度、高质量的钢材，并进行精确的加工和焊接。
在安装过程中，需要采取有效的支撑和固定措施，确保钢箱梁的位置和稳定性。
叙述大跨度悬索桥施工的主要步骤及内容
叙述大跨度悬索桥施工的主要步骤及内容大跨度悬索桥是一种大型的工程建设，施工需要经过多个步骤和环节才能完成。
下面将从以下五个方面来介绍大跨度悬索桥施工的主要步骤及内容。
一、选址与设计
大跨度悬索桥的选址与设计是整个工程的第一步，需要考虑到桥梁所处地形、交通状况、环境保护以及桥梁的设计方案等因素。
二、桥塔与锚固基础的建设
桥塔作为支撑悬挂索的主要承重构件之一，需要在桥梁两端的河道或山谷中修建。
同时，在选定的位置上，需要建设深入地下的锚固基础来固定桥塔。
三、钢索制造、吊装与张拉
在桥塔上方，需要吊装钢索并将其张拉到预定的拉力水平。
这个过程需要非常精细地控制张力，确保钢索能够承受预定的载荷。
四、主索与斜索的安装
在钢索张拉完成后，需要安装主索和斜索。
主索是连接桥塔的钢索，而斜索则是将主索与桥面连接的一种斜向的钢索。
五、桥面铺装与通车
当主索和斜索安装完成后，需要在其上方铺设桥面。
桥面铺装完成后，需要进行强度测试和负荷试验，以确保桥面能够承受交通载荷。
最后，桥梁才能通车并投入使用。
总之，大跨度悬索桥的施工需要经过多个阶段及工序，每个环节
都需要非常严谨的规划和施工，才能保证整个工程的安全、顺利完成。
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本例题桥梁为它承重式悬索桥，在本章节中将详细介绍成桥阶段和施工阶段的建模方法和确认结果方法。
模型/特性值/ 材料
名称 >主索
类型 >用户定义
弹性模量(2.0e+7)
比重(8.267)
图5 定义构件材料
参照表1按上述方法输入吊杆、加劲梁、索塔的材料。
表1 构件材料
项 目
主 缆
吊 杆
加劲梁
索 塔
类 型
用户定义
用户定义
用户定义
用户定义
弹性模量
2.0 x 107
1.4 x 107
2.1 x 107
在此
Wd(加劲梁单位长度重量) : 4.235 tonf/m (假设)
Wc(主缆单位长度重量) : 0.3454 tonf/m (假设)
Ld(吊杆纵向间距) : 12.5 m
Lc(吊杆间主索平均长度) : 12.8 m
忽略吊杆自重
如前所述，悬索桥的几何形状尤其是主缆的坐标不能由用户任意输入，而应该通过悬索平衡条件计算。
悬索桥在施工阶段具有很明显的非线性反应，但在给主缆以及吊杆施加了足够的张力的成桥阶段，其它荷载(车辆荷载、风荷载等)作用下的结构效应显示为线性。所以可以将初始平衡状态下的主缆和吊杆的张力转换为几何刚度，对于其它静力荷载可以做线性化的分析。将初始平衡状态下构件的内力转换为几何刚度后做线性化分析的方法称为线性化有限位移法。因为线性化有限位移法在成桥阶段分析中具有足够精确的解，所以在成桥阶段分析中采用线性化有限位移法。
文件/ 新项目
文件/ 保存(Suspension)
工具/单位体系
长度>m; 力>tonf
图3 设定单位体系
本例题将做三维空间分析，程序自动将自重转换为节点质量。
模型 /结构类型
结构类型 >3-D
将模型重量转换为质量 >转换方向 X, Y, Z
重力加速度(9.806)
图4 指定分析条件
定义构件材料
定义主缆(cable),吊杆(hanger),加劲梁(deck),索塔(tower)的材料。
2.初始平衡状态分析
3.为生成索塔水平杆件分割索塔构件
4.连接索塔和加劲梁
5.修改加劲梁位置
6.复制主缆、吊杆和索塔
7.生成索塔水平构件
8.刚性连接加劲梁和吊杆
9.输入边界条件
10.输入中间跨跨中支撑
11.输入质量数据 (加劲梁的回转质量)
12.输入特征值分析数据
13.输入静力荷载
