桥梁结构分析理论与方法7资料
桥梁结构力学分析PPT
三. 自由度 确定体系位置所需的独立坐标数
四. 约束(联系) 能减少自由度的装置
1. 链杆
2. 单铰
§1. 几何组成分析
§31.-链1 杆基与本单概铰的念关系
一. 几何不变体系 几何可变体系 4二. 虚. 铰刚片 几何形状不能变化的平面物体
三. 自由度 确定体系位置所需的独立坐标数
四. 约束(联系) 能减少自由度的装置
一. 无多余约束的几何不变体系是静定结构
静定结构:由静力平衡方程可求出所有内力和 约束力的体系. q
§1-4 体系的几何组成与静力特征的关系
一. 无多余约束的几何不变体系是静定结构
静定结构:由静力平衡方程可求出所有内力和
约束力的体系.
q
二. 有多余约束的几何不变体系是超静定结构
超静定结构:由静力平衡方程不能求出所有内力
和约束力的体系.
q
§1. 几何组成分析
§1-4 体系的几何组成与静力特征的关系 一. 无多余约束的几何不变体系是静定结构
二. 有多余约束的几何不变体系是超静定结构
三. 瞬变体系不能作为结构
瞬变体系的主要特性为: 1.可发生微量位移,但不能继续运动 2.在变形位置上会产生很大内力 3.在原位置上,一般外力不能平衡 4.在特定荷载下,可以平衡,会产生静不定力 5.可产生初内力.
方法1: 若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法4: 去掉二元体.
例6: 对图示体系作几何组成分析
解: 该体系为无多余约束几何不变体系. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加.
方法1: 若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法4: 去掉二元体. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加.
桥梁理论 PPT课件
可能使预应力重 心靠下，满足构 造要求下，各束 预应力筋互相靠 近，减小马蹄尺 寸；
• 一般锚固在梁端
腹板，特殊情况 顶板可布置；
33
预应力向梁端弯起原因
• 索界的概念; • 预应力向梁端起弯的原因：
– 减少梁端负弯矩，提供部分抗剪能力，分散锚下集中力、 便于布置锚具。
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预应力向梁端弯起原因
中产生附加内力，设计计算方便，最易设计成各种标准 跨径的装配式结构。
• 由于简支梁是静定结构，结构内力不受地基变形的影响，
对基础要求较低，能适用于地基较差的桥址上建桥。
• 在多孔简支梁桥中，相邻桥孔各自单独受力，便于予制、
架设，简化施工管理，施工费用低，因此在城市高架、 跨河大桥的引桥上被广泛采用。
受弯构件及偏心受压构件的拉力钢筋 受拉区 20d+半圆钩 30d
35d
受压区 10d+半圆钩 20d
25d
弯起钢筋末端的直线段
受拉区 20d+半圆钩 30d
35d
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T梁配筋图
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中主梁横隔梁构造
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7-3 装配式预应力混凝土梁桥
• 比较广泛的桥梁结构形式； • 跨径大于20米，目前可到65米； • 其发展依赖于基本材料指标，如使用高强轻质混
度不小于主梁高1/12端部不 小于8厘米；
10
钢筋砼铺装层构造
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T 梁受力特点—弯距包络图
