悬索桥是一种传统的桥梁结构形式。由于它的跨越能力在各种桥梁结构形式中最大,故一直是大跨和特大跨桥梁的主要形式。悬索桥通常由承重缆索、支承缆索的索塔,锚固缆索的锚碇、直接承受交通荷载的加劲梁以及将加劲梁与缆索连在一起的吊杆组成,因而在理论上悬索桥应是索和梁的组合结构体系。
但因悬索桥的跨度一般很大,加劲梁的刚度在全桥刚度中所占比例很小,故在受力本质上悬索桥属于柔性索悬挂体系,它在外荷载作用下将产生相当大的变形,如仍按小变形理论进行线性分析,将不能反映实际结构的受力。
因此,大跨度悬索桥的分析必须计入内方与结构变形的影响,否则将引起较大的课差」不过悬索桥与拱桥相反,不计入结构变位影响通常将导致缆索内力计算偏大而不是偏于不安全,这也是早期修建的一些悬索挢至今仍能使用的原戚之一,
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200m的悬索桥设计中应用。但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生改变,显然与悬索桥的可挠性不符,因此发展出计入变位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吊杆近似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。于是根据作用于嫌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。
挠度理论与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载介入而改变的假设,柜应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外载介入而改变及同时计入缆索因外载所增索力引起的伸长量的假设,极大地接近悬索桥主索的实际工怍状态,对悬索桥的发展起了很大的推动作用。
悬索桥的挠度理论也是一种非线性的分析方法,至今仍不失为分析悬索桥的较简单实用的手段。但挠度理论在基本假设中忽略了吊杆的变位影晌及加劲梁的剪切变形影吶等,使分析结果的精度受到限制。
随着计算方法、计算手段的发展,悬索桥的计算理论也发展到将悬索桥作为大位移构架来分析的有限位移理论。有限位移理论将整个悬索桥包括缆索、$杆,索塔、加劲梁全部考虑在内,分析时可以将各种二次影响包括进去,从而使悬索桥的分析‘度达到新的水平。
许多学者建立了以有限位移理论为基础的矩阵分析方法,其中以Saafan法较为完善地考虑了结构大位移何题。至于悬索桥的挠度理论这里不再论述。
基本假定及非线性因素分析
基本假定
法的基本假定是:
全部应力都在比例极限以内
各杆件为等截面;
结构材料脤从虎克定律、
结构的面外屈曲得到防止;
缆索和吊杆完全柔性;
荷载集中作用于节点上。
以上假定并不要求限制杆件的变形,因而比较接近实际。
悬索桥的非线性影响因素
悬索桥的非线性影响因素主要有三方面:
荷载作用下的结构大位移
这是作为柔索结构的最主要的非线性影响因素。悬索桥在受外荷载作用时,不仅缆索及加劲梁发生下挠,而且吊杆也将伸长,索塔会压缩,吊杆还将发生倾斜,节点还有水平位移,凡此种种,都对悬索桥内力产生影响。因此在进行结构分析时,力的平衡方程应依据变形后结构的凡何位置来建立。力与变形的关系是非线性的。
缆索自重垂度的影响
在用有限元法分析时,缆索单元常取为直杆单元,而实际在自身重力作用下缆索具有一定的垂度&缆索在受力后发生的变形是由弹性变形及垂度变化的非线性变形两部分组成,其变形值将比直杆为大。重庆君正厂家生产定做的桥梁工程专用测压水袋,试重水袋,橡胶水袋,桥梁测压水袋水囊品质优良,价格实惠,面料网布采用高弹力丝双经双纬斜线编制,强度高,耐磨性好;咨询电话
缆索初始内力的影响
缆索在恒载作用下具有一定的初应力,使其可以维持一定的几何形状当后续荷载作用时,缆索形状发生改变,而初应力对后续状态的变形存在着抗力,反映了缆索的几何非线性性质。在建立切线剛度矩阵时,应计入上述三方面因素的影响。