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缆索承重桥梁的非线性分析方法综述 宋迎军 (贵州省桥梁工程总公司 550001) 摘 要：大跨度桥梁一般包括斜拉桥和悬素桥 ，而这两种桥型无论在施工还是设计中非线性问题都是一个无法 回避的问题。本文介绍了 现有缆索承重桥梁的非线性分析方法及理论。 关键词：缆索承重 桥梁 非线性 中图分类号：THl 文献标识码：A 文章编号2007)lO(a)一0046—02 1引言 认为主缆承受 自重及全部桥面恒载，它的几何 往往是通过有限单元法来实现的，故它可以处 缆索承重桥梁一般包括悬索桥和斜拉 形状为二次抛物线 ，这一线形不因后来作用于 理采用更符合实际的计算模型，其结果当然也 桥。悬索桥是大跨度桥梁中最 自然、美观和 桥面上的外荷载而变化。并假定吊索长度不 就更为精确。Poskitt法是专门用于悬索桥计 经济 的桥型 。到 目前为 止 ，它仍 是主 跨 因活载而伸长，沿主缆各点的竖向挠度和加劲 算的理论 ，它只考虑竖直吊索的变形，而没有 lO00m以上的大跨度桥梁首选的桥型。其最 梁各相应点的挠度一样。这样悬索桥就是主 考虑主缆的水平位移及倾斜 吊索的情况 ，其实 大特点为恒载作用在主缆内形成的巨大拉力 缆和加劲梁和简单组合体系，具有线弹性性 质也就是基于挠度理论 ，把模型结构离散化 ， 对后续活载作用下结构的的变形有抵抗作用 ， 质，叠加原理对它适用，加劲梁是承重结构体 利用矩阵的方式以便于计算机求解。Tezcan 结构具有复杂的非线性。 系中的重要组合部分 ，而结构在活载作用下的 法与Brotton理论基本一致，Saafan法则是一 随着施工技术和桥梁理论的发展，斜拉桥 挠度则同加劲梁的抗弯刚度密切相关。悬索 种较为完善和有影响力的构架有限位移理论 ， 的跨径也有了很大的发展，结构的非线性就成 桥应用早期，由于跨度小，梁有足够的刚度，而 它将历来有争议的所有=次影响项包括进去 ， 了在设计和施工中需要重点考虑的问题。 且恒载相对活载来说较大，因此作用下活载后 对结构初始内力状态，吊索倾索、伸长及塔的 悬索桥 主要 结构 有上部结构和 下部结 结构的变形对平衡的影响并不大 ，应用弹性理 弯曲、伸缩等都加以考虑。 构。上部结构由主缆、主塔、加劲梁及吊索组 论已能满足要求。 成，下部结构由支撑着主塔的桥墩和锚固着主 22挠度理论 3悬索桥在横向荷载作用下的分析理论 缆的锚碇组成。从理论上讲，悬索桥应属索和 随着跨度的增加 ，梁的抗弯刚度相对较 3．1横向膜理论及其系列解法 梁的组合结构体系，但由于悬索桥的跨度一般 小，活载产生的结构变形对结构平衡变得不能 横向膜理论也是将吊索比作连续膜，按连 都很大 ，加劲梁的刚度在全桥刚度中所 占的比 忽略。l888年梅兰提出了悬索桥分析的挠度 续体进行悬索桥的横向受力分析。横向膜理 例很小，在受力本质上 ，悬索桥结构属于悬挂 理论，并经 l908年的纽约的曼哈顿大桥设计 论最初足由莫伊塞夫和Lienhard提出的。这 体系，主缆是悬索桥结构的主要承重构件，加 中采用后，挠度理论的优越性立即显示出来 ， 个理论认为加劲梁具有水平横向弯曲刚度，主 劲梁的功能只是将竖向荷载分摊并通过吊索 于是在以后的许多悬索桥设计中都采用了该 缆也由于其内的初始拉力而能抵抗横向受力， 传给主缆，因此与其他桥型不一样，悬索桥的 理论。 分别推导了关于丰缆和加劲梁的水平挠曲基 加劲梁高度不会随跨径的增加而剧增。悬素 考虑挠度对内力的影响并假定加劲梁不 础方程，并针对 由于加劲梁与主缆的横向水平 桥结构的特性为几何非线性 ，主要分为三部 承受恒载而得到的加劲梁挠曲微分方程 ，及根 位移的差异所产生的倾斜 吊索拉力的水平分 分：1)结构的恒载内力影响，主缆在恒载作用 据主缆两端锚固点之间伸长的水平投影为0的 力，进一步导出该水平分力与悬索结构的恒载 下具有一定的初始内力，使其可以维持一定的 几何条件得到的用以确定主缆水平力和方程