斜拉桥理论分析计算.ppt

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第十三章斜拉桥的计算理论（同济大学博士、硕士研究生课程同济大学博士、硕士研究生课程）（同济大学桥梁工程系同济大学桥梁工程系）本章主要内容概概述述斜拉桥恒载受力状态的优化斜拉桥恒载受力状态的优化索力优化的基本概念;斜拉桥索力优化方法;索力优化的影响矩阵法;斜拉桥的有限位移理论分析斜拉桥的有限位移理论分析前进分析;倒退分析;初始张拉力与施工预拱度的计算;斜拉桥实时跟踪控制简介;斜拉桥的空间分析。

第十三章第十三章斜拉桥的计算理论斜拉桥的计算理论斜拉桥的稳定计算斜拉桥的稳定计算加劲梁的面内稳定实用计算;主塔的实用稳定计算;斜拉桥稳定计算的有限元方法;静风作用下的横向稳定分析;考虑二阶效应的近似计算考虑二阶效应的近似计算活载的线性二阶理论近似计算法;偏心增大系数修正法。

小小结结本章主要内容（续）本章主要参考文献1.李国豪:

上海科技文献出版社19832.李国豪：

.中国铁道出版社，19923.周念先、肖汝诚：

走向二十一世纪的斜拉桥，铁道标准设计1998.24.F.Fleming:

NonlinearStaticAnalysisofCable-StayedBridgeStructures,Inter.J.Computers&Structures,Vol.10,1979.5.TanakaHiroshi,K.MasahiroandK.Masakatsa:

NewCableTensionAdiustmentMethodforSuspended-SpanBridge,TheSecondEast-PacificConf.onStructuralEngineering&Construction,ChiargMai,Jan.1989.6、肖汝诚、贾丽君、宋馨、项海帆.大跨径斜拉桥设计索力优化及计算施工张拉力的新方法.大型复杂结构的关键科学问题及设计理论研究论文集,1999第十三章第十三章斜拉桥的计算理论斜拉桥的计算理论1.概述斜拉桥诞生于十七世纪。

二战后，由于高强度材料及预应力技术的广泛应用、施工方法的改进和结构分析理论的发展，使得这一古老桥型唤发出了新的生命力，斜拉桥的复兴，成为战后桥梁发展史上最伟大的成就之一。

在短短的五十多年间，斜拉桥有了飞速的发展，成为200米到800米跨径范围内最具竞争力的桥梁结构形式之一，并且这一范围仍有扩大的趋势。

已经建成的日本多多罗桥，跨度高达890m。

有理由相信，在大江河口的软土地基或不适合修建悬索桥的地区，可能修建超过1200米的斜拉桥。

1.概述（续）19381938年，德国年，德国DishingerDishinger提出现代斜拉桥设计概念提出现代斜拉桥设计概念19561956年年,德国德国DishingerDishinger在瑞典成功地建造了第一座现代斜拉桥在瑞典成功地建造了第一座现代斜拉桥,主跨主跨182.6182.6米的米的StrStrmsundmsund桥桥19601960年，德国年，德国KKlnSeverinlnSeverin桥，主跨桥，主跨301301米的独塔斜拉桥米的独塔斜拉桥19621962年，意大利年，意大利MorandiMorandi设计了第一座混凝土斜拉桥，主跨设计了第一座混凝土斜拉桥，主跨235235米的委内瑞拉马拉开波桥米的委内瑞拉马拉开波桥1.概述（续）19861986年，加拿大年，加拿大AnnacisAnnacis桥，第一座结合梁桥面斜拉桥，主跨桥，第一座结合梁桥面斜拉桥，主跨465465米米19911991年，挪威年，挪威SkarnsundetSkarnsundet桥桥,主跨主跨530530米米,是世界最大跨度是世界最大跨度P.C.P.C.斜拉桥斜拉桥1993年，中国上海杨浦大桥年，中国上海杨浦大桥,主跨主跨602米结合梁斜拉桥米结合梁斜拉桥,是当是当时世界最大跨度斜拉桥时世界最大跨度斜拉桥1.概述（续）19951995年，法国诺曼第大桥年，法国诺曼第大桥,主跨主跨856856米米,混合梁斜拉桥，大大推混合梁斜拉桥，大大推进了斜拉桥大跨化进了斜拉桥大跨化19981998年，瑞典厄勒松海峡大桥，主跨年，瑞典厄勒松海峡大桥，主跨490490米，世界最大跨度公铁米，世界最大跨度公铁两用斜拉桥；采用两用斜拉桥；采用90009000tt巨型浮吊整孔架设技术巨型浮吊整孔架设技术19991999年，日本多多罗桥，主跨年，日本多多罗桥，主跨890890米，是世界最大跨度斜拉桥米，是世界最大跨度斜拉桥1.概述（续）五十年斜拉桥跨径增长五十年斜拉桥跨径增长1.概述（续）世界大跨径斜拉桥一览表世界大跨径斜拉桥一览表1.概述（续）梁的高跨比呈减小的趋势并向轻型化发展梁的高跨比呈减小的趋势并向轻型化发展随随着着密密索索体体系系的的采采用用和和跨跨度度的的增增大大，斜斜拉拉桥桥结结构构体体系系逐逐渐渐演演变变，主主梁梁己己由由稀稀索索时时以以受受弯弯为为主主的的压压弯弯构构件件，演演变变为为密密索索时时以以受受压压为为主主的的压压弯弯构构件件。

