悬索桥结构力学分 - 360文档中心

一般力学与力学基础的悬索桥分析方法

一般力学与力学基础的悬索桥分析方法悬索桥是一种以悬吊物体（如钢索）为主要构件，通过锚固在两端并形成拱形曲线支撑桥面的特殊桥梁结构。

悬索桥在现代桥梁设计中占据重要地位，广泛应用于大跨度桥梁的建设。

为了确保悬索桥的安全性和稳定性，一般力学与力学基础的分析方法被广泛运用于悬索桥的设计和施工中。

一、载荷分析悬索桥承受着来自桥面荷载、行车荷载、风荷载和温度荷载等多种荷载。

为了准确分析悬索桥的受力情况，首先需要进行载荷分析。

通过测量和分析桥梁所受到的各种荷载，可以确定悬索桥的最大荷载，进而设计合适的结构以满足荷载要求。

二、结构力学分析悬索桥的结构力学分析是确定桥梁各部分的内力和变形，以评估结构的可靠性和安全性。

分析时需考虑到桥梁的自重、外力作用、桥梁材料的力学特性等因素。

通过应力分析和变形分析，可以确定各部分的受力情况，从而为结构设计和加固提供依据。

三、模型建立悬索桥的结构分析离不开准确的模型建立。

模型建立涉及桥梁的几何形状、材料特性、约束条件等。

在建立模型时，可以采用有限元方法等数值分析方法，将复杂的桥梁结构简化为节点和单元，通过计算机模拟桥梁受力过程，得出各部分的应力和变形情况。

四、钢索分析悬索桥的主要构件是钢索，因此钢索的分析与设计至关重要。

在钢索的分析中，需要考虑到钢索的受力特点、工作状态和疲劳寿命等因素。

通过对钢索的应力分析和疲劳寿命评估，可以确保悬索桥的安全性以及钢索的使用寿命。

五、动力分析悬索桥在运行过程中会受到各种动力荷载的作用，如行车荷载引起的振动、风荷载引起的横向摆振等。

为了确保桥梁在运行状态下的稳定性，需要进行动力分析。

通过对悬索桥的振动频率、振型和振幅等参数的分析，可以得出相应的动力响应，为工程师提供重要参考。

综上所述，一般力学与力学基础的悬索桥分析方法是确保悬索桥结构安全性和稳定性的重要手段。

通过结合载荷分析、结构力学分析、模型建立、钢索分析和动力分析等方法，可以全面评估悬索桥的结构性能，并提供科学依据以指导工程设计和施工。

悬索桥的计算方法及其历程1

悬索桥的计算方法及其发展悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主要结构型式之一。

悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚碇等构成。

从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系，在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。

悬索桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。

考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限位移理论。

挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步设计阶段的结构设计计算。

有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接用于设计计算有诸多不便和困难。

悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。

这种理论主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。

悬索桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论。

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200米的悬索桥设计中应用[1]。

但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入变形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近视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。

由于根据作用于缆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。

挠度理论和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荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。

悬索桥的构造组成

(1)悬索桥的构造组成: 悬索桥是由主缆、加劲梁、桥塔、鞍座、锚固构造、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系。

成桥后，主要由主缆和桥塔承受结构的自重，结构共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。

(2)主缆：主缆是悬索桥的主要承重构件，除承受自身恒载外，缆索本身通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面系)的荷载。

除此以外主缆还承担一部分横向风荷载，并将它传递到桥塔顶部。

主缆不仅可以通过自身弹性变形，而且可以通过其几何形状的改变来影响体系平衡，表现出大位移非线性的力学特征，这是悬索桥区别于其他桥梁结构的重要特征之一。

主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续结构形状提供强大的“重力刚度”，这是悬索桥跨径得以不断增大、加劲梁高跨比得以减小的根本原因。

