索支撑桥第十一节2016-12-20

缆索承重桥梁—斜拉桥(十一)1_____________________________王志强，同济大学桥梁工程系，桥梁馆405室联系电话：65987577：Email:wangzhiq@斜拉桥计算特点和方法概述斜拉索的结构特性——索垂度效应有限元法（直接刚度法）计算斜拉桥内力和变形斜拉桥的恒载计算（施工理论计算）斜拉桥的活载内力分析斜拉桥的温度内力计算和考虑收缩徐变影响的恒载内力计算斜拉桥的稳定性及局部应力第一节斜拉桥的静力分析7)斜拉桥的稳定性及局部应力稳定性斜拉桥平面稳定塔、墩的稳定性塔柱及箱梁在横向荷载作用下的弯压稳定计算锚下局部应力计算:先进行整体分析，然后按圣维南假定，取出局部进行局部应力分析主梁及塔柱、索锚固区的局部应力斜拉桥的稳定性地震

桥梁有关的动力荷载类型风船撞活载引起桥梁的振动（车和行人等）其它荷载等（波浪等）

二、斜拉桥的动力分析1）概述台湾集鹿斜拉桥塔科马桥建成于71,1940.建成四个月后，也就是11月7,1940因风引起结构发生颤振而倒塌（风速67公里/小时）。

塔科马桥(Tacomabridge)湖南岳阳洞庭湖大桥船撞试验和理论分析研究UF/FDOTvesselcollisiontestresearchmultiple-spanstructuralanalysismodelTime-domain(time-history)dynamicanalysis车桥耦合振动Ithasbecomemorepopularlyknownasthe'wobblybridge',theonethatwasclosedassoonasitwasopened,becauseitoscillatedhorizontallywhentoomanypeoplewalkedacrossitinunison.NowengineersArupclaimtohavefixedtheproblematacostof£5million.英国伦敦千禧桥（人行桥）

千禧桥,伦敦（人行引起桥梁的振动）

I-10TwinSpansbridge（风暴潮引桥桥梁的毁坏）In2005HurricaneKatrina,thecombinedactionofelevatedwaterlevelandwaveforcesdislodgedmanyspansofI-10Twinspansbridge.Someofthespansweredislodgedbutremainedonthesubstructure;manywerecompletelydislodgedandcollapsed.DislodgedSpansofI-10TwinSpans,LakePontchartrain,Louisiana,HurricaneKatrina,2005WaveTankModelingTest二、斜拉桥的动力分析1）概述（续）引起振动的主要因素车辆引起振动地震风、雨振结构自振频率与周期及振型船撞等springdashpotmass2）动力平衡方程式脊梁式π梁式二梁式斜拉桥动力分析模型动力特性桥例——南京长江二桥南汊主桥第1阶：纵飘振型第2阶：对称侧弯振型

第3阶：对称竖弯振型

第4阶：反对称竖弯振型

3）斜拉桥的风振问题风对桥梁的作用机理与风的自然特性，桥梁自身的动力特性和风与桥梁结构相互作用这三个因素相关，风对桥梁的作用包括静力作用和动力作用两方面。静力作用动力作用桥梁作为一个振动体系，在近地紊流风作用下，产生的风致振动可以概括为6种类型:

风的三分力：顺风向的阻力；垂直桥面的升力以及升力对桥梁重心产生的升力矩。涡激共振：风流经各种断面形态的钝体结构时都有可能发生旋涡的脱落，而出现两侧交替变化的涡激力。当旋涡脱落频率接近或等于结构的自振频率时，将由此激发出结构的共振。抖振：大气中的紊流成分所激起的强迫振动，由于阵风是断续的，也称为抖振。抖振是一种随机性的限幅振动（不致于发散），由于抖振发生的频度高，可能会引起结构的疲劳。过大的抖振振幅会引起人感不适，甚至危及桥上行车的安全。

发生涡振和抖振的风速都在一定的范围，其振幅也是在一定范围内，故也称这两种振动为有限振动。驰振：驰振也是一种危险性的自激发散振动，由于桥梁振动导致气流相对攻角增大，又由于升力曲线的负斜率，使升力减小，相当于又增加了一个加剧振动的气动力，而使桥梁产生像骏马奔驰那样上下舞动的竖向弯曲振动，同样当达到临界风速时，桥梁振幅不断增大而最终导致破坏。颤振：颤振是一种危险性的自激发散振动，当自然风速达到桥梁的颤振临界风速时，自然风给桥梁输入的能量大于桥梁本身的阻尼在振动中所能耗散的能量，导致振幅逐步增大直至最后结构破坏。颤振有扭转颤振和弯扭耦合颤振两种形式。驰振主要发生在斜拉索和非流线型截面的主梁上；颤振主要发生在比较扁平但还不够扁平的主梁截面上。斜拉索的风雨振和尾流驰振：

下雨时，雨水沿斜拉桥拉索下流时的水道改变了原来的截面形状，从圆形异化为类似于结冰电缆的三角形。在一定的临界风速下，拉索会出现振动。在并排拉索的斜拉桥中，处在前排拉索尾流区的后排拉索如果正好位于不稳定的驰振区，后排（下风侧）拉索会比前排（迎风侧）拉索发生更大的风致振动，这就是尾流驰振现象。3）斜拉桥的地震问题地震动地震响应计算分析方法地震动

断层及其断裂机理HangingwallFootwall地震响应计算分析方法静力法反应谱分析方法时程分析法地震响应计算分析方法静力法

反应谱分析方法时程分析法三、斜拉桥实例介绍1）山东济南黄河斜拉桥此桥在济南市北郊跨越黄河，全长2022.4米，混凝土斜拉桥跨径布置为：40+94+220+94+40米，五跨连续混凝土箱梁。

主桥分跨及构造型式每个索塔在一个平面内拉索为11根，全桥共44+2对拉索。索距8米,高强钢丝平行编制成束，每根拉索由4-8束组成。桥塔为塔墩固结门式构造，设三道横梁。

纵向A型塔，能很好的抵抗不平衡弯矩等。主梁为双箱梁，之间用横隔梁联系。采用冷铸镦头锚。施工方法及恒载内力计算索塔采用支架逐段现浇。主梁采用悬臂浇注，每段长度4米。墩顶段采用支架现浇，副孔部分采用搭设临时支架现浇。施工工况见表2-5-1所列。采用一次张拉索力，以后不在调索。徐变次内力在合拢前很小，因此，仅针对合拢后予以计算。活载及其它影响活载内力及挠度计算采用平面杆系有限元计算，空间影响采用横向分布系数予以考虑。温度影响计算了四种情况：体系温差±20℃、梁上下缘温差5℃、塔日照温差±5℃、索梁温差±10℃。各工况内力见右图。2）法国伯劳东纳大桥（143.5+320+143.5）法国鲁昂市附近的塞纳河上，建成于1977年，双塔空心独柱，混凝土箱梁。

主桥构造型式主梁为腹板倾斜的单箱梁，按3米间距设置一对斜撑，连接在顶、底板两端，斜撑内设置轴向预应力筋。。

3）重庆大佛寺长江大桥双塔双索面飘浮体系预应力砼斜拉桥，全桥长1176米，主桥为198m+450m+198m三跨连