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大跨度悬索桥主缆成桥线形分析

潘韬  
【摘要】:悬索桥是由主缆、主塔、加劲梁、吊索等构成的组合体系,因其主缆受拉力,材料利用效率高,已成为特大跨度桥梁的首选桥型。随着跨度的增大,加劲梁的刚度在全桥刚度中所占比例很小,桥梁的刚度主要来自于具有相当大恒载初张力的承重缆索,在受力本质上大跨度悬索桥应是一种柔索结构体系,分析必须计入构件初应力及结构变位的影响,即必须采用几何非线性分析。 主缆是结构体系中的主要承重构件,悬索桥主缆的成桥线形是进行结构设计、计算和指导施工的关键控制因素,建立符合实际情况的主缆成桥线形计算方法十分必要。本文采用迭代算法对悬索桥的主缆成桥线形进行分析,具体思路是:将成桥状态结构的几何参数(主缆的设计垂度、吊索位置、鞍座中心位置、桥面设计线形等)作为控制目标,假设一个施工理想初态,采用前进分析的迭代算法,反复修正施工理想初态使得计算所得成桥状态的有关参数与控制目标相比,误差满足精度要求,从而得到符合设计要求的悬索桥主缆成桥线形。 本文基于有限位移理论,利用通用有限元程序建立悬索桥全桥模型并进行分析,计算过程中计及了大位移引起的悬索桥几何非线性的因素,实现了悬索桥施工过程模拟计算的通用有限元程序方法。 通过理论分析和实例的计算表明:1)在悬索桥主缆成桥线形分析过程中,须考虑主塔鞍座的偏位以及二期恒载由主缆和加劲梁共同承担的实际情况;2)在第一次假设施工理想初态时,以成桥状态已知的主缆跨中垂度建立施工理想初态模型,同时在迭代计算的过程中,建立合理的修正公式,才能使收敛的速度快:3)在成桥状态时主缆的线形既不是抛物线,也不是悬链线,而是介于抛物线与悬链线之间,更接近于悬链线的索多边形。


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