自锚式悬索桥计算

自锚式悬索桥空缆线形计算方法研究? 自锚式悬索桥空缆线形计算方法研究自锚式悬索桥空缆线形计算方法研究魏家乐(陕西通宇公路研究所有限公司，陕西西安710118) 摘要：为了对自锚式悬索桥空缆状态线形进行计算分析和准确控制，对有限元计算控制方法进行深入研究。

提出综合'倒装-正装-无应力状态法'的有限元施工控制方法，给出了对空缆线形影响较大的关键细节(主索鞍与主缆切点的变化以及散索鞍至锚固点的散索情况)的精确模拟方法，准确计算出自锚式悬索桥主缆空缆线形；通过数值计算和有限元方法得到主缆索股理论无应力长度后，根据主缆索股各自特点提出了中心索股和其他索股的逐段精确修正方法。

对塔顶主索鞍预偏量和索夹预偏量等空缆线形主要特征给出了各自实用的有限元计算方法。

结果表明，自锚式悬索桥主缆的空缆线形及其无应力索长等参数可以得到精确求解，在工程实例中得到了良好的计算控制效果。

关键词：桥梁工程；自锚式悬索桥；有限元；空缆线形；无应力长度0 引言主缆空缆线形的准确计算和精确控制是悬索桥施工的关键，一旦主缆施工架设完毕，最终的主缆线形及内力能否达到设计要求即基本确定。

在后期施工过程中主缆线形及内力完全取决于结构体系中的结构自重、施工荷载作用(包含温度)，后期的索力和标高基本没有调整余地。

因此，悬索桥主缆在安装完毕自重作用下的空缆线形的计算分析和精确控制就成为保证悬索桥施工过程成功控制的关键[1-3]。

对于自锚式悬索桥，一般采取先梁后缆的施工顺序，空缆状态线形分析控制是一个极其复杂的问题，包括主缆无应力长度的准确计算和下料、主缆初始垂度的计算和控制、塔顶主索鞍的初始预偏量计算、索夹预偏量的计算、加劲梁安装时纵向压缩补偿量的计算和安装控制等等。

主缆各索段无应力索长和索夹预偏量的计算由成桥合理状态的有应力索长和索夹位置反算而得。

索鞍预偏是为了保证桥塔受力安全而通过调整空缆状态索塔两侧主缆水平分力大小而采取的措施。

主缆在加劲梁锚固位置需计算加劲梁压缩量而进行预先补偿得到。

目录4.2.4.1.结构总体静力计算分析 (1)（1）主要构件材料及性能 (1)①混凝土 (1)②结构钢材 (1)③主缆用钢材 (1)④吊索用钢材 (1)（2）全桥成桥状态计算 (2)①计算方法及模型 (2)②计算荷载及组合 (3)③刚度计算结果 (3)④强度计算结果 (4)4.2.4.2.结构稳定计算分析 (6)（1）计算模型及方法 (6)（2）荷载及组合 (6)（3）计算结果 (6)4.2.4.3.结构动力特性计算分析 (7)（1）计算模型及方法 (7)（2）计算结果 (7)4.2.4.4.结构抗震计算分析 (8)（1）结构抗震设防标准 (8)（2）计算参数选取 (8)①下水平向地震动参数 (8)②竖向地震动参数 (8)③结构阻尼比的取值 (9)（3）地震组合 (9)（4）计算模型 (9)（5）计算结果 (9)4.2.4.5.结构抗风计算分析 (9)（1）设计风速确定 (9)（2）颤振稳定性计算分析 (10)①颤振临界风速确定 (10)②颤振稳定性分析 (11)（3）静风稳定性计算分析 (11)①二维静风扭转发散分析 (11)②二维横向屈曲发散分析 (12)（4）静风荷载计算分析 (13)4.2.4 自锚式悬索桥结构计算分析4.2.4.1.结构总体静力计算分析（1）主要构件材料及性能①混凝土索塔采用C50混凝土，边墩采用C40混凝土，承台及桩基采用C30混凝土，各种标号混凝土主要力学性能见下表。

混凝土标号C50 C40 C30应用结构索塔及塔上横梁过渡墩承台力学性能弹性模量E(MPa) 34500 32500 30000剪切模量G(MPa) 13800 13000 12000 泊松比γ0.2 0.2 0.2 轴心抗压设计强度(MPa) 22.4 18.4 13.8抗拉设计强度(MPa) 1.83 1.65 1.39热膨胀系数(℃) 0.000010 0.000010 0.000010 主梁及桥塔横梁采用Q345qD 钢材。

