吊桥近似计算

应该指出：线性挠度理论忽略了竖向荷载本身引起的主 缆水平力对加劲梁受力的影响，这将使计算结果绝对值增大。 因而，用于设计加劲梁是偏安全的。
2.悬索桥的近似分析
2.3 水平静风荷载作用下的实用计算
水平静风荷载作用下悬索桥的变形如图所示。风载荷在 桥上的实际分布是相当复杂的，在静风计算中，一般假定风 荷载为沿桥跨方向均布的已知荷载。这样，作用在悬索桥上 的风载将分别通过主缆和加劲梁传到 基础。风荷在主缆与加劲梁之间 的传递是由吊索完成的，其受力 根据刚度分配。可见研究静风荷 载的计算问题，首先必须研究风 载在主缆和加劲梁上的分配问题。 简单的计算方法有均等分配法。
1.概述
悬索桥计算理论的发展与悬索桥自身的发展有着 密切联系
➢ 早期，结构分析采用线弹性理论(由于桥跨小，索自重较 轻，结构刚度主要由加劲梁提供。
➢ 中期(1877), 随着跨度的增加，梁的刚度相对降低,采用 考虑位移影响的挠度理论 。
➢ 现代悬索桥分析采用有限位移理论的矩阵位移法。
跨度不断增大的同时，加劲梁相对刚度不断减小，线性挠度 理论引起的误差已不容忽略。因此，基于矩阵位移理论的有限元 方法应运而生。应用有限位移理论的矩阵位移法，可综合考虑体 系节点位移影响、轴力效应，把悬索桥结构非线性分析方法统一 到一般非线性有限元法中，是目前普遍采用的方法。
2.悬索桥的近似分析
悬索桥计算模型
在成桥后竖向荷载p(x)作用下，荷载集度由q变为qp，
外力作用下主缆和加劲梁产生挠度，主缆挠度由y变为
(y+)，主缆水平拉力Hq变为(Hp+Hq)。
2.悬索桥的近似分析
针对大跨径悬索桥活载远比恒载为小的特点，计算中只 考虑恒载索力对竖向荷载的抗力，形成了线性挠度理论。此 时线性叠加原理和影响线加载均可应用，使计算得到了简化。 李国豪教授在此基础上于1941年提出了等代梁法和奇异影响 线的概念，揭示了悬索桥受力的本质，使挠度理论变为实用 计算成为可能。
得到主缆无应力长度。
2.悬索桥的近似分析
2.2 加劲梁在竖向荷载作用下的近似分析
➢ 悬索桥加劲梁先铰接后固结的施工特点，决定了加劲梁 在一期恒载作用下没有整体弯矩。
➢ 加劲梁竖向荷载主要指二期恒载和活载等.如图所示。 ➢ 假定:忽略梁体剪切变形、吊杆的伸缩和倾斜变形对结构
受力的影响，将离散的吊杆简化为一连续膜。
几种计算理论的基本假定
▪பைடு நூலகம்弹性理论
（1）悬索为完全柔性，吊索沿跨密布； （2）悬索线性及座标受载后不变； （3）加劲梁悬挂于主缆，截面特点不变；仅有二期
恒载、活载、温度、风力等引起的内力。
计算结果：悬索内力及加劲梁弯距随跨经 的增大而增大。
几种计算理论的基本假定
▪ 挠度理论 与弹性理论不同之处仅在于：考虑悬索竖向变形 对内力的影响（不考虑剪力变形、吊杆倾斜及伸缩 变形，影响较小）。 线性挠度理论：忽略挠度理论中活载引起的主缆水 平分力与竖向位移之间的非线性关系。
相比之下，弹性分配法就有较高的计算精度。
3.主塔的计算
3.1 受力特点
悬索桥主塔承受的主要荷载有:
直接作用于塔身的自重、风荷、地震荷载、温变荷 载；由主缆传来的荷载,它一方面改变加劲梁和主缆传至 塔上的竖向荷载，另一方面将在塔顶产生顺桥向和横桥 向的水平位移，当两根主索受力不一致时，主塔还会受 扭。
2.悬索桥的近似分析
2.1 成桥状态的近似计算法
什么是成桥状态计算? 成桥状态近似计算作如下基本假定： 1) 主缆为柔性索，不计其弯曲刚度； 2) 加劲梁恒载由主缆承担； 3) 在主缆吊梁段，主缆、索夹、吊杆和加劲梁自重都
等效为沿桥长均布的荷载q；在无梁段，主缆自重沿 索长均匀分布。
2.悬索桥的近似分析
悬索桥各部分的作用
❖ 主缆是结构体系中的主要承重构件，受拉为主； ❖ 主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，受压为主； ❖ 加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，
主要承受弯曲内力； ❖ 吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是
连系加劲梁和主缆的纽带，受拉。 ❖ 锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。
2.1 成桥状态的近似计算法
主缆设计计算步骤： 1) 导出主缆成桥态的线形、张力以及几何长度的计算公式； 2) 扣除加劲梁恒载作用下主缆产生的弹性伸长量，得到主缆
自由悬挂态的缆长，即自重索长； 3) 在索鞍两边无应力索长不变的情况下，用主缆在空挂状态
塔顶左、右水平力相等的条件求索鞍预偏量； 4) 由自由悬挂状态下的缆长扣除主缆自重产生的弹性伸长，
计算结果：加劲梁弯距铰弹性理论结果要小。
▪ 有限位移理论 综合考虑各种非线性因素的影响，适于大跨径。
1.概述
悬索桥设计的计算内容
➢ 精确合理地确定悬索桥成桥内力状态与构形； ➢ 合理确定悬索桥施工阶段的受力状态与构形，以期
在成桥时满足设计要求； ➢ 精确分析悬索桥运营阶段在活载及其它附加荷载作
用下的静力响应； ★ 悬索桥的设计计算要根据不同的结构形式、不同的
悬索桥近似计算
主要内容
1 概述 2 悬索桥的近似分析 3 悬索桥主塔的计算
1.概述
1.1 悬索桥的受力特征
悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件 构成的柔性悬吊体系， 其主要构成如下图所示。成桥时， 主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决 定。成桥后，结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。
水平静风荷载作用下的悬索桥
2.悬索桥的近似分析
这种方法假定横向风荷在加劲梁和主缆间产生的重分配 力(实质上就是吊杆沿梁长每延米的水平分力)为沿梁长的均 布荷载q，索面和梁体在位移时保持刚性转动。
实际上风的重分配力q并不会沿梁长均匀分布，而是梁 长座标x的函数，记为q(x)，索面和梁的位移也不满足刚性 转动假定。因此，均等分配法的计算精度较差。
设计阶段、不同的计算内容和要求来选用不同的力 学模式和计算理论。基本上以计算主缆为主。
1.概述
悬索桥成桥状态的确定
➢ 小跨径悬索桥：确定桥成状态采用抛物线法。 由于主缆自重轻，成桥态主缆近似呈抛物线形。
➢ 大跨径悬索桥：主缆线型呈多段悬链线组成的索 多边形，计算主缆线型主要有非线性循环迭代法 和基于成桥状态的反算法。