第八章 悬索桥的计算
第八章 悬索结构
第八章 悬索结构
第一节 概述
一．悬索结构的发展概况：
二．悬索结构的适用范围：
60～100M左右的体育馆、展览馆、会议厅等大型公共建筑。目前，索结构的跨度已达160M。――
三、结构的关键问题：
1． 屋面刚度――刚柔是完全相对的，但必须做到索柔而屋面刚。――对于单根柔索。。。。。而多根柔索组合使用。。。。。。因此，悬索屋盖必须要有足够的刚度，既能保持其原有形状，又能使各索共同受力工作，且限制屋面变形不能过大，不致使屋面防水层开裂而影响使用。
2． 结构的稳定性：柔索只能单向受力，即荷载q必须与悬索的垂度f同向，若反向（如：风吸力、地震荷载等），则其形状立即失去稳定，根本无能力反向荷载，非常危险严重者甚至屋盖局部被掀起或完全揭顶。因此，刚度与稳定是悬索的首要问题，应二者结合起来予以考虑。
3． 共振：风载与地震具有随机性。悬索自身像绷紧的弦，会产生振动，一旦发生共振，房屋即遭破坏，故必须避免屋盖产生共振。这个问题在桥梁建筑中尤为重要（――）。
4． 悬索结构支座拉力的结构处理：这一问题与拱脚推力结构问题同等重要，若悬索支承拉力无可靠着落点，则悬索结构屋盖将全部报废。
第二节 悬索结构的组成及受力特点
一．悬索结构的组成：
1． 受拉索：一般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳和钢丝束。钢拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，是结构的主要承重构件。其特点是只承受拉力，抗弯刚度很小。因此，对集中荷载及不均匀的分布荷载（风、地震荷载）比较敏感。
2． 边缘构件和支承结构：拉索结构都设有支承在下部支承结构上的边缘构件，它的细微变化，都会引起拉索内力的变化；支承结构除了承受竖向力以外，还承受拉索传来的横向拉力。因此，要求具有较强的侧向结构。一般说来，拉索自身的用钢量很小，而边缘构件和支承结构却要耗费较多的材料。
二．悬索的基本力学原理：
1． 拉索是一个中心受拉构件，既无弯矩，也无剪力。由于索本身是一个非常柔软的构件，抗弯刚度可忽略不计，而且其形状随荷载的性质不同而变化。如图：
悬索桥—松花江大桥计算书
黑龙江省哈尔滨市西三环路松花江大桥初步设计————————————主桥上部结构计算报告
1哈尔滨三环西路松花江大桥
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2目录
第一章总体概述..........................................................................................................41.1工程概述......................................................................................................41.2设计复核依据..............................................................................................51.3材料..............................................................................................................6第二章主桥复核计算..................................................................................................82.1设计复核计算介绍......................................................................................82.1.1基本概述............................................................................................82.1.2建模说明............................................................................................82.2TDV坐标系简介..........................................................................................92.3边界条件....................................................................................................102.4荷载标准....................................................................................................102.4.1恒载...................................