懸索橋的案例
我們還需要建造多少自錨式懸索橋？
從世紀之交開始，在約20年的時間內，自錨式懸索橋在我國得到了飛速發展。今天，中國的自錨式懸索橋數量最多，跨度最大，發展勢頭也可謂一家獨大。可是，全球視野下自錨式懸索橋的發展歷程如何？這種橋式有哪些長處與不足？橋梁設計與施工有什么特點？諸如此類的問題，有必要梳理一二。
什么是自錨式懸索橋？
典型的自錨式懸索橋構成，如圖1所示。一眼看上去，其與傳統的地錨式懸索橋（以下簡稱為懸索橋）相比幾乎一樣，不同的是，自錨式懸索橋的主纜是錨固于主梁（或加勁梁）的兩端，而不像懸索橋那樣固定于錨碇。
圖1 典型的自錨式懸索橋的構成
因主纜錨固于梁端，這就使得自錨式懸索橋的主梁不僅承受豎向荷載，還得承受水平荷載（圖1中箭頭所示），于是，梁的穩定性就成為這一橋式在設計中需要考慮的主要問題。也正因為如此，這一橋式的纜、梁受力互為關聯，設計時需要在主梁穩定性與主纜索力之間尋求平衡。
一般而言，可以把自錨式懸索橋視為懸索橋的一個特例。與懸索橋相比，自錨式懸索橋在外觀上相差無幾，在構造上主纜較柔細而主梁則較剛勁，在受力上則表現為纜-梁組合結構的特點。
順便也討論一下自錨式懸索橋中的“梁”的稱謂。在懸索橋中，加勁梁不是主要承重構件，而在自錨式懸索橋中，梁卻是主要承重構件之一。
展開 獨塔懸索橋平衡狀態
圖3.2 定義建模助手文件信息
最后，保存建模助手文件，點擊確認，得到雙塔三跨地錨式懸索橋模型，如圖3.3所示。
圖3.3 建立雙塔三跨懸索橋模型
3.2 修改模型運行精確平衡狀態分析
通過建模助手得到雙塔三跨懸索橋模型后，確認控制標高是否正確，查看垂度為60.8m，而控制點距離塔頂為DZ=-38.001558m，誤差在1.5mm，滿足要求。
而后將模型中間單元與節點刪除，將右跨單元向左移動300m，形成單塔雙跨懸索橋模型如圖3.4所示。
圖3.4 建立單塔雙跨懸索橋模型
再修改邊界條件，將地錨式該為自錨式懸索，邊界條件如圖3.5所示：注意需要在中間處，建立主梁單元，而后建立剛性連接的約束條件。
圖3.5 定義單塔雙跨懸索橋模型邊界條件
再定義懸索橋分析控制，定義垂點組，如圖3.6所示，定義分析控制數據如圖3.7所示，注意更新節點組要包含垂點組。
圖3.6 定義單塔雙跨懸索橋模型垂點組
圖3.7 定義懸索橋精確平衡狀態分析控制數據
最后點擊確認運行，計算成功，節點坐標及單元內力更新完成。
注：在進行精確平衡狀態分析之前，需要將二期恒載加載在模型上，因為之前建模助手生成的模型，直接是以自重和二期恒載共同作用計算的，如果此處不把二期鋪裝荷載加上，會導致計算不收斂。
3.3 驗證平衡狀態
最后利用精確平衡狀態分析完的模型，建立施工階段，同時需要注意，把自重的荷載工況，由恒荷載修改成施工階段荷載，同時刪除懸索橋分析控制數據，定義施工階段非線性分析控制，選擇獨立模型，考慮平衡單元節點內力，運行分析，查看在恒載作用下，結構的位移如圖3.8所示，位移誤差在0.001mm，精度滿足要求。
展開 基于SiPESC.OPT的懸索橋優化設計
研究背景及意義
懸索橋作為大跨度橋梁結構最適當的形式，由于其美觀的外形，合理的受力，便捷的施工，在超1000m跨徑的橋梁結構中，懸索橋幾乎是唯一可選用的橋型，在工程橋梁中占據很重要的地位。懸索橋是一種很復雜的橋梁形式，在懸索橋的強度設計中，材料、形狀、尺寸、詳細結構等必須最后被確定，這些參數的確定，過去主要靠設計人員的經驗及參考已有的設計實例，設計是否最優，缺乏理論上的根據。而現在基于SiPESC.OPT對懸索橋結構進行優化設計
算例演示
以某懸索橋為例，該懸索橋的初始模型如下圖1，進行優化設計。
首先是初步優化，之后進行精確優化。
