第三章 悬索桥结构计算

第三章 悬索桥结构计算

第一节 概述

[A5-3.1]悬索桥的结构分析计算与跨径密切相关。早期悬索桥由于跨径较小，主缆自重较轻，结构刚度主要由加劲梁提供，结构分析采用线弹性理论（不考虑结构体系变形对内力的影响，按普通结构力学方法计算）。随着跨径增大，加劲梁的刚度相对降低，结构非线性突出，由此产生了挠度理论（假定结构在荷载作用下的变形不可忽略，即在使用荷载的作用下结构的形状将发生改变，结构将在恒载与使用荷载共同的作用下达到新的平衡位置），悬索桥的跨径也因此突破了1000m。随着计算机的普及和大型结构分析软件的应用，基于计算机的有限位移理论（将悬索桥作为由各个单根构件组成的结构体系进行分析的方法，可以比较真实地模拟结构，全面考虑结构的各种非线性因素和变形状态，计算结果与实际非常接近）得到蓬勃发展，使得悬索桥的结构计算分析更快速、更准确。

[A5-3.2]悬索桥结构计算内容主要包括：精确合理地确定悬索桥成桥状态的内力与变形；合理确定悬索桥施工阶段的受力状态与变形；精确分析悬索桥在活载及其他附加荷载作用下的静力响应；精确分析悬索桥的动力特性。一般应按以下原则进行计算。

（1）作用于悬索桥的设计荷载有永久作用、可变作用（汽车荷载、风荷载、温度作用）、地震作用等，分析时一般把这些设计荷载分成三个方向独立的荷载，即竖向荷载、水平荷载和扭转荷载。悬索桥在竖向荷载作用下的计算是悬索桥结构分析的主要内容；在水平荷载作用下的计算不仅对结构强度有影响，更重要的是对结构刚度有很大的影响；悬索桥在偏心荷载作用下,可以分别按照竖向（或横向）荷载和扭转荷载的作用进行计算，然后进行应力叠加，一般用于构件设计验算。

（2）主缆的安全系数一般取为2.2～2.5之间，应力限值一般根据材料抗拉强度确定，主缆材料应具有一定的延伸率。

（3）在进行悬索桥成桥状态加劲梁的结构分析时，为简化计算工作量且不致带来过大的误差，可采用等刚度法计算加劲梁的等效刚度，把加劲梁模拟成具有等效刚度的实心截面。加劲梁的真实内力与施工过程密不可分，在进行成桥状态分析时,应该考虑每一施工过程的影响。

（4）桥塔主要承受缆力对其产生的不平衡水平分力、竖向压力和风荷载作用。边跨的缆索一端固定在锚碇上，一端固定于塔顶的鞍座上。在汽车荷载和温度变化的作用下边跨缆索的长度将产生变化，由于锚碇不会产生位移，这就迫使鞍座和塔顶发生纵向位移。因此，悬索桥的桥塔将承受主缆不平衡力的作用，成为一个纵向偏心受压构件。