1、2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系15.3.1 5.3.1 懸索橋的類型及其構(gòu)造特點(diǎn)懸索橋的類型及其構(gòu)造特點(diǎn) 1懸索橋的類型v懸索橋是由橋塔、主纜索、吊索、加勁梁、錨碇及鞍座等部分組成的承載結(jié)構(gòu)體系，是目前唯一跨度超過(guò)1000m并接近2000m的橋型。v由于這一橋型能充分利用和發(fā)揮高強(qiáng)鋼材的作用，并能很好地適應(yīng)跨越海峽和寬闊江河的要求，加之近年來(lái)懸索橋設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法的發(fā)展和完善以及施工技術(shù)的進(jìn)步，使其成為近年來(lái)發(fā)展較快的橋型之一。v現(xiàn)代大跨度懸索橋根據(jù)其加勁梁的類型和吊索的形式不同可分為以下幾種類型：2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系21)1)美式懸

2、索橋美式懸索橋v其基本特征是采用豎直吊索，并用鋼桁架作為加勁梁（圖520a）。這種形式的懸索橋一般采用三跨地錨式，加勁梁在主塔處不連續(xù)，由伸縮縫斷開(kāi)，橋面通常采用鋼筋混凝土材料，主塔為鋼結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)雙層通車，通過(guò)增加桁架高度可保證橋梁有足夠的剛度，由于加勁梁采用鋼桁架，使其具有很好的抗風(fēng)性能。v美國(guó)式懸索橋發(fā)展歷史接近百年，其建橋技術(shù)相當(dāng)成熟，并積累了豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，是目前采用較廣泛的一種形式。在美國(guó)已建成的維拉扎諾海峽大橋和在日本建成的明石海峽大橋,都屬于這種類型。世界上許多國(guó)家的大跨度懸索橋都受到美國(guó)式懸索橋的影響,但也有自己的特點(diǎn),如在日本通常采用連續(xù)的加勁鋼桁架，橋塔處

3、不設(shè)伸縮縫；采用鋼的正交異性板作橋面等。美國(guó)式懸索橋2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系32)2)英國(guó)式懸索橋英國(guó)式懸索橋 v英國(guó)式懸索橋的基本特征是采用三角形排列的斜吊索和流線型扁平翼狀鋼箱梁作為加勁梁（圖520b）。這種形式的懸索橋加勁梁采用連續(xù)的鋼箱梁，橋塔處沒(méi)有伸縮縫，并采用了用鋼筋混凝土橋塔；有時(shí)還將主纜與加勁梁在主跨中點(diǎn)處固結(jié)。v英國(guó)式懸索橋的特點(diǎn)是鋼箱加勁梁可減輕恒載，使主纜的截面減小，降低了用鋼量和造價(jià)。由于鋼箱梁抗扭剛度大，受到的橫向風(fēng)力小，有利于抗風(fēng)，由此大大減小了橋塔所承受的橫向力。三角形排列布置的斜吊索可以提高橋梁剛度，但斜吊索的吊點(diǎn)處構(gòu)造復(fù)雜。v在英

4、國(guó)建成的塞文橋和恒伯爾橋、在土耳其建成的博斯普魯斯(Bosporus)橋都是屬于這種形式的懸索橋。英國(guó)式懸索橋2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系4 3) 3)混合式懸索橋混合式懸索橋 v這種懸索橋是綜合了上述兩類懸索橋的特點(diǎn)形成的、目前廣泛采用的懸索橋。其特征是采用豎直吊索和流線型鋼箱梁為加勁梁（圖520c），一般采用鋼筋混凝土橋塔。v混合式懸索橋的廣泛使用表明其鋼箱加勁梁具有良好的靜力和動(dòng)力特性，其豎直吊索構(gòu)造簡(jiǎn)單實(shí)用。v土耳其的博斯普魯斯二橋、日本來(lái)島的三座懸索橋、香港的青馬大橋、丹麥的大貝爾特(Great Belt)橋和中國(guó)的江陰長(zhǎng)江大橋都采用了混合式吊橋形式。混合式

