浅析斜拉桥主体结构的受力行为

第四章部分斜拉桥的整体受力分析结构的受力问题可以用基本方程（常微分方程或偏微分方程）和相应的定解条件描述，方程的求解可以采用解析方法或数值方法。

能用解析方法求出精确解的只有少数方程性质比较简单，且结构体几何形状相当规则的问题，而对于大多数问题则不能得到解析的答案，这类问题的解决通常有两种途径。

一是引入简化假设，将方程和边界条件简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。

但是这种方法只是在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致误差很大甚至错误的解答。

因此人们寻找和发展了另一种求解方法——数值解法。

特别是近四五十年来，随着计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解结构受力问题的主要工具。

目前应用的数值方法有很多种，如有限单元法、差分法、加权余量法、边界元法等，其中在结构分析中以有限单元法的应用最广。

有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联接在一起的单元的组合体。

有限单元法的教材一般都在前一二章对这种方法的基本原理有所介绍，可供参考。

结构分析的有限元法一般都采用有限元分析软件进行。

利用有限元软件进行桥梁结构分析的基本流程如图4-1所示。

其中“2.5 预应力”部分也可放在“4 定义结构所受荷载”中处理，考虑到预应力输入的主要工作是输入预应力束的几何形状，因此在此将其放在建立模型步骤中。

图4-1 桥梁结构分析的基本流程本次课程设计的结构分析我们采用有限元分析软件Midas进行。

需要注意的是，软件中某项任务（如生成节点）可能可以采用多种方法完成（如生成节点可以采用新建、复制、镜像等多种方法），本指导书是分析流程的介绍，因此仅选择其中的一种方法进行说明。

每种方法都有其最佳适用范围，至于如何选择最合适的方法，可参考软件的使用帮助。

以下按图4-1所示的六个步骤详细介绍进行部分斜拉桥有限元分析的过程。

4.1 离散结构体系将部分斜拉桥的索塔、主梁、斜拉索离散为有限个单元，单元之间以节点联接。

斜拉桥结构设计及问题简析摘要：斜拉桥是一种组合受力体系的桥梁，其主体结构由斜拉索、索塔、主梁组成。

本文通过分析斜拉桥的结构特点，论述了斜拉桥在结构、布置、选材和审美方面的设计要求及注意事项，并简单介绍了斜拉桥在结构设计和施工建设方面遇到的难题及采取措施。

关键词：斜拉桥；布置形式；结构设计；斜拉桥审美Abstract: The cable-stayed bridge is a bridge combined stress system, its main structure is composed of cables, towers, girders. In this paper, through the analysis of the structural characteristics of cable-stayed bridge, the cable-stayed bridge in the structure, layout, material selection and design aesthetic requirements and matters needing attention, and briefly introduces the problems encountered in the design and construction of cable-stayed bridge and measures.Keywords: cable-stayed bridge；layout；structure design；cable-stayed bridge aesthetics自1979年建成的第一座斜拉桥——主跨只有76米云阳桥以来，经过30多年的飞速发展，现今我国斜拉桥无论是在规模和跨度方面，还是在结构设计和施工技术都取得了巨大的成就。

