纜索承重橋梁之懸索橋構(gòu)造及設(shè)計(jì)計(jì)算方案

1、1同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)2二、懸索橋結(jié)構(gòu)組成、形式、布置和構(gòu)造二、懸索橋結(jié)構(gòu)組成、形式、布置和構(gòu)造 懸索橋的組成懸索橋的組成 懸索橋的形式懸索橋的形式 懸索橋的布置和結(jié)構(gòu)特性懸索橋的布置和結(jié)構(gòu)特性 懸索橋的各部分構(gòu)造懸索橋的各部分構(gòu)造同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)31 1）主纜）主纜2 2）吊桿（索）吊桿（索）3 3）索夾）索夾4 4）加勁梁）加勁梁5 5）橋塔）橋塔5 5）錨碇（用于地錨式懸索橋）錨碇（用于地錨式懸索橋）6 6）塔頂鞍座和散索鞍座）塔頂鞍座和散索鞍座4、懸索橋各部分的構(gòu)造、懸索橋各部分的構(gòu)造同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)4 材料：圬工（古老、小

2、跨簡(jiǎn)易）；鋼筋砼（框架式；實(shí)心矩形或者箱形）；鋼（框架式、桁架式；箱形、多格箱形、H形）。 橋塔縱向結(jié)構(gòu)形式：搖柱塔（擺動(dòng)式）：?jiǎn)沃略O(shè)鉸、塔頂索鞍固定于塔，適于小跨。柔性塔：一般為下端固定式，塔頂水平變位量相對(duì)較大，適于大跨。剛性塔：塔頂水平變位量相對(duì)較小，單柱或者A形，多用于多跨懸索橋的中間塔柱，縱向剛度較大，塔頂位移小從而減小加勁梁內(nèi)的應(yīng)力。5) 5) 橋塔橋塔同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)5 橋塔橫向結(jié)構(gòu)形式：剛構(gòu)式（框架式）：?jiǎn)螌踊蛘叨鄬娱T(mén)架，明快簡(jiǎn)潔。桁架式：若干組交叉的斜桿與水平橫梁組成桁架，施工時(shí)稍顯困難?；旌鲜剑簝H在橋面以下設(shè)置交叉斜桿以改善受力和經(jīng)濟(jì)性能。 塔柱橫

3、向可豎直或者稍帶傾斜（斜柱式）或轉(zhuǎn)折點(diǎn)（折柱式），后兩者穩(wěn)定性能好且較為經(jīng)濟(jì)。 現(xiàn)代認(rèn)為鋼筋砼剛構(gòu)式橋塔是懸索橋的橋塔最佳選擇。現(xiàn)代認(rèn)為鋼筋砼剛構(gòu)式橋塔是懸索橋的橋塔最佳選擇?；⒒㈤T(mén)門(mén)大大橋橋主主塔塔喬治華盛頓橋喬治華盛頓橋同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)6同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)7江陰長(zhǎng)江大橋江陰長(zhǎng)江大橋北塔北塔同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)8香港青馬大橋主塔香港青馬大橋主塔同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)9明石海峽大橋主塔明石海峽大橋主塔同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)10 基本組成：主纜的錨碇架及固定裝置、錨梁、錨碇基礎(chǔ)。基本組成：主纜的錨碇架及固

4、定裝置、錨梁、錨碇基礎(chǔ)。 基本分類(lèi)：重力式錨碇、隧道式（巖錨）錨碇?；痉诸?lèi)：重力式錨碇、隧道式（巖錨）錨碇。 重力式錨碇：依靠錨塊自重來(lái)抵抗主纜的豎直分力，水平分力則由錨重力式錨碇：依靠錨塊自重來(lái)抵抗主纜的豎直分力，水平分力則由錨碇與地基之間的摩阻力（包括側(cè)壁的）或者嵌固阻力來(lái)抵抗。碇與地基之間的摩阻力（包括側(cè)壁的）或者嵌固阻力來(lái)抵抗。 隧道式錨碇（巖洞式）隧道式錨碇（巖洞式）: :主纜散開(kāi)后各索股通過(guò)巖洞中的混凝土錨塊內(nèi)主纜散開(kāi)后各索股通過(guò)巖洞中的混凝土錨塊內(nèi)埋設(shè)的錨梁與拉桿的伸出端連接，并利用預(yù)應(yīng)力工藝調(diào)整松緊。埋設(shè)的錨梁與拉桿的伸出端連接，并利用預(yù)應(yīng)力工藝調(diào)整松緊。 前錨式：主纜采用前