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主梁配筋特点
• 包括纵向受力钢筋、弯起
（斜）钢筋、箍筋、防裂钢 筋、架立钢筋、分布钢筋 （构造）、局部加强钢筋；
• 受力特点抛物线正弯距，可
弯起部分主筋；但至少2根不 小于20%主筋通过支承截面；
桥梁结构的静力学分析
桥梁结构的静力学分析桥梁结构一直以来都是人类工程领域的重要组成部分。
在现代社会中，桥梁不仅仅是交通的纽带，更是城市发展和经济繁荣的象征。
为了确保桥梁的安全稳定，静力学分析是一项必要且重要的研究内容。
本文将对桥梁结构的静力学分析进行探讨。
一、概述桥梁结构的静力学分析是指通过力学原理和方法，对桥梁在静力作用下的受力和变形进行计算和研究的过程。
它是桥梁设计和评估的关键一步，能够帮助工程师更好地了解桥梁的受力情况，避免潜在的结构失稳和破坏风险。
二、受力分析在进行桥梁结构的静力学分析时，首先需要进行受力分析。
桥梁结构通常由梁、柱、墩、桩等多个组成部分组成，每个组成部分都承受着不同的受力。
通过使用静力学原理和力平衡方程，可以计算出桥梁结构中各个部分的受力情况，例如梁的弯曲力、剪力以及柱的轴力等。
受力分析的结果将为后续的结构设计提供重要的参考依据。
三、变形分析除了受力分析，桥梁结构的静力学分析还需要进行变形分析。
桥梁在受到外力作用时，会出现一定的变形，这些变形可能对桥梁的稳定性造成潜在的影响。
通过使用变形计算方法，可以对桥梁结构的变形进行准确的预测和分析。
常用的变形计算方法包括弹性力学理论和有限元分析等。
通过变形分析，可以判断桥梁结构的变形是否满足特定的设计要求，从而确保桥梁的安全性和稳定性。
四、参数计算在进行桥梁结构的静力学分析时，需要确定一些关键参数。
例如，桥梁结构的几何参数、材料参数、荷载参数等。
准确的参数计算对于分析结果的准确性和可靠性至关重要。
几何参数通常包括梁的长度、截面形状等；材料参数包括梁的弹性模量、抗弯强度等；荷载参数包括交通荷载、风荷载等。
通过准确计算这些参数，可以为桥梁结构的静力学分析提供可靠的基础。
五、计算方法在桥梁结构的静力学分析中，使用合适的计算方法也是十分重要的。
常用的计算方法包括静力平衡法、静力定性法、变形计算法等。
静力平衡法适用于简单结构和荷载较小的情况，通过平衡结构中各个部分的受力，得出桥梁结构的受力情况。
桥梁结构分析理论与方法—绪论作业
一、近代桥梁结构理论的回顾 5、悬索桥的挠度理论和非线性理论
工程实践 1869~1883年，罗布林（美籍德裔）一家三人建造了主跨达到486米的 纽约布鲁克林桥（理论尚未形成，通过模型试验探索悬索桥的力学性能和 设计方法）；
1912年，莫西夫（美籍立陶宛裔）第一次用挠度理论设计了纽约曼哈
顿桥。（后来被风吹毁的塔科马大桥也为莫西夫设计） 此后几十年间工程师运用挠度理论建造了十余座悬索桥，包括著名的
《有限元法》
二、现代桥梁结构理论的发展 1、有限元法软件
商业应用 有限元法主要走向了商业化软件的道路，例如ANSYS、SAP、Midas、 TDV等； 商用软件主要的功能包括： (1)自动加载和荷载组合方法 (2)斜桥、曲线梁和异形空间桥梁分析 (3)混凝土徐变、收缩和抗裂性分析
(4)体内、体外预应力配索方法
一、近代桥梁结构理论的回顾
Eads Bridge（公铁两用桥）建于1874年
一、近代桥梁结构理论的回顾
Forth Bridge（铁路桥）建于1890年
一、近代桥梁结构理论的回顾 4、混凝土结构设计理论
理论基础 1900年，E. Mörsch（德国）教授建立了容许应力法计算的经典理论。该 理论建立在大量研究、试验基础上。 1931年，A. Ф . Л о л е и т （前苏联）教授提出了按破坏内力法计算理
力联盟FIP、国际桥协IABSE组成了组合结构联合委员会，编制了组合结
构的模范标准。
