混凝土斜拉桥的设计与计算.ppt

一、受力特点,第四章 混凝土斜拉桥的设计与计算,第一节 斜拉桥的静力分析,双塔斜拉桥与多塔斜拉桥的受力特点,二、计算方法概述,三、斜拉索的结构特性索垂度效应,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，其计算思路如下：,对于索的跨中截面,有：,对上式积分可得到索的几何方程为悬链线,由,可得：,由于：,等效弹性模量,实际上在应力 索的轴向变性由两部分组成（1）索自身的弹性变形；（2）垂度效应:则结构的等效弹性模量可表示为,则用弹性模量表示有：,四、平面杆系有限元法（直接刚度法）计算斜拉桥内力和变形,国内对于中小跨度斜拉桥一般采用平面杆系有限元计算斜拉桥的内力和变形，分析时主梁和塔采用梁单元，而索采用直杆单元，杆单元的弹性模量采用前面推导的修正弹性模量考虑垂度效应。杆单元和梁单元的单刚矩阵分别为：,杆单元,式中A，l分别为斜拉索的钢丝面积和弦长,梁单元及P效应,斜拉桥的主梁和塔都是同时存在压力和弯矩。轴力和弯矩相互作用（如下图），考虑轴力和弯矩相互作用后弯矩平衡方程为：,任意截面弯矩,在实际中采用稳定函数的概念来考虑弯矩和轴力的相互作用，考虑弯矩和轴力相互作用后的单刚矩阵为：,上式中：为未修正的刚度，按结构力学教材计算，为考虑弯矩、轴力相互作用的稳定函数，可参考有关文献计算。,五、斜拉桥的恒载计算,1、成桥状态内力的初步确定,国内成桥状态内力的初步确定目前有两种方法：（1）刚性支承连续梁法；（2）指定主梁应力法。其中刚性支承连续梁法应用得较多。,刚性支承连续梁法,所谓刚性支承连续梁法就是求一组恒载索力值，使主梁在恒载和索力作用下，成桥后索梁连接点处的位移为零。这时主梁的恒载弯矩即为刚性支承连续梁的弯矩。具体计算过程如下：,首先根据一次落架，计算在恒载作用下（索力为零）索梁连接点处的垂直位移和塔顶水平位移（i=1,2,3）,然后依次计算出拉索为单位力时对这些点的影响量，k为节点编号，i为拉索边号。于是在恒载和索力共同作用下，以使各节点竖向位移为零为条件可以写出如下线性方程组：,2、倒退分析（计算施工时张拉索力、及施工时梁段标高）,倒退分析法是从斜拉桥成桥状态（初始恒载状态）出法，按照与实际施工次序相反相反的顺序，进行逐步倒退计算而得到各施工阶段的控制参数。结构据此数据按正装顺序施工完毕，在理论上斜拉桥的恒载内力和变形便可达到预定的成桥状态,3、根据施工过程计算恒载（前进分析,3、施工空制,前进和倒退分析,七、斜拉桥的稳定性及局部应力,第二节 斜拉桥的动力分析,一、概述,引起振动的主要因素,结构自振频率与周期及振型,