自锚式悬索桥吊索索力测试与计算方法
自锚式悬索桥是一种采用悬索和主塔之间均匀分布自锚式索杆的桥梁结构。

在
设计和建造自锚式悬索桥时，必须进行吊索索力测试和计算。

这一过程是确保悬索桥的结构安全性和稳定性的重要步骤。

吊索索力测试是通过施加不同的荷载并测量相应的吊索反力来确定悬索桥的索
力分布。

测试时，需要使用专业的测力仪器和设备进行测量，以获得准确的结果。

吊索索力计算是基于桥梁的几何形状、悬索材料的特性和外部荷载等因素，通
过理论计算来确定吊索的索力分布。

常用的计算方法包括静力学平衡法和有限元分析法。

静力学平衡法是一种基于平衡原理的计算方法，通过将桥梁视为整体系统，将
外部荷载与吊索索力之间的关系纳入计算。

该方法需要考虑桥梁的刚度和几何形状等因素，以得出合理的计算结果。

有限元分析法是一种基于数值模拟的计算方法，通过将桥梁划分为许多小单元，并考虑各个单元之间的相互作用来进行计算。

该方法可以更准确地模拟悬索桥的力学行为，但也需要更复杂的计算程序和专业软件的支持。

在进行吊索索力测试和计算时，需要考虑到悬索桥的实际使用情况、荷载情况
以及材料的力学特性等因素。

合理的测试和计算可以帮助工程师们确保悬索桥的结构安全，并为桥梁的设计和施工提供指导。

总结起来，吊索索力测试和计算方法是设计和建造自锚式悬索桥时不可或缺的
步骤。

通过科学合理的测试和计算，可以保障悬索桥的安全性和稳定性，为桥梁的使用和维护提供依据。

悬索桥计算书一、设计资料(一) 计算基本参数主缆跨径布置：35m＋95m＋35m加劲梁跨径布置：32.5m＋95m＋32.5m桥面宽度：0.3m(护栏)+4.7m(人行道)+8.7m(非机动车道)+0.3m(护栏)中跨矢跨比：1/10，边跨矢跨比：1/28.4中跨跨中主缆中心标高：74.498m主索鞍顶主缆中心标高：83.709m散索鞍顶主缆中心标高：71.713m中跨跨中加劲梁设计标高：72.998m竖曲线半径：R＝3000m吊杆间距5m。

(二) 计算荷载1、恒载(1)主缆：2.6kN/m(2)加劲梁：标准段为31.5 kN/m，跨中35m范围为34.4 kN/m，塔柱附近20m范围为39.3 kN/m(3)桥面二期恒载：行车道板和人行道板集度：35.8 kN/m（加劲梁固接前作用的二期恒载不得小于35.8 kN/m）其他二期恒载集度：50.9 kN/m共计：86.7 kN/m(4)纵桥向一个吊点处索夹、锚头等的自重：11 kN/m2、活载：按4.5 kN/m2计算得60.3 kN/m3、温度荷载：全桥整体升温为20℃全桥整体降温为－25℃(三) 结构物理力学特性1、主缆弹性模量：E＝1.96×108kPa截面积：A c＝0.0324 m22、加劲梁弹性模量：E＝2.1×108kPa标准段纵梁截面特性：A＝0.0812 m2，I＝0.125 m4跨中加强段纵梁截面特性：A＝0.1198 m2，I＝0.1875 m4塔柱支点加强段纵梁截面特性：A＝0.1404 m2，I＝0.2188m43、索塔混凝土弹性模量：3.5×107kPa钢弹性模量：2.1×108kPa塔柱截面特性如表－1所示。

表－1二、主缆和加劲梁内力计算采用二维有限元程序计算，计算结果如表－2～表－9。

主缆拉力（kN）表－2吊索拉力（kN）表－3加劲梁弯矩（kN·m）表－4左塔柱内力表－5右塔柱内力表－6支座反力（kN）表－7位移（m）表－8内力及位移组合表－9三、主缆和加劲梁强度验算根据表-9中内力组合最大内力进行强度验算 1、主缆强度验算T max =17671kN （中跨塔处） A c ＝0.0324 m 2，R y ＝1670Mpa根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86），钢索的弯曲应力按下式计算：RCE2δσ=RdC 04.0104.0+= 式中：δ——主缆钢丝直径，δ＝0.005m ；E ——主缆弹性模量，E ＝1.96×105MPa ； d ——主缆直径，d ＝0.177m R ——索鞍弯曲半径，R ＝2.1m 代入上式计算：1074.01.2177.004.0104.0=+=C 1.22005.01096.11074.05⨯⨯⨯⨯=σ＝25.06MPa主缆弯曲拉力T 弯＝25.06×103×0.0324＝811.9kN安全系数93.29.811176710324.01016703=+⨯⨯=K 2、加劲梁强度验算正弯矩以中跨跨中最大，M max ＝26484 kN ·m 负弯矩以边跨最长一根吊杆处最大，M min ＝-29856·m 则跨中处纵梁中轴力为N=26484/1.25=21187.2kNσkPa176854=21187=.0/2.1198=176.9Mpa<[σ]=200MPa边跨最长一根吊杆处纵梁轴力为N=29856/1.25=23884.8kNσkPa=23884=1404.0/8.170120=170.1MPa<[σ]=200MPa四、加劲梁挠度计算中跨跨中处加劲梁由活载产生的正负挠度绝对值之和最大，为0.271m。

