武汉理工大学交通学院

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1、*武汉理工大学交通学院胡志坚1斜拉桥的计算1.概述斜拉桥的结构分析理论比较复杂，它的计算分析包括静力计算分析、稳定性分析和动力计算分析。1.1斜拉桥是一种高次超静定结构，其静力和动力行为和一般桥梁有所不同，主要表现在以下两个方面：（1）静力方面：对于梁式桥结构，如果结构尺寸、材料二期恒载确定以后，结构恒载内力随之基本确定，无法进行较大的调整，而对于斜拉桥，首先是确定合理的成桥状态，其中最主要的是斜拉索的初张力。（2）动力方面：斜拉桥由于高次超静定，结构行为表现出强耦合，尤其是扭转和横向弯曲振型，要采用空间模型。*武汉理工大学交通学院胡志坚2斜拉桥的计算1.

2、2斜拉桥的设计计算要根据其结构形式、设计阶段和设计要求选取相应的力学模型和计算理论。计算模式是设计计算的关键。在概念设计阶段，以求获得理想的结构布置，因此对结构内力精度要求不高，可以采用平面杆系模型；在技术设计阶段，若仅计算恒活载作用下的内力，仍可采用平面杆系模型，此时活载的空间效应应用横向分布系数或偏载系数。若要计算空间荷载（风载、地震荷载、局部温差等）作用下静力响应时，一般选用空间杆系模式，选用这种模式特别注意实际结构与计算模式间的刚度等效性；若要计算全桥构件的应力分布特性，可选用空间板壳、块体与梁单元的组合模式，要注意不同单元结合部的节点位移协调性。

3、*武汉理工大学交通学院胡志坚3斜拉桥的计算2.静力计算流程图斜拉桥静力计算可归结为右图所示的流程图。开始结构总体分布初拟构件尺寸决定恒、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、附加荷载计算荷载组合、梁体配筋索力优化强度、刚度验算通过否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斜拉索预拱度强度验算通过否前进分析验算结束否修改索张拉方案YN修改截面参数*武汉理工大学交通学院胡志坚4斜拉桥的计算3.计算方法3.1.静力计算分三步：（1）确定成桥理想状态：成桥索力，主梁内力、位移和桥塔的内力；（2）按施工过程、方法和计算需要划分施工阶

4、段；（3）计算施工阶段的理想状态，经多次反复才能达到成桥阶段的理想状态。斜拉桥的设计自由度很大，可以通过斜拉索力的调整改变结构的受力分配，优化结构的受力。*武汉理工大学交通学院胡志坚5斜拉桥的计算*武汉理工大学交通学院胡志坚6斜拉桥的计算3.2基本理论斜拉桥的分析计算，根据跨度大小的不同，采用两种不同的理论。特大跨径斜拉桥，由于斜拉索自重垂度的影响，再加上大位移、弯矩与轴向力相互作用以及弯曲引起构件的缩短，造成非线性因素的影响，必须采用有限位移理论；对于中小跨径斜拉桥，采用微小变形理论，就能获得令人满意的结果。*武汉理工大学交通学院胡志坚7斜拉桥的计算3.

5、2.1有限位移理论大跨径斜拉桥是高次超静定柔性结构，在施工和正常使用阶段，结构工作在几何非线性状态。引起斜拉桥几何非线性的因素主要有三个方面：⑴索的垂度影响斜拉索由于本身自重的作用，一般是呈悬垂状态而不是直的，不能按一般拉伸杆件来计算，而应考虑垂度的影响。在分析斜拉桥结构时，常将斜拉索模拟成桁架单元，由此带来计算模型与实际结构间的误差。*武汉理工大学交通学院胡志坚8斜拉桥的计算通常可用Ernst公式修正索弹性模量。式中：Eeq—拉索等效弹性模量—拉索容重E—索材料的弹性模量—索中的拉应力当索内应力水平较低时，这种方法精度较低，直接用柔索单元模拟斜拉索才能得

6、到精确结果。*武汉理工大学交通学院胡志坚9斜拉桥的计算以右图说明，acb1为一根拉索，作用拉力T,在c点作用集中力G,垂度为f,现在增加拉力，此时b1离开b的距离为，c点上升到c1,cc1=,在作用下b1离开b的总位移为弹性伸长，为垂度伸长定义由于，引入垂度模量Ef,，使*武汉理工大学交通学院胡志坚10斜拉桥的计算于是有而斜拉索在悬垂状态下的长度取微分得上式表示当钢索增加水平力，伸长为两边同时除以l,得*武汉理工大学交通学院胡志坚11斜拉桥的计算令为垂度应变，则-----（1）考虑到斜拉索近似为直线，故钢索拉力-----（2）将式（1）代入（2）得：*武汉

7、理工大学交通学院胡志坚12斜拉桥的计算式中：为钢索垂度模量为钢索容重即为弹性修正模量*武汉理工大学交通学院胡志坚13斜拉桥的计算（2）梁柱效应斜拉桥主梁、主塔都工作在压弯状态，引起了梁柱效应，即弯曲变形和轴向变形互相影响。当杆件变形较大时必须考虑这种梁效应与柱效应的的相互影响（3）大位移效应由于斜拉桥具有柔性结构特征，外荷载作用下结构变形较大，平衡方程必须建立在变形后的位置上。*武汉理工大学交通学院胡志坚14斜拉桥的计算4.斜拉桥合理成桥受力状态的确定所谓合理成桥状态是指斜拉桥在施工完成后，在所有恒载作用下，各构件受力满足某种理想状态，如梁、塔中弯曲应变能

8、最小。斜拉桥是高次超静定结构，斜拉桥主梁、主塔受力对索力大小很敏感