二、现代桥梁结构理论的发展 4、斜拉桥的复兴
理论基础 1784年，C．J．Loscher在威尼斯用木材建造了世界上第一座斜拉桥。 1818年，两座人行斜拉桥的倒塌引起工程师的怀疑导致斜拉桥被否定 一个多世纪。 1938年，F．Dischinger（德国）重新分析了斜拉桥，认为之前的事故 是由于材料强度不足和非线性原因； 1955年，F．Dischinger用高强钢丝和非线性理论成功建造了主跨183米
桥梁结构分析理论与方法
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西南交通大学土木学院 沈锐利
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教学目的： 掌握板式结构桥梁、弯桥、斜梁桥的计算理论； 了解梁截面剪力滞的特性，掌握计算理论与方法； 掌握桥梁非线性的计算理论与方法，了解悬索桥、斜拉
桥梁结构分析的手段，目前主要采用有限元法，用计算机 利用程序计算，那是否我们只学有限元法，会用程序计算就可 以了？还学分析理论做什么？
李国豪院士在他的《桥梁结构稳定与振动》一书的再版前 言（2003年版）中说：“……..，但是，解析方法，不论是精 确的还是近似的，只要能给出有关参数影响的关系并表达出其 物理意义，在理论上和使用上都具有重要意义”。
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材料力学：我们知道，各种结构物是由各种元件和机械的零件 组成的，将这些元件和零件统称为构件。对于构件，按其几何形状 和各方向尺寸的比值，可大致分为杆（包括梁）、板（壳）和块体 几种。材料力学的研究对象是杆件，即长度远大于横向尺寸的构件。
3 雷俊卿编：大跨度桥梁结构理论与应用，清华大学、北京交大出版 社，2007年
4 张元海编著：桥梁结构理论分析，科学出版社，2005年 5 秦顺全著：桥梁施工控制-无应力状态法理论与实践，人民交通出
版社，2007年 6 李乔、卜一之、张清华著：大跨度斜拉桥施工全过程控制几何控制
概论与应用，西南交通大学出版社，2009年
桥梁结构分析理论与方法—绪论作业解析
一、近代桥梁结构理论的回顾
Eads Bridge（公铁两用桥）建于1874年
一、近代桥梁结构理论的回顾
Forth Bridge（铁路桥）建于1890年
一、近代桥梁结构理论的回顾 4、混凝土结构设计理论
理论基础 1900年，E. Mörsch（德国）教授建立了容许应力法计算的经典理论。该 理论建立在大量研究、试验基础上。 1931年，A. Ф. Лолеит（前苏联）教授提出了按破坏内力法计算理论的建
议。
1955年，前苏联率先颁布了按极限状态法设计的《混凝土与钢筋混凝土设 计标准技术规范》。
一、近代桥梁结构理论的回顾 4、混凝土结构设计理论
工程实践 混凝土材料由水泥、骨料、水混合而成。 1824年，J. Aspdin（英国）发明了波特兰水泥； 1867年，J．Monier（法国）申请了钢筋混凝土的专利；
一、近代桥梁结构理论的回顾 3、桁架分析理论
理论基础 桁架桥梁的理念来源于房屋建筑中。
1847年，惠普尔（美国）发表了一部著作《桥梁建筑研究》，对桁架
中各杆件受力进行分析，并根据受力提出材料使用建议。 1859年，郎肯（英国）编写了《应用力学手册》，是19世纪的结构分
析方法的经典著作。
一、近代桥梁结构理论的回顾 3、桁架分析理论
的受力性能，梁高对刚度的影响，以及他在试验中发现的现象对稳定理
论有重要的推动作用。 虽然桥梁稳定理论是在该桥梁之后发展的，但是设计者当时已经采
用加劲肋防止失稳。
一、近代桥梁结构理论的回顾
原布列坦尼亚桥建于1850年, 1970年毁于火灾
一、近代桥梁结构理论的回顾
新布列坦尼亚桥在原桥基础上改建，于1980年完工