................................................................102.4.2预应力...............................................................................................102.4.3徐变收缩...........................................................................................102.4.4汽车荷载...........................................................................................112.4.5制动力...............................................................................................112.4.6人群荷载...........................................................................................112.4.7沉降...................................................................................................112.4.8温度...................................................................................................112.4.9风载..................................................................................................122.4.10地震荷载........................................................................................122.4.11船撞荷载........................................................................................122.5荷载组合....................................................................................................12第三章结构分析........................................................................................................143.1结构整体刚度............................................................................................143.2反力结果....................................................................................................143.3主缆计算结果............................................................................................153.3.1主缆成桥线形..................................................................................153.3.2主缆空缆线形计算结果..................................................................163.3.3主缆内力..........................................................................................183.4吊杆计算结果............................................................................................193.5加劲梁计算结果........................................................................................213.5.1加劲梁内力及位移计算结果........................................................213.5.2基本组合作用下加劲梁内力图：............................................223.5.3加劲梁验算分析............................................................................243.6主塔计算分析............................................................................................273.6.1塔柱计算分析................................................................................273.6.2主塔下横梁计算结果......................................................................323.6.3主塔上横梁结果..............................................................................353.7特征值结果................................................................................................39黑龙江省哈尔滨市西三环路松花江大桥初步设计————————————主桥上部结构计算报告
自锚式悬索桥计算
自锚式悬索桥计算
自锚式悬索桥计算可采用有限单元程序解决，而施工矛盾很突出，需要寻求合理的施工办法。采用复合钢管砼、钢管砼、加劲钢管作加劲梁，配合钢筋砼或正交异性板钢桥面，能够解决自锚式悬索桥存在的问题。按照一般桥梁的常用形式，城市桥梁可以加设悬挑人行道，作了系列跨径的探索计算，以探求自锚式悬索桥大、中、小跨径的内力变化和变形规律。
1、计算指标：
⑴、跨径：L=80、100、120、150、180、200、250、300、350、400、450、480 M
⑵垂跨比：F/L=1/6
⑶加劲梁形式：
①、T形梁（钢筋砼桥面）：L=80、100、120、150、180 M
②、4 m板桁梁（钢筋砼桥面）：L=200、250、300 M
③、5 m板桁梁（钢筋砼桥面）：L=300、350、400、450、480 M
④、3.5 m空腹板桁梁（正交异性板钢桥面）：L=180、200、250、300 M
⑤、5.5 m板桁梁（正交异性板钢桥面）：L=300、350、400、450、480 M
2、吊杆距离：
⑴、L=8 M ：L=80、100、120、150、180、200、250、300 M
⑵、L=10 M ：L=300、350、400、450、480 M
3、计算程序：
线性平面杆系程序。
计算材料弹性模量：复合钢管砼Ec=43000 Mpa
碳素钢丝 Ey=200000 Mpa
温度：升温T=30C
4、计算成果：
为了摸索自锚式悬索桥的内力变化规律和特点，作了较多跨径指标的计算。为了简化计算工作，便于对内力变化规律的认识，加劲梁的刚度未作变化，故对少数跨径指标并不适合。计算的成果也反映出了自锚式悬索桥的内力变化规律，证明了它独具的特点。对不同桥宽的计算结果，都折算成相同荷载的单主缆和加劲梁内力，以便相互对比。
斜拉桥与悬索桥计算理论简析
斜拉桥与悬索桥计算理论简析
斜拉桥与悬索桥是桥梁结构中跨越能力最大的两种桥型，随着桥梁建造向大跨径方向发展，它们越来越成为人们研究的热点。通过大跨径桥梁理论的学习，我对斜拉桥与悬索桥的计算理论有了较为系统的了解。在本文中，我想从一个设计者的角度，在概念层次上，对斜拉桥与悬索桥的计算理论做个总结，以加深自己对这些计算理论的理解。
一、斜拉桥的计算理论
斜拉桥诞生于十七世纪，在最近的五十年间，斜拉桥有了飞速的发展，成为200米到800米跨径范围内最具竞争力的桥梁结构形式之一。有理由相信，在大江河口的软土地基上或不适合建造悬索桥的地区，有可能修建超过1200米的斜拉桥。斜拉桥是塔、梁、索三种基本结构组成的缆索承重结构体系，一般表现为柔性的受力特性。
（一）、斜拉桥的静力设计过程
1、方案设计阶段
此阶段也称为概念设计。本阶段的主要任务是凭借设计者的经验，参考别的斜拉桥的设计，结合自己的分析计算，来完成结构的总体布置，初拟构件尺寸。根据此设计文件，设计者或甲方（有些地方领导说了算）进行方案比选。
2、初步设计阶段
本阶段在前一阶段工作的基础上进一步细化。主要任务是：通过反复计算比较以确定恒活载集度、恒载分析、调索初定恒载索力、修正斜拉索截面积、活载及附加荷载计算、荷载组合及梁体配索、索力优化以及强度刚度验算等。
3、施工图设计阶段
此阶段要对斜拉桥的每一部位以及每一施工阶段进行计算，确保结构安全。主要计算内容有：构件无应力尺寸计算、对施工阶段循环倒退分析、计算斜拉索初张力、预拱度计算、强度刚度稳定性验算以及前进分析验算等。 （二）、斜拉桥的计算模式
1、平面杆系加横分系数
此模式用在概念设计阶段研究结构的设计参数，以求获得理想的结构布置。还可用于技术设计阶段，仅仅计算恒载作用下的内力。
2、空间杆系计算模式
此模式用在空间荷载（风载、地震荷载以及局部温差等）作用下的静力响应分析。此模式按照主梁可分为三种：“鱼骨”模式、双梁式模式与三梁式模型。
悬索桥恒载结构几何形状及内力的精细计算
悬索桥恒载结构几何形状及内力的精细计算