主索鞍：主索鞍在桥塔上，用来支承和固定主缆，通过它可以使主缆的拉力以垂直力和不平衡力的方式均匀地传递到塔顶。

(2)悬索桥的结构特点①主缆是几何可变体，只承受拉力作用。

主缆通过自身的弹性变形和几何形状的改变来影响体系的平衡。

所以悬索桥的平衡应建立在变形后的状态上。

②主缆在初始恒载作用下，具有较大的初拉力，使主缆保持着一定的几何形状。

当外荷载作用时，缆索发生几何形状的改变。

初拉力对在外荷载作用下产生的位移存在着抗力，它和位移有关，反映出缆索几何非线性的特性。

③改变主缆的垂跨比将影响结构的受力和刚度。

垂跨比增大，则主缆的拉力减小，刚度减小，恒、活载作用产生的挠度增大。

④悬索桥的跨度越大，加劲梁所受竖向活载的影响越小，竖向活载引起的变形也越小。

⑤增大加劲梁的抗弯刚度对减小悬索桥竖向变形的作用不大，这是因为竖向变形是悬索桥整体变形的结果。

加劲梁的挠度受到主缆变形的影响，跨度增大时加劲梁在承受竖向荷载方面的功能逐渐减小到只能将活荷载传递给主缆，其自身刚度的贡献较小。

这一点和其他桥型中主要构件截面面积总是随着跨径的增大而显著增大不同。

⑥边跨的不同形式对悬索桥有很大的影响，通常悬索桥边跨与中跨跨径比对悬索桥的挠度和内力有影响，当边跨与中跨跨径比减小时，其中跨的跨中和L／4处的挠度和弯矩值减小，而主缆拉力有所增加。

悬索桥的计算方法及其历程1

悬索桥的计算方法及其发展悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主要结构型式之一。

悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚碇等构成。

从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。

悬索桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。

考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限位移理论。

挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步设计阶段的结构设计计算。

有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接用于设计计算有诸多不便和困难。

悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。

这种理论主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。

悬索桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论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200米的悬索桥设计中应用［1］。

但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入变形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近视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。

由于根据作用于缆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。

挠度理论和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荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。

悬索桥和斜拉桥的简单构造

（2）独塔双跨式
适用：跨越中、小河流、谷地和城市道路或较大河流的主航道
边跨l1 / 中跨l2=0.5~0.8，一般取0.66左右
（3）单跨式
（1）地锚式：独塔单跨式
双塔单跨式
（2）无背索式：
Alamillo Bridge （Spain 1992）长沙洪山大桥，跨径206m
Marian Bridge (the Czech Republic) span=123.3m，pylon=75m
（3）材料：除日本外，多用混凝土（4）断面：多为箱形
桁架式刚构式混合式
四、主缆
（1）作用：主要承重构件（2）布置形式：一般为平行的两根，个别4根（3）材料：高强度平行钢丝束（4）钢丝束股编织方法：空中编丝组缆（AS法）预制平行钢丝束股法（PS法或PWS法）
五、吊索
（1）作用：将加劲梁的恒载和活载传到主缆（2）布置形式：——等间距，等截面（3）材料：要求有抗拉强度和一定的柔性一般用
桥梁构造
悬索桥构造
悬桥组成
组成：主缆、加劲梁、吊索、索塔、鞍座、锚碇（下部）及桥面结构
悬索桥的基本类型
1. 按主缆的锚固形式分类地锚式：主缆的拉力由桥梁端部的重力式锚碇或
隧道式锚碇传递给地基自锚式：主缆拉力直接传递给它的加劲梁。
2.三跨按悬孔索桥跨：布结置构形形式式最为分合类理，是大跨度悬索
钢桥面板（当前）
七、锚碇
（1）作用：主缆的锚固体，是支承主缆的重要部分，将主缆的拉力传给地基
（2）形式：重力式锚碇（重力锚）隧道式锚碇（岩洞锚）
桥梁构造
斜拉桥构造
斜拉桥
图书推荐
国内外斜拉桥建设现状
斜拉桥世界跨径记录

悬索桥的结构原理、力学性能及建造方法

悬索桥的结构原理、力学性能及建造方法一、原理悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。

由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细，此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。

假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成一个双曲线。

这样计算悬索桥的过程就变得非常简单了。

老的悬索桥的悬索一般是铁链或联在一起的铁棍。

现代的悬索一般是多股的高强钢丝。

二、结构悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，许多桥梁使用这种结构方式。

现代悬索桥，是由索桥演变而来。

适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。

是大跨径桥梁的主要形式。

悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。

悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。

由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。

1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米，是目前世界上跨径最大的桥梁。

悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。

三、性能按照桥面系的刚度大小，悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索桥。

柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁，因而刚度较小，在车辆荷载作用下，桥面将随悬索形状的改变而产生S 形的变形，对行车不利，但它的构造简单，一般用作临时性桥梁。

刚性悬索桥的桥面用加劲梁加强，刚度较大。

加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。

除以上形式外，为增强悬索桥刚度，还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥等形式，但构造较复杂。