自锚式悬索桥缆索分析计算摘要：对于自锚式悬索桥结构来讲，主要承重构件是两根主缆。

由于主缆是不可更换构件，所以当主缆架设完毕以后，其空缆和成桥状态下的线形和无应力长度是不可调整的，或者说调整量甚微。

因此在施工过程中，必须准确的计算缆索系统的各项参数，以指导现场施工。

关键词：自锚式悬索桥；主缆；线形；无应力长度；缆索系统；参数Abstract: For the self-anchored suspension bridge, the main load-bearing components are two main cables. As the main cable can not be replaced, so after the main cable is built, the linear and non-stress length under empety and bridge formed is not adjusted, or the adjust is minimal. Therefore, in the construction process, the various parameters of cable system must be accurate calculated to guide the site construction.Key words: self-anchored suspension bridge; the main cable; linear; non-stress length; cable system; parameters1 工程概况江阴新沟河大桥起止桩号为K17+006.18~K17+763.22，全桥长757.04m，跨径组合为3×30+4×30+（30+40+100+40+30）+4×30+2×（3×30）m，其中主桥为混凝土自锚式悬索桥，东西引桥为混凝土连续箱梁。

自锚式悬索桥抗震理论及减振措施1．自锚式悬索桥简介1.1 悬索桥的适用范围自锚式悬索桥作为一种独特的柔性悬吊组合体系，有其自身的受力特点，其优点为：(1)不需要修建大体积的锚碇，所以特别适用于地质条件较差的地区；(2)受地形限制小，可结合地形灵活布置；(3)保留悬索桥美观，错落有致的线性，特别适合景观要求较高的城市桥梁；(4)钢筋混凝土的加劲梁在轴向压力下刚度有很大的提高，且后期养护较钢梁有很大的优势。

自锚式悬索桥也有其不足之处：(1)在较大轴压作用下，梁需要加大截面，会引起自重增大，限制了跨度；(2)施工步骤受到影响。

必须先制造主塔、加劲梁在安装主缆和吊杆，需要搭建大量的临时支架来建造加劲梁；(3)锚固区局部受力复杂；(4)受到主缆非线性影响，吊杆的张拉时施工控制困难；(5)加劲梁属于压弯构件，需提高刚度来保证稳定。

1.2 自锚式悬索桥的分类自锚式悬索桥的结构形式主要有三种：美式自锚式悬索桥、英式自锚式悬索桥及其他类型自锚式悬索桥。

(1)美式自锚式悬索桥美式自锚式悬索桥的基本特征为采用竖直吊杆。

采用钢桁架的自锚式悬索桥的加劲梁是连续的，以承受主缆传递的压力。

加劲梁可做成双层公铁两用。

可以调整钢桁架的高度来提高加劲梁的刚度以保证桥梁有足够的刚度。

此类自锚悬索桥的典型代表为韩国的永宗大桥。

(2)英式自锚式悬索桥此类悬索桥的基本特征是采用三角形的斜吊杆和刚度较小的流线形扁平翼状钢箱梁作为加劲梁，用钢筋混凝土塔代替钢塔，有的还将主缆和加劲梁在跨中固结。

其优点是钢箱梁可减轻恒荷载，因而减小了主缆截面，降低了用钢量。

钢箱梁抗扭刚度大，受到横向的风力较小，有利于抗风，并大大减小了桥塔所承受的横向力，缺点是三角形斜吊杆在吊点处的结构复杂。

此类自锚式悬索桥的典型代表为日本的此花大桥。

(3)其他类型的自锚式悬索桥其他类型的自锚式悬索桥采用了竖直吊杆和流线形钢箱梁作为加劲梁，加劲梁的材料可采用钢材或钢筋混凝土材料。