斜拉-悬索协作体系桥合理成桥状态的确定
综合法初定斜拉桥合理成桥状态
能 主。作压构要塔弯不 太：塔塔为弯件求内矩
（ ）主 梁 。主梁 弯矩 在 恒 、 ２ 活载 作用 下 弯 曲
应力 小且分 布均匀 。
（ ）斜 拉索 。斜拉 索的 索力 从 自身 出发 要满 ３ 足两 方面要 求 ： 斜拉 索垂 度要求 的最小 索力 ； 材料
总 第 ２ ９ ｚ期 ２ｌ 年第 ｏ ｏ ３ 期
交
通
科
技
Ｓ ｒａ Ｏ ３ ｅ ｉｌＮ ．２ ９
Ｎｏ． ２ Ａ ｐｒ ２ ０ ． ０１
Ｔｒ ｎ ｐ ｒａ ｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔ ｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
综 合 法 初定 斜 拉桥 合 理成 桥 状 态
下不 出现负反力 。 １２ 综合法初 定成桥 状态 ． 综 合法 即最小 弯曲 能 量法 结 合应 力 平衡 法 ，
备 ， 支座反力作 为 约束条件 。综上所述 ， 将 索力优
化 的优化模 型 Ｉ ： 为 ・
ｍｗｘ一 ｉ ｉ（ ｍ ｎ ）
ｃ
ｊ＝ ｌ
Ｍ ＋ ＋ Ｍ ）１
一
｝一
雕
眶 ｎ
图 １ 某 独 塔 斜拉 桥 立 面 图
— ＝一 ｔｋ ２ｎ — ： ｋ ｄ ｑ ＝设汁７付 ７５ ｌ — 诵自 ， ｌ ｍ ｆ｜
０
甄
◎
＠
ｏ
ｌ 合确合成状 综法定理桥态
１ １ 合理成 桥状态 的确定 原则 ． 在确定理 想 成桥 状 态过 程 中 ， 必须 综 合 考虑
ｆ
３ ｌ（ ）
ｏ ２ ≤ 万ｉ ｏ ４ ．Ｒ Ｔ ≤ Ｒ
斜拉桥和悬索桥的总体布置和结构体系
主跨跨径
索 塔 高 度
索面形式（辐射式、竖琴式或扇式） 双塔：H/l2=0.18~0.25
拉索的索距
单塔：H/l2=0.30~0.45
拉索的水平倾角
6
拉索布置
斜拉索横向布置
空间布置形式
单索面
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
7
拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式
拉索间距
早期：稀索
混凝土达 15m~30m 钢斜拉桥达 30m~50m
31
1）斜拉桥施工的理论计算
斜拉桥施工的理论计算方法主要有以下几种：1、倒拆法；2）正算法
倒拆法从斜拉桥成桥状态出发（即理想的恒载状态出发）用与实际施工 步骤相反的顺序，进行逐步倒退计算来获得各施工节段的控制参数，根据 这些参数对施工进行控制与调整，并按正装顺序施工。
正算法是按斜拉桥的施工顺序，依次计算出各施工节段架设时的内力和 位移。并依据一定的计算原则，选定相应的计算参数作为未知变量，通过 求解方程得到相应的控制参数。
1)主梁的边跨和主跨比 2) 主梁端部处理 3) 主梁高度沿跨长的变化
混凝土主梁横截面形式
1）实体双主梁截面；2）板式边主梁截面；3）分 离双箱截面；4）整体箱形截面；5）板式梁截面
双索面钢主梁横截面形式
双主梁、单箱单室钢梁、两个单箱单室钢梁、 多室钢梁和钢桁梁
21
3、主梁构造特点（续）
主要尺寸拟定
混凝土斜拉桥的拉索一般为柔性索，高强钢丝外包的索套仅作为保护材 料，不参加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度对索的受拉性能有影 响，同时索力大小对垂度也有影响。 为了简化计算，在实际计算中索一般采 用一直杆表示，以索的弦长作为杆长。关健 问题是考虑索垂度效应对索的伸长与轴力的 关系影响，这种影响采用修正弹性模量来考 虑。
施工监控课后习题整理