悬索桥作为一种特殊的桥梁结构，它包含了桥面、桥筋、拱墙等结构，而它的恒载结构几何形状及内力的精细计算，就决定了整个悬索桥的性能、安全及寿命。因此，对悬索桥的恒载结构几何形状及内力的计算以及设计不可忽视。
首先，应该系统的研究几何形状，包括高度、宽度、跨径和拱高等，并根据跨径设计合理的桥腹板厚度和桥栏高度。此外，合理设计悬索桥形状，可以有效减少应力集中，同时增加它的外观美观，以便更好地与环境协调。
其次，要充分考虑悬索桥支座上放置的绳索内力，通过确定支座内力计算系数，精确计算支座设计载荷，以便合理地布置悬索索的位置、张力和分散负荷。还应注意悬索桥平衡力的分布，计算并确定桥面斜度和宽度，以及连接立柱形式及腹板厚度，以适应各桥段的实际情况和使用荷载。
同时，应该选择优质的索具，例如考虑索具拉力系数、拉伸特性、硬度等，以及索具之间的螺纹和连接方式，确保悬索桥结构具有足够的抗震性和可靠性。最后，应对悬索桥的计算结果进行精确的检验，确保其结构的安全稳定性及可持续性。
总之，恒载结构几何形状及内力的精细计算是悬索桥的核心，决定整个桥梁的安全、健康和长久运行。因此，应系统全面地考虑几何形状、内力和材料等问题，并对结果进行严格检查，以确保悬索桥安全、高效地服役。
悬索桥计算
*第八节 悬索
悬索有许多工程应用，常见的有高压输电线、架空索道、悬索桥等。悬索结构两端固定，它和梁的主要区别在于悬索不能抵抗弯曲，只能承受拉力。在初步的力学计算中，假设悬索具有充分的柔软性，故称为柔索。本节讨论的悬索均为柔索。对于已经处于平衡状态的悬索，根据刚化原理可知，作用在悬索上的力应该满足刚体的平衡条件。同时需要注意的是，绳索不是刚体，平衡方程表示绳索平衡的必要条件但非充分条件。
工程实际中经常碰到的问题是：在给定载荷作用下，求悬索的形状、索内拉力和绳索长度，以及它们与跨度、垂度、载荷之间的关系，以作为设计、校核悬索的根据。
悬索在工作中受到的载荷可以分为两类：（1）集中载荷；（2）分布载荷。其中分布载荷中最常见的是水平均布载荷、沿索均布载荷。当不计钢索自重时，旅游胜地高空缆车的索道受到车厢集中力（即重力）的作用（图8-39a）；装有吊篮的架空索道，同样受吊篮的集中力（即重力）的作用。这些都是悬索受集中载荷作用的例子。悬索直拉桥主索上承受的载荷可看成是水平均布载荷（图8-39b)。高空输电线（图8-39c)和舰船的锚链上承受的载荷可看成是沿索均布载荷。
(a) (b)
(c)
图8-39
当悬索两支座A和B高度相同时，两个支承点之间的水平距离称为跨度；在载荷作用下，悬索上每一点下垂的距离称为垂度，由悬挂点到最低点的垂直距离称为悬索的垂度。在悬索计算中，跨度和索上最低点的垂度通常是已知的。
一、集中载荷
设绳索（柔索）连接在两个固定点A和B并有n个垂直集中载荷P1、P2、…、Pn，如图8—39(a)所示，绳索的重力与绳索承受的载荷相比可以忽略。因此当绳索系统处于平衡状态时，相邻载荷之间的绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均被拉紧成直线段，即在集中载荷作用下，绳索成折线状。故绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均可以当作二力杆，绳索中任意点的内力可简化为沿绳索方向的张力。
悬索桥缆索线形基本理论及计算方法
桥梁工程::Bridge Engineering
悬索桥缆索线形基本理论及计算方法
李乾坤
(广东和立土木工程有限公司，广东广州511400)
摘要：关于悬索桥缆索线形的理论分析及计算方法国内外很多学者都已进行了研究，但均未对这些研究做细致的推导
论述，笔者依据主缆微分平衡方程，推导了缆索在沿跨长均布荷载作用下的抛物线方程及沿主缆长均布荷载作用下的悬
链线方程，并通过具体的算例对比论证了悬链线方程在实际线形中更具准确性。关键词：悬索桥；缆索线形；抛物线方程；悬链线方程；数值计算分析
中图分类号：U 448.25 文献标志码：B 文章编号：1009-7767(2019)04-0095-05
Analysis of Basic Theory and Calculation Method of Cable Line Shape of
Suspension Bridge
Li Qiankun
缆索是悬索桥的主要承重构件，缆索线形的准确
性对成桥后的结构参数至关重要。笔者在现有研究基
础上(7,对缆索在沿跨长均布荷载及沿主缆长均布荷
栽作用下的线形，进行了详细的理论计算分析。
1沿跨长均布荷载作用下的抛物线计算法
当悬索桥跨度不大时，可以采用弹性理论来计算，
悬索桥的弹性计算理论假定如下叫
1) 主缆是理想柔性的,不受拉，其本身不承受弯矩，
水平均布的恒载使主缆的几何形状为二次抛物线，恒
载完全由主缆承担。
2) 梁的抗弯刚度耐沿梁长不变。
3) 将布置很密的吊索，按形成“膜”来考虑,并假定
在任何情况下主缆的无应力索长保持不变。
主缆抛物线线形的计算，以主缆左塔理论顶端为
坐标起点，竖向坐标为y,向下为正。主缆沿跨长均布
荷载及微元段计算简图见图1、2。
qf ri i i i 1q®
图2主缆微元段受力图
假设主缆的曲线形状为y=y(x),主缆张力为八张
力的水平分力为根据微元段力的平衡条件可得：
^k=0,H} = H2=H ；(1)
悬索桥的计算方法
悬索桥的计算方法