目前我国已经是世界上斜拉桥数量最多、跨度最大的国家。

斜拉桥设计要素与结构特性斜拉桥是一种现代化的桥梁结构，具有独特的设计要素和结构特性。

在桥梁工程中，斜拉桥被广泛应用于跨越河流、峡谷等地形复杂的区域，其设计要素和结构特性对桥梁的安全性、稳定性和美观性起着至关重要的作用。

本文将从斜拉桥的设计要素和结构特性两个方面进行探讨。

设计要素1. 主塔斜拉桥的主塔是支撑桥梁主梁和索塔的重要构件，承担着桥梁荷载的传递和分配功能。

主塔的高度、形状和布置位置直接影响着桥梁的整体结构和外观。

设计主塔时需要考虑地质条件、风载、桥梁跨度等因素，确保主塔具有足够的承载能力和稳定性。

2. 主梁主梁是斜拉桥的承载结构，连接主塔和桥面，承担车辆荷载的传递和分布。

主梁的截面形状、材料和截面尺寸是设计中的关键要素，需要根据桥梁跨度、荷载情况和美学要求进行合理选择，确保主梁具有足够的刚度和强度。

3. 斜拉索斜拉桥的斜拉索是连接主塔和主梁的重要构件，承担着桥梁荷载的传递和支撑功能。

斜拉索的数量、布置方式和张拉力大小直接影响着桥梁的受力性能和稳定性。

设计时需要考虑索塔的位置、索带的倾角和索带的材料等因素，确保斜拉索具有良好的受力性能和耐久性。

4. 桥面桥面是斜拉桥上行车的部分，承载着车辆荷载和行人荷载。

桥面的结构形式、材料和铺装方式需要根据交通流量、使用功能和美学要求进行设计，确保桥面具有良好的耐久性和舒适性。

结构特性1. 刚度斜拉桥具有较高的整体刚度，能够有效抵抗外部荷载引起的变形和振动。

斜拉桥的主塔、主梁和斜拉索等构件之间通过刚性连接，形成一个整体稳定的结构系统，具有良好的抗风、抗震性能。

2. 强度斜拉桥具有较高的承载能力和抗弯强度，能够承受车辆荷载和自重荷载引起的各种受力情况。

主塔和主梁采用钢结构或混凝土结构，具有良好的抗压和抗拉性能，能够确保桥梁的安全运行。

3. 稳定性斜拉桥具有良好的整体稳定性，能够有效抵抗外部环境引起的各种不利影响。

通过合理设计主塔和斜拉索的布置方式，可以有效减小桥梁的振动和变形，确保桥梁在各种工况下都能保持稳定。

简述斜拉桥的受力原理
斜拉桥是一种利用斜拉索（钢索或预应力混凝土束）将桥梁的自重和荷载传递到桥塔上的桥梁结构。

其受力原理如下：
1. 自重作用：斜拉桥梁本身的重量通过斜拉索传递到桥塔上。

斜拉索在桥塔之间形成一个斜角，使桥梁悬挑在桥塔之间。

桥梁的自重通过斜拉索分散到多个桥塔上，减小了各桥塔的承载力。

2. 荷载作用：斜拉桥梁上的车辆、行人以及其他运载物品的重力通过桥面传递到桥梁结构上。

斜拉索在桥塔上形成张力，并将荷载分担到多个桥塔上。

3. 桥塔作用：桥塔是斜拉桥的支承点，通过其稳定的基础将斜拉索受力传递到地面。

桥塔根据斜拉索的角度和长度，以及所受荷载的大小，承受拉力和压力。

4. 斜拉索作用：斜拉索是连接桥塔和桥面之间的重要组成部分。

斜拉索承受来自桥面的荷载，将荷载的力通过预应力传递到桥塔上，并向两侧分散。

总之，斜拉桥通过斜拉索将桥梁的自重和荷载传递给桥塔，将荷载分散到多个桥塔上，实现了桥梁结构的平衡和稳定。

同时，斜拉桥的受力特点降低了桥塔的承载压力，减小了桥梁结构的材料消耗。

港珠澳大桥中央单索面斜拉桥全钢索塔吊装受力分析于喜年;崔亮;孙伟【摘要】为港珠澳大桥江海直达船航道桥“风帆型”全钢索塔模块在起吊、翻身、转位和移位等施工过程中的安全可靠、准确稳妥,需要对索塔模块吊装过程进行安全评价.选取0°、45°及90°三个典型吊装模态为研究对象,利用有限元法模拟分析索塔与吊装系统连接的Z10节段塔身受力情况,发现索塔模块吊装过程中塔身吊装部位出现应力集中现象,塔身强度不符合吊装设计要求.依据索塔受力模拟分析结果,对索塔吊装部位进行结构加强,并重新分析计算,结果表明:索塔结构加强后的三种吊装模态最大应力为368.154MPa,小于所用材料许用应力375 MPa,满足强度要求;三种吊装模态产生的最大位移为46mm,小于《起重机设计规范》位移要求,满足刚度要求.索塔整体吊装系统设计及索塔受力模拟数值分析,为港珠澳大桥索塔安全吊装提供了数据保证.