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简述悬索桥静力计算理论的发展 发布时间:2017-05-02 浏览次数:1462
悬索桥静力计算理论的发展大致分为三个阶段:
第一阶段:弹性理论。该理论由法国的纳维尔在伯努利的悬链线缆数学理论和富斯的抛物线理论的基础上,于1823年提出的。该理论主要用于计算悬索桥在竖向荷载作用F内力。它假设主缆线形为二次抛物线;活载作用下主缆的几何线形、长度和挠度不变;吊索不因活载作用而伸长和倾斜;叠加原理仍然成立等。实践证明,弹性理论因为没有考虑悬索桥的几何非线性,其计算结果并不符合实际,其内力计算结果总是偏大,且随跨度的增大误差明显加剧,造成材料的浪费和结构的不合理。但是,包括著名的布鲁克林桥在内,美国19世纪末到20世纪初建造的较小跨悬索桥都是用弹性理论计算的。
第二阶段:挠度理论。由奥地利的梅兰于1888年提出。因为挠度理论的平衡方程是建立在主缆变形后几何位置之上的,考虑了几何非线性和重力对刚度的有利影响,因此其内力计算结果更接近实际值,并明显小于弹性理论的结果,因此可以采用较纤细的加劲梁。20世纪初到20世纪80年代世界各国建造的悬索桥大部分采挠度理论设计,并使悬索桥的跨径很快地突破了1000m大关。挠度理论的主要不足之处包括:它仍然建立在一系列理想化假定之上;只适用于竖直形式吊索的悬索桥,对复杂形式的悬索桥无能为力;只能进行平面内分析,而不能进行空间分析。
第三阶段:有限位移理论。该理论实质上是将无限自由度的悬索桥结构通过相互连接的单元离散成有限自由度的计算模型,是考虑了活载作用对变形影响即几何非线性的位移法,属于有限元方法的范畴。有限位移理论于20世纪60年代由帕格斯利、萨凡等学者提出并发展起来。由于该理论本身是一种严密的分析理论,因而不需要其它理论的那些理想假设,可很好地处理任意结构形式、边界条件、初始条件、作用荷载的悬索桥,也可进行空间三维分析。
在这三种计算理论中,有限位移法的计算精度最高,适应性最广。但由于位移法平衡方程组的求解计算量非常巨大,所以通常必须借助计算机才能完成分析计算工作。
可见,悬索桥的计算理论是朝着更接近实际、更精确的方向发展的。