初步優化我們選取吊桿間距a、邊跨長度L1、吊桿個數作為設計變量，由于中跨長度不變，所以吊桿間距a、邊跨長度L1又由邊跨吊桿個數n，半中跨吊桿個數m相關，因此初步優化選取m、n作為設計變量，在滿足幾何、應力、變形約束的前提下，以整橋造價最經濟為目標。
展開 超大跨懸索橋 ANSYS 建模案例 ￥49.9
該案例不僅能用于懸索橋恒載分析，還可作為索力優化、施工階段模擬及結構非線性特性研究的基礎模型。
1.5. 適用對象
該案例適用于以下類型的用戶：
從事橋梁結構設計與仿真的工程技術人員；
需要建立大跨懸索橋模型進行線形、索力或穩定性研究的工程師；
學習或進階使用 ANSYS APDL 的結構分析人員。
通過該模型，用戶可快速理解懸索橋結構體系的受力規律，并掌握魚骨梁建模方法在超大跨結構中的應用。
1.6. 可擴展研究方向
在該模型的基礎上，可進一步開展以下研究或仿真分析：
懸索橋恒載與活載組合工況分析；
索力優化與結構內力平衡研究；
施工階段模擬及成橋線形控制分析；
溫度荷載、風荷載作用下的非線性響應研究；
主纜與加勁梁協同受力性能分析；
結構參數敏感性分析與設計優化。
模型框架開放，可根據研究需求添加附屬結構、荷載類型或施工步驟，擴展性強。
1.7. 案例總結
懸索橋作為典型的超大跨橋梁結構，其受力體系復雜、幾何非線性顯著，對有限元建模的精度和穩定性要求較高。本案例基于 ANSYS APDL 平臺，采用魚骨梁建模思路，結合 BEAM188 與 LINK180 元素的特性，構建了一個精細、穩定、可擴展的懸索橋仿真模型案例。該模型提供了一個開箱即用、萬變不離其宗的基礎案例。主纜精細化找形筆者也開發了一個單獨的軟件，有興趣的可以私信一起討論。
展開 
關于MIDAS/Civil懸索橋分析的一些功能說明
1）建模助手的功能
使用簡化方法計算獲得索的水平張力和主纜的初始形狀，利用懸索單元的柔度矩陣重新進行迭代分析。當獲得了所有主纜單元的無應力長之后，則構成由主纜和吊桿組成的索的體系，即，主纜兩端、索塔墩底部、吊桿下端均按固接處理。當將無應力索長賦予懸索單元時，將產生不平衡力引起結構變形，然后通過坐標的變化判斷收斂與否，當不收斂時則更新坐標重新計算無應力索長直至收斂，建模助手分析結束。
2）懸索橋分析控制
以建模助手生成的主纜坐標、無應力索長、水平張力為基礎進行懸索橋整體結構的初始平衡狀態分析。
對于地錨式懸索橋，其通過建模助手建立的模型，若小范圍地調整加勁梁，對索的無應力長度和主纜坐標影響不是很大，因此一般來說直接采用建模助手的結果即可，當需要做精密的分析時也可采用懸索橋分析控制功能進行第二階段分析。
而自錨式懸索橋，由于其加勁梁受較大軸力的作用，加勁梁端部和索墩錨固位置會發生較大變化，即主纜體系將發生變化，所以從嚴格意義來說建模助手獲得的索體系和無應力長與實際并不相符。因此必須對整體結構重新進行精密分析。其過程如下：將主纜和吊桿的力按靜力荷載加載到由索塔墩和加勁梁組成的桿系結構上，計算加勁梁和索塔墩的初始內力，并將其作用在整體結構上。通過反復計算直至收斂，獲得整體結構的初始平衡狀態。（參考MIDAS主頁技術資料《自錨式懸索橋的計算》）
3）對于初始荷載的說明
從671版本開始，在“荷載/初始荷載”中，分為大位移和小位移兩項，其內又分為幾何剛度初始荷載、平衡單元節點內力、初始荷載控制數據、初始單元內力共4項內容。其作用分別如下：
l 大位移/幾何剛度初始荷載：
描述當前荷載作用之前的結構的初始狀態。可由懸索橋建模助手自動計算給出結構的初始平衡狀態。
展開 設計世界上最長的懸索橋時該如何應對空氣動力問題