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】6页(P80-84,104)【关键词】港珠澳大桥;索塔;模块化吊装【作者】于喜年;崔亮;孙伟【作者单位】大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028;湖南利欧泵业有限公司,湖南湘潭 411201【正文语种】中文港珠澳大桥江海直达船航道桥为深水区通航孔桥，该钢箱梁中央单索面斜拉桥主塔结构为“风帆型”全钢索塔，桥跨布置为994 m，两中跨和次边跨布设斜拉索，桥梁结构体系为六跨连续半漂浮体系.为方便制造及施工，根据主梁纵断线形，边索塔和中索塔设计高度分别为108.5 m和110 m，本文主要以中索塔为研究对象.桥型总体布置如图1所示.如图2所示，“风帆型”索塔是港珠澳大桥的标志性建筑，索塔由索塔柱、副塔柱以及主副塔柱联系杆三部分组成.受力主塔柱为Z0-Z12共13个大节段，各节段在厂房进行水平式拼装和焊接形成索塔整体，索塔内部设有翼板、腹板及加劲肋板.索塔主体结构材料采用Q345qD钢板，造型部分材料采用Q235B钢板，材料属性及力学性能如表1所示.根据索塔结构特点和海面复杂吊装环境，索塔采用整体模块吊装模式一次吊装就位，吊装工程选用双臂变幅式起重船，起重量为 3 200 t，吊臂长 137m，主钩最大起升高度 110 m.根据索塔实际吊装状态，索塔吊装经过起吊、翻身、转位和移位过程，为防止索塔在吊装过程中发生倾覆，通过对索塔重心位置计算，需使吊点中心和索塔重心在同一垂直线上，并考虑起重船实际吊装高度，故将吊点位置选择在主塔柱 Z10节段.吊具整体与塔身利用高强螺栓群及等强拉杆紧固连接.2.1 吊具结构形式经过对索塔吊装工程所用吊具多次方案调整及有限元计算分析，最终采用可靠性高、吊装工艺方便的桁架式组合体吊装结构[1-3].组合体吊具由浮动吊耳、箱式铰座、复合桁架吊臂组成.箱式铰座及复合桁架吊臂焊接成一体，采用特殊焊接工艺，吊臂小端连接板采用周边焊外，在小端连接板空隙处钻若干Φ40孔，采用灌焊处理，浮动吊耳与箱式铰座相对转动.整个吊装系统四个吊点由高强无接头绳圈与吊耳轴相连，吊装过程中浮动吊耳可实现自身调平，各吊点位于同一平面，保证索塔吊装安全稳定.吊装系统如图3所示.吊臂主管根部区域受力较大，高强螺栓系用等强拉杆替换[4]，使索塔与吊臂连接的Z10节段塔身整体受力性能得到提高.索塔吊装过程中塔身受力及变形分析属于结构动力学分析，但由于计算模型庞大及动态分析加载数据未知等因素，故采用静力学分析以简化索塔动态吊装过程.本文基于ANSYS有限元分析软件，建立索塔吊装系统有限元模型，为模拟计算简便，未考虑风载荷对吊装系统影响，仅在0°、45°和90°三种吊装模态下对索塔整体进行应力、位移分析.3.1 索塔吊装系统有限元模型建立根据索塔和组合体吊具结构特点，整体采用壳单元Shell181模拟[5] ，厚度方向以板厚中性面位置来确定，有限元模型单元数1 075 956，节点数971 458.对网格模型进行质量检查，保证索塔有限元模型计算精度[6].高强螺栓及等强拉杆采用beam188单元模拟，在每个螺栓孔处建立刚性区域，并释放rigid单元旋转自由度.索塔及组合体吊具自重通过输入材料密度和加速度由软件自动加载.吊装系统有限元模型四吊点处施加“3221”约束方式，防止系统过约束，0°吊装模态与45°吊装模态索塔底部与地面接触，索塔底部施加支反力约束.90°吊装模态下索塔离地底部无约束，本文略去吊装系统有限元模型图.3.2 有限元分析结果对三种吊装状态下索塔有限元模型进行分析，重点分析Z10节段塔身及主副塔联系杆应力状况.图4所示为三种吊装模态下初步模拟索塔受力分析应力云图.结果显示0°吊装模态塔身所受最大应力为939.4 MPa，索塔倾斜吊装模态时塔身所受最大应力为1 052 MPa，90°吊装模态塔身最大应力为1 396 MPa.三种吊装模态塔身所受应力均超过材料许用应力[σ]=242 MPa，最大应力位置出现在与吊装系统连接段的塔身处.随着吊装姿态改变，吊具对连接段塔身外腹板产生较大拉力和压力，外腹板发生翘曲且变形明显，为防止塔身撕裂需对索塔外腹板及内部进行结构加强. 0°、45°及90°吊装模态塔身最大位移分别为55.82、41.44、32.43 mm，小于《起重机设计规范》的位移要求.索塔整体位移属于弹性位移，满足刚度要求.图5所示为三种吊装模态的副塔柱应力云图.最大应力分别为158.4、103.6和70.2 MPa，均小于其许用应力[σ]=168 MPa.