理论基础 1586年，Stvin（英国）建立了悬索内力的三角形法则； 1638年，伽利略（意大利）提出了悬挂的链条形状可能为抛物线的猜想； 1675年，胡克（英国）提出拱的形状可以从倒过来悬索中找到； 1690~1691年，伯努利兄弟、Leibnitz、 Hugens先后发现悬链线的数学 公式并不是抛物线 1695年，De La Hire（法国）发表了关于拱的静力学的最早研究。
桥梁结构设计要点分析及设计措施
桥梁结构设计要点分析及设计措施桥梁结构在交通运输中具有重要的作用，它承载着车辆和行人的通行，连接着两岸的交通和经济，因此桥梁的设计至关重要。
桥梁结构设计要点的分析及设计措施则是保证桥梁结构安全和稳定的关键。
1.桥梁结构设计要点分析1.1 结构稳定性桥梁的结构稳定性是设计的首要考虑因素。
在考虑结构稳定性时，需要充分考虑桥梁的承载能力，抗风、抗震和抗变形的能力。
结构设计要考虑桥梁在运行工况下的受力情况，合理的设计桥梁的结构截面和连接节点是保证桥梁结构稳定性的关键。
1.2 材料选择桥梁结构的材料选择直接影响了桥梁结构的安全性和持久性。
在桥梁结构设计中，需根据实际情况选择适当的材料，如混凝土、钢材和复合材料等，来保证桥梁的承载能力和持久性。
1.3 环境影响桥梁结构是长期受到外部环境的影响，如化学腐蚀、气候条件等。
在设计中需要充分考虑桥梁所处环境的特点，采取合适的防护措施和材料选择，以保证桥梁结构的长期稳定与安全。
1.4 施工方便性桥梁结构设计时还需要考虑施工的方便性，合理设置施工材料和施工工艺，保证施工过程中的安全可控性。
2.设计措施2.1 预应力设计预应力设计是一种有效的提高桥梁结构承载能力和延长使用寿命的设计方法。
通过预应力设计，可降低混凝土的开裂倾向，提高桥梁结构的整体受力性能，延长桥梁的使用寿命。
2.2 结构刚度分析结构刚度分析是桥梁结构设计的重要内容，通过合理的结构刚度分析，可根据桥梁的受力情况选择合适的结构形式和材料，以提高桥梁的整体稳定性。
2.3 抗震设计在地震带地区的桥梁设计中，需要充分考虑桥梁的抗震性能。
通过合理的抗震设计，可提高桥梁结构的抗震能力，减小地震对桥梁结构的影响，保证桥梁在地震发生时的安全性。
2.5 监测与维护桥梁结构设计完成后，还需要进行长期的监测与维护。
通过定期的结构监测，可及时发现结构的问题，采取相应的维护措施，保证桥梁的安全和稳定。
以上便是关于桥梁结构设计要点分析及设计措施的相关内容，设计人员在进行桥梁结构设计时应根据实际情况严格遵循相关标准和规范，充分考虑桥梁的使用环境和特点，在设计中充分考虑以上内容，以确保桥梁的安全和稳定。
桥梁结构的稳定性分析方法
桥梁结构的稳定性分析方法引言：桥梁结构的稳定性是评估其在受到外力作用时抵抗变形和倒塌的能力。
稳定性分析方法对于确保桥梁的安全和可靠性至关重要。
本文将探讨桥梁结构的稳定性分析方法，介绍常用的计算模型，以及实际中常见的稳定性问题和相应的解决方法。
一、桥梁结构的受力特点：桥梁结构的受力特点包括：自重、动力荷载（如车辆荷载）、温度荷载、风荷载、水荷载等。
在稳定性分析中，我们需要把握这些力的作用方式、力的大小以及力的变化规律。
二、桥梁结构稳定性分析的计算模型：1. 静力分析模型：静力分析模型适用于桥梁结构受静力荷载作用时的稳定性分析。
在这种模型中，我们通常采用有限元方法，将桥梁结构离散化为多个小单元，建立相应的方程求解结构的内力分布和变形情况，从而评估其稳定性。
2. 动力分析模型：动力分析模型适用于桥梁结构在动力荷载（如车辆通过）作用下的稳定性分析。
在这种模型中，我们需要考虑结构的固有振动频率及其幅值，以及外界荷载的频率与结构固有频率之间的关系。
通过分析结构与外界荷载的相互作用，我们可以评估结构的稳定性。
3. 热力分析模型：热力分析模型适用于桥梁结构在温度变化等热荷载作用下的稳定性分析。
在这种模型中，我们需要考虑结构的热传导和热膨胀行为，以及结构与环境之间的热交换。
