设风缆人行悬索桥合理成桥状态分析方法研究

摘要

人行悬索桥以其跨越能力大、桥型美观、架设方便等优点被大量采用，但其桥面宽度窄，加劲梁宽跨比和高跨比都比公路悬索桥小，为了提高桥梁刚度，增强结构抗风稳定性，需设置初始预紧力较大的风缆，这使该种桥型合理成桥状态的确定比传统悬索桥更为复杂；同时风缆倾角、矢跨比、张拉内力的不同对桥梁整体的影响也不尽相同。针对设风缆的人行悬索桥设计时的以上问题，本文以张家口森林公园人行悬索桥为背景做以下研究： （1）阐述了缆索索力及线形计算的抛物线理论和悬链线理论，介绍了分段悬链线理论数值计算的有效方法，并通过MATLAB编程实现悬索桥主缆线形和内力计算。 （2）阐述了计算主缆线形和内力的非线性有限元法，采用该法能够实现给定容许误差后自动迭代计算，并收敛于主缆实际线形，其优点是不需手动迭代，思路清晰，计算精度高，本法用于工程实例中主缆线形计算是十分便捷有效的方法；提出以总无应力长度作为控制参数计算空间缆索线形的方法，该法设计时只需指定风缆两锚固点坐标和总无应力长度，迭代计算中需引入控制系数保证风缆总无应力长度不变，其优点是避免了指定风缆线形收敛于某指定点带来收敛性差的问题，迭代次数少，收敛精度高，能够通过非线性有限元软件实现自动计算。 （3）结合以上两种方法进而提出了设风缆人行悬索桥合理成桥状态的分步迭代算法，该法把主缆和风缆作为两个子模块，依次迭代计算，直至全桥缆索线形收敛且受力合理时输出计算结果，将该法用于张家口人行悬索桥合理成桥状态的计算，结果表明该法能够按照设计要求准确考虑主缆和风缆对线形与内力的相互影响，高效、自动、方便地得到此类桥型的合理成桥状态，优于多步人工操作的有限元法。 （4）通过以上方法建立大量有限元模型，研究了按照不同倾角、矢跨比、张拉内力设置的风缆对全桥受力的影响，给出工程人员对设风缆的人行悬索桥进行设计时风缆参数的设计原则。

目录

第一个书签之前