對更長、更耐久、更穩定、更經濟的懸索橋的需要，迫使我們在橋梁設計中要更加重視空氣動力穩定性方面的研究。最新的建筑規范、風洞和高級傳感器技術都是這方面研究的必要工具。一個世紀之前，重力是當時橋梁工程師主要考慮的自然力。但隨著城市的擴張，對更長、更耐用、成本更低橋梁的需求，使得結構力學和材料科學同樣成為橋梁工程的重點，以便橋梁在重力作用下承受公路或鐵路的荷載。對于不斷突破更大跨度的懸索橋而言，對風的力學研究正在變得不容忽視。
談到橋梁設計的演進，隨著我們對結構工程理解的加強、工藝材料的發展，更高效、更合理橋型的相繼出現。我們能夠建成跨徑更長的橋梁——懸索橋就是一個有利的佐證。一般的懸索橋由相對較少的構件組成: 由垂直吊索吊裝的橋面板，吊索由主纜承載，用于承載公路和鐵路交通。懸索橋一般有兩個橋塔，用以支撐主纜到足夠的高度，使主纜具有必要的承載力。懸索橋的簡易性造就了它的經濟高效，并賦予了這座橋修長、優雅的外觀，就像公路漂浮在水面上一樣。然而，所有的創新也都有代價。對于懸索橋來說，由纜索產生的高柔性結構使其易受到風的侵害。
橋梁空氣動力學的研究為更長、更穩定的懸索橋鋪平了道路
規劃橋梁的抗風性能需要進行嚴謹的空氣動力學研究。在大型風洞中用微縮模型進行空氣動力試驗，模型需要再現原型橋的幾何形狀、剛度和質量等特性。風洞試驗通常輔以計算機仿真技術以確定最佳的橋面幾何形狀。
強風導致的橋體扭曲運動可以使一座大橋在不到一小時的時間內完全垮塌。
展開 『轉貼』關于MIDAS/Civil懸索橋分析的一些功能說明
1）建模助手的功能
使用簡化方法計算獲得索的水平張力和主纜的初始形狀，利用懸索單元的柔度矩陣重新進行迭代分析。當獲得了所有主纜單元的無應力長之后，則構成由主纜和吊桿組成的索的體系，即，主纜兩端、索塔墩底部、吊桿下端均按固接處理。當將無應力索長賦予懸索單元時，將產生不平衡力引起結構變形，然后通過坐標的變化判斷收斂與否，當不收斂時則更新坐標重新計算無應力索長直至收斂，建模助手分析結束。
2）懸索橋分析控制
以建模助手生成的主纜坐標、無應力索長、水平張力為基礎進行懸索橋整體結構的初始平衡狀態分析。
對于地錨式懸索橋，其通過建模助手建立的模型，若小范圍地調整加勁梁，對索的無應力長度和主纜坐標影響不是很大，因此一般來說直接采用建模助手的結果即可，當需要做精密的分析時也可采用懸索橋分析控制功能進行第二階段分析。
而自錨式懸索橋，由于其加勁梁受較大軸力的作用，加勁梁端部和索墩錨固位置會發生較大變化，即主纜體系將發生變化，所以從嚴格意義來說建模助手獲得的索體系和無應力長與實際并不相符。因此必須對整體結構重新進行精密分析。其過程如下：將主纜和吊桿的力按靜力荷載加載到由索塔墩和加勁梁組成的桿系結構上，計算加勁梁和索塔墩的初始內力，并將其作用在整體結構上。通過反復計算直至收斂，獲得整體結構的初始平衡狀態。（參考MIDAS主頁技術資料《自錨式懸索橋的計算》）
3）對于初始荷載的說明
從671版本開始，在“荷載/初始荷載”中，分為大位移和小位移兩項，其內又分為幾何剛度初始荷載、平衡單元節點內力、初始荷載控制數據、初始單元內力共4項內容。其作用分別如下：
l 大位移/幾何剛度初始荷載：
描述當前荷載作用之前的結構的初始狀態。可由懸索橋建模助手自動計算給出結構的初始平衡狀態。
展開 基于LS-DYNA雙塔懸索橋吊纜斷裂引起整橋坍塌傾覆動力學仿真
基于LS-DYNA雙塔懸索橋吊纜斷裂引起整橋坍塌傾覆動力學仿真
葉小軍
摘 要:懸索橋的主纜通過索塔固于兩端，對主梁施加巨大的水平分力，如果支撐主梁的吊索發生斷裂，可能導致主梁破壞,進而導致橋梁整體垮塌。隨著使用時間的增長，吊索因腐蝕而承載力降低，可能發生突然斷裂，使結構發生劇烈振動，導致結構內力變化較大，危及橋梁安全。
關鍵詞: 懸索橋 吊纜斷裂 傾覆
一、仿真背景
