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第第期中国铁道科学
斜拉桥的动力分析模型
斜拉索
目前关于索的力学模型处理有两类,一类最为简单,直接处理为弹性直杆单元。这又分
为单直杆和多直杆单元。年首先提出将整根缆索用分段的铰接杆来离散的方法,
缆索的自重和外载作用在节点上,杆的轴向刚度需考虑重力刚度。..曾进行了这种
计算。
另一类是等效弹性模量法,年由... ,之后
等人都推导出等效弹性模量公式。..口证明了以上所有的公式都可
化为公式, 即: ’
一/ · · · /
其中,为等效弹性模量为截面积; 为索的张力;为缆索水平投影长度。
从索的物理意义上讲,由多个小段直杆铰接组成的一根铰接链条最能表现索的承拉不承
压,在自重作用下下垂的本质图。由数学微积分理论,当将索分成由尽可能短的小直杆
组成,并在杆两端加上自重时,其积分结果是可以收敛于自重作用下链条或索结构的精确解。
的。
为分析不同的索处理方法,本文利用大型结构分析程序/ 分别对不同索
的离散方法进行了索长的计算,静力作用下结构内力的计算,动力作用下结构内力的计算。其
中动力分析的动载荷采用在整个频率范围内具有均匀功率谱密度函数的白噪声激励。表给
出了图所示的斜拉索结构分别按等效弹性模量方法、单直杆方法、多直杆方法与将索离散
为个弹性直杆的计算结果的比较情况。计算以结构在自重作用下和索预张拉作用下的平衡
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第期斜拉桥的动力分析模型
状态为初始状态。
圈索的多杆离散示意图图斟拉寰结构的计算圈式
裹不童囊型与个弹性直杆横垂的计算螬幂误差比较
表的计算说明将索划分为个直杆就具有了相当好的精度,而按式的等效弹性模
量法计算其精度只高于单直杆法。因此利用通用程序,直接将索离散为多直杆单元,不仅对
于结构建模要简便得多,而且可以保证较好的计算精度。
塔架
斜拉桥的塔一般是由塔柱、横梁等构成的塔架结构,
有型塔,型塔等型式,塔架结构由一些直梁组成,因
此塔最简便又有效的计算模型是将塔柱、横梁等均视为
梁单元,如图所示。
天津永和桥的设计者曾对主梁、塔的索锚固区进行
了空间应力计算与实验静力与光弹试验分析,其
结论是:在离作用面和以外的截面上,应力
为均匀分布,符合圣维南原理。将塔离散为梁单元,除
斜拉索作用的局部区域以外,是符合塔本身的力学性质
的。对于索锚固的局部区域,需另作局部应力分析。因
此,在结构设计时,一般均已考虑应力集中、劈裂破坏
等影响因素而进行了加强,不影响整体结构的动力特性。图塔架结构计算模型
笔者的研究表明: 型塔,即平行索面斜拉桥,当
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中国铁道科学第卷
结构不存在弹性联接时,
的振型是分开的而对于型塔,不管结构是否存在弹性联接,结构的振动都是三维的,即
三向运动耦台的。因此,若对于型塔的斜拉桥结构将其简化为平面模型上的分析,将会导
致错误的分析结果
综上所述,塔离散为梁单元结构是符合塔的力学性质的;对于型塔,空间分析模型是
十分必要的
主梁
. 主粱的结构型式夏现有主粱计算模型的评述
斜拉桥主梁有全闭口箱形梁截面和开口或半开口分离边箱截面等。
、杨浦大桥。从方便悬臂施工和改善
截面气动性能考虑,大踌度混凝土斜拉桥的主梁也趋于采用二个边梁或边箱的扁平板式截面
。
这种带边梁的开口截面或带分离边箱的半开口截面主梁可看作由加劲梁、横梁和桥面板
组成的主粱结构,如图所示。

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上■糟大轿主集簟一
开口截面或带分离边的半开口截面的主粱结构
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第期斜拉桥的动力分析模型
目前,斜拉桥动力分析可将主梁离散为:
单主梁带刚性短悬臂的鱼骨式模型,如图口,一般用于扭转刚度较大的全闭口
断面的斜拉桥主梁。
双主梁式模型,如图所示。从结构上看来,双主梁模型更接近大部分斜拉桥
结构的力学性质。它一般将主梁截面的质量和刚度平均分配在两纵梁上,用刚性横梁或用实
际的横梁联接但按刚性横梁由于横梁使纵梁的刚度增大,将使结构竖向、横向抗弯刚度及
约束扭转刚度过大。而若仅按实际横梁联接,又使主梁横向连接性减弱这样使双主梁式模
型描述主粱结构的力学性质时,有些不尽人意。
图单、双主粱动力分析模型
年,项海帆、朱乐东等提出的三梁式模型,即将主梁化分为如图所示的三粱
构架,通过建立主梁的刚度、质量等效准则而分配刚度和质量,该