桥面支承在悬索（通常称大揽）上的桥称为悬索桥。

英文为Suspension Bridge，是“悬挂的桥梁”之意，故也有译作“吊桥”的。

“吊桥”的悬挂系统大部分情况下用“索”做成，故译作“悬索桥”，但个别情况下，“索”也有用刚性杆或键杆做成的，故译作“悬索桥”不能涵盖这一类用桥。

悬索桥及斜拉桥的分类、构造、受力特点及设计要点

Marian Bridge (the Czech Republic)
span=123.3m，pylon=75m
Sunshine Skyway Bridge (USA 1987)
span=366 m
Sunshine Skyway桥位于佛罗里达州，系独柱式单面索双塔斜拉桥。主跨365.76米，全长8851米，1987年建成通车。该桥最大特点是采用迎风面积较小的独柱塔和该桥所设的防撞设施。
Oresund Bridge
Oresund桥是一座跨越了Oresund海峡的公铁两用桥，连接了丹麦首都哥本哈根和瑞典的城镇。这座桥有世界上最长的490米的斜拉桥主跨。全桥长7845米，近似的等于丹麦和瑞典之间的距离。 Oresund桥在2000年7月的一个星期五通车的。
Oresund Bridge
斜拉桥
塔柱——承担锚固区传来的重力主梁——承担斜拉索水平力、承担活载弯矩斜拉索——将主梁承担的荷载传递到塔柱或基础
二、悬索桥和斜拉桥的设计要点
1、悬索桥的设计要点
悬索桥的设计顺序一般可以分为两部分考虑；先考虑主缆及加劲梁的设计，然后根据已决定的主缆及加劲梁体系考虑桥塔的设计。
1）加劲梁：拟定悬索桥的形式、选择边孔与主孔的跨度比等； 2）主缆：确定主缆的垂跨比等 3）桥塔：确定桥塔的构架形式等
大缆以as法（空中送丝法）或ppws法（预制束股法）制造，美国、英国、法国、丹麦等国均采用as法，中国、日本采用ppws法。
塔架型式一般采用门式框架，材料用钢和混凝土，美国、日本、英国采用钢塔较多，中国、法国、丹麦、瑞典采用混凝土塔。
加劲梁有钢桁架梁和扁平钢箱梁，美国、日本等国用钢桁架梁较多，中国、英国、法国、丹麦用钢箱梁较多。

结构力学ch15悬索桥结构

M (x ) Fx P ( v (x ))
(37)
式中： F使塔顶位移达到时的水平力。对于给定的悬索桥，通过缆梁体系分析可以求得 p 和，这里假定为一已知常量。
纵向载作用下桥塔的计算模式
3.主塔的计算(续)
由塔的弯曲平衡微分方程：
EIv (x ) M (x ) 0
EI ( d q( x)) 4 dx 4 d c ( x) H ( q ( x )) c dx 2 d 4 b ( x)
(36)
q(x)是一个未知荷载，可以根据梁、塔的位移协调条件，通过迭代计算求解。
3.主塔的计算
3.1 受力特点
悬索桥主塔承受的主要荷载有:
成桥状态近似计算作如下基本假定：
1) 主缆为柔性索，不计其弯曲刚度；
2) 加劲梁恒载由主缆承担； 3) 在主缆吊梁段，主缆、索夹、吊杆和加劲梁自重都等效为沿桥长均布的荷载q；在无梁段，主缆自重沿索长均匀分布。
2.悬索桥的近似分析(续)
2.1 成桥状态的近似计算法
主缆设计计算步骤：
1) 导出主缆成桥态的线形、张力以及几何长度的计算公式； 2) 扣除加劲梁恒载作用下主缆产生的弹性伸长量，得到主缆自由悬挂态的缆长，即自重索长； 3) 在索鞍两边无应力索长不变的情况下，用主缆在空挂状态塔顶左、右水平力相等的条件求索鞍预偏量；
2.悬索桥的近似分析(续)
悬索桥计算模型
在成桥后竖向荷载p(x)作用下，荷载集度由q变为qp，外力作用下主缆和加劲梁产生挠度，主缆挠度由 y 变为 (y+) ，主缆水平拉力 Hq 变为 (Hp+Hq)，根据式(18)有：
d2y d 2 d2y H p 2 (H p H q ) 2 q p H q 2 dx dx dx