5、懸索橋2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系54)4)帶斜拉索的懸索橋帶斜拉索的懸索橋 v為了有效地提高大跨度懸索橋結(jié)構(gòu)的整體剛度和抗風(fēng)穩(wěn)定性, 在懸索橋設(shè)計(jì)中除設(shè)置懸索體系外,還可考慮同時(shí)設(shè)置斜拉索，以適應(yīng)大跨度懸索橋的變形控制和動(dòng)力穩(wěn)定性的要求，這就構(gòu)成了帶斜拉索的懸索橋。v1883年建成的紐約布魯克林大橋，就是既有現(xiàn)代懸索橋懸索體系，又有若干加強(qiáng)斜拉索的一座帶斜拉索的懸索橋（圖520d）。1966年建成的葡萄牙薩拉扎橋(Salazar)，也采用了這種形式。這種結(jié)構(gòu)形式可看作懸索橋和斜拉橋的結(jié)合，懸索承擔(dān)跨中的荷載，斜拉索承擔(dān)橋塔附近1/4跨的荷載，這樣能夠大大地增加懸索橋

6、的跨越能力和結(jié)構(gòu)的整體剛度，并有效地加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震能力以及防止和控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。 帶斜拉索的懸索橋 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系6懸索橋按照其加勁梁的支承條件分類懸索橋按照其加勁梁的支承條件分類v懸索橋按照其加勁梁的支承條件還可分為單跨鉸支加勁梁懸索橋、三跨鉸支加勁梁懸索橋和三跨連續(xù)加勁梁懸索橋(圖521)。這些也都是現(xiàn)代大跨度懸索橋經(jīng)常采用的形式。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系72 2懸索橋的主要構(gòu)造特點(diǎn)懸索橋的主要構(gòu)造特點(diǎn) v現(xiàn)代懸索橋一般由橋塔、主纜索、錨碇、吊索、加勁梁、吊索及索鞍等主要部分組成(圖5-22)。 2021-12-

7、28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系81)1)橋塔橋塔v橋塔是懸索橋最重要構(gòu)件。它支承主纜索和加勁梁，將懸索橋的活載和恒載(包括橋面、加勁梁、吊索、主纜索及其附屬構(gòu)件如鞍座和索夾等的重量)以及加勁梁在橋塔上的支反力直接傳至塔墩和基礎(chǔ)，同時(shí)還受到風(fēng)載與地震的作用。v橋塔的高度主要由橋面標(biāo)高和主纜索的垂跨比f(wàn)/L確定，通常垂跨比f(wàn)/L為1/91/12。v大跨度懸索橋的橋塔主要采用鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式可分為桁架式、剛架式和混合式三種(圖5-23)。v剛架式橋塔通常采用箱形截面。由于預(yù)應(yīng)力混凝土和爬模技術(shù)的發(fā)展，鋼筋混凝土橋塔的橋塔的使用呈較快增長(zhǎng)趨勢(shì)。v橋塔塔頂必須設(shè)主索鞍，以便主纜

8、索能與橋塔合理的銜接和平順的轉(zhuǎn)折，并將主纜索的拉力均勻的傳至橋塔。2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系92)2)錨碇錨碇v錨碇是主纜索的錨固構(gòu)造。主纜索中的拉力通過(guò)錨碇傳至基礎(chǔ)。v通常采用的錨碇有兩種形式：重力式和隧洞式。v重力式錨碇依靠其巨大的自重來(lái)承擔(dān)主纜索的垂直分力，而水平分力則由錨碇與地基之間的摩阻力或嵌固阻力承擔(dān)。隧道式錨碇則是將主纜中的拉力直接傳遞給周圍的基巖。v隧道式錨碇適用于錨碇處有堅(jiān)實(shí)基巖的地質(zhì)條件。當(dāng)錨固地基處無(wú)巖層可利用時(shí)，均采用重力式錨碇。v錨碇主要由錨碇基礎(chǔ)、錨塊、錨碇架及固定裝置和錨固索鞍組成。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程

9、系103)3)主纜索主纜索 v主纜索是懸索橋的主要承重構(gòu)件，不僅承擔(dān)自重恒載，還通過(guò)索夾和吊索承擔(dān)加勁梁(包括橋面)等其它恒載以及各種活載。v主纜索還要承擔(dān)部分橫向風(fēng)載，并將其傳至橋塔頂部。v主纜索可采用鋼絲繩鋼纜或平行絲束鋼纜，由于平行絲束鋼纜彈性模量高，空隙率低，抗銹蝕性能好，因此大跨度吊橋的主纜索均采用這種形式。v現(xiàn)代懸索橋的主纜索多采用直徑5mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成(圖5-25)。先由數(shù)十到數(shù)百根5mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲制成正六邊形的索束(股), 再將數(shù)十至上百股索束擠壓形成主纜索,并做防銹蝕處理。v設(shè)計(jì)中主纜索的線形一般采用二次拋物曲線。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交