施工监控课后习题整理第一章绪论----要点与作业一、四种大跨度桥梁主要施工方法与施工控制技术关键（一）混凝土梁桥施工方法：先简支后连续、顶推法、悬臂现浇法、悬臂拼装法悬臂法施工控制关键：主梁线形、合龙精度、主梁正应力、腹板主拉应力（二）拱式桥拱桥的施工技术1.支架法2.缆索吊装法3.悬臂法4.转体法拱桥施工控制关键：主拱圈线形、合龙精度、主梁线形、吊杆力（中、下承式拱桥）、系杆力（系杆拱桥）（三）斜拉桥主梁悬臂现浇施工钢箱梁吊装施工斜拉桥桥施工控制关键：主梁线形、斜拉索索力、合龙精度、主塔偏位（四）悬索桥悬索桥施工：猫道架设、主缆架设、吊杆安装、主梁架设、主梁架设方法【1.跨缆吊机法（大江大河）2.缆索吊机法（山区，江河）3.桥面吊机法（山区，江河）4.轨索运梁法（山区）5.顶推法（自锚式）】悬索桥施工控制关键：主缆线形、吊索索力、加劲梁安装、主索鞍偏位二、桥梁施工控制概念桥梁施工控制技术，就是把现代控制理论应用在桥梁施工过程中，确保在施工过程中，桥梁结构的内力、变形一直处于允许的安全范围内，确保最终的实际桥梁变形和内力符合设计理想的变形和内力的要求。
通过施工控制来解决：成桥设计目标；施工安全。
三、桥梁施工控制的任务与工作内容1) 施工状态的计算。
?即计算各施工状态的结构内力、应力、变位等理论值。
2) 状态变量的量测。
即量测各施工状态的结构内力、应力、变位等实际值。
3) 控制分析与调整。
对结构刚度、自重、?混凝土收缩与徐变等设计参数进行识别和预测，以理想成桥状态作为控制目标，通过对安装索力和立模标高等参数的调整，使最终实际成桥受力和线形状态满足设计要求，并且确保施工过程中受力安全。
第二章桥梁施工正装计算一、试述桥梁施工过程模拟计算的基本方法；一般用有限元法：平面杆系、空间杆系、精确空间模型（板壳、体元等）有限元法中混凝土收缩和徐变的计算方法：初应变法、等效弹性模量法等。
二、试述桥梁施工过程模拟计算中混凝土收缩和徐变的计算方法；徐变影响计算方法：初应变法；等效弹性模量法等。
斜拉-悬索体系转换中缆索共存状态结构力学研究
斜拉-悬索体系转换中缆索共存状态结构力学研究【斜拉-悬索体系转换中缆索共存状态结构力学研究】在桥梁设计中，斜拉桥和悬索桥是两种常见的桥梁结构形式，它们在桥梁跨越大河、峡谷等特殊地理环境中具有独特优势。
而在一些特定情况下，斜拉桥和悬索桥的结构可以进行转换，形成一种称为“斜拉-悬索体系”的新型桥梁结构。
在这样的桥梁结构中，斜拉索和悬索共存，相互配合，形成了复杂而有趣的结构力学特性。
1. 斜拉桥和悬索桥的特点斜拉桥和悬索桥是两种常见的桥梁结构形式，它们各自具有独特的特点和优势。
斜拉桥采用了一种斜拉索的结构形式，通过斜拉索的拉力进行桥梁的支撑和荷载传递，同时具有较好的抗风性能。
而悬索桥则采用了悬索的结构形式，在主塔顶部悬挂钢缆，将桥面吊起，具有较大的跨度和较优的荷载传递性能。
2. 斜拉-悬索体系的转换在一些特定情况下，斜拉桥和悬索桥的结构可以进行转换，形成一种称为“斜拉-悬索体系”的新型桥梁结构。
这种结构形式中，斜拉索和悬索共存，相互配合，形成了复杂而有趣的结构力学特性。
通过合理的设计和施工，斜拉-悬索体系可以充分发挥斜拉桥和悬索桥的优势，同时克服它们各自的劣势，实现更好的整体性能。
3. 缆索共存状态结构力学研究在斜拉-悬索体系中，斜拉索和悬索共存，形成了复杂的结构力学关系。
为了充分理解和把握这种结构的特性，需要进行深入的研究和分析。
在研究中，有必要对缆索的共存状态进行详细的结构力学分析，探讨不同工况下的受力情况和变形特性。
还需要对整个斜拉-悬索体系进行系统的模拟和计算，验证其设计的合理性和可行性。
4. 个人观点和理解作为一种结构新颖、性能优越的桥梁结构形式，斜拉-悬索体系在实际工程中具有很大的应用前景。
我个人认为，对于这种桥梁结构形式的研究和探索，不仅可以为桥梁工程领域带来新的技术突破，还可以为其他领域的结构设计和工程实践提供有益的启示和借鉴。
斜拉-悬索体系的转换以及其中缆索共存状态的结构力学研究，具有重要的理论和实际意义。
斜拉桥合理成桥状态的确定
Md2
, M d1
可行域,
与N
有关
y
M d1 M d2 M d N y
M d 最小可行域宽,分区确定N y
回总目录
合理成桥状态“目标”：
a. 索力分布合理 匀称—变化均匀
