[发明专利]一种三主缆悬索桥恒载横桥向均匀分配方法

说明书

本发明公开了一种三主缆悬索桥恒载横桥向均匀分配方法，包括以下步骤：首先根据刚性支承连续梁法计算各支点反力；其次根据算得的支点反力，确定沿纵桥向该支点所承担的荷载区间，并用一根横梁对该区间等效替代；再在横桥向，计算每一根吊杆的吊杆力，并利用弹性支承连续梁法，计算横梁每一截面弯矩，进而计算出横梁各截面的转角和挠度；然后根据变形协调、对称及功能原理等条件列出三吊杆刚度所需满足的两个方程；最后确定三吊杆中任意一根吊杆的刚度，即可根据方程确定另两吊杆刚度。本发明通过改变吊杆轴向刚度使得横桥向三根吊杆的轴力相等，进而可以使得三根主缆的横截面以及线形相同，无论从横截面还是立面均增加了桥梁和谐统一的美感，同时，提高边主缆承重，亦可有效提高全桥的抗扭刚度。

技术领域

本发明属于桥梁设计领域，特别涉及一种三主缆悬索桥恒载横桥向均匀分配方法。

背景技术

随着我国交通事业的发展,公路交通量不断增长，人民对于道路与桥梁功能需求不断增加，设计者可采用桁架梁以实现双层桥面来满足交通需求，如武汉的杨泗港长江大桥。可是该类桥梁建筑高度大，桥面相对较窄，横向刚度小，且用钢量大，无论从成本还是桥梁美学的角度，均存在难以忽视的缺陷。另一解决方案是加宽钢箱梁的桥面宽度，而对于普通的悬索桥，设计者不得不增大梁高以解决横桥向跨中下挠等问题，既不经济也不美观，三索面悬索桥可以很好的解决上述问题。

此外，有些桥梁原有宽度己不能满足使用上的要求,因此要进行加宽改造，三索面支撑的悬索桥能够较好的适应桥面加宽等改造问题，如德国的罗登基兴悬索桥就是利用一根超静定主缆,以较轻的钢桥面代替原有混凝土桥面,将该桥加宽一倍,使之成为一座由三个索面支承的悬索桥。

三索面悬索桥由于其自身的结构特点，在横桥向三吊杆刚度相等时，自重作用下中吊杆受力较边吊杆大，因此中主缆较边主缆截面大，受力较小的边主缆对全桥抗扭刚度贡献较小，钢材未很好的发挥其作用。此外，吊杆力的不同会进而导致主缆线形的不同，严重影响桥梁立面图的美观。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提供一种外形美观，提高边主缆承重，可有效提高全桥的抗扭刚度的三主缆悬索桥恒载横桥向均匀分配方法。

技术方案：本发明提出一种三主缆悬索桥恒载横桥向均匀分配方法，包括如下步骤：

(1)在纵桥向，利用刚性支撑连续梁法，计算得出支点反力；

(2)根据步骤(1)算得的支点反力，确定沿纵桥向该支点所承担的荷载区间，并用一根横梁对该区间等效替代；

(3)利用横桥向三吊杆力相等的假定，根据步骤(1)算得的支点反力求出每一吊杆力；在横桥向，利用弹性支承连续梁法，计算横梁每一截面弯矩；根据挠曲线近似微分方程，并利用第一、二吊点处变形协调条件，计算出横梁各截面的转角和挠度；

(4)根据第三吊点处变形协调，构建三吊杆刚度所需满足的方程；对于横截面对称的桥梁，构建补充两边吊杆刚度相等条件的方程；对于横截面非对称的桥梁，利用功能原理，构建补充三吊杆刚度所需满足的方程；

(5)确定三吊杆中任意一根吊杆的刚度，即可根据前述方程计算得到另两吊杆刚度。功能原理具体为：横梁自重等效荷载集度在横梁挠度方向做的功等于吊杆弹性势能增量与横梁弯曲势能增量之和。

进一步的，所述步骤(1)中计算得出支反力的具体步骤如下：获取三索面悬索桥主梁沿纵桥向的材料特性、截面面积，建立一个与三索面悬索桥主梁横截面特性一致的刚性支撑连续梁，悬索桥的吊杆可简化为连续梁的支座；此时，利用力法等方法算出该连续梁的支反力。

进一步的，所述步骤(2)中确定沿纵桥向该支点所承担的荷载区间，并用一根横梁对该区间等效替代的具体步骤如下：根据步骤(1)计算得到的支反力，由竖向力平衡确定支点承受荷载的区间，并获取三索面悬索桥主梁在支点承担区间内沿横桥向的材料特性、截面面积，建立一个与三索面悬索桥主梁在区间内沿横桥向截面特性一致的横梁。