本仿真以一座主跨750米的混凝土雙塔懸索橋為研究背景，利用動力分析方法,采用空間有限元模型，研究了單側少量吊索突然斷裂對結構受力的影響。仿真表明：懸索橋吊索斷裂對相鄰吊索的拉力、主梁豎向彎矩、主梁扭矩、索塔順橋向彎矩、支座反力影響很大。單側相鄰三根吊索相繼斷裂,會使相鄰其他吊索的拉力達到初始拉力的3.0倍以上，如果設計采用的吊索安全系數較低,或吊索出現普遍腐蝕,單側相鄰三根吊索斷裂會導致橋梁整體垮塌。
二、前處理
1、單元特性
使用了三維桿單元(LINKl60)、三維梁單元(BEAMl61)，可在單元中施加預應力。
2、材料特性
LS-DYNA程序中有200多種不同的材料模型，可用來模擬各類實際的工程材料，本仿真主要用混凝土和JH材料，并考慮材料的失效。
3、建模型
全橋模型構件多，過程復雜，主要考慮運用APDL建模
4、網格劃分
分主纜、吊纜、橋塔，桁架等部分,共30個PART。
展開 civil 求解空間索面懸索橋平衡狀態
civil 求解空間索面懸索橋平衡狀態
midas Civil
midas Civil是橋梁領域通用結構分析及設計系統，它具有直觀的操作界面，并且采用了尖端的計算機顯示技術。midas Civil集成了靜力分析、動力分析、幾何非線性分析、屈曲分析、移動荷載分析、PSC橋分析、懸索橋分析、水化熱分析等分析設計功能。
具體問題：
利用Civil求解空間索面懸索橋平衡狀態
解決方法：
一、利用建模助手建立初始模型
本題為雙塔三跨空間索面地錨式懸索橋，跨徑組合為112.5m+300m+112.5m=225m，單跨的吊桿間距為9@12.5m，中跨吊桿間距為24@12.5m，該橋加勁梁自重為95.58kN/m，橋面二期為26.5kN/m，故橋面系恒載為122.08kN/m。
定義建模助手文件數據如圖1所示：
圖1 懸索橋建模助手數據定義示意圖
注意：
1） 橋面系荷載為梁體自重+二期恒載的總和，此處一定要準確輸入；
2） B點的橫坐標，主要定義的主塔上主纜的橫橋向偏移量，本例題中主塔上索鞍的間距為8m，故B點橫坐標為（28-8）/2=10m；
3） 準確輸入吊桿的間距，程序會自動生成空間吊桿坐標；
最后形成初始模型如圖2和圖3所示：
圖2 初始模型三維軸測圖
圖3 初始模型俯視圖
二、修改模型進行精確平衡分析
由于生成模型，邊跨主纜的橫向間距與中跨主纜的間距相同，而實際橋面邊跨的主纜間距更大，為32m，因此需要修改邊跨主纜的坐標，而后再補充定義主塔處的主梁單元，最后定義二期恒載及懸索橋分析控制數據，進行平衡狀態分析。
1）修改邊跨主纜坐標：初步計算邊跨主纜平移的如圖4所示，將各主纜節點坐標按如圖4數值進行修改，修改后結構模型如圖5所示。
展開 『下載』自錨式懸索橋的計算
使用精確分析方法確定自錨式懸索橋三維形狀
2. 三維懸索橋建模助手(索體系平衡狀態)
2.1 簡化的索體系平衡狀態分析方法(Ohtsuki方法)
2.1.1 豎向平面內分析
2.1.2 水平面內分析
2.2 精確的索體系平衡狀態分析方法
3. 懸索橋分析控制(整體結構體系平衡狀態)
自錨式懸索橋的計算.pdf
JTG-公路懸索橋設計規范
JTG-公路懸索橋設計規范公路懸索橋設計規范
Design specification for highway
suspension bridge
（報批稿）
主編單位：中交公路規劃設計院
批準部門：中華人民共和國交通部
試行日期： （待定）
JTG-公路懸索橋設計規范.pdf
懸索橋主塔結構的有限元模擬方法研究
文獻將在本文基礎之上, 對初始有限元模型進行參數修正, 并與實測結果對比來驗證模型的正確性, 從而最終建立潤揚懸索橋主塔結構的基準有限元模型。
懸索橋屈曲分析.