b. 主梁弯矩——“可行域”—居中或偏向 c. 主塔弯矩——预偏（活载因素） d. 边墩、辅助墩反力
回总目录
0 -20000 -40000 -60000
0
可行域上限
可行域下限
计入预应力后的恒载弯矩
75
150
225
300
375
450
主梁位置（m）
图2-13 调整前的主梁成桥恒载弯矩分析图
回总目录
调整后的主梁成桥恒载弯矩图
弯矩数值（kN.m）
60000 40000 20000
0 -20000 -40000 -60000
450
回总目录
预加力数值（kN） 0 75 150 225 300 375 450
主梁预加力图
120000 90000 60000 30000 0
-30000
合理预加力
实际布置的有效预加力
图2-12
主梁位置（m）
主梁预加力图
回总目录
调整前的主梁成桥恒载弯矩分析图
弯矩数值（kN.m）
60000 40000 20000
0
可行域上限
可行域下限
调后成桥恒载弯矩
75
图2-14
150
225
300
主梁位置（m）
调整后的主梁成桥恒载弯矩图
375
450
回总目录
索力数值（kN） 0 S5 S10 S15 S20 B14 B9 B4 A1 A6 A11 A16
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。
用应力平衡法确定斜拉桥主梁的合理成桥状态
y1
当 N
N
y
), 可 ( 9)
≤m in (N y j 1 , N y j 2 ) 时, 满足此区段要求, 分两种情况取值: ①当 N y 1 > 0 时, 取 N y = N y 1;
y1 y1
得主梁恒载弯矩可行域为 M d 2 ≤M d ≤M
②当 N
< 0 时, 取 N y = 0。
作者简介: 颜东煌 (19612) , 男, 湖南委底人, 长沙交通学院教授, 工学硕士.
5 0 中 国 公 路 学 报 2000 年 梁面积、 下缘和上缘抗弯截面模量; [ Ρl ] 为材料的容 许拉应力; [ Ρa ] 为材料容许压应力 ( 其值为负) 。 11112 拉应力控制条件 主梁截面上下缘在恒载和活载组合下的最大应 力 Ρsl、 Ρx l 应满足 N d + N y M d ( 1) Ρsl = + Ρsm ≤ [ Ρl ]
Abstract: A cco rd ing to no rm a l st ress con t ro lling cond it ion s on the top and bo t tom of beam sect ion, con sidering live load act ion and ad ju stab ility of cab le fo rces fo r the dead m om en t s on the fin ished sta te of the m a in beam , th is p ap er decides the rea sonab le p rest ressing quan t ity and the rela t ive rea sonab le lim it s of dead m om en t s. It can decide the fea sib le eim it s of dead m om en t s of the m a in beam if the p rest ress ha s been g iven. T he resu lt s can p rovide backg round da ta fo r decid ing the rea sonab le fin ished dead sta te of the to ta l st ructu re of cab le 2stayed b ridges. Key words: cab le 2stayed b ridge; m a in beam ; p rest ress; rea sonab le fin ished dead sta te; st ress ba lanced m ethod