悬索桥施工技术

悬索桥施工技术第一节认识悬索桥悬索桥（图9.1.1）也叫吊桥，其行车和行人的桥道梁（通常叫加劲梁）挂在大缆上。

它由主缆、吊索、索夹、加劲梁、桥塔、鞍座和锚碇组成。

悬索桥是以主缆为主要承重结构的桥梁结构，加劲梁是由从主缆上垂吊下来的吊索扣系固定的。

现在的大缆一般用许多根高强钢丝组成，大缆两端用锚碇固定。

锚碇用大体积混凝土做成，也有在山体中开挖隧道，然后灌注混凝土作锚碇用的。

通常还用两个高塔给大缆提供中间支承。

悬索桥承重主要靠大缆，大缆的钢丝强度高且可根据需要增加钢丝数，所以悬索桥的跨越能力特别大，这说明悬索桥是一种最适合于大跨度的桥，也是目前跨越能力最大的桥型。

由于其跨度大，悬链线的曲线形状能够给人以舒缓柔美的美感，相对来讲，悬索桥的构件就显得特别的柔细好看。

因此，大跨度悬索桥的所在地几乎无不将其作为重要的旅游景点。

图9.1.1 悬索桥的组成从结构受力上讲，悬索桥主缆所承受的力是通过锚碇和桥塔传给地基的，主缆、塔和锚碇三者构成悬索桥受力的主体，传力途径简洁、明确。

悬索桥的加劲梁承受交通活载，其作用很重要，用料也很多，但却不是主要受力构件，其自重全由主缆承担，它只是将活载传递给主缆。

悬索桥是大跨桥梁的主要形式之一，具有跨越能力大、受力合理等特点，高强钢丝组成的主缆受拉最能发挥其材料性能。

与其他桥型相比，悬索桥的跨径越大，材料耗费相对越少，桥的造价相对也越低。

悬索桥由主缆、吊索、索夹、加劲梁、桥塔、鞍座和锚碇组成。

一、桥塔桥塔也称主塔，是支撑主缆的重要构件。

塔主要承受压力，不管是用混凝土还是钢材修建悬索桥的塔，跨径可以加大，塔的增高却是有限的。

1. 桥梁顺桥向（桥轴方向）的结构形式从结构力学上来分类，悬索桥的桥塔在桥梁顺桥向的结构形式主要有以下三种：（1）刚性塔。

所谓刚性塔，是指塔顶水平变位量相对较小的桥塔。

刚性塔可做成单柱形状，也可做成A字形状。

刚性塔一般用于多塔（桥塔数量为3 个或3 个以上）悬索桥，特别是位于中间的桥塔，可通过提高桥塔的纵向刚度来控制其塔顶的纵向变位，从而减小梁内的应力。

悬索桥分类

悬索桥分类
悬索桥可按主缆锚固方式、主缆线形、悬吊跨数、悬吊方式、支撑结构等方式分类。

按主缆锚固方式分为地锚式和自锚式悬索桥。

大多数悬索桥采用地锚式，主缆通过锚碇将拉力传给地基，是大跨度悬索桥最佳受力模式，锚碇处要求地基承载力大。

自锚式悬索桥将主缆直接锚固在加劲梁两端，无需设置锚碇结构，加劲梁直接承受主缆传来的水平分力，适用于两岸地基承载力较差，特别是软土地区的桥位，自锚式跨度不宜太大。

按主缆线形分为双链式和单链式悬索桥。

双链式是在一个吊杆平面内设有两根主缆，两根主缆具有不同的线形，为克服半跨有荷载作用时加劲梁产生的S形变形，应用双链式结构具有较大的刚度，对非对称荷载的适用性强，但构造复杂，常作为景观桥建造。

单链式是在一个吊杆平面内仅设单一线形的悬索主缆，整个悬索桥设两根平行主缆，现代大跨径悬索桥一般采用单链式结构。

按悬吊跨数分为单跨、两跨、三跨和多塔多跨悬索桥。

单跨悬索桥适合于边跨地面较高、采用桥墩支承边跨的结构；两跨悬索桥是一个边跨与主跨的加劲梁是悬吊的，另一个边跨的梁体由桥墩支承的结构；三跨悬索桥结构受力合理、线形流畅对称。