懸索橋屈曲分析
具體問題：
如何對懸索橋進行屈曲分析？
解決方法：
a) 懸索橋的屈曲分析可考慮兩部分荷載。即，成橋時的恒載和對于成橋狀態（初始狀態）作用的其它荷載（風載、移動荷載等）。其穩定系數的意義應該是成橋時作用的恒載不變，此時其它荷載作用多少倍時結構發生屈曲；
b) MIDAS/Civil目前提供兩種屈曲分析功能，線彈性屈曲分析和幾何非線性的屈曲分析；
c) 進行線彈性屈曲分析，在“分析/屈曲分析控制”對話框中，添加成橋后的荷載工況后進行分析即可。此時對于恒載的作用效應，程序會根據與成橋狀態對應的初始單元內力來考慮，因此注意不要將恒載也添加進去；
圖1.1 屈服控制
圖1.2非線性分析控制
d) 進行幾何非線性的屈曲分析，需進行幾何非線性分析。即在“分析/非線性分析控制”中，將要考慮的其它荷載工況添加到非線性分析荷載工況中，并定義荷載加載步驟數量和系數。此時對于恒載的作用效應，程序會根據與成橋狀態對應的幾何剛度初始荷載來考慮，因此注意不要將恒載也添加進去。幾何非線性分析后，可以使用“結果/階段步驟時程圖形”來查看荷載系數與位移的變化曲線，并通過判斷曲線斜率的突變點以及與其對應的荷載系數求出穩定系數。
來源： MIDAS邁達斯官方平臺
展開 世界最大公鐵兩用懸索橋鋼梁架設，每節重量堪比20節高鐵車廂！
12月12日上午11時，由中鐵大橋局承建的連鎮鐵路鎮江五峰山長江大橋首個邊跨大節段鋼桁梁架設成功，標志著我國首座公鐵兩用懸索橋進入鋼梁架設階段。
作為連鎮鐵路跨越長江的關鍵工程，五峰山長江大橋將是世界上跨度最大、運行速度最快、運行荷載最大的公鐵兩用懸索橋。大橋全長6.409公里，主跨1092米，一跨過江，下層為4線高速鐵路（預留兩線），設計時速250公里；上層為雙向8車道高速公路，設計時速100公里。
▲12月10日五峰山長江特大橋首節段開始發運
▲大節段滾裝現場
五峰山長江特大橋由中國鐵路上海鐵路局集團有限公司建設、中鐵大橋勘測院設計、中鐵大橋局集團施工。五峰山長江大橋首個邊跨大節段鋼桁梁由中鐵寶橋（揚州）公司承制。
五峰山公鐵大橋是連淮揚鎮鐵路和京滬高速南延的關鍵節點工程。主橋采用跨度1092m的鋼桁梁懸索橋，是我國首座超千米跨徑公鐵兩用懸索橋，建成后是當今世界荷載最大、設計速度最快的公鐵兩用懸索橋。
五峰山長江大橋全橋共有鋼桁梁節段53個，其中主跨鋼桁梁37個，兩側邊跨鋼桁梁各8個。本次架設的為大橋南岸邊跨鋼桁梁，重1170噸，堪比20節高鐵車廂。
▲大節段鋼桁梁架設
大橋鋼梁吊裝節段重量大，最重節段鋼桁梁重近1800噸，相當于1200輛小汽車重量之和。為進一步提高鋼梁架設的安全性，加快施工進度，大橋鋼桁梁結構采用工廠化兩節段鋼梁整體制造工藝。
▲五峰山長江大橋邊跨大節段鋼梁架設
公路層和鐵路層的節段鋼梁在工廠通過焊接拼裝成一個整體節段后，由10000噸運輸船運輸至施工現場，再使用2500噸浮吊進行吊裝作業，吊具足以安全吊起2000噸重量。
展開 中企在北極圈里建成最大跨徑懸索橋，五星紅旗飄揚在大橋上！
這座大橋是挪威第二大跨徑橋梁，也是北極圈里最大跨徑的懸索橋，在全球同類橋型中排名第17位。挪威哈羅格蘭德大橋，由中國企業承建！
