大跨度人行悬索桥设计关键技术

中国建筑科学研究院 工程咨询设计院 院长 刘枫

人行悬索桥常用的构件主要是这几种：

  在索的选型时我们应该主要应该考虑哪几方面的问题呢？重点要考虑以下四方面的问题：

  对于一个悬索桥来说，首先要满足受力和刚度的需求，根据需求来进行索的选择

  一般情况人行悬索桥都会建设在山区，那么这个时候我们就要考虑是否能运输？比如说卧在云端的悬索桥：

   他的跨度有300米，单根的主缆长度超过560米，如果我们选择一根大的主缆，这个重量就很难运到山顶上。

   所以，在这种情况下，更合理的选择是选择多股平行钢丝束

   多股平行钢丝束，采用预制平行索股法（PPWS法）架设主缆，在施工现场组缆，整圆并缠丝防腐的方式来解决运输问题

   比如说对于风缆索，一般是架设在空中，也很难在现场进行组缆，那么这种风缆索的选择就会选择一些自身就有很好的抗腐能力的索

   锚固问题和运输问题是有相似之处的，一根大的索很难进行锚固，通常在进入支座之前会进行散索，拔一根索再散成几根，这种情况采用多股平行钢丝束就会更容易实现散索。

所以索的选型我们就要综合考虑这四方面的问题来进行选择

悬索桥的形态可以分为:成桥状态、空缆状态(自由悬挂长度)、无应力状态

悬索桥找形的目的:找到施工开始时的理想状态,经过荷載施加达到理性成桥状态

悬索桥的成桥状态是可以通过力的平衡方程基本确定的

找形原则:建成后在恒载作用(含初应变)下,桥身的挠度和加劲梁内力最小;主缆内力与基本理论基本吻合

采用 ANSYS进行找形的方法:

缆索应变调整法：通过调整缆索施加初应变,使得结构在恒载作用下的挠度和应力最小。(影响矩阵)

坐标更新法:根据初次计算挠度反向调整缆索初始坐标,使得结构在恒载作用下的挠度和应力最小

具体来说：

跨中索找形:临时固定A、B两点,采用上述主缆应变调整法,对跨中悬索进行找形。(注意,该过程只更新AB索的z坐标(坐标更新法))

边跨索找形:去掉A、B两点的临时固定,通过调整边跨索的初应变,使A、B两点的位移为0(注意,该过程只更新边跨索的z坐标(坐标更新法))

桥面找形(即吊索找形):完成上述步骤后,重新计算,得到各吊索下节点的竖向位移,即可推测各吊索的初应变。

上过过程完成后,在“恒荷载+各索初应变”的非线性工况下,全桥位移为0(很小)。

有风缆索的悬索桥找形

重点说明：

风缆索初应变,根据后续分析中,“各荷载组合下,风缆索不退出工作”的条件及变形限制条件确定

人行荷载确定的原则：

1)保证安全

2)经济性

3)应考虑人员聚集的情况

《公路桥涵设计通用规范》JT GD60-2015

《城市人行天桥与人行地道技术规范》CU69-95

1、人群荷载标准值L=3*（20-B）/20，B为半桥宽度(大于4m时按4)(公式适用于100m以上天桥)

2、桥面板按5kN每平方米计算

1、设计桥面板、桥面系和吊索时,取3.5kN每平米

2、整体结构计算时,不应小于2.4KN每平米

人群密集区域3.5kN每平米

《游乐设施安全规范》G88408-2016

按毎人70-75kg确定

风速>15m/s,设施关闭

风荷载取值

1、参考规范《公路桥涵抗风设计规范》《公路悬索桥设计规范》《建筑结构荷載规范》

2、设计中应考虑山峰、山谷修正系数影响,不同风向影响

风致稳定性问题:经验公式及气弹性试验

1、静力稳定性验算:如横向屈曲、扭转发散分析

2、驰振、颤振稳定性分析

3、涡振分析

通常人行悬索桥它的抗风方式有两种：

桥端支座沿纵向释放,横向弹性约束,减少温度影响

观光平台与索塔滑动连接，竖向、横桥向约束位移，减少温度影响