斜拉-悬索协作体系桥主缆找形的假定初态法
Ｙ Ａ Ｎ Ｊ Ｉ Ｕ Ｙ Ｕ Ｔ Ａ Ｎ Ｓ Ｕ Ｏ《工程与建设》 ２０１７年第３１卷第１期２７ 收稿日期：２０１７－０３－０３；修改日期：２０１７－０３－２６作者简介：周隆文（１９９１－），男，湖北咸宁人，武汉理工大学硕士生．斜拉－悬索协作体系桥主缆找形的假定初态法周隆文， 冯彩霞， 曾诗琪， 李文超（武汉理工大学交通学院，湖北武汉 ４３００６３）摘 要：对于斜拉－悬索协作体系桥这种新式桥梁，其主缆线形分析关系着成桥状态的确定。
阐述了使用分步算法进行协作体系桥的计算分析思路。
针对协作体系桥提出主缆找形的假定初态迭代法，具体描述了假定初态法的执行过程。
阐述了协作体系桥主缆几何非线性特征，并对几何非线性方程解法做了简要介绍。
关键词：协作体系桥；分步计算；几何非线性；假定初态法；有限位移法中图分类号：Ｕ４４８．２５；Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－５７８１（２０１７）０１－００２７－０３ 斜拉－悬索协作体系桥作为一种特殊的桥型，其与传统的斜拉桥和悬索桥有不同之处，同时它们也有共同之处。
斜拉桥和悬索桥均为协作体系桥梁的一部分，各部分受力特性相似，然而协作体系各部分之间又有相互影响。
斜拉－悬索协作体系桥与传统的桥型相比，在计算上面相对复杂，桥梁设计人员往往将协作体系桥的合理成桥状态作为设计目标，通过协调各方面的设计参数来达到方案设计的预期状态。
作为协作体系，合理的成桥状态一般是指以下一些目标：一是结构内力的大小，二是全桥的线形［１］。
结构受力状态包括加劲梁、主塔、主缆、斜拉索、吊杆及墩台等构件。
而这些结构的内力又主要受恒载的分布情况、缆索索力大小等的控制。
对于全桥的线形，主要包括主梁的成桥标高、主缆的成桥线形、主塔的塔顶纵向位移等。
１ 模型的分步算法对于协作体系成桥状态的计算，可以不考虑施工过程。
一般可以采用分步计算［２］，即先分别计算斜拉部分和悬索部分的受力情况，然后结合二者，计算、调整全桥的受力以达到合理的成桥状态［２］。
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Ｔｈ ｅ Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｒｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｌａ ｒ ｇ ｅ — — ｓ ｐ ａ ｎ Ｃａ ｂ ｌ ｅ — — ｓ ｔ ａ ｙ ｅ ｄ — — ｓ ｕｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｂｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｓ
一 一 一 一 ～ ～ ～ 一 ～ ～ 一 ～ 一
内。
在成桥状态下 ， 加劲梁 的恒载 弯矩要控 制在 “ 可行域” 范 围
（ ４ ） 主塔 弯矩
对于 自锚式斜拉一悬索协作体系桥来说 ， 应该使 主塔在恒 载作用下 的弯矩尽量小 ， 并且使塔 顶水 平变位 接近于 零。
二． 斜拉・愚素协作体系桥合理成桥状态确定的算法
参 数 方程 法 、 节线法等。
２斜拉一悬 索协作体 系桥合理成桥状态 的确定原则
（ １ ） 斜 拉 部 分 索 力 分 布
很 少 。本 文 结合 Ａ ＮＳ ＹＳ的优 化 模 块 ． 对 斜 拉一 悬 索协 作 体 系
索力要分 布均 匀 ， 但又有较大的灵活性。通常短 索的索力
小， 长索 的索力大 ， 呈递增趋势 ， 但 局 部 地 方 应 允 许 索 力 有 突 变。 （ ２） 主 缆 线 形
５ ６
的确 定是 设 计 中要 解 决 的一 个 重 要 的 结 构 受 力 问 题 ． 目前 针 对 斜 拉 桥 和 悬 索桥 成 桥 状 态 的 确 定 方 法 已 经 比 较 成 熟 ．但 关
