懸索橋纜索剛度及線形計算方法研究.pdf

1、纜索是懸索橋的主要承載構件,其剛度和線形計算是設計中的關鍵問題。本文探討了求解索纜靜力問題的解析方法和數值計算方法,對懸索水平剛度和豎向剛度進行了推導,并分別就平面纜索懸索橋和空間纜索懸索橋研究了成橋狀態(tài)下和空纜狀態(tài)下主纜線形的計算方法,根據相應的算法編制了纜索線形計算的程序。具體內容概括如下： 1.纜索分析的基本理論和數值計算方法 整理了索微分平衡方程,懸索在沿跨長的均布荷載及沿纜長均布荷載作用下的索形,及計算懸索在任

2、意荷載作用下線形的“簡支梁彎矩比擬法”等前人研究成果。另外為了解決復雜懸索問題,引入拉格郎日坐標下考慮懸索彈性伸長的懸鏈線解,采用“分段懸鏈線”數值迭代算法計算懸索的兩類常見問題,并編程實現。 2.懸索橋纜索系統(tǒng)的剛度 在研究主纜水平剛度中,結合算例探討了水平剛度中重力剛度與彈性剛度的關系。計算推導了使得斜索水平剛度最大化的傾角公式?；谀芰吭?研究纜索的豎向剛度。分別推導豎向集中力荷載和豎向均布荷載作用下,纜索水平拉

3、力增量和纜索豎向撓度的計算公式。給出了反映纜索抵抗豎向荷載的重力剛度的解析表達式。 3.懸索橋主纜線形的計算 探討鞍座的分類及構造,以及由于采用不同鞍座類型所形成的各類懸索橋邊跨結構。根據分離計算法計算成橋狀態(tài)的主纜線形及索鞍鞍槽縱向曲線。即假定設計基準溫度下成橋狀態(tài)索鞍兩側主纜離合點順延懸鏈線的交點為理論頂點,根據設計的主纜理論頂點計算成橋狀態(tài)下的主纜線形,再確定鞍座位置并精確計算索鞍鞍槽的縱向曲線。另外根據綜合計算法

4、計算主纜線形和鞍座位置,即假定設計基準溫度下成橋狀態(tài)索鞍兩側主纜離合點切線的交點為理論頂點,采用迭代逼近的辦法實現該算法。最后以南京六合百果橋為算例分別采用以上兩種算法實現了主纜線形和鞍座位置的計算。計算結果表明分離計算法和統(tǒng)一計算法的計算結果相差很小,都可以應用于成橋狀態(tài)下主纜線形和鞍座位置的計算。 空纜狀態(tài)即懸索橋主纜剛架設后的階段。該階段塔頂鞍座假定可以自由滑動,通過迭代計算求解出一組鞍座偏移量,使得主纜在各鞍座處滿足平衡

5、條件。施工過程中的計算考慮鞍座與主塔臨時連接,在校核塔頂鞍座平衡條件時計入了塔的剛度。另外本文在線形計算中還可以考慮溫度影響。最后,以南京六合百果橋為算例,計算了空纜狀態(tài)、空纜狀態(tài)下升溫10℃以及某一施工工況下的主纜線形。 空間纜索懸索橋的主纜和吊索形成了一個三維的索系。在計算成橋狀態(tài)的纜索線形和鞍座時采用分離計算法。首先計算空間纜索主纜線形,然后計算塔頂鞍座的位置和鞍槽空間曲線?？绽|狀態(tài)計算中,根據無應力索長不變的原則,求得一