斜拉-悬索协作体系桥合理成桥状态的确定

引言
桥梁 的合理成桥状态是指桥梁结构满足规范和设计要求 ， 且 结构以某种目标达到最优的成桥状态［ １ ］ 。斜拉一悬索协作体系桥
力， 结合 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ优 化模 块对斜拉 部分进 行优 化 ， 得 到斜拉 桥 部分的合理成桥状态 ； 最终 把这些结 果应 用于整体 模型 ， 进行 调整从 而得到整体模 型的合理成桥状 态。 １悬 索桥部分合理成桥状态 的确定 （ １ ） 利用悬链线法初步确定主缆坐标和作用力
斜拉一 悬索协作体 系桥 合理成桥状态 的确定
Ｔｈ ｅ Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｒｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｌａ ｒ ｇ ｅ — — ｓ ｐ ａ ｎ Ｃａ ｂ ｌ ｅ — — ｓ ｔ ａ ｙ ｅ ｄ — — ｓ ｕｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｂｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｓ
陶 少峰 Ｔ ａ ｏ Ｓ ｈ ａ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ 黄 海新 Ｈｕ ａ ｎ ｇ Ｈａ ｉ ｘ ｉ ｎ 刘耀 武 Ｌ ｉ ｕ Ｙａ ｏ Ｗ Ｕ
摘要 ： 因其 突出的优越性和竞争 力使得斜拉一 悬索体 系 桥
在 大跨桥 型的工程 中得到越 来越 多的应 用，其合理成桥状 态
的确 定是 设 计 中要 解 决 的一 个 重 要 的 结 构 受 力 问 题 ． 目前 针 对 斜 拉 桥 和 悬 索桥 成 桥 状 态 的 确 定 方 法 已 经 比 较 成 熟 ．但 关
于斜 拉 一 悬 索协 作 体 系这 种 新 桥 型 的 成 桥 状 态 的 确 定 方 法 还
小法 、 用索量最小法和影响矩 阵法等。 悬索桥成桥状 态确定 的主要 方法有 ： 抛 物线法、 悬链线法 、
由于斜拉一悬 索协作体 系桥这种桥型 比较特殊 ， 无法通过 现 有的某一种方 法直 接得到合理成 桥状态 。本 文的分步 算法
首 先将 有限元计 算模型拆 分 为斜 拉桥 部分和 悬索桥 部分 ， 利
用悬链 线法确定主缆形态 ， 结合 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ优化模 块对悬索桥部 分 进行优化 ， 不断更新 主缆 坐标及 吊杆 力 。 从 而确定悬 索桥部 分的合理成桥状 态 ；利用 刚性支承连续梁 法求得斜拉杆 的内
成桥线形的确定主要采用抛物线法、 以悬链线 索元为基础的递推 法、 虚拟梁法等。而关于斜拉一悬索协作体系桥这种新桥型的成
桥状态确定方法还很少。本文结合优化设计方法 ， 对斜拉一悬索 协作体系桥的成桥状态进行分步计算 、 确定 ， 最终整合获得桥梁
整体的合理成桥状态。
以视 为按 吊点划分 的多段悬链线 的组合 。
一 一 一 一 ～ ～ ～ 一 ～ ～ 一 ～ 一
内。
在成桥状态下 ， 加劲梁 的恒载 弯矩要控 制在 “ 可行域” 范 围
（ ４ ） 主塔 弯矩
对于 自锚式斜拉一悬索协作体系桥来说 ， 应该使 主塔在恒 载作用下 的弯矩尽量小 ， 并且使塔 顶水 平变位 接近于 零。
二． 斜拉・愚素协作体系桥合理成桥状态确定的算法
一
．
斜拉—愚素协作体系桥合理成桥状态的分步算法和确
裔，
定原则
１ ． 斜拉桥和悬索桥合理成 桥状 态的计算 方法
斜拉桥成桥状态确 定的主要方法有 ： 刚性支承连续梁 法 、 零位移法 、 内力平衡法 、 指定应力法 、 弯 曲能 量最 小法 、 弯矩最
一
０
图 １荷载 沿索长均布单 索计算 简图
桥 成桥状 态的确定进行 分步计算 ，算例表 明利 用此 方法能够
得 到 该 类桥 型 的合 理 成 桥 状 态
关键词 ： 斜拉一 悬 索协 作体 系桥 ； 合 理成桥 状 态； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
优 化
中跨主缆的线形应满足设计 矢跨 比的要求 ， 中跨 吊索分布 区域的钢加 劲梁 部分恒载应 由主缆承担 ，合理成桥状 态的主 缆线形应该使得在恒载作用下塔 、 梁所 受的弯矩最小 。 （ ３） 加劲梁弯矩
能量 最小 法 、 弯矩 最小 法 、 用 索量 最 小 法和 影 响矩 阵法 等 。 悬 索桥
种： 一是 吊索 间沿 索长 均匀分布 的主缆 自重 ， 二是 由 吊索传递 的集 中荷载。 因此 ， 悬索桥 的主缆 受力图式可简化 为承 受沿弧 长分布 的均布 荷载 ｑ和 吊索处集 中荷载 Ｐ的柔性索 ，各 吊点 之 间的主缆线形 为受主缆 自重作用 的悬链 线 ，即整个主缆可
参 数 方程 法 、 节线法等。
２斜拉一悬 索协作体 系桥合理成桥状态 的确定原则
（ １ ） 斜 拉 部 分 索 力 分 布
很 少 。本 文 结合 Ａ ＮＳ ＹＳ的优 化 模 块 ． 对 斜 拉一 悬 索协 作 体 系
索力要分 布均 匀 ， 但又有较大的灵活性。通常短 索的索力
小， 长索 的索力大 ， 呈递增趋势 ， 但 局 部 地 方 应 允 许 索 力 有 突 变。 （ ２） 主 缆 线 形
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对 于 大 跨 度 悬 索 桥 主 缆 而 言 ，成 桥 状 态 所 受 的 荷 载 有 两
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的成桥状态确定是设计 中要解决的一个结构受力问题 ， 目前针对
斜拉桥和悬索桥成桥状态的确定方法 己经比较成熟， 国内外桥梁 专家提出了很 多确定斜拉桥恒载合理索力的理论计算方法， 主要 有： 刚性支承连续梁法、 零位移法 、 内力平衡法、 指定应力法、 弯曲