懸索橋纜索剛度及線(xiàn)形計(jì)算方法研究.pdf

1、纜索是懸索橋的主要承載構(gòu)件,其剛度和線(xiàn)形計(jì)算是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。本文探討了求解索纜靜力問(wèn)題的解析方法和數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)懸索水平剛度和豎向剛度進(jìn)行了推導(dǎo),并分別就平面纜索懸索橋和空間纜索懸索橋研究了成橋狀態(tài)下和空纜狀態(tài)下主纜線(xiàn)形的計(jì)算方法,根據(jù)相應(yīng)的算法編制了纜索線(xiàn)形計(jì)算的程序。具體內(nèi)容概括如下： 1.纜索分析的基本理論和數(shù)值計(jì)算方法 整理了索微分平衡方程,懸索在沿跨長(zhǎng)的均布荷載及沿纜長(zhǎng)均布荷載作用下的索形,及計(jì)算懸索在任

2、意荷載作用下線(xiàn)形的“簡(jiǎn)支梁彎矩比擬法”等前人研究成果。另外為了解決復(fù)雜懸索問(wèn)題,引入拉格郎日坐標(biāo)下考慮懸索彈性伸長(zhǎng)的懸鏈線(xiàn)解,采用“分段懸鏈線(xiàn)”數(shù)值迭代算法計(jì)算懸索的兩類(lèi)常見(jiàn)問(wèn)題,并編程實(shí)現(xiàn)。 2.懸索橋纜索系統(tǒng)的剛度 在研究主纜水平剛度中,結(jié)合算例探討了水平剛度中重力剛度與彈性剛度的關(guān)系。計(jì)算推導(dǎo)了使得斜索水平剛度最大化的傾角公式。基于能量原理,研究纜索的豎向剛度。分別推導(dǎo)豎向集中力荷載和豎向均布荷載作用下,纜索水平拉

3、力增量和纜索豎向撓度的計(jì)算公式。給出了反映纜索抵抗豎向荷載的重力剛度的解析表達(dá)式。 3.懸索橋主纜線(xiàn)形的計(jì)算 探討鞍座的分類(lèi)及構(gòu)造,以及由于采用不同鞍座類(lèi)型所形成的各類(lèi)懸索橋邊跨結(jié)構(gòu)。根據(jù)分離計(jì)算法計(jì)算成橋狀態(tài)的主纜線(xiàn)形及索鞍鞍槽縱向曲線(xiàn)。即假定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度下成橋狀態(tài)索鞍兩側(cè)主纜離合點(diǎn)順延懸鏈線(xiàn)的交點(diǎn)為理論頂點(diǎn),根據(jù)設(shè)計(jì)的主纜理論頂點(diǎn)計(jì)算成橋狀態(tài)下的主纜線(xiàn)形,再確定鞍座位置并精確計(jì)算索鞍鞍槽的縱向曲線(xiàn)。另外根據(jù)綜合計(jì)算法

4、計(jì)算主纜線(xiàn)形和鞍座位置,即假定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度下成橋狀態(tài)索鞍兩側(cè)主纜離合點(diǎn)切線(xiàn)的交點(diǎn)為理論頂點(diǎn),采用迭代逼近的辦法實(shí)現(xiàn)該算法。最后以南京六合百果橋?yàn)樗憷謩e采用以上兩種算法實(shí)現(xiàn)了主纜線(xiàn)形和鞍座位置的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明分離計(jì)算法和統(tǒng)一計(jì)算法的計(jì)算結(jié)果相差很小,都可以應(yīng)用于成橋狀態(tài)下主纜線(xiàn)形和鞍座位置的計(jì)算。 空纜狀態(tài)即懸索橋主纜剛架設(shè)后的階段。該階段塔頂鞍座假定可以自由滑動(dòng),通過(guò)迭代計(jì)算求解出一組鞍座偏移量,使得主纜在各鞍座處滿(mǎn)足平衡

5、條件。施工過(guò)程中的計(jì)算考慮鞍座與主塔臨時(shí)連接,在校核塔頂鞍座平衡條件時(shí)計(jì)入了塔的剛度。另外本文在線(xiàn)形計(jì)算中還可以考慮溫度影響。最后,以南京六合百果橋?yàn)樗憷?計(jì)算了空纜狀態(tài)、空纜狀態(tài)下升溫10℃以及某一施工工況下的主纜線(xiàn)形。 空間纜索懸索橋的主纜和吊索形成了一個(gè)三維的索系。在計(jì)算成橋狀態(tài)的纜索線(xiàn)形和鞍座時(shí)采用分離計(jì)算法。首先計(jì)算空間纜索主纜線(xiàn)形,然后計(jì)算塔頂鞍座的位置和鞍槽空間曲線(xiàn)?？绽|狀態(tài)計(jì)算中,根據(jù)無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)不變的原則,求得一