10、通工程系11主纜索的架設(shè)方法主纜索的架設(shè)方法v主纜索的架設(shè)方法主要有兩種：空中送絲成纜法和預(yù)制鋼絲束成纜法。v空中送絲成纜法在現(xiàn)場(chǎng)空中編纜,每根主纜索所含索束數(shù)較少,但每根索束所含鋼絲根數(shù)較多；施工工期較長(zhǎng)；所需錨碇面積較小；是最早采用的成纜法。v預(yù)制鋼絲束成纜法在工廠先預(yù)制鋼絲索束,然后在現(xiàn)場(chǎng)使用索束編纜；每根主纜索所含索束數(shù)較多,但每根索束所含鋼絲根數(shù)較少；施工周期較短；所需錨固面積較大；是現(xiàn)代懸索橋較多采用的成纜法。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系124)4)吊索吊索 v吊索也稱吊桿，是將加勁梁等恒載和橋面活載傳遞到主纜索的主要構(gòu)件。v吊索可布置成垂直形式的直吊索

11、或傾斜形式的斜吊索，其上端通過(guò)索夾與主纜索相連，下端與加勁梁連接。v吊索與主纜索連結(jié)有兩種方式：鞍掛式和銷接式。兩種方式各有所長(zhǎng)。v吊索與加勁梁連結(jié)也有兩種方式：錨固式和銷接固定式。錨固式連結(jié)是將吊索的錨頭錨固在加勁梁的錨固構(gòu)造處。銷接固定式連結(jié)是將帶有耳板的吊索錨頭與固定在加勁梁上的吊耳通過(guò)銷釘連結(jié)。吊索宜采用有繩芯的鋼絲繩制作，二根或四根一組；兩端均為銷接式的吊索可采用平行鋼絲索束作為吊索。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系135)5)加勁梁加勁梁 v加勁梁的主要作用是直接承受車輛、行人及其它荷載，以實(shí)現(xiàn)橋梁的基本功能，并與主纜索、橋塔和錨碇共同組成懸索橋結(jié)構(gòu)體系。v

12、加勁梁是承受風(fēng)荷載和其它橫向水平力的主要構(gòu)件，應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定特性，防止其發(fā)生過(guò)大撓曲變形和扭曲變形，避免對(duì)橋梁正常使用造成影響。v大跨度懸索橋的加勁梁均為鋼結(jié)構(gòu)，通常采用桁架梁和箱形梁。預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁僅適用于跨徑500m以下的懸索橋，大多采用箱形梁。采用箱形梁時(shí)，應(yīng)選擇流線型主梁截面，并適當(dāng)設(shè)置風(fēng)嘴、導(dǎo)流板、分流板等抗風(fēng)裝置；采用桁架梁時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)主梁和橋面車道部分的聯(lián)系，并注意保證主梁及橋面構(gòu)造橫向通風(fēng)良好，不得有任何阻礙空氣流動(dòng)的多余障礙物存在，也可適當(dāng)設(shè)置抗風(fēng)裝置。2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系145)5)加勁梁加勁梁 v加勁梁的構(gòu)造和尺寸主要取決于其抗

13、風(fēng)穩(wěn)定性。v通常參考其它已建成懸索橋的加勁梁擬定其初步設(shè)計(jì)的構(gòu)造和尺寸，再根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修改，最后對(duì)較為合理的幾個(gè)方案，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)檢驗(yàn)其抗風(fēng)性能，并選擇抗風(fēng)性能好的加勁梁及其構(gòu)造和尺寸。2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系156)6)索鞍索鞍 v索鞍是支承主纜的重要構(gòu)件，其作用是保證主纜索平順轉(zhuǎn)折；將主纜索中的拉力在索鞍處分解為垂直力和不平衡水平力，并均勻地傳至塔頂或錨碇的支架處。v索鞍可分為塔頂索鞍和錨固索鞍。塔頂索鞍設(shè)置在橋塔頂部，將主纜索荷載傳至塔上；錨固索鞍(亦稱散索鞍)，設(shè)置在錨碇的支架處，主要作用是改變主纜索的方向，把主纜索的鋼絲繩束在水平及豎直方向分