通过分析结构的温度分布和变化情况，我们可以评估结构在不同温度条件下的稳定性。
三、桥梁结构稳定性分析中常见问题及解决方法：1. 桥墩的稳定性分析：桥墩是桥梁结构的支座，其稳定性对于整个桥梁的安全至关重要。
常见的桥墩稳定性问题包括侧翻、滑移和失稳等。
为解决这些问题，我们可以采用增加墩身截面面积、增加墩肢宽度、改善土基承载力等方法来提高桥墩的稳定性。
2. 桥面板的稳定性分析：桥面板是桥梁结构上的行车面，其稳定性直接影响着车辆行驶的安全性。
常见的桥面板稳定性问题包括振动、脱落和沉降等。
为解决这些问题，我们可以采用增加面板厚度、加固梁肋和减小梁间距等方法来提高桥面板的稳定性。
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对于按跨度划分的桥梁, 周教授的标准是: 超大桥：跨度1000m以上 特大桥：跨度500～1000m 大 桥：跨度300～500m 中 桥：跨度100～300m 小 桥：跨度100m以下
桥梁适用范围： 斜拉桥：可达1000m左右 悬索桥：m以上 系杆拱桥：跨度可达500～600m
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2） 斜拉桥设计中索力优化主要方法 斜拉桥设计中使用的索力优化理论比较多，目前主要有刚性支
承连续梁法、零位移法、弯曲能量最小法、弯矩最小法、内力平衡 法、用索量最小法和影响矩阵法等。下面分别对其进行介绍：
(1).刚性支承连续梁法 刚性支承连续梁法是指选择合适的斜拉索张拉力，使结构在成
第七章 缆索承重桥梁的计算分析
本课程所介绍的缆索承重桥梁主要指斜拉桥和悬索桥，其共 同特点是缆索为主要承重结构或关键的受力构件。本章主要介绍 实用的计算方法。
按结构的受力体系，一般将桥梁结构分为梁、拱、悬索和组 合结构
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f l M 2(x)dx 0
梁中的弯矩可写为 M q(lx x2) / 2 Nx 2
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将弯矩表达式代入目标 函数中，可计算得到使目标 函数f最小的赘余力为
N 5ql / 8
对应的梁的弯矩如右图。
从上面的分析我们可以看出，如果能对拉杆进行张拉，通过调整 拉杆中的张力，就可以调整梁中的弯矩。设定不同的目标，可调整出不 同的梁的弯矩状态。这就是斜拉桥恒载索力计算的出发点，即通过设计 恒载索力使斜拉桥受力合理。
弯曲能量最小法是以结构(塔、梁)弯曲应变能作为目标函数， 从能量原理出发，设计合理索力保证成桥后结构弯曲能量最小。在 具体应用中，通过将主梁，主塔和斜拉索的截面积取大值，梁、塔 的弯曲刚度保持不变，进行结构计算，所得结构主梁、主塔弯矩都 很小。弯矩最小法则是以结构的弯矩平方和为目标函数，使设计的 结构的弯矩平方和最小。其结果与弯曲能量最小法接近。
桥时的恒载内力状态，与以拉索锚固点为主梁支点的刚性支承连续 梁的内力一致。
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(2).零位移法 该方法是通过索力调整，使成桥状态下主梁在恒载作用下索梁
联结处的位移为零。对于采用满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其 结果与刚性支承连续梁法基本一致。 (3).弯曲能量最小法和弯矩最小法
墩支桥：小跨度桥梁
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7.1 斜拉桥的恒载索力确定