按悬吊方式分为竖直吊索、三角斜吊索、竖直和斜吊索混合式、悬吊一斜拉组合体系悬索桥。

按加劲梁的支承结构分为单跨两皎、三跨两铰和三跨连续悬索桥。

按加劲梁材料类型分为钢箱梁、钢桁梁和预应力混凝土加劲梁悬索桥。

结构力学中的悬索桥模态分析

结构力学中的悬索桥模态分析悬索桥作为一种特殊的桥梁结构，在结构力学中广泛应用，其模态分析是研究桥梁动力特性的重要方法之一。

本文将介绍悬索桥的基本原理与结构特点，并详细探讨悬索桥的模态分析方法及其在实际工程中的应用。

一、悬索桥的基本原理与结构特点悬索桥是以一根或多根悬索为主体的桥梁结构，其主要特点是悬索受拉、桥面受压，并通过悬索与桥塔之间的索力来平衡桥梁的自重与交通荷载。

悬索桥由悬索、主塔和桥面构成，其中悬索是负责承担桥面载荷的主要构件，主塔则起到支撑和引导悬索力的作用。

二、悬索桥的模态分析方法悬索桥的模态分析是通过对悬索桥结构进行计算和仿真，研究其固有频率和振型的分布，以了解桥梁结构的动力响应和特性。

常用的悬索桥模态分析方法包括有限元法、模型试验法和理论分析法。

1. 有限元法有限元法是一种基于数值计算的模态分析方法，通过将悬索桥结构离散成有限个小单元，然后利用数学方法对每个单元进行求解，最终得到悬索桥的固有频率和振型。

有限元法可以考虑桥梁结构的各种动力特性，如频率范围、振型形状和模态参与系数等，并可通过参数优化来改善悬索桥的动力特性。

2. 模型试验法模型试验法是通过制作悬索桥的缩比模型，并对其进行试验测量，以获取桥梁的固有频率和振型。

模型试验法可以模拟实际工程中的力学行为，得到更加准确的结果。

同时，模型试验法还可以用于验证数值模拟结果的准确性，提高悬索桥模态分析的可靠性。

3. 理论分析法理论分析法是基于桥梁结构的数学模型，通过理论计算和分析来获得悬索桥的固有频率和振型。

理论分析法包括解析方法和近似解法两种，可以快速推算悬索桥的模态响应。

但是，理论分析法通常只适用于简单的悬索桥结构，对于复杂结构的模态分析效果较差。

三、悬索桥模态分析的应用悬索桥模态分析在桥梁工程中有着广泛的应用。

通过模态分析，可以确定悬索桥的固有频率和振型，从而评估桥梁结构的稳定性和动力特性。

同时，模态分析还可以为悬索桥的设计和施工提供重要参考，确保桥梁的安全性和使用性。

【精选】理论力学悬索桥

理论力学报告悬索桥平衡状态研究指导老师：***小组成员：朱永波李凡张凯2012.10悬索桥平衡状态研究1.吊索桥概述悬索桥：又名吊桥（suspension bridge）指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。

其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。

从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形优点相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。

悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。

悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。

缺点悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断悬索桥不宜作为重型铁路桥梁悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。

2．建立合理力学模型：鉴于我们所学的知识有限，也为了简化计算，我们将吊索桥本身重力略去，不计吊索在受拉伸情况下的长度变化。

而且，我们假定悬索单位长度手里均匀，都为W N/m。

对于以上的悬索桥模型的简化，我们忽略了一些次要因素，从而使问题大幅度简化，对于简化的合理性，我们需要查阅相关资料。

3．力学分析=0，1图b 中，合力W 作用线与C 、D 两点在水平方向上为等距离，由0)(=∑F DM得到020=-y T xwx ○20T整理上式，进而求得绳索形状方程22T wx y =○3按照导数定义θtan =dx dy ，将公式（3）代入得到0T wx dx dy =，因此绳索也）x xBA有s （4）比值B B x y <0.5时级数收。

多数情况下，比值B B x y 都很小，只需要计算级数的前两项，即)(3222a y b y L s A BAB++≈（5）式中L为跨度，a、b分别为悬索两端固定点A、B到最低点C的距离。

悬索桥基本内容

3、吊索材料：钢丝绳索、平行钢丝索吊索立面布置：美式——竖直布置英式——斜向布置吊索与索夹的连接方式：四股骑跨式（只与钢丝绳吊索相配）双股销铰式
4、加劲梁主要功能：提供桥面、防止桥面发生过大挠曲变形和扭曲变形；要求：有足够的抗扭刚度或自重，良好的气动稳定性；结构形式：钢结构美式：钢桁梁英式：钢箱梁
2）柔塔（单柱形，塔顶变形较大，多用于一般悬索桥） 3）摇柱塔（塔下端铰接，单柱形，只用于跨度较小的悬索桥）
2、主缆材料：平行的高强、冷拔、镀锌钢丝组成：由n根钢丝平行编成六边形钢丝束股，再将多股钢丝束平行编成主缆。形式：双主缆、多主缆、平面布置、空间布置。主缆的编制方法及特点：空中编丝组缆法（AS—air spinning）：现场编制，每束股含钢丝数较多，单股锚固吨位大。预制平行钢丝束股法（PWS）：工厂预制，单股锚固吨位小，锚固空间相对较大。
第三章悬索桥
suspension bridge
• 内容： 1.概念：宽跨比、垂跨比、高跨比和重力刚度和散索鞍座； 2.鞍座的分类及构造； 3.悬索桥的静力学计算理论发展阶段 4.弹性计算理论，挠度计算理论的计算假定？
一、概述
悬索桥引言 • 定义：是以受拉主缆为主要承重构件的桥梁。 • 组成：桥塔、主缆、加劲梁、锚碇、吊索、鞍座、桥面。
5、锚碇功能作用：固定主缆的端头，防止其移动；分类： • 重力式锚碇（需要建造大体积的混凝土锚碇） • 隧道式锚碇（需要坚固的岩壁）
6、鞍座按功能分类：塔顶索鞍和散索鞍作用： 1)塔顶索鞍――置于塔顶――安放主缆 2)散索鞍座――主缆进入锚锭之前的最后一个支撑构件，置于锚碇的前墙――支承转向和分散大缆股束使之便于锚固的作用。

