南京长江第四大桥
主桥总体静力分析报告
（施工图阶段）
中交公路规划设计院有限公司
二OO九年九月 南京长江第四大桥主桥总体静力分析报告
Sept. 2009
中交公路规划设计院有限公司 I 目 录
1. 结构概述 ......................................................................................................................... 3
2. 采用规范、计算依据及计算程序 ................................................................................. 3
2.1. 基本规范 .................................................................................................................. 3
2.2. 参考规范 .................................................................................................................. 4
2.3. 计算依据及计算程序 .............................................................................................. 4
2.4. 补充说明 .................................................................................................................. 4
悬索桥的计算方法及其发展
悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主要结构型式之一。悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚碇等构成。从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系，在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。悬索桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析 。
考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限位移理论。挠度理论考虑 了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步设计阶段的结构设计计算。有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接用于设计计算有诸多不便和困难。
悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。这种理论主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。悬索桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论。
最初的悬索桥分析理论是弹性理论。弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态。弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径小于200米的悬索桥设计中应用[1]。但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入变形影响的悬索桥挠度理论。
古典的挠度理论称为“膜理论”。它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。
悬索桥的总体设计
摘要： 本文综合了40余座大跨悬索桥资料、对主边跨比、垂跨比、桥面宽跨比，加劲梁高宽或高跨比进行分析．提出常规选用值，以及对支承体系做了简单描述。
悬索桥适用于大跨度的桥梁结构。桥面是由钢缆和吊索来承受，作为桥面主要结构物的加劲梁的跨度相当于吊索的间距．成为一个小跨度的弹性支承连续梁，所以主跨的大小与加劲梁刚度没有很直接的关系。而作为承受桥面的关键构件的铜缆是由塔支承着并由强大的锚碇锚固着，只有塔和锚碇的稳定才能使钢缆来承受桥面上的各种荷载。因此，悬索桥在适合的地形、水文和地质条件下都可以建造，只是造价比较高。往往适用于其他桥型难以适用的特大跨径桥梁。以目前来说，当主跨超过700m的桥，几乎都是悬索桥（已建成的其他
桥型只有斜拉桥，主跨为890m的多多罗桥和856m的诺曼底桥）。而小于700mm的跨径中，悬索桥和斜拉桥还是有很大的竞争力，有好的地质条件，锚往比较容易建造，如汕头海湾桥和鹅公岩长江大桥；有时有特殊要求，如厦门海沧桥和日本东京湾的彩虹桥．航空的限高和航运要求的通航净空，迫使他们选用悬索桥，因为悬索桥的塔高是斜拉桥的1/2；在施工过程中，悬索桥始终在一个静定稳定结构状态下，容易控制，风险小，也使一些人偏爱悬索桥的原因。表1列出40余座世界大跨度悬索桥的主要尺寸。
桥梁总体设计是一个很复杂的问题，首先要适应地形、水文、地质等自然条件的限制，也要符合桥面交通和通航的使用要求。本文主要以50年代以后建的悬索桥进行分析，因为它们充分吸取Tacoma大桥被风吹毁的教训，以下讨论的参数仅仅是一般情况的参考值，对于有特殊条件和特殊要求不必苛求。
一、跨度比
跨度比是指边孔跨度与主孔跨度的比值。其中对单跨悬索桥而言边孔跨度可视为主塔至锚碇散索鞍处的距离．跨度比受具体桥位处的地形与地质条件制约，每座桥都不同。如三跨悬索桥的跨度比就比单跨悬索桥的大一些，这是为了减少边孔的水中墩并减少主孔跨径。
第1期（总第183期） 中劫彳威*荇 No.lSerialNo.183)2016 年 2 月 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING Feb. 2016
D0l:10.3969/j.issn.1004-4655.2016.01.007
悬索桥计算分析的弯矩图理论
黄锦源(上海市城市建设设计研究总院，上海200125 )
摘要：揭示悬索桥缆索在垂直荷载作用下，索的几何形状和简支梁弯矩图的对应关系。相对于悬索桥结构分析计 算的弹性理论、挠度理论、有限位移理论而言，称为弯矩图理论。由于简支梁的弯矩图计算方便、直观、概念清晰， 大大简化悬索桥结构的分析计算，并得到精确的解析解。关键词：悬索桥；索形；索长；矢高；索力；简支梁弯矩图中图分类号：U448.25 文献标志码：A 文章编号=1004-4655(2016)01-0022-02
1计算原理
悬索桥缆索计算理论假定索是理想柔性的，只 有抗拉刚度，不能抗压，也不能抗弯。在结构理论[1]
课程中，用力多边形和索多边形图解简支梁的反力 和弯矩，已经证明索在受垂直荷载后的索形变化所
形成的图形就是简支梁受力后的弯矩图。
«个作用力的叠加弯矩图，就是缆索在该工况 力作用下的索形。因此在简支梁的弯矩图中可以取
得缆索计算的基本数据（索形、索长、索力……）。如图1所示在给定缆索上作用均布荷载g，集
中荷载可以在相同跨径的简支梁上求得均布荷 载g的弯矩图％，集中荷载p的弯矩图M2。然后 将弯矩图叠加为Mi+M2。由于给定缆索的长度是已
知的，调整叠加弯矩图M1+M2的矢高/使索长等
于给定索长又调整矢高/的过程实际上是改变索
的水平力丑，索长等于给定索长^时所得矢高/和 水平力丑即该缆索实际的受力状态。此时所得的
弯矩图外形即缆索的几何图形。2计算方法
图1中c)和d)的差别视为不同索长^、矢
高/和水平力丑的对应关系，不变的是弯矩值。 给定缆索矢高/，缆索水平力丑和索长^也就可 确定。
