橋梁設計與計算7(共7篇-1.ppt

一、受力特點,第四章 混凝土斜拉橋的設計與計算,第一節(jié) 斜拉橋的靜力分析,雙塔斜拉橋與多塔斜拉橋的受力特點,二、計算方法概述,三、斜拉索的結構特性索垂度效應,混凝土斜拉橋的拉索一般為柔性索，高強鋼絲外包的索套僅作為保護材料，不參加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度對索的受拉性能有影響，同時索力大小對垂度也有影響。為了簡化計算，在實際計算中索一般采用一直桿表示，以索的弦長作為桿長。關健問題是考慮索垂度效應對索的伸長與軸力的關系影響，這種影響采用修正彈性模量來考慮，其計算思路如下：,對于索的跨中截面 ,有：,對上式積分可得到索的幾何方程為懸鏈線,由,可得：,由于：,等效彈性模量,實際上在應力 索的軸向變性由兩部分組成 （1）索自身的彈性變形 ；（2）垂度效應 : 則結構的等效彈性模量可表示為,則用彈性模量表示有：,四、平面桿系有限元法（直接剛度法）計算斜拉橋內力和變形,國內對于中小跨度斜拉橋一般采用平面桿系有限元計算斜拉橋的內力和變形，分析時主梁和塔采用梁單元，而索采用直桿單元，桿單元的彈性模量采用前面推導的修正彈性模量考慮垂度效應。桿單元和梁單元的單剛矩陣分別為：,桿單元,式中A，l分別為斜拉索的鋼絲面積和弦長,梁單元及P效應,斜拉橋的主梁和塔都是同時存在壓力和彎矩。軸力和彎矩相互作用（如下圖），考慮軸力和彎矩相互作用后彎矩平衡方程為：,任意截面彎矩,在實際中采用穩(wěn)定函數(shù)的概念來考慮彎矩和軸力的相互作用，考慮彎矩和軸力相互作用后的單剛矩陣為：,上式中： 為未修正的剛度，按結構力學教材計算， 為考慮彎矩、軸力相互作用的穩(wěn)定函數(shù)，可參考有關文獻計算。,五、斜拉橋的恒載計算,1、成橋狀態(tài)內力的初步確定,國內成橋狀態(tài)內力的初步確定目前有兩種方法：（1）剛性支承連續(xù)梁法；（2）指定主梁應力法。其中剛性支承連續(xù)梁法應用得較多。,剛性支承連續(xù)梁法,所謂剛性支承連續(xù)梁法就是求一組恒載索力值，使主梁在恒載和索力作用下，成橋后索梁連接點處的位移為零。這時主梁的恒載彎矩即為剛性支承連續(xù)梁的彎矩。具體計算過程如下：,首先根據(jù)一次落架，計算在恒載作用下（索力為零）索梁連接點處的垂直位移和塔頂水平位移 （ i=1,2,3）,然后依次計算出拉索為單位力時對這些點的影響量 ，k為節(jié)點編號，i為拉索邊號。于是在恒載和索力共同作用下，以使各節(jié)點豎向位移為零為條件可以寫出如下線性方程組：,2、倒退分析（計算施工時張拉索力、及施工時梁段標高）,倒退分析法是從斜拉橋成橋狀態(tài)（初始恒載狀態(tài)）出法，按照與實際施工次序相反相反的順序，進行逐步倒退計算而得到各施工階段的控制參數(shù)。結構據(jù)此數(shù)據(jù)按正裝順序施工完畢，在理論上斜拉橋的恒載內力和變形便可達到預定的成橋狀態(tài),3、根據(jù)施工過程計算恒載（前進分析,3、施工空制,前進和倒