副塔柱产生最大位移分别为46.2、36.1和21.4 mm，副塔柱强度刚度满足吊装工程要求，文中未示主、副塔柱位移云图.图6所示为索塔Z10节段被吊装节段内部结构应力云图，应力集中部位在横隔板与塔侧壁连接处，即出现在吊装系统复合桁架四根主吊管轴向延伸处的索塔壁周围.通过对索塔吊装系统连接的索塔塔身应力应变模拟分析发现，索塔外腹板及索塔壁四拐角处所受应力最大，为防止索塔吊装过程中其内部结构出现局部破坏，保证索塔吊装的安全可靠，需对塔身四周拐角及受力较大部位进行结构加强.4.1 索塔外腹板内壁加强索塔外腹板材料为Q345qD，索塔外腹板内侧设有横隔板与纵向加劲肋板.经反复分析计算后确定塔壁加强方案，即在塔壁内焊接Q690高强度连接加强板，塔壁连接加强板四周坡口采用熔透焊，索塔外腹板内侧加强板布置如图7所示，加强后外腹板厚度达到110 mm，可抵抗吊装系统对其产生的应力应变作用.图7 索塔内侧加强板示意图4.2 索塔内部结构加强根据外腹板及索塔内部所受应力应变状况对索塔Z10节段四周拐角进行加强，增强吊装过程中的强度刚度.由于索塔内部空间狭小，结构加强困难诸多，仔细分析其内部结构后，决定在N2、N4、N6与塔壁连接的横隔板四拐角水平方向上、下两侧分别焊接厚度为40 mm的Q690加强板，图8所示为索塔N2、N4、N6横隔板结构加强布置图，加强板尺寸根据横隔板纵向加劲肋板形状确定.图8 索塔 N2、N4、N6横隔板结构加强图索塔在吊装至垂向状态时，通过高强螺栓群及等强拉杆紧固件将应力传递至索塔Z10节段纵向加劲肋板，致使纵向加劲肋板应力超过所用材料强度极限，应在受力较大的N2、N4、N6三个横隔板截面所在垂向位置两侧焊接Q690槽钢进行强度加强.图9(a)及图10(a)所示为N2、N6截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及E型焊接槽钢结构加强图.图9(b)及图10(b)所示为N4截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及焊接槽钢结构加强图.所有加强槽钢与塔内纵向加劲肋板及横隔板采用熔透焊.索塔内壁四周拐角及塔壁与钢管连接处内部结构加强后，索塔Z10节段塔身整体结构强度得到提高.(a) N2、N6处槽钢加强模型(b) N4处槽钢加强模型图9 索塔内部槽钢加强网格模型图图10 槽钢截面加强图4.3 索塔结构加强后受力分析索塔Z10节段塔身结构加强后重新进行强度刚度分析，三种吊装模态索塔应力云图如图11所示,索塔所受最大应力在0°起吊模态，应力值为368 MPa，分析发现三种吊装模态最大应力位置均发生在索塔底部，原因在于建立索塔有限元模型时索塔底部施加刚性约束而导致底部应力较大，索塔底部装配滑动铰支撑，实际吊装过程中应力将得到分散，有利于保护索塔安装基面不被破坏. 三种吊装模态所受应力小于所用材料许用应力.结构加强后三种吊装模态产生最大位移分别为46.135、36.148和27.172 mm，副塔柱产生的位移与结构加强前基本相同，主副塔柱产生位移小于《起重机设计规范》[7]的位移要求.由于篇幅所限，本文略去部分有限元分析位移云图，索塔模块吊装疲劳分析未展开叙述.(a) 0°吊装模态索塔应力云图(b) 45°吊装模态索塔应力云图(c) 90°吊装模态索塔应力云图图11 加强后三种吊装模态索塔应力云图5 吊装吊具稳定性分析对索塔吊装三个吊装模态下吊具进行稳定性分析，得屈曲系数如表2所示,吊具抗失稳能力良好，稳定性满足工程要求.表2 吊装吊具屈曲系数吊装模态一、二、三屈曲系数0°9.8627、9.8709、11.87445°18.103、18.179、18.89890°13.325、13.402、14.1036 结论本文基于ANSYS分析软件，建立索塔吊装系统有限元模型，对与吊装系统连接的索塔Z10节段塔身结构进行应力、应变初步分析结果显示，吊具连接段塔身应力较大，不能满足索塔吊装要求；根据应力所发生位置对塔身内、外部结构进行加强设计，并对索塔结构加强后受力再分析结果表明，三种吊装模态下塔身所受最大应力为368 MPa，小于材料许用应力，满足强度要求；三种吊装模态索塔产生的最大位移为46 mm，结构加强前后位移变化基本相同，说明索塔整体刚度良好，索塔吊装过程受力仅对索塔强度有影响；吊装吊具稳定性分析结果表明吊具抗失稳能力满足工程要求.