5、錨式：主纜采用PSPS法施工時(shí)的纜索錨固方式，支承（定位）鋼構(gòu)架法施工時(shí)的纜索錨固方式，支承（定位）鋼構(gòu)架與傳力鋼構(gòu)架的結(jié)合。與傳力鋼構(gòu)架的結(jié)合。 后錨式：主纜采用后錨式：主纜采用ASAS法施工時(shí)的纜索錨固方式，鑄鋼索靴與眼桿的結(jié)法施工時(shí)的纜索錨固方式，鑄鋼索靴與眼桿的結(jié)合。合。 5) 5) 錨碇（用于地錨式懸索橋錨碇（用于地錨式懸索橋）同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)11 圖圖a a）為現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)（前錨式）為現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)（前錨式） 圖圖b b）錨固構(gòu)架錨固系統(tǒng)）錨固構(gòu)架錨固系統(tǒng)同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)12AKASHI錨碇錨碇三角形空腹構(gòu)架式重力錨三角形空腹構(gòu)

6、架式重力錨同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)13江陰長(zhǎng)江大江陰長(zhǎng)江大橋北錨橋北錨同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)14 重力式錨碇重力式錨碇（采用較多）（采用較多） 隧道式錨碇隧道式錨碇 重力式錨碇用于持力層位于地表以下重力式錨碇用于持力層位于地表以下20205050米較合理；過(guò)深可以采用米較合理；過(guò)深可以采用深基礎(chǔ)：沉箱、沉井、樁、管柱等。深基礎(chǔ)：沉箱、沉井、樁、管柱等。 隧道式錨碇用于基巖外露處，主纜各索股集中在一個(gè)巖洞內(nèi)錨固。隧道式錨碇用于基巖外露處，主纜各索股集中在一個(gè)巖洞內(nèi)錨固。a）巖洞錨，b）巖孔錨同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)15串聯(lián)懸索橋共用錨墩串聯(lián)懸索橋共用錨

7、墩舊金山海灣橋西橋舊金山海灣橋西橋 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)16日本日本 南北備贊大橋南北備贊大橋串聯(lián)懸索橋共用錨墩串聯(lián)懸索橋共用錨墩同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)176) 6) 塔頂鞍座和散索鞍座塔頂鞍座和散索鞍座索鞍（鞍座）屬于支承主纜的支承件或配件。 類(lèi)型：塔頂主索鞍；支架副索鞍（副鞍座）：邊跨靠近岸端的墩架或鋼排架的頂部，改變主纜在豎平面內(nèi)的傾角。也可不設(shè)。散索鞍座（展束錨固索鞍）：多設(shè)置在橋臺(tái)上，使構(gòu)成主纜的許多鋼絲束股在水平向及豎直向分散開(kāi)的支撐鞍座，并導(dǎo)引各索股入錨固部分。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)18塔頂鞍座和散索鞍座塔頂鞍座和散索鞍座同濟(jì)大學(xué)

8、土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)19主要構(gòu)件：鞍槽、腹板底板和加勁肋板等（腹板傳遞鞍槽壓力，橫肋加強(qiáng)）。布置形式：兩塊斜腹板，大部分鞍下應(yīng)力由斜腹板直接徑塔柱兩側(cè)橫壁板傳給橋塔、單（兩）塊豎腹板：大部分壓力經(jīng)鞍座板間接傳遞給塔柱頂板。塔頂鞍槽的縱向曲率半徑： 縱向圓弧半徑（可為縱向非對(duì)稱(chēng)多段圓?。┎恍∮谥骼|直徑的812倍，入口處鞍槽半徑局部略小以防破壞主纜防腐。鞍槽的截面形狀：配合主纜鋼絲索股的排列形狀。制造方法：全鑄、鑄件鞍槽焊接鋼板（鑄焊）、全焊。塔頂主索鞍塔頂主索鞍江陰主索鞍同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)20構(gòu)造形式 為調(diào)節(jié)主纜在各種條件下的長(zhǎng)度變化，散索鞍由輥軸、搖軸支承，或者作