悬索桥和斜拉桥分类及构造

设。。
及竖直向分散开的
支撑鞍座，并导引各索股入锚固部分。
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 4）索鞍
主索鞍
散索鞍
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点
5）加劲梁
加劲梁是提供桥面直接承受荷载的梁体结构。
作用：加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。
形式：
1997年 450米
一、悬索桥和斜拉桥的分类
1、悬索桥（2）悬索桥的结构体系
单跨悬索桥三跨悬索桥多跨悬索桥
按悬吊跨数分
一、悬索桥和斜拉桥的分类
1、悬索桥（2）悬索桥的结构体系
按主缆锚固方
式分
地锚式悬索桥：主缆通过重力式锚碇或岩隧式锚碇将荷载产生的拉力传至大地达到全桥受力平衡。
自锚式悬索桥：主缆在边跨两端将主缆直接锚固于加劲梁上，主缆的水平拉力由加劲梁提供轴压力自相平衡，不需另设置锚碇。
形式：
①按横向结构形式：刚构式、桁架式、混合式
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 7）索塔
形式： ②按纵向结构形式：刚性塔、柔性塔、摇柱塔
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 8）锚碇
基本组成：主缆的锚碇架及固定装置、锚块、锚块基础。基本分类：重力式锚碇、隧道式锚碇、岩锚。
加劲梁的布置：双铰加劲梁简支体系和连续加劲梁的连续体系。
双铰加劲梁简支体系：构造简单、制造和架设时的误差对加劲梁无影响，适用于中小跨径和大跨径悬索桥。
连续加劲梁：在桥塔处内力达到最大值，适于铁路悬索桥或公铁两用悬索桥。

悬索桥的概述与结构组成(图片较多)[详细]

•
主缆
• 结构形式
– 双面平行主缆（绝大多数）；单面主缆；空间主缆；复式主缆（双链吊桥：朝阳大桥）。
• 截面形状（六角形） – 尖顶形； – 平顶形； – 方阵式；
3. 吊索
• 吊索是将加劲梁上的竖向荷载通过索夹（Cable Band）传递到主缆的受力构件。其下端通过锚头与加劲梁两侧的吊点联结，上端通过索夹与主缆联结。现代悬索桥一般采用柔性较大且易于操作的钢丝绳索或平行钢丝索作为吊索，吊索表面涂装油漆或包裹HDPE（高密度聚乙烯）护套防腐。
• 散索鞍座现今一般也是兼用铸焊的方法进行制造，即鞍槽部分采用铸钢件，其他部分用厚钢板焊接。
索鞍
江阴主索鞍
厦门海沧大桥（主跨648m）
主
跨
一三七
香港
七米
青
公
马
铁
大
两用
桥
桥
江阴长江大桥
润扬长江大桥（主跨1490m）
阳逻长江大桥（主跨1280m）
广东虎门大桥
汕头海湾大桥
• 加劲梁一般都采用钢结构，混凝土结构由于自重太大，从耗材、造价、工期等方面考虑，当跨径大于200m的时候就不再采用。钢加劲梁的截面形式主要有美国流派的钢桁梁和英国流派的扁平钢箱梁（如图11.9和图11.10所示），钢箱梁的抗风性能较好，风的阻离析数仅
• 为桁架式的1/2~1/4；耗钢量也较少。但钢桁梁在双层桥面的适应性方面远较钢箱梁优越，因此它适合于交通量较大的或公铁两用的悬索桥。
吊索与主缆连接股骑跨式
4. 加劲梁
• 加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形，它直接承担竖向活载，也是悬索桥承受风荷载和其他横向水平荷载的主要构件，所以，必须具有足够的抗扭刚度或自重以保持在风荷载作用下的气动稳定性。加劲梁所承担的活载及本身的恒载通过吊索和索夹传至主缆。加劲梁的变形从属于主缆，它的刚度对悬索桥的总体刚度贡献不大，因而梁高通常不必做得太大。