结结构构的的整整体体刚刚度度主主要要由由三三角角桁桁架架的的体体系系刚刚度度提提供供，主主梁梁或或主塔的构件刚度对整体刚度贡献不大。

主塔的构件刚度对整体刚度贡献不大。

NormandyNormandy桥主跨桥主跨856m856m，梁高，梁高3.05m3.05m；TataraTatara桥主跨桥主跨890m890m，梁高，梁高2.7m2.7m。

斜拉桥的轻型化使结构非线性问题、静力稳定问题、抗风抗震问斜拉桥的轻型化使结构非线性问题、静力稳定问题、抗风抗震问题更加突出，设计、施工难度加大，要精心设计、施工。

题更加突出，设计、施工难度加大，要精心设计、施工。

1.概述（续）结构形式多样化结构形式多样化结构体系结构体系纵向纵向独塔、双塔、多塔独塔、双塔、多塔1.概述（续）结构体系结构体系横向横向独柱、双柱、多柱独柱、双柱、多柱1.概述（续）结构体系结构体系协作体系协作体系梁梁-斜拉、悬索斜拉、悬索-斜拉、刚构斜拉、刚构-斜拉等斜拉等1.概述（续）锚固形式锚固形式除了传统的自锚式外，还出现了自锚与地锚结合的形式。

除了传统的自锚式外，还出现了自锚与地锚结合的形式。

我我国国跨跨径径414m414m的的郧郧阳阳汉汉江江大大桥桥，边边跨跨43m43m，另另设设43m43m地地锚锚。

边边跨跨与与主主跨跨之之比比，不不包包括括地地锚锚时时为为0.1040.104。

主主跨跨中中部部设设钢钢箱箱结结构的无轴力接头。

构的无轴力接头。

西西班班牙牙跨跨径径440m440m的的LunaLuna桥桥，边边跨跨67m67m，另另设设35m35m地地锚锚。

边边跨跨与与主主跨跨之之比比，不不包包括括地地锚锚时时为为0.1520.152。

主跨中部设剪力铰。

主跨中部设剪力铰。

1.概述（续）主梁形式主梁形式除了以往采用钢和混凝土主梁的斜拉桥外，新出现了：

除了以往采用钢和混凝土主梁的斜拉桥外，新出现了：

叠合梁斜拉桥、混合梁斜拉桥叠合梁斜拉桥、混合梁斜拉桥其它其它矮塔斜拉桥矮塔斜拉桥（部分斜拉桥部分斜拉桥）花色斜拉桥花色斜拉桥1.概述（续）叠合梁斜拉桥、复合梁斜拉桥叠合梁斜拉桥、复合梁斜拉桥与与混混凝凝土土斜斜拉拉桥桥相相比比，叠叠合合梁梁斜斜拉拉桥桥跨跨度度大大、自自重重轻轻、安安装装节节段段长长、施施工工速速度度快快；与与钢钢斜斜拉拉桥桥相相比比，叠叠合合梁梁斜斜拉拉桥桥刚刚度度大大、造造价价低低、桥面养护容易。

桥面养护容易。

叠合或复合梁形式主要有三种方式：

叠合或复合梁形式主要有三种方式：

（1）

（1）竖竖向向结结合合：

混混凝凝土土桥桥面面板板和和钢钢梁梁结结合合，即即所所谓谓的的叠叠合合梁梁。

如如AnnacisAnnacis桥、南浦大桥、杨浦大桥；桥、南浦大桥、杨浦大桥；

（2）

（2）纵纵向向结结合合：

中中跨跨采采用用钢钢梁梁或或结结合合梁梁，边边跨跨采采用用砼砼梁梁的的混混合合结结构构，即所谓的复合梁，如徐浦大桥、即所谓的复合梁，如徐浦大桥、NormandyNormandy大桥、大桥、TataraTatara大桥；大桥；（3）（3）横向结合：