14、散開(kāi)來(lái)，并將其引入各自的錨固位置。為了減少塔頂索鞍處鋼絲的彎曲次應(yīng)力，塔頂索鞍彎曲半徑一般為主纜索直徑的812倍；而散索鞍必須考慮鋼絲繩束的水平曲率半徑和豎直曲率半徑，以確定索鞍合理形狀。索鞍通常采用鑄焊組合件組成，大型組件采用分塊制作，安裝后通過(guò)螺栓或焊接連成整體。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系165 53 32 2 懸索橋的計(jì)算要點(diǎn)懸索橋的計(jì)算要點(diǎn) v懸索橋的計(jì)算目前多采用以計(jì)算機(jī)為計(jì)算手段的有限元等數(shù)值計(jì)算方法。v根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求不同，可采用較精確的空間結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式或采用簡(jiǎn)化的平面結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式，計(jì)算所依據(jù)的計(jì)算理論也有所不同，如線彈性理論、撓度理論和有限位移理

15、論等。v計(jì)算的內(nèi)容主要包括懸索橋在各種動(dòng)、靜荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移以及其抗風(fēng)、抗震穩(wěn)定性。v計(jì)算中必須考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和非線性受力、變形特性。v懸索橋的計(jì)算是相當(dāng)復(fù)雜的，這里僅就懸索橋的受力特點(diǎn)、計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容作簡(jiǎn)要介紹，更詳細(xì)的計(jì)算理論和方法請(qǐng)參閱有關(guān)專著。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系17 1 1大跨度懸索橋受力特點(diǎn)大跨度懸索橋受力特點(diǎn) v現(xiàn)代懸索橋是由主纜索和加勁梁及橋塔構(gòu)成的一種合理的柔性懸掛組合體系，具有索、梁、柱合理分工綜合受力的特點(diǎn)。v在荷載作用下，主纜索、加勁梁和橋塔發(fā)揮各自的受力特點(diǎn)共同承擔(dān)荷載。v主纜索是這個(gè)組合體系中最關(guān)鍵的構(gòu)

16、件，它承受由吊索傳來(lái)的作用在加勁梁上的各種荷載，并將其傳至橋塔、錨碇及其基礎(chǔ)。它的初始幾何線形及在荷載作用下的變形直接影響到整個(gè)組合體系的受力分配和變形。v根據(jù)結(jié)構(gòu)分析懸索橋有如下一些受力特點(diǎn)： 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系181)1)主纜索是幾何可變的柔性體，只能承受拉力作用。主纜索是幾何可變的柔性體，只能承受拉力作用。 v只有在初始恒載作用下，使其具有較大的初拉力時(shí)，才能保持一定的幾何形狀，通常稱為初始幾何形狀。v當(dāng)有進(jìn)一步荷載作用時(shí)，主纜索的幾何形狀將發(fā)生改變，這種改變對(duì)懸索橋受力有不可忽略的影響，因此體系的受力平衡應(yīng)建立在變形后的幾何形狀上，這就反映出主纜索及

17、結(jié)構(gòu)體系的幾何非線性性質(zhì)。對(duì)此在結(jié)構(gòu)的計(jì)算中必須給予考慮。v主纜索的垂跨比是描述其初始幾何形狀的重要參數(shù)，直接影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)體系的剛度。一般說(shuō)來(lái)，垂跨比減小，主纜索的拉力將增大，結(jié)構(gòu)體系的剛度將增大，撓度將減少。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系192)2)大跨度懸索橋的恒載相對(duì)較大，在主纜索的拉力中占較大比例，大跨度懸索橋的恒載相對(duì)較大，在主纜索的拉力中占較大比例，而活載占的比例較少。因而活載引起的豎向撓度相對(duì)較小。而活載占的比例較少。因而活載引起的豎向撓度相對(duì)較小。v隨著跨徑的增大，加勁梁的高跨比會(huì)越來(lái)越小，增大加勁梁的抗彎剛度，實(shí)際上對(duì)減小懸索橋豎向撓度的作用