对悬索桥受力特性和计算理论的综述

综述悬索桥受力特性和计算理论一、悬索桥的受力特性悬索桥是由主缆、主塔、加劲梁、吊索、锚碇等构成的组合体系。

恒载作用下，主缆、主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法而定。

成桥后，主缆和加劲梁共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。

1、主缆的受力特征主缆是结构体系中的主要承重构件，其形状直接影响到整个体系的受力分配和变形，主缆的主要受力特征如下：（1）主缆是几何可变体，主要承受张力。

主缆可通过自身几何形状的改变来影响体系平衡，具有大位移的力学特征，这是区别于一般结构的重要特征之一。

（2）主缆在恒载作用下具有很大的初始张力，使主缆维持一定的几何形状。

初始张力对后续结构形状提供强大的“重力刚度”，这是悬索桥跨径得以不断增大，加劲梁高跨比得以减小的根本原因。

2、主塔的受力特征主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，在外荷载作用下，以轴向受压为主，并应尽量使外荷载在主塔中产生的弯曲内力减小，以减小混凝土桥塔因为徐变而使塔型改变，增加结构抵抗外载的能力。

主塔在外荷载作用下的受力特征可表现为两种形式：（1）恒载状态下，主塔基本无弯曲内力。

这是大部分已建悬索桥桥塔的受力状态。

（2）恒、活载及地震荷载作用下，主塔正负弯曲包络图基本对称或正负弯矩包络按某一比例分配。

3、加劲梁的受力特征加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，主要承受弯曲内力。

由悬索桥施工方法可知，加劲梁的弯曲内力主要来自二期恒载和活载。

按照不同的施工方法，加劲梁的受力特征可表现为两种情况：（1）一期恒载作用下，加劲梁段呈简支梁弯矩分配；二期恒载作用下，加劲梁承受与主缆共同作用下的弯曲内力。

这种受力状态是按加劲梁先铰接后连续，再施加二期荷载而得到的。

由于这种施工方法简单并已成熟，目前大部分已建悬索桥多用这种方法施工。

（2）加劲梁的弯矩根据使恒、活载作用下其应力分布趋于合理的标准人为确定。

这种受力必须通过特定的施工方法来实现。

这一方法目前很少应用，但是随着施工技术的发展, 在设计阶段通过充分考虑施工过程来改善悬索桥结构受力必将成为可能。

悬索桥的受力分析

悬索桥的受力分析一、选题在前面的presentation部分，我与张玉青同学合作完成了上海东海大桥的建模，在此次的实例分析中，我参考了《ANSYS土木工程实例应用》中的悬索桥部分，并在建模的基础上对其进行受力分析和施工过程中跨中挠度变化情况的分析。

二、实例1.问题的描述●材料性能悬索和吊杆：E=2.5e11,μ=0.1,ρɡ=1e4梁：E=3.0e11,μ=0.1,ρɡ=1e4●截面尺寸悬索：A=1吊杆：A=0.02梁：A=0.5，H=1，I=1/24●几何参数：桥长400m，双索塔，自桥面算起塔高20m。

全桥模型成对称分布。

两塔之间跨度为200m，左右塔距岸边各100m。

悬索间距为10m。

●初始条件：悬索和吊杆初应变为ε=1e-5。

●边界条件：悬索两端铰支，大梁布置成简支结构。

以上都统一采用国际单位制。

2.悬索桥结构的建模把悬索体系的主要承重结构模拟为由铰链环组成的在节点上加荷载的悬挂索链。

这种模型不但能很好地表现实际节点索链的性质，还能表现由金属丝。

股或索组成的缆的性质，由于它不具有抗弯的能力，所以用LINK180单元模拟是非常好的，计算的精度和索长度的选取有很大的关系，同时要考虑索的应力变化问题。

当给索缆装配加劲梁时，由于加劲梁还只是外荷载，不参与结构受力，所以可以将缆索结构当成是受集中荷载的体系。

荷载按照实际的情况阶段施加。

当桥建成之后，可以将缆索和加劲梁当做一个整体来分析，在条件允许的情况下可以一次性施加活载在桥上来模拟其受力分析。

三、建模过程及分析过程1.设置单元及材料参数➢定义单元类型➢定义材料属性➢实常数➢定义截面2.建模➢生成区段模型主缆单元类型为1号，材料类型为1，截面实常数R1；悬索单元类型为1号，实常数为2，桥面主梁单元类型为2号，材料类型为2号，截面实常数为1。