索塔整体吊装系统设计及索塔受力模拟数值分析，为港珠澳大桥全钢索塔安全吊装提供了数据保证.YU Xinian1, CUI Liang1, SUN Wei2(1.School of Mechanical Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China;2.Hunan Leo Pump Co., Ltd, Xiangtan 411201, China) Abstract：Aiming at the safety of cable tower module of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge during lifting, rolling over, transposition and shifting,safety evaluation of the cable tower module assembly is conducted.Three typical hoisting modes at the angles of 0°,45°and 90° are selected， and finite element method is used to analyze the force of Z10, connection section between cable tower and the hoisting system. The results show that stress concentration occurs in the cable tower module hoisting parts in hoisting, which are not accordance with the hositing design requirements. Based on the cable tower stress simulation results, the structural of the cable tower crane parts is strengthened, and the analysis and calculate results show that after strengthening， the maximal stress is 368.154 MPa, less than the minimum allowable stress 375 MPa, and meets the strength requirements. The maximum displacement is 46 mm, which meets the stiffness requirements.The design and simulative force analysis provide reliable data for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge cable tower safe hoisting.Keywords：hong kong-Zhuhai-Macao Bridge; cable tower; modular assembly文章编号：1673-9590(2016)04-0080-06*收稿日期：2015-10-11基金项目：国家自然科学基金资助项目(51375063)作者简介：于喜年(1958-)，男，教授，硕士，主要从事机械装备设计理论及制造技术、大型工程吊装技术的研究E-mail:***************.文献标识码：A通过对索塔吊装系统连接的索塔塔身应力应变模拟分析发现，索塔外腹板及索塔壁四拐角处所受应力最大，为防止索塔吊装过程中其内部结构出现局部破坏，保证索塔吊装的安全可靠，需对塔身四周拐角及受力较大部位进行结构加强.4.1 索塔外腹板内壁加强索塔外腹板材料为Q345qD，索塔外腹板内侧设有横隔板与纵向加劲肋板.经反复分析计算后确定塔壁加强方案，即在塔壁内焊接Q690高强度连接加强板，塔壁连接加强板四周坡口采用熔透焊，索塔外腹板内侧加强板布置如图7所示，加强后外腹板厚度达到110 mm，可抵抗吊装系统对其产生的应力应变作用.4.2 索塔内部结构加强根据外腹板及索塔内部所受应力应变状况对索塔Z10节段四周拐角进行加强，增强吊装过程中的强度刚度.