18、并不大，懸索橋的豎向撓度主要是主纜索變形的結(jié)果。v由此懸索橋結(jié)構(gòu)的整體豎向剛度主要來(lái)自主纜索，這與其它橋型中結(jié)構(gòu)的豎向剛度主要來(lái)自增加主梁的剛度是截然不同的。v3)3)邊跨的不同結(jié)構(gòu)形式及邊跨與中跨之比對(duì)懸索橋內(nèi)力和撓邊跨的不同結(jié)構(gòu)形式及邊跨與中跨之比對(duì)懸索橋內(nèi)力和撓度有較大的影響。度有較大的影響。v當(dāng)邊跨與中跨之比減小時(shí)，在中跨的跨中及L4處的撓度和彎矩值會(huì)減小，塔根彎矩也會(huì)減小，而主纜索拉力會(huì)有所增加。v此外，邊跨若不設(shè)吊索對(duì)中跨撓度和彎矩會(huì)有相同的影響。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系204)4)橫橋向的水平荷載如風(fēng)載或地震作用于懸索橋上時(shí)，加勁梁將橫橋向的水平荷

19、載如風(fēng)載或地震作用于懸索橋上時(shí)，加勁梁將產(chǎn)生橫向撓曲變形，在主跨跨中產(chǎn)生最大橫向撓度。產(chǎn)生橫向撓曲變形，在主跨跨中產(chǎn)生最大橫向撓度。 v對(duì)于由主纜索、吊索、橋塔和加勁梁組合而成的懸掛組合體系，恒載和垂跨比對(duì)橫向撓度的影響作用和對(duì)豎向撓度的影響作用相同，增大恒載比例或減小垂跨比均能減少橫向撓曲變形，但這一作用對(duì)邊跨的影響較小。5)5)與其它橋型相比與其它橋型相比, ,大跨度懸索橋整體剛度小大跨度懸索橋整體剛度小, ,固有頻率低。固有頻率低。v結(jié)構(gòu)的固有頻率是描述結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的重要參數(shù),并直接用于到對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析、抗風(fēng)和抗震的穩(wěn)定性計(jì)算。v大跨度懸索橋結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)通常可以分為豎向平面的縱向撓

20、曲振動(dòng)和水平面的橫向撓曲振動(dòng)以及兩者與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)組合的藕合撓曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。為了避免結(jié)構(gòu)體系的共振和復(fù)雜的藕合振動(dòng)發(fā)生,必須提高結(jié)構(gòu)體系撓曲振動(dòng)的固有頻率,以利于抵抗撓曲振動(dòng),同時(shí)使撓曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率有盡可能大的相互差別,以減小復(fù)雜的藕合振動(dòng)發(fā)生的可能性。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系216)6)提高懸索橋結(jié)構(gòu)體系的抗撓剛度和抗扭剛度，可以有效地提提高懸索橋結(jié)構(gòu)體系的抗撓剛度和抗扭剛度，可以有效地提高其自振固有頻率。高其自振固有頻率。 v分析表明僅增加加勁梁的抗彎剛度，并不能有效地提高撓曲振動(dòng)的固有頻率；增加加勁梁抗扭剛度則可顯著地提高扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率；增加桁架

21、式加勁梁抗扭剛度的最有效的措施是增加其梁的高度。v提高撓曲振動(dòng)的固有頻率的有效方法是減小主纜索的垂跨比，以提高主纜索的抗撓剛度；或采用縮短邊跨跨徑、在主跨跨中點(diǎn)使主纜索與加勁梁剛性連接等措施，改變結(jié)構(gòu)體系的振型，以達(dá)到提高懸索橋結(jié)構(gòu)體系撓曲振動(dòng)固有頻率的目的。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系227)7)大跨度懸索橋?qū)︼L(fēng)荷載的動(dòng)力反應(yīng)是十分復(fù)雜的，往往成為大跨度懸索橋?qū)︼L(fēng)荷載的動(dòng)力反應(yīng)是十分復(fù)雜的，往往成為控制設(shè)計(jì)的主要因素。控制設(shè)計(jì)的主要因素。 v風(fēng)荷載對(duì)懸索橋結(jié)構(gòu)的作用不僅僅是單純的靜風(fēng)荷載作用，還包括風(fēng)速和風(fēng)向隨時(shí)間、空間變化的動(dòng)態(tài)風(fēng)荷載作用。自從美國(guó)塔科瑪海峽懸索