斜拉桥是塔、梁、斜拉索三种基本构件组成的缆索承重结构体 系，一般表现为柔性的受力特性。由于斜拉索是可张拉的结构，因 此斜拉桥的力学计算模式在不同的阶段是不一样的。
受弯结构 受压结构 受拉结构
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材料利用率低
所用材料极限强度 远低于高强钢丝
材料可全截面利用， 但受稳定限制
所用材料极限强度 远低于高强钢丝
跨度远小于拱桥 和悬索桥
跨度远大于梁桥但 远小于斜拉桥和悬 索桥
材料全截面利用
所用材料为高强钢 丝，极限强度为常 用高强钢的3倍左右
跨越能力最大，采 用现在的材料，极 限跨度能达到 5000～7000m
建成后的结构塔、梁和斜拉索构成一整体，是一多次超静定结 构，因此在活载作用下各构件的内力按刚度分配；不考虑非线性影 响时，与一般结构的计算一致；如果考虑几何非线性，则要将斜拉 索作为索结构、同时考虑恒载内力状态、结构大位移的影响。
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一般的连续梁、连续刚构桥这类墩支撑桥梁，结构设计和施工 顺序（方案）一旦确定，结构恒载内力就是确定的，一般不能通过 结构内部的调整来改变结构恒载状态（超静定结构支反力调整可调 整结构恒载内力）
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周念先教授在《桥梁方案比选》中提出的桥梁分类方法: 按跨越能力 墩支桥
特点是：桥墩支点间的距离不能太大；适用于中小跨度桥梁 梁式桥、上承式拱桥、斜腿式刚架等 杆吊桥 用一定间距的吊杆或斜索将一座大跨度桥梁分成许多个小跨弹 性支承连续梁，这类结构包括： 悬索桥、斜拉桥、系杆拱桥等
5ql4 384EI N
l3 48EI h EA 如果取EI/l3=1，EA/h=192，上式变成
N ql / 2
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这一状态相当于中间有支点的两跨简支梁的恒载内力状态，这时对 应的梁的弯矩图如下图所示。
为了优化梁的受力，可以根据需要拟定一个目标函数。现以梁的 弯矩平方和为例来加以说明。目标函数为：
对于斜拉桥来说，在恒载状态时，斜拉索可以看成是一种主动 受力构件，可以通过设计斜拉索的索力来调整或改变结构的内力状 态。 既然斜拉索有这样的力学行为，那么就提出了什么是合理的恒 载内力状态问题？是否可以设计成最优的恒载状态？
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实际上不只是斜拉桥有这样的问题，自锚式悬索桥、斜拉-悬吊 组合体系桥以及系杆拱桥等这类内部超静定结构，都有如何确定合 理或较优内力状态的问题。以下以斜拉桥为例说明恒载内力优化的 思路和方法。 1） 结构内力状态优化的概念
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(4).内力平衡法 内力平衡法是以结构内力为研究对象，按照“内力平衡”
的原则得到合理的斜拉索索力。基本原理是设计恰当或合理的 斜拉索张拉力，以使结构各控制截面在恒载和活载的共同作用 下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下翼缘的最大 应力和材料容许应力之比，从而达到截面上、下缘材料均被充 分利用，截面受力均匀。
斜拉桥成桥恒载内力分布的合理与否是衡量设计优劣的重要标 准之一。恒载内力的优化过程实际是斜拉桥的设计过程。
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对于斜拉桥的恒载内力优化（或称设计），可用下面的简单例子 给予说明。
对于上图所示结构，如果我们按结构力学的方法来计算结构的赘 余力，可以计算出中间拉索的轴力为