三主缆悬索桥结构体系研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

悬索桥是由主缆、主塔、鞍座、锚碇、吊索等结构构件组成的柔性桥梁(见图1)，成桥时由主缆和主塔承受结构自重，成桥后，结构共同承受外荷载作用，受力按刚度分配[17]。

图1 悬索桥主要结构构造图

随着世界各国经济与建造能力的发展，人民在强调公路桥梁的可建设性与满足使用需求的同时，对桥梁美学提出了越来越高的要求[1-3]。悬索桥凭借其施工技术的成熟、受力形式的合理性、美观的结构造型以及对地形地质较强的适应性在大跨度桥梁中具有强有力的竞争力，备受工程界的青睐[4]。而超大跨度桥梁作为连接两岸的要塞，其必须满足日益增长的公路交通量。

设计者多采用加宽桥面宽度或双层桥面等方案以应对人民对于桥梁功能需求的不断增加，对于宽桥面悬索桥的研究已有一些学者涉及。如Guangpan Zhou and Aiqun Li[5]结合现场实测数据与有限元模拟研究超宽混凝土自锚式悬索桥的静动力特性。世界上最宽的整体式悬索桥南沙大桥(虎门二桥项目)[6] 就是采用加宽钢箱梁的桥面宽度的方法，可是对于普通的悬索桥，设计者不得不增大梁高以解决横桥向跨中下挠等问题，既不经济也影响整体美观。关于双层桥面桥梁的相关研究更是屡见不鲜。Jin Cheng[7]等人利用有限元分析 对三塔悬索桥双层板桁组合钢梁的各部分作为整体在恒载与活载作用下的力学行为进行了研究; S.D. Kwon and S.P. Chang[8]通过风洞试验研究自锚式双层桥面悬索桥的气动力稳定性并对其结果做出解释；Haosu Liu[9]等人通过节段模型风洞试验，给出了双层桁架梁的气动导纳函数；Shirin Alali and Jianzhong Li[10]通过非线性时程分析，评价了不同结构特征对双层桥在横向地震作用下的性能的影响；徐昕宇[15]等人通过节段模型风洞试验，以某双层桥桁架三塔悬索桥为例，对双层桥面桁架梁气动性能做出了。世界跨度最大的双层悬索桥杨泗港长江大桥采用桁架梁以实现双层桥面，可是该类桥梁耐久性不佳，建筑高度比较大，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。

而三主缆悬索桥能够很好的解决上述方案存在的不足，它无需像普通宽桥面悬索桥一样增大梁高以解决横桥向跨中下挠的问题，用钢量也比双层桥面悬索桥小的多。此外，有些桥梁的原有宽度已经难以满足使用上的要求，因此要进行加宽改造。而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[18]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。

可是三主缆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，严重影响桥梁立面的美观。

然而目前关于三索面悬索桥的力学行为的研究却十分罕见。许多学者对于多索面斜拉桥的力学行为做了相应研究，如Yuan Peng and C.S Cai[11]提出了一种全新的分析方法以探究t四索面斜拉桥在设计和施工阶段的空间响应; 易炳疆[12]利用最小势能原理推导三主桁三索面斜拉桥在对称荷载作用下的索力并解释其横向受力原理，其中纵桥向对比了采用刚性支撑连续梁法（见图2）分析与弹性支承连续梁法（见图3）分析的差异，横桥向则采用弹性支承连续梁简化模型（见图4）；耿铁锁[13]同样利用最小势能原理应用于非对称异形塔柱多索面斜拉桥的设计。可是悬索桥与斜拉桥有许多不同之处，以上学者的研究可为本研究提供部分参考，可是无法直接运用于三主缆悬索桥力学行为的研究，因此，我们急切的需要建立一套相对完整的设计理论以使得三主缆悬索桥的恒载在横桥向均匀分配。

在讨论吊点刚度的过程中，需要利用现有悬索桥主缆成桥线形的计算方法，应用于本研究中。目前主要有基于悬索桥力学的解析法和基于有限位移理论的有限元法。本研究拟采用解析法求解成桥线形，关于这方面的研究很多，如唐茂林[14]等发展了悬索桥成桥主缆线形精确计算的分段悬链线法，根据力学平衡条件和变形相容条件，确定各部分的索力和曲线形状，用解析表达式的形式求解主缆成桥线形，由于考虑了索曲线的所有非线性，是一种精确的主缆成桥线形计算方法。部分学者对有关主缆刚度的问题做了一些研究，如柴生波[16]等人以主缆线性为抛物线作为假设，通过变分原理、能量守恒等讨论了主缆对于桥塔的约束作用，并采用有限元模型进行验证。然而有关主缆沿某一吊杆方向刚度的探究却鲜有学者涉及，本研究则将涉及这一部分，此外还将与吊杆轴向刚度对比，以得出吊点处的等效刚度。

[参考文献]

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