于斜 拉 一 悬 索协 作 体 系这 种 新 桥 型 的 成 桥 状 态 的 确 定 方 法 还
小法 、 用索量最小法和影响矩 阵法等。 悬索桥成桥状 态确定 的主要 方法有 ： 抛 物线法、 悬链线法 、
桥 成桥状 态的确定进行 分步计算 ，算例表 成 桥 状 态
关键词 ： 斜拉一 悬 索协 作体 系桥 ； 合 理成桥 状 态； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
优 化
中跨主缆的线形应满足设计 矢跨 比的要求 ， 中跨 吊索分布 区域的钢加 劲梁 部分恒载应 由主缆承担 ，合理成桥状 态的主 缆线形应该使得在恒载作用下塔 、 梁所 受的弯矩最小 。 （ ３） 加劲梁弯矩
陶 少峰 Ｔ ａ ｏ Ｓ ｈ ａ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ 黄 海新 Ｈｕ ａ ｎ ｇ Ｈａ ｉ ｘ ｉ ｎ 刘耀 武 Ｌ ｉ ｕ Ｙａ ｏ Ｗ Ｕ
摘要 ： 因其 突出的优越性和竞争 力使得斜拉一 悬索体 系 桥
在 大跨桥 型的工程 中得到越 来越 多的应 用，其合理成桥状 态
由于斜拉一悬 索协作体 系桥这种桥型 比较特殊 ， 无法通过 现 有的某一种方 法直 接得到合理成 桥状态 。本 文的分步 算法
首 先将 有限元计 算模型拆 分 为斜 拉桥 部分和 悬索桥 部分 ， 利
用悬链 线法确定主缆形态 ， 结合 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ优化模 块对悬索桥部 分 进行优化 ， 不断更新 主缆 坐标及 吊杆 力 。 从 而确定悬 索桥部 分的合理成桥状 态 ；利用 刚性支承连续梁 法求得斜拉杆 的内
一
．
斜拉—愚素协作体系桥合理成桥状态的分步算法和确
裔，
定原则
１ ． 斜拉桥和悬索桥合理成 桥状 态的计算 方法
斜拉桥成桥状态确 定的主要方法有 ： 刚性支承连续梁 法 、 零位移法 、 内力平衡法 、 指定应力法 、 弯 曲能 量最 小法 、 弯矩最
一
０
图 １荷载 沿索长均布单 索计算 简图
成桥线形的确定主要采用抛物线法、 以悬链线 索元为基础的递推 法、 虚拟梁法等。而关于斜拉一悬索协作体系桥这种新桥型的成
桥状态确定方法还很少。本文结合优化设计方法 ， 对斜拉一悬索 协作体系桥的成桥状态进行分步计算 、 确定 ， 最终整合获得桥梁
整体的合理成桥状态。
以视 为按 吊点划分 的多段悬链线 的组合 。
对 于 大 跨 度 悬 索 桥 主 缆 而 言 ，成 桥 状 态 所 受 的 荷 载 有 两
的成桥状态确定是设计 中要解决的一个结构受力问题 ， 目前针对
斜拉桥和悬索桥成桥状态的确定方法 己经比较成熟， 国内外桥梁 专家提出了很 多确定斜拉桥恒载合理索力的理论计算方法， 主要 有： 刚性支承连续梁法、 零位移法 、 内力平衡法、 指定应力法、 弯曲
能量 最小 法 、 弯矩 最小 法 、 用 索量 最 小 法和 影 响矩 阵法 等 。 悬 索桥
种： 一是 吊索 间沿 索长 均匀分布 的主缆 自重 ， 二是 由 吊索传递 的集 中荷载。 因此 ， 悬索桥 的主缆 受力图式可简化 为承 受沿弧 长分布 的均布 荷载 ｑ和 吊索处集 中荷载 Ｐ的柔性索 ，各 吊点 之 间的主缆线形 为受主缆 自重作用 的悬链 线 ，即整个主缆可
引言
桥梁 的合理成桥状态是指桥梁结构满足规范和设计要求 ， 且 结构以某种目标达到最优的成桥状态［ １ ］ 。斜拉一悬索协作体系桥
力， 结合 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ优 化模 块对斜拉 部分进 行优 化 ， 得 到斜拉 桥 部分的合理成桥状态 ； 最终 把这些结 果应 用于整体 模型 ， 进行 调整从 而得到整体模 型的合理成桥状 态。 １悬 索桥部分合理成桥状态 的确定 （ １ ） 利用悬链线法初步确定主缆坐标和作用力