9、成擺柱構(gòu)件。鞍槽的縱向曲率半徑 入口處鞍槽形狀與塔頂鞍槽相同，出口處略小，要同時(shí)滿足主纜轉(zhuǎn)向和散索的功能要求。鞍槽的截面形狀 配合主纜鋼絲索股的排列形狀。散索鞍：散索鞍：主纜進(jìn)入錨碇之前的最后一個(gè)支撐主纜的構(gòu)件。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)21 加勁梁拼裝施工 纜索施工 橋塔施工三、懸索橋的施工三、懸索橋的施工 錨碇施工 懸索橋適用于超大跨徑橋梁的主要原因，除了其充分利用了材料強(qiáng)度外，還有其獨(dú)特的施工方法。 通常，懸索橋架設(shè)步驟為：塔柱及錨碇施工貓道架設(shè)主纜架設(shè)索夾及吊索安裝加勁梁吊裝架設(shè)等。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)22 橋塔施工橋塔施工同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系

10、王志強(qiáng)23塔柱節(jié)段之間的連接（水平接縫）塔柱節(jié)段之間的連接（水平接縫）波斯普魯斯二橋波斯普魯斯二橋明明石石海海峽峽鋼鋼橋橋塔塔同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)24塔柱底節(jié)與橋墩之間的連接塔柱底節(jié)與橋墩之間的連接同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)25橋塔施工橋塔施工（青馬大橋混凝土橋塔）（青馬大橋混凝土橋塔） 混凝土橋塔施工以就地澆筑為主（爬模、滑模） 塔柱橫向構(gòu)件（橫梁）施工 塔柱與塔墩之間的連接同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)26 錨碇施工錨碇施工巖隧錨碇：巖隧錨碇：當(dāng)河岸有堅(jiān)硬巖石時(shí)，可以采用巖隧錨碇。巖隧錨可以將主纜集中在一個(gè)巖洞內(nèi)錨固，也可以在巖石山開(kāi)鑿多個(gè)巖眼，將主纜

11、分成多股穿過(guò)巖體在錨固室內(nèi)錨固。重力式錨碇：重力式錨碇：設(shè)置在承載力比較好的地基上的重力式錨碇，一般采用明挖的擴(kuò)大基礎(chǔ)。當(dāng)錨碇設(shè)置在軟土層中時(shí)，可以采用大型沉井或地下連續(xù)墻的形式。如江陰大橋北錨碇采用了大型沉井，而日本的明石海峽大橋采用了地下連續(xù)墻。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)27 主纜施工主纜施工 懸索橋主纜施工可分為以下幾個(gè)步驟：懸索橋主纜施工可分為以下幾個(gè)步驟： 1）準(zhǔn)備工程（塔頂?shù)鯔C(jī)、塔頂鞍座等）準(zhǔn)備工程（塔頂?shù)鯔C(jī)、塔頂鞍座等） 2）架設(shè)導(dǎo)索（浮子法、自由懸掛法等）架設(shè)導(dǎo)索（浮子法、自由懸掛法等） 3）架設(shè)牽引索和貓道索）架設(shè)牽引索和貓道索纜索系統(tǒng)施工步驟圖纜索系統(tǒng)施工步驟圖

12、同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)28直升機(jī)架設(shè)法同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)29纜索系統(tǒng)施工步驟圖纜索系統(tǒng)施工步驟圖4）架設(shè)貓道橋面板及橫向天橋）架設(shè)貓道橋面板及橫向天橋5）架設(shè)抗風(fēng)索以及完成貓道，并）架設(shè)抗風(fēng)索以及完成貓道，并架設(shè)主纜（紡線法、改進(jìn)紡線法，架設(shè)主纜（紡線法、改進(jìn)紡線法，預(yù)制平行索股法）預(yù)制平行索股法） 6）將貓道轉(zhuǎn)載于主纜后拆除抗風(fēng)）將貓道轉(zhuǎn)載于主纜后拆除抗風(fēng)索，并架設(shè)豎吊桿。索，并架設(shè)豎吊桿?？癸L(fēng)索抗風(fēng)索同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)30AS法原理 AS法的主要缺點(diǎn)是架設(shè)主纜時(shí)的抗風(fēng)能力較弱以及所需時(shí)間較長(zhǎng)；主纜擠緊后空隙相對(duì)較大； AS法的主要優(yōu)點(diǎn)