设定建模环境
打开新项目( 新项目)，以‘Suspension.mcb’文件名保存( 保存)文件，指定单位体系。
2.1 x 107
比 重
8.267
7.85
7.85
7.85
定义截面特性值
参照图6和表2，按下列步骤输入截面特性值。
模型 / 特性值 / 截面
特性值表单
截面号( 1 ); 名称(主索)
尺寸 > D(0.23); 计算特性值 > Area( 0.04178 )
表2 材料以及截面特性值
项 目
加劲梁
主 索
吊 杆
图9 悬索桥二维基本形状
为了计算初拉力和成桥阶段基本形状，参照图10在悬索桥建模助手中输入基本数据。
模型 / 结构建模助手 /悬索桥建模助手
类型>对称桥梁
X(m) Z(m)
A(0)(20.48)
A1(3.6)(20.72)
B(128.6)(60.8)
C(328.6)(27)
索塔高度(60.8)
材料 >
图8 输入截面特性值(索塔、索塔水平构件)
初始平衡状态分析
悬索桥的成桥阶段在加劲梁自重作用下发生位移后，处于平衡状态。初始平衡状态下的主索坐标和张力不能由用户任意输入，需要通过力的平衡状态计算。
用户在悬索桥建模助手中只需输入悬索桥的垂度、吊杆间距等基本数据以及各吊杆上作用的荷载，程序将自动计算出初始平衡状态下主缆的坐标和主索、吊杆的初拉力。然后将计算出的主缆和吊杆的张力转换为几何钢度初始荷载，并用其自动构成几何刚度。
悬索桥的成桥阶段和施工阶段分析
概 要
悬索桥是由主缆、索鞍、加劲梁、吊杆、塔墩、锚碇等主要构件组成的较柔性的结构形式，广泛应用于大跨度桥梁中。
悬索桥的结构分析主要分为成桥阶段分析和施工阶段分析两部分。
成桥阶段分析是指在所有工程竣工后，即在成桥状态下分析桥梁的静力和和动力反应。悬索桥在成桥状态下处于结构自重平衡状态，又称为悬索桥的初始平衡状态，计算初始平衡状态下主缆的坐标和张力称为初始平衡状态分析。成桥阶段分析包括初始平衡状态分析以及在其它外力作用下的结构效应分析。
图1 分析模型
桥梁基本数据
如图1为桥长650m的它承重式悬索桥，详细的桥梁基本数据参见图2。
图2 纵向立面图
建立成桥阶段模型
建立结构模型
本例题中建立悬索桥模型的步骤是首先建立成桥阶段模型，然后做成桥阶段分析，最后使用其它名称做施工阶段分析。
建立悬索桥成桥阶段模型的详细步骤如下。
1. 定义材料以及截面特性值
左侧跨(10@12.5);(9@30.89)
中间跨(32@12.5);劲梁: Wd/2 x Ld= 4.235/2 x 12.5 = 26.469 tonf
主 缆: Wcx Lc= 0.3454 x 12.8= 4.4421 tonf
合 计:30.89tonf
主缆(1: 主缆); 吊杆(2: 吊杆)
加劲梁(3: 加劲梁); 索塔(4: 索塔)
截面 >
主缆(1:主缆); 吊杆(2: 吊杆)
加劲梁(3: 加劲梁); 索塔(4: 索塔)
选择主缆和吊杆单元类型 >只受拉单元(索单元)
加劲梁形状 > 左侧坡度(%)(2); 弧形坡度弦长(m)(400)
吊杆间距和荷载
索 塔
索塔水平构件
Area
0.5395
0.04178
0.00209
0.16906
0.1046
Ixx
0.4399
0
0
0.1540
0.1540
Iyy
0.1316
0
0
0.1450
0.1080
Izz
3.2667
0
0
0.1143
0.0913
图6 输入截面特性值(主缆)
参照图7和图8输入其它构件的截面特性值。
图7 输入截面特性值(吊杆、加劲梁)
悬索桥建模助手利用内含的悬索公式计算自动计算出悬索桥的几何形状和初拉力。如图10所示，用户只需输入索塔的坐标、垂度(B-C)、加劲梁的坡度、吊杆间距以及作用在吊杆上的结构自重，程序将自动计算出包含主索坐标在内的所有坐标。