由于索塔内部空间狭小，结构加强困难诸多，仔细分析其内部结构后，决定在N2、N4、N6与塔壁连接的横隔板四拐角水平方向上、下两侧分别焊接厚度为40 mm的Q690加强板，图8所示为索塔N2、N4、N6横隔板结构加强布置图，加强板尺寸根据横隔板纵向加劲肋板形状确定.索塔在吊装至垂向状态时，通过高强螺栓群及等强拉杆紧固件将应力传递至索塔Z10节段纵向加劲肋板，致使纵向加劲肋板应力超过所用材料强度极限，应在受力较大的N2、N4、N6三个横隔板截面所在垂向位置两侧焊接Q690槽钢进行强度加强.图9(a)及图10(a)所示为N2、N6截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及E型焊接槽钢结构加强图.图9(b)及图10(b)所示为N4截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及焊接槽钢结构加强图.所有加强槽钢与塔内纵向加劲肋板及横隔板采用熔透焊.索塔内壁四周拐角及塔壁与钢管连接处内部结构加强后，索塔Z10节段塔身整体结构强度得到提高. 4.3 索塔结构加强后受力分析索塔Z10节段塔身结构加强后重新进行强度刚度分析，三种吊装模态索塔应力云图如图11所示,索塔所受最大应力在0°起吊模态，应力值为368 MPa，分析发现三种吊装模态最大应力位置均发生在索塔底部，原因在于建立索塔有限元模型时索塔底部施加刚性约束而导致底部应力较大，索塔底部装配滑动铰支撑，实际吊装过程中应力将得到分散，有利于保护索塔安装基面不被破坏. 三种吊装模态所受应力小于所用材料许用应力.结构加强后三种吊装模态产生最大位移分别为46.135、36.148和27.172 mm，副塔柱产生的位移与结构加强前基本相同，主副塔柱产生位移小于《起重机设计规范》[7]的位移要求.由于篇幅所限，本文略去部分有限元分析位移云图，索塔模块吊装疲劳分析未展开叙述.对索塔吊装三个吊装模态下吊具进行稳定性分析，得屈曲系数如表2所示,吊具抗失稳能力良好，稳定性满足工程要求.本文基于ANSYS分析软件，建立索塔吊装系统有限元模型，对与吊装系统连接的索塔Z10节段塔身结构进行应力、应变初步分析结果显示，吊具连接段塔身应力较大，不能满足索塔吊装要求；根据应力所发生位置对塔身内、外部结构进行加强设计，并对索塔结构加强后受力再分析结果表明，三种吊装模态下塔身所受最大应力为368 MPa，小于材料许用应力，满足强度要求；三种吊装模态索塔产生的最大位移为46 mm，结构加强前后位移变化基本相同，说明索塔整体刚度良好，索塔吊装过程受力仅对索塔强度有影响；吊装吊具稳定性分析结果表明吊具抗失稳能力满足工程要求.索塔整体吊装系统设计及索塔受力模拟数值分析，为港珠澳大桥全钢索塔安全吊装提供了数据保证.【相关文献】[1]于喜年，袁雷，马富巧.某核电站主控室吊装平衡梁设计及可靠性分析[J].大连交通大学学报,2013,34(6):62-65.[2]于喜年，刘晓，王建国.核岛钢衬里筒体模块化整体吊装网架结构设计及问题分析[J].核科学与工程, 2011,31(4) : 336-343.[3]于喜年，杨莹彧，王建国.某核电站混凝土底板模块化吊装设计及应用[J].核动力工程,2013,34(6):132-135.[4]祁海申.工程用高强度钢拉杆的研制与应用[J].工业建筑,2005(35):359-361.[5]韩大建,梁立农,徐郁峰,等.珠江大桥有限元仿真分析[J].桥梁建设,2004(3):34-37.[6]THAKUR A，BANERJEE A G，GUPTA S K．A survey of CAD model simplification techniques for physics-based simulation applications[J]．Computer-Aided Design，2009(6): 65-80.[7]国家标准化管理委员会. GB/T3811-2008.起重机设计规范[S]. 北京:中国标准出版社,2008.Hoisting Steel Tower Stress Analysis of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Central Single Cable-Stayed Bridge。