➢定义局部坐标在X=100处生成局部坐标系，新的坐标系代号必须大于10，再将局部坐标系设为当前坐标系，以当前坐标系的YZ面为对称面，镜像生成另一区段模型。

悬索桥结构组成与分部构造概述

双链式悬索桥（小跨度悬索桥）双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布活载以及半跨活载时结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构件截面尺寸和单件重量；缺点：构件增多分散，安装及养护维修不利。
地锚式悬索桥的孔跨布置形式(力学体系) 单跨：适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由于
股围绕扭绞而成。股心式：7股钢丝束股扭绞而成，中央一股为股心注意：钢丝束股的扭绞方向与其间钢丝的扭转方向
相反。 • 平行钢丝索（PWS）：多根Φ5～7镀锌钢丝外加
PE套管。
2.3.3 索夹作用：刚性索夹与柔而松的主缆索体间的连接为不稳定
连接。依靠摩擦力来保证主缆在受拉产生收缩变形时不致滑动。构造：六边形（中小跨）：少用；圆形：一对铸钢半圆构件以高强螺栓相连接，依靠高强螺栓拧紧后的拉力来提供足够索夹固定位置的摩擦阻力，两半圆构件之间留有一定空隙，以保证螺栓拉力，空隙内填防腐材料；索夹半圆内表面加工后不能磨光。骑跨式：索夹上半部有4各凸肋形成两条凹槽；销铰式：下侧半索夹下带有耳式吊板供销铰连接用。
• 钢桁梁
结构
• 钢箱梁
制造
• 砼箱（板）施工梁
养护
梁高用钢量桥面系
制造
架设养护维修
桥面
高最大
一般与主梁分离
杆件多，节点结构复杂，标准化大量生产困难单根杆件平面构件立体节段多样化
油漆养护难
菲结合型损伤时易
加劲梁形式钢箱梁易发生
可能性大
小
小
小低低一般与主梁结合为整体
箱梁由板构件组成，标准化大量生产容易节段法架设或与现浇节段并用油漆养护方便
重力式锚碇（采用较多）
隧道式锚碇

悬索桥结构分析与挠度分析

二、实地走访，访问当地人们，咨询相关专家，完成现有浦城及乡镇留存下来的桥梁（从结构设计、人文、历史方面）的调查报告。
悬索桥结构分析与挠度分析
一、什么是悬索桥二、悬索桥的分类三、悬索桥的结构分析四、悬索桥的挠度分析
什么是悬索桥
悬索桥的分类悬索桥的结构分析悬索桥的挠度分析
悬索桥又称吊桥，主要用于跨度较宽的河流。充分利
用材料强度，并具有用料省、自重轻、跨径大的特点。悬
索桥是各种桥梁体系中跨越能力最大的桥梁之一，跨径可达 1000米以上。
悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的
挠度和振动，需要采取相对应的技术措施。
悬索桥的分类
什么是悬索桥悬索桥的结构分析悬索桥的挠度分析
悬索桥按主梁刚度弯曲大小分类可分为柔性悬索桥
和刚性悬索桥。
柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁，因而刚度较小在车
辆荷载作用下，桥面将随悬索形状的改变而产生S形的变形，对行车不利，但它的构造简单，一般作用于临时性桥梁。
悬索桥的分类
悬索桥的结构分析
一、缆索的分析
一根跨度为 l 的等载面柔性缆索，它的两端分别固定于A点和B点处。这两点高度为 h。假设该缆索承受沿缆索水平投影上呈均匀布满的恒载W，坐标原点设于A 点处。缆索上任意一点的横坐标距 x 处的竖向坐标y 可根据C点左边所有力对C 点的力矩平衡方程来求解。
悬索桥的结构分析
什么是悬索桥
悬索桥的分类
悬索桥的挠度分析
索塔与主缆的联合通常采取这样的方式实现：
（c）索鞍固定于索塔顶面，而索鞍上没有置于索鞍上可以自由转动的轴，主缆隔在此轴上，其转动轴与索鞍的联结比较复杂
（d）主缆固定于索鞍上而索鞍又固定于索塔顶处，索塔的底面与桥墩联结处设置一个铰，主缆的塔顶藉塔身前后摆动可顺桥梁纵向移动，但施工复杂。