斜拉桥4-1.

斜拉桥设计的首要问题是确定一组最优索力，使成桥 后的结构永久作用（恒载）下受力达到最优状态
达到最优状态时，主梁和塔柱的永久作用（恒载）弯
矩很小，索力分布合理，线形达到设计要求
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PTJ 结构计算
——概述
G 静力方面 斜拉桥在汽车人群（活载）下的受力性能与永久作用 L（恒载）下有很大区别，后者可通过索力调整，但前
主梁、塔柱的P－Δ效应（变形导致的偏心距增大效应）
前者使拉索刚度减小，后者使梁、塔的弯矩增大
混凝土斜拉桥跨径一般在500m以下，主要应考虑斜 拉索垂度的影响
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结构计算
——静力分析
基本要素_材料非线性
桥梁结构在正常使用阶段计算时，通常假定材料是线 性弹性的，即应力与应变呈线性正比关系
——概述
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PTJ 结构计算 G 静力方面
济南黄河
L大桥设计
——概述
考虑的静
力因素及
主梁内力
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结构计算
——概述
静力方面
通过一些方法确定了桥梁最优成桥状态后，可将该状 态看成一种理想状态，再去定出施工阶段的控制状态
按照该控制状态进行施工，成桥后理论上就可能达到 上述定义的理想状态
风作用也是超大跨径斜拉桥控制设计的主要因素之一
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PTJ 结构计算
——概述
G 结构计算模型的选取 目前，斜拉桥已可能采用基于块体或板壳单元的有限 L元分析软件，进行受力全过程模拟和受力性能分析
但限于技术普及程度、计算机性能的限制等问题，必 须进行适当简化
斜拉桥设计时，普遍使用平面杆系有限元分析软件进 行整体静力计算，稳定及动力计算则大多采用空间杆 系有限元分析软件
但由于设计参数偏差、施工误差等原因，成桥后不可 能达到上述理想状态，经施工调整后最终只能达到一 种合理状态
斜拉桥构件局部计算内容主要是横梁及桥面板的计算
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PTJ 结构计算
——概述
G 稳定方面 斜拉桥的主梁及塔柱都是偏心受压构件，必须考虑成 L桥后和施工阶段的稳定性
混凝土收缩因与受力无关计算较简单
混凝土徐变应随施工过程和时间延续分阶段计算
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结构计算
——静力分析
几何非线性影响的计入_斜拉索几何非线性
斜拉索的几何非线性，通常可利用Ernst公式转换为对 拉索弹性模量的修正，该修正系数表示为


1
G2
1
cos5 Ee 12H 3
A
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PTJ 结构计算
——静力分析
每个新加荷载均作用在几何形状不同的结构上，内力、 变形与荷载呈非线性关系
由于几何形状改变导致的非线性效应称为几何非线性
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PTJ 结构计算
——静力分析
G 基本要素_几何非线性 L 斜拉桥的几何非线性主要体现：
斜拉索的垂度（重力引起的拉索下垂）对其轴向刚度的
折减作用
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混凝土斜拉桥 —结构计算（1）
PTJ 结构计算
——概述
G 计算内容 斜拉桥是高次超静定、大跨度的柔索支承结构，计算 L比其它桥型复杂，手算方法很难胜任
现代斜拉桥的发展也得益于计算机技术的发展
斜拉桥结构计算分析包含的内容大致为静力分析、稳 定性分析和动力分析三大类，即：
跨度不大时可按规范结合弹性稳定分析方法进行验算
超大跨径时应按实际受力情况进行第二类稳定分析
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结构计算
——概述
动力方面
斜拉桥具有较强的受力耦合性，扭转与弯曲振型常密 切耦合在一起，动力分析最好采用空间模型
地震较频繁的地区初步设计阶段就需考虑地震作用， 飘浮体系斜拉桥的塔底弯矩有时会控制设计
者只与结构体系、构件截面及材料等性能有关
大跨度斜拉桥主梁自重大，永久作用（恒载）索力也 大，汽车人群（活载）索力约占总索力的20％，但主 梁及塔柱的汽车人群（活载）弯矩远超过永久作用
汽车人群（活载）挠度是体现斜拉桥刚度的主要指标
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结构计算
静力方面
济南黄河 大桥设计 考虑的静 力因素及 主梁内力
软件应具备处理上述工况的功能，通过前处理把上述 工况变为计算模型的改变、体系转换、作用施加等等
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结构计算
——静力分析
基本要素_几何非线性
结构受力的平衡建立在变形后的几何形状上
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受力较小或结构刚度很大时，几何形状改变可以忽略
大跨径斜拉桥、线刚度小，结构变形大，几何形状改 变不能忽略
严格说材料（尤其是混凝土材料）是非线性弹性的， 即弹性模量随应力的变化而变化，且通常弹性模量随 应力增加而减小
但斜拉桥属于大位移小应变的受力状态，除非进行超 载和极限承载力计算，通常可不考虑材料非线性影响
在需要考虑材料非线性时，应采用试验获得的材料应
力应变曲线，由非线性有限元分析软件计算
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PTJ 结构计算
——静力分析
G 基本要素_混凝土收缩徐变效应 混凝土从凝结开始伴随着体积缩小，即产生收缩。混 L凝土收缩与受力无关
混凝土受力后会立即发生弹性变形，但在应力不变的 情况态下，变形还将随时间继续发展，即发生徐变
混凝土收缩徐变除引起结构变形外，还将引起附加 （次）内力
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结构计算
——静力分析
计算模型
单元划分要点
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PTJ 结构计算
——静力分析
G 基本要素_施工工况 L 斜拉桥主要施工工况包括：
结构构件的安装
临时构件的拆除
斜拉索的张拉与索力调整
施加各种集中或均布力
预应力筋张拉等过程
斜拉桥分析静稳力定分性析分析局整部体分分析析 动力分析抗抗震风分分析析
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结构计算
——概述
静力方面
斜拉桥内部高次超静定，在结构体系、尺寸、材料、 重力确定后，受力状态很大程度取决于拉索的张拉力
单根索力大小及各根索力之间的分配，可以组成无穷 多组索力方案，每组方案对应一种受力状态