13、是索股絲數(shù)多、股數(shù)少，從而錨固空間較小，同時(shí)運(yùn)輸起吊設(shè)備較輕便； 歐美國(guó)家使用較多。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)31空中紡輪和貓道空中紡輪和貓道同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)32主纜架設(shè)主纜架設(shè)同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)33主纜架設(shè)主纜架設(shè) PPWS法的優(yōu)點(diǎn)是避免了現(xiàn)場(chǎng)由鋼絲編成索股作業(yè)，從而加快了主纜施工進(jìn)度；但它要求有大噸位的起重運(yùn)輸設(shè)備和拽拉設(shè)備來(lái)搬運(yùn)；跨越全橋的索股，同時(shí)在貓道上還需設(shè)置導(dǎo)向輪以減小索股受到的摩阻力；受起吊重量的限制，采用PPWS法時(shí)索股中的鋼絲根數(shù)較少，故其股數(shù)較多，需要的錨固空間較大；PPWS法在日本得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，我國(guó)工程師也傾向使

14、用該法。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)34緊纜、纏絲、涂裝緊纜、纏絲、涂裝同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)35 加勁梁拼裝施工加勁梁拼裝施工加勁梁的制造、組拼與運(yùn)輸加勁梁架設(shè)：架設(shè)順序和架設(shè)方法同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)36箱梁和桁架梁拼裝施工箱梁和桁架梁拼裝施工l 加勁梁架設(shè)加勁梁架設(shè)加勁桁架梁吊裝加勁桁架梁吊裝 加勁鋼桁架架設(shè)單元分類(lèi)：?jiǎn)胃鶙U件、平面構(gòu)架和立體節(jié)段。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)37箱梁拼裝施工箱梁拼裝施工 鋼箱梁吊裝鋼箱梁吊裝l 加勁梁架設(shè)加勁梁架設(shè) 主纜是柔索結(jié)構(gòu)，只有部分梁段懸吊在主纜上時(shí)撓度很大，梁段吊裝到位后只能在上緣與相鄰梁段連

15、接形成鉸接，下緣是可以張開(kāi)閉合的；隨著吊裝梁段的增加，主纜的局部撓度減小，加勁梁下緣的間隙逐漸閉合，待梁段全部吊裝完成或大部分完成后，可在相鄰節(jié)段間永久固結(jié)連接；加勁梁的重力完全由主纜承擔(dān)，加勁梁只承擔(dān)梁段內(nèi)的局部彎矩。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)38l 加勁梁架設(shè)加勁梁架設(shè)同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)39四、懸索橋的設(shè)計(jì)四、懸索橋的設(shè)計(jì)加勁梁在活載與其他荷載作用下與主纜共同受力，因此必須與主纜共同考慮，所以懸索橋設(shè)計(jì)按順序包括以下內(nèi)容，先考慮主纜及加勁梁的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)已決定的主纜及加勁梁體系考慮橋塔和錨碇的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行其它輔助構(gòu)件的設(shè)計(jì)。懸索橋設(shè)計(jì)包括：總體設(shè)計(jì)總體設(shè)

16、計(jì)、主塔的設(shè)計(jì)、錨碇設(shè)計(jì)、主塔的設(shè)計(jì)、錨碇設(shè)計(jì)、主纜的設(shè)計(jì)、加勁梁的設(shè)計(jì)等。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)40前期工作三階段設(shè)計(jì)預(yù)可行性研究報(bào)告項(xiàng)目建議書(shū)主管部門(mén)批準(zhǔn)登記可行性研究報(bào)告主管部門(mén)審批設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)初步設(shè)計(jì)建設(shè)單位審批技術(shù)設(shè)計(jì)招標(biāo)文件招投標(biāo)及施工準(zhǔn)備建設(shè)單位審批施工設(shè)計(jì)開(kāi)工報(bào)告施工階段特大橋的設(shè)計(jì)程序同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)41 懸索橋的總體構(gòu)思 懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容 懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算程序懸索橋的總體設(shè)計(jì)懸索橋的總體設(shè)計(jì)同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)421）懸索橋的適用范圍和條件2）懸索橋與其它大跨度橋式的比較選擇3） 懸索橋的美學(xué)比例4）懸索橋總體設(shè)計(jì)的

17、參考數(shù)據(jù)：跨度比，垂跨比，寬跨比，高跨比等 1）邊跨跨徑與主跨跨徑的比例；2）橋下空間形式；3）加勁梁選擇；4）懸索橋的錨碇選擇；5）橋塔選擇。 懸索橋的總體構(gòu)思懸索橋的總體構(gòu)思同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)43同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)44同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)45 懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算1）作用在懸索橋上的荷載有恒載、活載、風(fēng)荷載、地震力、溫度變化等，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，一般把它們簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題或空間問(wèn)題采用各種計(jì)算理論進(jìn)行計(jì)算分析；2）關(guān)于塔，一般將其作為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，在橋軸及垂直橋軸方向分別進(jìn)行分析，對(duì)于柔性塔，由于塔柱的剛度不可能很大，還必須計(jì)算其屈

