混凝土斜拉橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算

一、受力特點(diǎn)主梁飄浮體系：相當(dāng)跨內(nèi)具有彈性支承的單跨梁半飄浮體系：相當(dāng)跨內(nèi)具有彈性支承的連續(xù)梁梁塔梁固結(jié)體系：相當(dāng)于配置體外索的連續(xù)梁剛構(gòu)體系：相當(dāng)于配置體外索的連續(xù)剛構(gòu)（壓彎構(gòu)件）索（受拉）：為主梁提供彈性支承塔（受壓為主）：承受索力第四章混凝土斜拉橋的設(shè)計(jì)與計(jì)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(diǎn)二、計(jì)算方法概述分析方法一般簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，采用桿系有限元計(jì)算直接采用空間桿系有限元方法考慮因素幾何非線性中小跨度索的垂度效應(yīng)P－效應(yīng)大跨度：大變形理論收縮、徐變、溫度等引起的變形和內(nèi)力重分布錨下局部應(yīng)力計(jì)算:先進(jìn)行整體分析，然后按圣維南假定，取出局部進(jìn)行局部應(yīng)力分析施工過程計(jì)算非常重要三、斜拉索的結(jié)構(gòu)特性－索垂度效應(yīng)混凝土斜拉橋的拉索一般為柔性索，高強(qiáng)鋼絲外包的索套僅作為保護(hù)材料，不參加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度對(duì)索的受拉性能有影響，同時(shí)索力大小對(duì)垂度也有影響。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在實(shí)際計(jì)算中索一般采用一直桿表示，以索的弦長(zhǎng)作為桿長(zhǎng)。關(guān)健問題是考慮索垂度效應(yīng)對(duì)索的伸長(zhǎng)與軸力的關(guān)系影響，這種影響采用修正彈性模量來考慮，其計(jì)算思路如下：索在恒載作用下的幾何方程設(shè)索無荷載作用時(shí)的長(zhǎng)度為l，如下圖，由索任意截面彎矩為零有：1、垂度對(duì)索軸向變形的影響對(duì)于索的跨中截面,有：對(duì)上式積分可得到索的幾何方程為懸鏈線由可得：由于：索的伸長(zhǎng)與垂度的關(guān)系索的幾何形狀為懸鏈線，如近似按拋物線考慮，則索在自重作用下的長(zhǎng)度為：則索的伸長(zhǎng)為：等效彈性模量實(shí)際上在應(yīng)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(yīng):則結(jié)構(gòu)的等效彈性模量可表示為則用彈性模量表示有：其中為索容重四、平面桿系有限元法（直接剛度法）計(jì)算斜拉橋內(nèi)力和變形國(guó)內(nèi)對(duì)于中小跨度斜拉橋一般采用平面桿系有限元計(jì)算斜拉橋的內(nèi)力和變形，分析時(shí)主梁和塔采用梁?jiǎn)卧?，而索采用直桿單元，桿單元的彈性模量采用前面推導(dǎo)的修正彈性模量考慮垂度效應(yīng)。桿單元和梁?jiǎn)卧膯蝿偩仃嚪謩e為：桿單元式中A，l分別為斜拉拉索的鋼絲絲面積和弦弦長(zhǎng)梁?jiǎn)卧癙－效應(yīng)斜拉橋的主主梁和塔都都是同時(shí)存存在壓力和和彎矩。軸軸力和彎矩矩相互作用用（如下圖圖），考慮慮軸力和彎彎矩相互作作用后彎矩矩平衡方程程為：任意截面彎矩矩在實(shí)際中采用用穩(wěn)定函數(shù)的的概念來考慮慮彎矩和軸力力的相互作用用，考慮彎矩矩和軸力相互互作用后的單單剛矩陣為：：上式中：為為未未修正的剛度度，按結(jié)構(gòu)力力學(xué)教材計(jì)算算，為為考慮彎彎矩、軸力相相互作用的穩(wěn)穩(wěn)定函數(shù)，可可參考有關(guān)文文獻(xiàn)計(jì)算。五、斜拉橋的的恒載計(jì)算成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定施工時(shí)張拉索力及梁段標(biāo)高：倒退分析根據(jù)施工過程計(jì)算恒載收縮、徐變的影響溫度影響前進(jìn)分析1、成橋狀態(tài)態(tài)內(nèi)力的初步步確定國(guó)內(nèi)成橋狀態(tài)態(tài)內(nèi)力的初步步確定目前有有兩種方法：：（1）剛性性支承連續(xù)梁梁法；（2））指定主梁應(yīng)應(yīng)力法。其中中剛性支承連連續(xù)梁法應(yīng)用用得較多。剛性支承連續(xù)續(xù)梁法所謂剛性支承連續(xù)續(xù)梁法就是求求一組恒載索索力值，使主主梁在恒載和和索力作用下下，成橋后索索梁連接點(diǎn)處處的位移為零零。這時(shí)主梁的恒恒載彎矩即為為剛性支承連連續(xù)梁的彎矩矩。具體計(jì)算算過程如下：：首先根據(jù)一次次落架，計(jì)算算在恒載作用用下（索力為為零）索梁連連接點(diǎn)處的垂垂直位移和塔塔頂水平位移移（（i=1,2,3…）然后依次計(jì)算算出拉索為單單位力時(shí)對(duì)這這些點(diǎn)的影響響量，，k為節(jié)點(diǎn)編號(hào)，，i為拉索邊號(hào)。。于是在恒載載和索力共同同作用下，以以使各節(jié)點(diǎn)豎豎向位移為零零為條件可以以寫出如下線線性方程組：：2、倒退分析析（計(jì)算施工工時(shí)張拉索力力、及施工時(shí)時(shí)梁段標(biāo)高））倒退分析法是是從斜拉橋成成橋狀態(tài)（初初始恒載狀態(tài)態(tài)）出法，按按照與實(shí)際施施工次序相反反相反的順序序，進(jìn)行逐步步倒退計(jì)算而而得到各施工工階段的控制制參數(shù)。結(jié)構(gòu)構(gòu)據(jù)此數(shù)據(jù)按按正裝順序施施工完畢，在在理論上斜拉拉橋的恒載內(nèi)內(nèi)力和變形便便可達(dá)到預(yù)定定的成橋狀態(tài)態(tài)3、根據(jù)施工工過程計(jì)算恒恒載（前進(jìn)分分析〕3、施工空制制前進(jìn)和倒退分分析六、斜拉橋的活載內(nèi)力分析在成橋狀態(tài)利用影響線加載求活載內(nèi)力索彈性模量?jī)H考慮恒載修正剛度矩陣的P-效應(yīng)僅考慮恒載七、斜拉橋