悬索桥是一种常见的桥梁结构，其特点是悬挂在两个或多个支柱之间，中间通过悬索支撑整个桥面。悬索桥的计算方法是指在设计和建造悬索桥时所需的相关计算和分析方法。本文将介绍悬索桥的计算方法，包括悬索力的计算、桥面的设计和悬索索力的平衡等内容。
1. 悬索力的计算
悬索桥的悬索力是指悬挂在支柱上的各个悬索所受的拉力。悬索力的计算涉及到桥面的自重、行车荷载和风荷载等因素。在计算中，需要考虑桥面的几何形状、悬索的长度和倾角、支柱的位置和高度等参数。通过合理的计算方法，可以确定每个悬索所受的拉力，从而保证桥梁的结构安全和稳定。
2. 桥面的设计
悬索桥的桥面是行车和行人通行的部分，其设计需要考虑桥面的宽度、坡度和曲线半径等因素。在设计中，需要满足行车和行人的通行需求，并考虑到桥面的自重和荷载等因素。通过合理的桥面设计，可以保证悬索桥的通行安全和舒适性。
3. 悬索索力的平衡
悬索桥的悬索索力是维持桥面平衡的关键因素，其大小和方向直接影响到桥梁的稳定性。在悬索桥的设计中，需要通过计算和分析来确定悬索索力的大小和方向。通常，悬索索力的平衡是通过调整支柱的高度和位置来实现的。通过合理的计算方法和结构设计，可以保证悬索桥的稳定性和安全性。
悬索桥的计算方法是设计和建造悬索桥所必需的关键内容。通过合理的计算和分析，可以确定悬索力的大小、桥面的设计和悬索索力的平衡等参数，从而保证悬索桥的结构安全和稳定。悬索桥是一种重要的桥梁结构，其计算方法的正确性和准确性对保障桥梁的使用和运行具有重要意义。希望本文的介绍能对读者理解悬索桥的计算方法有所帮助。
悬索桥主缆预应力计算公式
悬索桥主缆预应力计算公式
悬索桥是一种利用悬索来支撑主桥梁的桥梁结构，它具有结构简洁、跨度大、风力影响小等优点，因此在现代桥梁工程中得到了广泛的应用。悬索桥的主缆是支撑整个桥梁结构的关键部件，其预应力计算是设计悬索桥的重要环节之一。本文将介绍悬索桥主缆预应力计算的相关公式和计算方法。
悬索桥主缆预应力计算的基本原理是通过对主缆的受力分析，确定主缆的预应力大小，以保证主缆在整个使用寿命内都能承受设计荷载，并保持良好的结构稳定性。在进行预应力计算时，需要考虑主缆的自重、桥面荷载、风荷载等外部荷载，以及预应力锚固的位置和方式等因素。
悬索桥主缆预应力计算的公式可以通过以下步骤进行推导：
1. 首先，需要确定主缆的受力分布。根据悬索桥的结构特点，主缆在自重和外部荷载作用下呈现出一定的受力分布规律，通常可以采用悬链线理论进行分析。
2. 其次，根据主缆的受力分布，可以得到主缆在各个截面上的受力大小。通过受力分析，可以得到主缆在不同截面上的拉力大小，这些拉力是主缆预应力的基础。
3. 然后，需要考虑预应力锚固的位置和方式。预应力锚固是通过预应力钢束和锚具将预应力传递到主缆中的一种重要方式，其位置和方式会影响主缆的受力分布和预应力大小。
4. 最后，根据主缆的受力分布和预应力锚固的情况，可以得到主缆的预应力计算公式。这个公式通常是通过平衡主缆受力和预应力的大小来推导得到的，可以用来计算主缆在不同截面上的预应力大小。
在实际工程中，悬索桥主缆预应力计算公式通常会结合有限元分析等方法进行验证和修正，以确保主缆的预应力计算结果符合设计要求。此外，还需要考虑材料的强度和变形等因素，以保证主缆在使用过程中的安全性和可靠性。 总之，悬索桥主缆预应力计算是悬索桥设计中的重要环节，其计算公式的推导和应用需要考虑多种因素，以保证主缆在整个使用寿命内都能够承受设计荷载，并保持良好的结构稳定性。希望本文的介绍能够为相关工程技术人员提供一定的参考和帮助。
斜拉桥与悬索桥计算原理
斜拉桥与悬索桥计算原理
斜拉桥与悬索桥计算理论简析 分类:桥梁设计2007.3.12 15:32 作者:frustrationwk | 评论:0 | 阅读:0
斜拉桥与悬索桥是桥梁结构中跨越能力最大的两种桥型，随着桥梁建造向大跨径方向发展，它们越来越成为人们研究的热点。通过大跨径桥梁理论的学习，我对斜拉桥与悬索桥的计算理论有了较为系统的了解。在本文中，我想从一个设计者的角度，在概念层次上，对斜拉桥与悬索桥的计算理论做个总结，以加深自己对这些计算理论的理解。 一、斜拉桥的计算理论
斜拉桥诞生于十七世纪，在最近的五十年间，斜拉桥有了飞速的发展，成为200米到800米跨径范围内最具竞争力的桥梁结构形式之一。有理由相信，在大江河口的软土地基上或不适合建造悬索桥的地区，有可能修建超过1200米的斜拉桥。斜拉桥是塔、梁、索三种基本结构组成的缆索承重结构体系，一般表现为柔性的受力特性。
(一)、斜拉桥的静力设计过程
1、方案设计阶段
此阶段也称为概念设计。本阶段的主要任务是凭借设计者的经验，参考别的斜拉桥的设计，结合自己的分析计算，来完成结构的总体布置，初拟构件尺寸。根据此设计文件，设计者或甲方(有些地方领导说了算)进行方案比选。
2、初步设计阶段
本阶段在前一阶段工作的基础上进一步细化。主要任务是:通过反复计算比较以确定恒活载集度、恒载分析、调索初定恒载索力、修正斜拉索截面积、活载及附加荷载计算、荷载组合及梁体配索、索力优化以及强度刚度验算等。
3、施工图设计阶段 此阶段要对斜拉桥的每一部位以及每一施工阶段进行计算，确保结构安全。主要计算内容有:构件无应力尺寸计算、对施工阶段循环倒退分析、计算斜拉索初张力、预拱度计算、强度刚度稳定性验算以及前进分析验算等。
(二)、斜拉桥的计算模式
1、平面杆系加横分系数
此模式用在概念设计阶段研究结构的设计参数，以求获得理想的结构布置。还可用于技术设计阶段，仅仅计算恒载作用下的内力。