混凝土边主梁和钢横梁组成格构体系，上面覆盖混凝横向结合：

混凝土边主梁和钢横梁组成格构体系，上面覆盖混凝土桥面板；（用于梁高较小、桥面较宽的结构中）土桥面板；（用于梁高较小、桥面较宽的结构中）1.概述（续）部分斜拉桥部分斜拉桥部部分分斜斜拉拉桥桥的的构构造造和和受受力力介介于于连连续续梁梁和和斜斜拉拉桥桥之之间间。

从从外外观观看看，与常规斜拉桥相比它有以下特点：

与常规斜拉桥相比它有以下特点：

（1）

（1）桥塔较矮。

桥塔高与跨径之比一般为桥塔较矮。

桥塔高与跨径之比一般为1/121/81/121/8。

（2）

（2）斜拉索集中在塔顶鞍座上通过。

斜拉索集中在塔顶鞍座上通过。

（3）（3）没有端锚索。

没有端锚索。

（4）（4）主梁无索区较长。

主梁无索区较长。

（5）（5）边跨与主跨的跨度之比较大。

边跨与主跨的跨度之比较大。

（6）（6）梁高与跨度之比较大，一般为梁高与跨度之比较大，一般为1/401/401/201/20。

（7）（7）部分斜拉桥的拉索应变幅一般只有斜拉桥的部分斜拉桥的拉索应变幅一般只有斜拉桥的1/31/3左右。

左右。

（8）（8）经济性能好，拉索安全系数一般取与预应力索相同。

经济性能好，拉索安全系数一般取与预应力索相同。

部部分分斜斜拉拉桥桥尤尤其其适适用用于于多多塔塔多多跨跨和和塔塔高高受受限限制制的的情情形形，从从刚刚度度和和疲劳考虑，它更适用于铁路桥或双层桥面。

疲劳考虑，它更适用于铁路桥或双层桥面。

1.概述（续）花色斜拉桥花色斜拉桥西班牙西班牙AlamilloAlamillo桥桥捷克捷克MarianMarian桥桥这两座斜拉桥都没有背索，其标新立异的不对称造型显示出刚劲、这两座斜拉桥都没有背索，其标新立异的不对称造型显示出刚劲、平衡和力度。

平衡和力度。

但它违背了基本的受力原理，这种耗资巨大的造型艺术，但它违背了基本的受力原理，这种耗资巨大的造型艺术，人们评说不一。

人们评说不一。

无背索斜拉桥无背索斜拉桥1.概述（续）曲线斜拉桥曲线斜拉桥1.概述（续）大跨化大跨化19991999年建成的日本多多罗桥大桥，年建成的日本多多罗桥大桥，主跨达主跨达890890米，是当今世界上最大跨度米，是当今世界上最大跨度斜拉桥。

斜拉桥。

即将修建的中国苏通长江大桥和中国香港昂船舟大桥的主跨都将即将修建的中国苏通长江大桥和中国香港昂船舟大桥的主跨都将突破突破1000米大关。

米大关。

1.概述（续）规划中的上海规划中的上海-崇明通道，斜拉桥主跨将达到崇明通道，斜拉桥主跨将达到730。

1.概述（续）19951995年建成的主跨年建成的主跨856856米的法国米的法国NormandyNormandy混合梁斜拉桥，采用许混合梁斜拉桥，采用许多新技术，将斜拉桥跨进推进多新技术，将斜拉桥跨进推进42%42%。

NormandyNormandy大桥的建成充分展示了大桥的建成充分展示了斜拉桥的巨大潜力，使斜拉桥进入以前悬索桥独占的跨径领域。

斜拉桥的巨大潜力，使斜拉桥进入以前悬索桥独占的跨径领域。

1.概述（续）19991999年年55月月11日，位于日本日，位于日本Nishi-SetoNishi-Seto高速公路上的高速公路上的TataraTatara斜拉桥斜拉桥建成，其主跨长达建成，其主跨长达890890米，超过了米，超过了19951995年建成的主跨为年建成的主跨为856856米的法国米的法国NormandyNormandy斜拉桥，成为当今世界上主跨最大的斜拉桥。

斜拉桥，成为当今世界上主跨最大的斜拉桥。

1.概述我国的斜拉桥设计建造技术已跨入世界先进行列：

建成的上海杨浦大桥，跨度达602米，是世界瞩目的叠合梁斜拉桥。

随着一系列跨海通道被列入议事日程，已经开始建造跨径超过1000米的斜拉桥。

斜拉桥是塔、梁、拉索三种基本构件组成的缆索承重结构体系，结构表现为柔性的受力特性。

斜拉桥的设计计算要根据其结构形式、设计阶段