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1、解析法计算自锚式悬索桥成桥状态的主缆线形对比分析第3O卷第4期2011年8月兰州交通大学JournalofImnzhouJiaotongUniversityVo1.30No.4Aug.2011文章编号:1OOl一4373(2O11)O4006304解析法计算自锚式悬索桥成桥状态的主缆线形对比分析李子奇,樊燕燕(1.兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室,甘肃兰州730070;2.兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070)摘要:随着工程材料技术的不断发展,桥梁结构设计要满k-if-常的使用要求,也要注重桥梁的美观.由于自锚式悬索桥造型美观的优点,使得自锚式悬索桥在市政桥梁中广泛采用
2、.基于自锚式悬索桥主缆成桥线形为抛物线和悬链线两种解析法计算理论,采用Fortran语言编制的解析法计算程序对成都市清水河自锚式悬索桥成桥主缆线形进行了对比计算分析.算例表明:对自锚式悬索桥采用分段悬链线的计算结果和实际情况最为接近.关键词:自锚式悬索桥;抛物线;悬链线;解析法;成桥状态;主缆线形中图分类号:U448.25文献标志码:A随着新材料新工艺的不断发展,新型大跨度桥梁结构大量应用于线路跨越城市立交,河流,海湾等设计中.自锚式悬索桥因由其独特的结构和受力上的优点,近些年来也大量的应用在城市桥梁中.自锚式悬索桥是把主缆锚固到桥面板或加劲梁的两端.由它们来承担主缆中的水平分力1.主缆提供的
3、巨大水平力相当于间接的给混凝土加劲梁施加了免费的纵向预应力,从而有助于起拱的加劲梁承担荷载L2.自锚式悬索桥的主缆架设是该类桥梁施工的关键.因为,自锚式悬索桥的主缆在架锚固完成后,主缆的长度和线形很难调整.当主缆的制作出现误差时,可以通过锚固处的锚具螺纹进行调整,以达到调整主缆线形的目的3,保证悬索内力和线形符合设计要求.因此,要对自锚式悬索桥的施工过程进行有效的控制.在控制前期必须对桥梁的主缆进行精确计算,确保桥梁成桥后的线形,内力的合理.1工程概况清水河大桥为独塔自锚式悬索桥,跨径布置为(26+270+26)m,桥面宽14.751TI,单向3车道,索塔塔高56.01TI,其中主体结构高40
4、.752ITI,顶部装饰高15.248In.主缆采用预制平行索股逐根架设的施工方法(PPWS),每根主缆由14股127丝5.3mm的镀锌高强钢丝组成,公称抗拉强度为1770MPa.主缆在索夹内空隙率取值为18,直径为246.8mm.其锚固体系采用热铸锚具.清水河桥立收稿日期:20110609作者简介:李子奇(I974一),男,内蒙古武川人,副教授,博士生面图如图1所示.2600l5od124007b(7do12x400Isod26OO一f111砸c龋图1清水河桥立面没有水平方向的荷载,对于图3所示索段微元12,由平衡条件=0,可得H一H.=H,再由平衡条件EY一0,可得下列微分方程:H2学一H
5、1学一一k(1)64兰州交通大学第3O卷式中:为作用于微段上的水平分力.由于d2一dy1一d2Y所以d2y.一(则有1)当q为沿水平方向均布且cU=q为常数时,对式(2)积分可得:一一.+BY一一十m十q(抛物线)理论,当主缆所受荷载沿水平方向均布时,主缆线形为二次抛物线;当主缆所受荷载沿主缆曲线分布时,主缆为悬链线.在实际成桥状态下,主缆受到沿弧长均布的主缆自重和吊索传递的集中力荷载,整个主缆是多段悬链线的组合,因此分段悬链线的计算结果和实际情况最为接近.66兰州交通大学第3O卷表1成桥状态主缆线形比较Tab.1Theeomparnofmaincableconfigurationafterb
6、ridgebeingbuiltm主缆相对主缆中心标高主缆中心标高实际施工主缆相对主缆中心标高主缆中心标高实际施工位置里程(抛物线法)(ft段悬链线法)标高位置里程(抛物线法)(分段悬链线法)标高左锚O92O92言s513.092513.092513.092圆rat息-71.75513.513.513.0921#一55.OO518.453518.601518.5841#55.OO518.453518.601518.5862#一51.OO519.942520.051520.0392#5L0O519.942520.051520.0443#一47.OO521.559521.632521.6203#47
7、.0O521.559521.632521.6264#一43.OO523.303523.344523.3354#43.00523.303523.344523:.3425#一39.OO525.174525.187525.1815#39.OO525.174525.187525?.1906#一35.OO527.172527.165527.1626#35.OO527.172527.165527.1757#一31.OO529.298529.277529.276731.00529.298529.277529.2778#一27.OO531.550531.522531.5158#27.OO531.550531.
8、522531.5259#一23.OO533.929533.901533.8949#23.OO533.929533.9O1533.90110#19.00536.436536.414536.4041O#19.O0536.436536.414536.41911#一15.OO539.070539.060539.065l1#15.00539.070539.060539.07112#11.00541.831541.840541.83812#I1.00541.831541.840541.84013#一7.O0544.719544.751544.74313#7.OO544.719544.751544.765o
9、-o.550.079550.079550.079参考文献:El3OciisendorpJA,BillingtonDP.Self-anchoredsuspensionbridgesJ.JournalofBridgeEngineering,1999(8):151156.2肖海波,俞亚南,高庆丰.自锚式悬索桥主缆成桥线形分析J.浙江大学,2004,38(11):14701473.3张哲.混凝土自锚式悬索桥M.北京:人民交通出版社,2005.E4潘永仁.悬索桥结构非线性分析理论与方法M.北京:人民交通出版社,2004.53陈永健,房贞政.独塔自锚式悬索桥主缆成桥线形分析I-j-.福州大学,2009,3
10、7(4):567571.6-1沈锐利.悬索桥主缆系统设计及架设计算方法研究J.土木工程,1996,29(2):3-9.ComparativeAnalysisofCalculatingtheMainCableShapeofSelf-anchoredSuspensionBridgesinFinishedDeadStatebyAnalyticalMethodLIZiqi,FANYanyan.(1.KeyLaboratoryofRoad&BridgeandUndergroundEngineeringofGansuProvince,LanzhouJiaotongUniversity,Imnzho
11、u730070,China;2.SchoolofCivilEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Imnzhou730070,China)Abstract:Withthedevelopmentofengineeringmaterialtechnology,thebridgestructuredesignnotonlyneedstomeettherequirementsofitsserviceability,butalsorequiresattentionofthebridgeaesthetics.Theself-anchoredsuspensionbridg
12、ehasbeenwidelyusedinmunicipalbridgesforitsattractiveappearance.Basedonthecalculationtheoryoftwoanalyticalmethodswithmaincableshapesofparabolaandcatenaryrespectivelyinfinisheddeadstateofselfanchoredsuspensionbridge,thecalculationprogramofanalyticalmethodcompiledbyFORTRANlanguagehasbeenappliedincompar
13、ativeanalysisoffinishedmaincableshapeoftheQingshuiheself-anchoredbridgeinChengdu.Asaresult,itisshownthatthecalculationresultofself-anchoredbridgewithsegmentalcatenarymethodisclosetothetruesituationmostly.Keywords:selfanchoredsuspensionbridge;parabola;catenary;ana|yticalmethod;deadloadstate;cableconfiguration