第4章结构整体分析4.1计算原则斜拉桥的结构分析计算，根据跨度的大小采用两种不同的理论。

对于特大跨径的斜拉桥，为消除斜拉索及大变位引起的非线性因素的影响，必须采用有限变形理论；对于中小跨径的斜拉桥，采用小变形理论即可获得满意的结果。

平面杆系有限元法是计算斜拉桥内力的基础，其基础理论是小变形理论。

在计算斜拉桥的内力及变形时，一般把空间结构简化成平面结构，但应计算荷载横向分布对结构的影响，以考虑结构的空间效应。

而斜拉桥结构较柔，拉索的布置形式，主梁抗扭刚度都有影响，故在计算荷载横向分布系数时应综合考虑。

本设计在计算斜拉索和索塔的内力时，采用刚性横梁法来考虑荷载的横向分布系数。

斜拉桥的内力及变形分析主要是斜拉索和索塔，所承受的荷载如 2.3.1所述。

因主梁的内力计算涉及施工阶段、横向扭转弯矩和剪力滞效应等问题，计算比较复杂，故未进行设计。

本斜拉桥内力计算的基本原则是：（1）采用小变形理论按一般的平面杆系有限元法计算内力，不考虑非线性影响；（2）为方便施工，拉索一次张拉至设计值；（3）索塔在承台处固结，不考虑桩基础的影响；（4）根据结构的对称性，可取一半结构进行计算；（5）斜拉索的安全系数按不小于2.5考虑。

本设计采用MIDAS Civil Ver6.7.0软件进行结构分析。

4.2 基本参数4.2.1 截面特性毛截面几何特性计算是结构内力和挠度计算的前提。

毛截面计算常用的方法有节线法、分块面积法和AutoCAD的Region/Mass Properties功能等。

以下是通过AutoCAD求得的各截面变化处的截面特性，如表4-1所示：表4-1 截面几何特性- 14 -- 15 -注：混凝土结构计算弹性模量按JTG D62-2004规范取用； 其结构容重C50混凝土为25.0KN/3m , C60混凝土为26.0KN/3m 。

表4-1中，主梁的截面几何特性是毛截面特性，构件的截面性质应根据不同的计算阶段决定采用换算截面特性还是采用净截面特性；拉索的面积为单根斜拉索的面积。

独塔斜拉桥的设计理论研究一、本文概述随着桥梁工程技术的不断发展和进步，独塔斜拉桥作为一种具有独特美学和实用价值的桥梁结构形式，已经在世界各地得到了广泛的应用。

独塔斜拉桥的设计理论研究对于提升桥梁设计水平、优化桥梁结构性能以及保障桥梁安全运行具有重要意义。

本文旨在深入探讨独塔斜拉桥的设计理论，包括其结构特点、受力性能、设计优化等方面，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。

本文首先将对独塔斜拉桥的基本结构特点进行概述，包括其主塔、斜拉索、桥面系等主要组成部分的设计要点和构造特点。

在此基础上，本文将重点分析独塔斜拉桥的受力性能，包括其在不同荷载作用下的应力分布、变形特征以及稳定性等方面的表现。

通过深入的理论分析和实验研究，本文将揭示独塔斜拉桥在设计过程中需要关注的关键问题和优化方向。

本文还将探讨独塔斜拉桥的设计优化方法，包括结构选型、材料选择、施工工艺等方面的优化策略。

通过对比分析不同设计方案和施工工艺的优缺点，本文将提出一系列具有创新性和实用性的设计优化建议，以期提高独塔斜拉桥的设计质量和经济效益。

本文将总结独塔斜拉桥设计理论研究的主要成果和贡献，并展望未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，希望能够为独塔斜拉桥的设计理论研究和实际应用提供有益的参考和借鉴，推动桥梁工程技术的不断发展和进步。

二、独塔斜拉桥的设计原理独塔斜拉桥是一种特殊类型的桥梁，其设计原理主要基于结构力学、材料力学和桥梁美学的综合考虑。

在设计过程中，需要确保桥梁在承受各种荷载作用下的安全性和稳定性，同时也要追求良好的经济效益和美观性。

独塔斜拉桥的设计需要满足结构力学的要求。

斜拉桥的主要承重结构由塔、梁和斜拉索组成，其中塔是桥梁的支撑点，梁是跨越障碍物的主体，斜拉索则起到连接塔和梁的作用。

在设计时，需要合理确定塔的高度、梁的长度和斜拉索的布置方式，以保证桥梁的整体稳定性和承载能力。

还需要对桥梁在各种荷载作用下的受力状态进行详细分析，确保桥梁在各种工况下都能安全稳定地工作。