18、曲臨界荷載；3）對(duì)包括塔、纜索、橋臺(tái)、加勁梁等整個(gè)結(jié)構(gòu)組成的計(jì)算模型進(jìn)行動(dòng)力分析計(jì)算時(shí)，一般采用以有限位移理論為基礎(chǔ)的空間非線性有限元程序計(jì)算；4）與斜拉橋的情況一樣，懸索橋的跨度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出橋規(guī)所規(guī)定的適用范圍。因此，必須制定適用于懸索橋的設(shè)計(jì)規(guī)范。以橋規(guī)中的規(guī)定為基準(zhǔn)，對(duì)一些復(fù)雜項(xiàng)目如活載、撓度容許值、沖擊系數(shù)、屈曲長(zhǎng)度、抗震設(shè)計(jì)、抗風(fēng)設(shè)計(jì)、荷載組合及容許應(yīng)力等進(jìn)行規(guī)定，以規(guī)范為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。5）懸索橋在設(shè)計(jì)的不同階段需要進(jìn)行不同的計(jì)算，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)步驟與其設(shè)計(jì)中所需的各項(xiàng)計(jì)算分述如下:同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)46懸索橋主纜和加勁梁靜力設(shè)計(jì)流程圖懸索橋主纜和加勁梁靜力

19、設(shè)計(jì)流程圖同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)47主纜及加勁梁動(dòng)力設(shè)主纜及加勁梁動(dòng)力設(shè)計(jì)流程（續(xù)）計(jì)流程（續(xù)）同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)48 橋塔的設(shè)計(jì)順序 橋塔的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)根據(jù)主纜加勁梁的結(jié)構(gòu)體系來(lái)進(jìn)行。首先選擇橋塔的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)根據(jù)主纜加勁梁的結(jié)構(gòu)體系來(lái)進(jìn)行。首先選擇橋塔的結(jié)構(gòu)形式，擬定橋塔各組成構(gòu)件的截面尺寸橋塔的結(jié)構(gòu)形式，擬定橋塔各組成構(gòu)件的截面尺寸, ,進(jìn)而進(jìn)行橋塔的設(shè)進(jìn)而進(jìn)行橋塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)流程見(jiàn)右圖所示。計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)流程見(jiàn)右圖所示。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)49橋塔的設(shè)計(jì)流程橋塔的設(shè)計(jì)流程同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)50 懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算程序

20、懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算程序懸索橋的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)的發(fā)展過(guò)程，既與計(jì)算機(jī)的發(fā)展有關(guān)，也與懸索橋結(jié)構(gòu)分析理論的發(fā)展有關(guān)，而更重要的還與懸索橋建設(shè)的實(shí)際需要有關(guān)。這就決定了懸索橋的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)起源于美英，而興盛于日本這樣一個(gè)發(fā)展過(guò)程。據(jù)文獻(xiàn)介紹，開(kāi)始將計(jì)算機(jī)輔助分析應(yīng)用于懸索橋設(shè)計(jì)的是美國(guó)學(xué)者。他們提出的吊桿力法和據(jù)此編制的計(jì)算程序，在曼哈頓橋的加固工程中得到應(yīng)用。但此程序不具通用性。英國(guó)在60年代修建塞文橋時(shí)，將懸索橋當(dāng)作非線性平面框架結(jié)構(gòu)，利用有限位移法作計(jì)算分析， 檢算了具有斜吊桿（索）的塞文橋的設(shè)計(jì)合理性。1966年的里斯本國(guó)際懸索橋會(huì)議促進(jìn)了懸索橋計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算分析的發(fā)展。雖然

21、美國(guó)自那以后再未修建大跨懸索橋，系統(tǒng)的懸索橋軟件開(kāi)發(fā)并未受到重視，但其在理論的研究方面仍處于領(lǐng)先地位，尤其是動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)算方面。英國(guó)自修建塞文橋以后，在懸索橋的設(shè)計(jì)中都采用計(jì)算機(jī)作靜力分析，而進(jìn)行完善的計(jì)算機(jī)動(dòng)力分析較晚。隨后，日本由于修建本四連絡(luò)線，線內(nèi)含有11座懸索橋，所以開(kāi)發(fā)了懸索橋設(shè)計(jì)計(jì)算軟件系列。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)51ABAQUS - Non-Linear F.E. AnalysisADINA - Non Linear F.E. AnalysisMSC Software - Home of NASTRAN and many other programsANSYS -