22、橋在19ms的風(fēng)荷載作用下由于扭轉(zhuǎn)共振而垮橋發(fā)生后，人們對(duì)懸索橋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)動(dòng)力穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了深入而廣泛的研究。一般認(rèn)為懸索橋結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載的動(dòng)力反應(yīng)是由若干種基本風(fēng)振現(xiàn)象復(fù)合而成，因而相當(dāng)復(fù)雜。這些基本風(fēng)振現(xiàn)象包括抖振、渦流激振、跳躍馳振、扭轉(zhuǎn)顫振和彎曲扭轉(zhuǎn)藕合顫振等等。對(duì)于大跨度懸索橋考慮這些因素的抗風(fēng)穩(wěn)定性分析是必不可少的，同時(shí)還需通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證分析計(jì)算的正確性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系232 2懸索橋的計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容懸索橋的計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容(1) v早期懸索橋結(jié)構(gòu)計(jì)算主要利用線彈性理論。分

23、析計(jì)算時(shí)，主纜索的幾何形狀由滿跨均布的恒載來(lái)決定，通常采用的線形為二次拋物線，忽略活載作用使主纜索幾何形狀發(fā)生的改變對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。v懸索橋結(jié)構(gòu)一般采用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式，主纜索、加勁梁和橋塔均看作線彈性構(gòu)件，內(nèi)力和位移計(jì)算采用疊加原理和影響線加載方法，不考慮結(jié)構(gòu)的非線性特性，結(jié)構(gòu)的動(dòng)荷載簡(jiǎn)化為靜荷載考慮，結(jié)構(gòu)計(jì)算以靜力計(jì)算為主。v這一計(jì)算理論對(duì)于早期修建的有足夠加勁梁剛度的小跨徑懸索橋基本可以滿足工程上的需求。 2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系242 2懸索橋的計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容懸索橋的計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容(2)v 隨著懸索橋的跨徑不斷增大,加勁梁的高

24、跨比不斷降低,荷載作用引起主纜索變形及其幾何形狀的改變對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響愈來(lái)愈大,按線彈性理論計(jì)算的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與結(jié)構(gòu)實(shí)際內(nèi)力誤差較大,實(shí)際上結(jié)構(gòu)受力的平衡應(yīng)建立在變形后的結(jié)構(gòu)幾何形狀上。v許多學(xué)者先后提出和發(fā)展了考慮位移變形影響的撓度理論。v其理論認(rèn)為：主纜索在恒載作用下獲得平衡時(shí)的幾何形狀由于活載的作用將發(fā)生改變,主纜索由活載作用引起的變形和增加的拉力在結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)予以考慮。結(jié)構(gòu)的平衡方程必須建立在變形后的結(jié)構(gòu)體系上。v撓度理論考慮了主纜索的幾何非線性性質(zhì),即結(jié)構(gòu)的內(nèi)力或變形與荷載呈非線性關(guān)系。此時(shí)疊加原理和影響線加載法將不再適用,結(jié)構(gòu)計(jì)算工作量也將大大增加。2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木

25、工程學(xué)院交通工程系252 2懸索橋的計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容懸索橋的計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容(3) v撓度理論是懸索橋結(jié)構(gòu)計(jì)算的解析方法,由于方程求解的復(fù)雜性,一些學(xué)者提出了適當(dāng)簡(jiǎn)化的線性撓度理論。v線性撓度理論忽略了平衡方程中的高階微量,對(duì)于恒載與活載之比較大的懸索橋,其結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算具有較好的近似性。撓度理論依然采用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式,主纜索、加勁梁和橋塔仍看作線彈性構(gòu)件,但結(jié)構(gòu)平衡方程的建立考慮了結(jié)構(gòu)位移變形的影響。撓度理論主要用于結(jié)構(gòu)的靜力和擬靜力計(jì)算,進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí),需引入數(shù)值計(jì)算方法,如有限元方法。2021-12-28南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系262懸索橋的計(jì)算理論、計(jì)算圖式和計(jì)算內(nèi)容(4) v由于計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代懸索橋的計(jì)算主要采用有限位移理論。結(jié)構(gòu)分析表明：懸索橋的跨徑進(jìn)一步增大時(shí)，加勁梁的高跨比小于1300時(shí)，采用線性撓度理論分析懸索橋所產(chǎn)生的誤差是不容忽略的，因此有必要采用有限位移理論對(duì)懸索橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以便獲得更加精確分析計(jì)算結(jié)果。v有限位移理論認(rèn)為：在荷載作用下，結(jié)構(gòu)的