22、 General Purpose F.E. CSI - SAP 2000 General Purpose Analysis and Design LUSAS Bridge Bridge engineering analysis, design and assessment software MIDAS/Civil Stage Analyses for Post-tensioned, Suspension & Cable Bridges and Design ANSYS/ CivilFEMTDV RM 軟件同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)52 ABAQUS - Non-Linear

23、 F.E. Analysishttp:/ 通用分析模塊 ABAQUS/Explicit: 顯式分析模塊ABAQUS/CAE: 前后處理模塊 ABAQUS/Aqua: 前后處理模塊（海洋工程）ABAQUS/C-MOLD: 水下沖擊模塊 ABAQUS/Design: 優(yōu)化敏感性分析模塊ABAQUS/Safe: 疲勞分析模塊 ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的模擬工程的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題?？赡M任意實(shí)際形狀的單元庫(kù)。并與之對(duì)應(yīng)擁有各種類(lèi)型的材料模型庫(kù)，可以模擬大多數(shù)典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮高彈性的泡

24、沫材料以及類(lèi)似于土和巖石等地質(zhì)材料。作為通用的模擬計(jì)算工具，ABAQUS能解決結(jié)構(gòu)（應(yīng)力/位移）的許多問(wèn)題。它可以模擬各種領(lǐng)域的問(wèn)題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、電子部分的熱控制（熱電耦合分析）、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透/應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。 清華大學(xué)工程力學(xué)系荊沙江斜拉橋Version:6.4同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)53Version:8.3http:/ADINA軟件模塊簡(jiǎn)介ADINA-AUI：前后處理模塊ADINA： 結(jié)構(gòu)分析模塊ADINA-F： 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）求解模塊ADINA-T： 熱分析模塊ADINA-FSI：流體/結(jié)構(gòu)耦合分析模塊（包括熱）ADI

25、NA-TMC：熱/結(jié)構(gòu)耦合分析模塊ADINA-M: 實(shí)體建模模塊 ADINA系統(tǒng)的求解理論K. J. BatheDepartment of Mechanical Engineering, MIT同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)54http:/ 建立在CAE技術(shù)基礎(chǔ)上的耐久性和損傷容限分析;MSC.Marc 是世界領(lǐng)先的有限元分析程序，從簡(jiǎn)單的線性靜力問(wèn)題到復(fù)雜的非線性接觸、屈曲、動(dòng)力學(xué)、熱分析和熱機(jī)耦合問(wèn)題均能求解;MSC.Nastran 是世界上最廣泛被采用的有限元程序，解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、結(jié)構(gòu)線性、非線性、熱、流體和耦合系統(tǒng)等問(wèn)題;MSC.Patran 有限元建模環(huán)境的行業(yè)領(lǐng)先者;MS

26、C.Dytran 仿真極度非線性，瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)，流固耦合問(wèn)題的通用軟件; MSC Software - Home of NASTRAN and many other programs同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)55 CSI - SAP 2000, General Purpose Analysis and Designhttp:/ 王志強(qiáng)56 LUSAS Bridge - Bridge engineering analysis, design and assessment software LUSAS Bridge / LUSAS Bridge plusLUSAS CompositeL

27、USAS Civil & Structural / LUSAS Civil & Structural plusLUSAS Analyst / LUSAS Analyst plus 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)57TDV RM 軟件在懸索橋上的應(yīng)用Ansys 軟件 Ansys軟件屬于大型通用有限元軟件類(lèi)別，可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如土木工程、機(jī)械、電機(jī)工程、航天領(lǐng)域等。因此需要結(jié)合某個(gè)具體的工程問(wèn)題來(lái)講授, 本課程針對(duì)結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域里涉及的問(wèn)題來(lái)講解。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系 王志強(qiáng)58 橋塔結(jié)構(gòu)形式橋塔的設(shè)計(jì)橋塔的設(shè)計(jì) 橋塔的設(shè)計(jì)1 1）橋塔的受力分析）橋塔的受力分析 橋塔的荷載橋塔的荷載 橋塔的設(shè)計(jì)計(jì)算橋塔的設(shè)計(jì)計(jì)算2 2）簡(jiǎn)化算例）簡(jiǎn)化算例同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系