纜索吊裝系統(tǒng)主索的受力與變形計(jì)算

陳俊松，劉飛

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纜索吊裝系統(tǒng)主索的受力與變形計(jì)算

陳俊松，劉飛

（無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，江蘇 無(wú)錫 214153）

針對(duì)目前懸索理論復(fù)雜、不便于施工技術(shù)人員掌握的特點(diǎn)，本文提出了一種計(jì)算纜索吊裝結(jié)構(gòu)受力和變形的簡(jiǎn)易方法，并應(yīng)用該方法進(jìn)行了案例分析，準(zhǔn)確計(jì)算出主索系統(tǒng)的拉力、撓度和安全系數(shù)，驗(yàn)證了該方法的有效性. 本文提出的簡(jiǎn)易計(jì)算方法有助于施工單位設(shè)計(jì)纜索吊裝系統(tǒng)，還可用作施工現(xiàn)場(chǎng)控制的依據(jù)，提高施工的安全性.

纜索吊裝系統(tǒng)；主索；受力；變形

纜索吊裝是常見(jiàn)的吊裝系統(tǒng)，主要用在深谷、急流等地勢(shì)險(xiǎn)惡，不便于采用其他吊裝方法的場(chǎng)地[1,2]. 近年來(lái)，這種施工方法除應(yīng)用于傳統(tǒng)的橋梁施工，也用于一些大型建筑物的施工. 纜索吊裝系統(tǒng)由主索、起重索、牽引索、塔架和錨固系統(tǒng)構(gòu)成，其中主索的受力和變形分析是整個(gè)纜索吊裝系統(tǒng)的關(guān)鍵[3,4].

目前，對(duì)于主索的受力和變形計(jì)算一般采用基于懸索橋理論的解析法和有限元法[5-7]. 這兩類方法的計(jì)算精度高，但比較復(fù)雜，不便于一線施工技術(shù)人員掌握，這也在一定程度上限制了此類施工方法的大規(guī)模應(yīng)用. 本文基于懸索線型基本理論，采用靜力平衡的方法提出一種簡(jiǎn)易的纜索吊裝主索受力與變形的計(jì)算方法，以期為纜索吊裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù).

1 理論推導(dǎo)

首先忽略索的彈性變形，假設(shè)索型為拋物線型，按靜力平衡方程，針對(duì)有荷載和無(wú)荷載兩種情況，分別考慮索的受力和變形. 然后采用修正計(jì)算結(jié)果的方法來(lái)考慮索的彈性變形情況.

1.1 無(wú)載荷計(jì)算

1.1.1 單跨情況

假設(shè)懸索的自重沿水平軸均勻分布，并滿足拋物線方程，見(jiàn)圖1，則：

1.1.2 雙跨情況

圖2 雙跨無(wú)荷條件下索的受力示意圖

由公式（4），可得：

1.2 有荷載計(jì)算

1.2.1 單跨情況

圖4 雙跨集中荷載條件下索的受力示意圖

1.2.2 雙跨情況

受力示意圖如圖4所示，由公式（4）可得兩跨的無(wú)荷懸索長(zhǎng)度為：

設(shè)懸索受荷前后其長(zhǎng)度不變，則：

1.3 懸索的補(bǔ)正計(jì)算

2 案例分析

圖5 某吊籃系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2.1 計(jì)算步驟

按前述理論分析，案例的計(jì)算步驟如下：

6）計(jì)算安全系數(shù)

各種情況下的撓度可由撓度系數(shù)得到，見(jiàn)公式（3）.

2.2 計(jì)算結(jié)果

表1 主索計(jì)算結(jié)果

從表1可以看出，隨著撓度的增大，索的拉力逐漸減少，安全系數(shù)不斷提高. 因此，可以根據(jù)施工需要選擇一個(gè)安全系數(shù)，并利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行拉力控制. 主索撓度的理論值也可與實(shí)際值進(jìn)行比較，以充分保證施工的安全.

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用靜力平衡方程，并假設(shè)索的線性為拋物線，提出一種主索受力和變形的簡(jiǎn)易計(jì)算方法. 從案例分析的結(jié)果來(lái)看，該方法能得到主索的拉力、跨中的撓度和安全系數(shù)，能方便地對(duì)纜索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工控制，適用于一些簡(jiǎn)易的纜索吊裝工程. 在以后的研究中，可將此計(jì)算方法同其他有限元方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程和參數(shù)，以方便工程應(yīng)用.

[1] 包立新，喻遠(yuǎn)良，林惠瑜. 索道吊裝技術(shù)在懸索橋施工中的應(yīng)用[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2001, 20(3): 4-6.

[2] 郭愛(ài)兵，朱淑坤. 懸索吊裝技術(shù)應(yīng)用[J]. 河北水利水電技術(shù)，2004(2): 40-42.

[3] 劉延華. 簡(jiǎn)支梁纜索吊裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，1997, 56(4): 19-27.

[4] 彭九州，黃太高，余錢(qián)華，等. 雙跨118m鋼筋混凝土箱形拱橋單肋吊裝施工技術(shù)[J]. 中外公路，2005, 25(2): 104-106.

[5] 趙朝陽(yáng)，楊文爽，李傳習(xí)，等. 纜索吊裝主索系統(tǒng)的受力分析算法與工作性能[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010, 35(4): 615-620.

[6] 盧春玲，王強(qiáng)，鄧康成. 龍勝巖門(mén)索橋懸索計(jì)算[J]. 桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004, 24(1): 48-51.

[7] 齊東春，沈銳利. 懸索橋空間纜索主纜線性的計(jì)算方法[J]. 鐵道建筑，2013(4): 13-16.

[責(zé)任編輯：韋 韜]

Calculation of Stress and Deformation of Main Cables in Cable-hoisting Systems

CHENJun-song, LIUFei

(Wuxi City College of Vocational Technology, Department of Architecture Engineering,Wuxi 214153, China)

Given the fact that most of the popular theories of suspension cables are complicated and hard for constructors to control, this paper proposes a new and simple method to calculate the stress and deformation of cable-hoisting systems. A construction case is presented based on this new method. Tensile force, deflection and security coefficients are calculated accurately to verify the validity of the method. With this calculation method, both deformation and security coefficients of main cables in the cable-hoisting system with different tensile force can be obtained to help construction entities to choose the suitable suspension cable structure. The proposed method is believed to help construction entities to design cable hoisting systems and can serve as the basis for construction field control to improve construction safety.

cable-hoisting systems; main cables; stress; deformation

1006-7302（2014）04-0037-06

TU311.4

A

2014-04-11

江蘇省高職院校高級(jí)訪問(wèn)工程師資助項(xiàng)目（2013FG004）；無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)重點(diǎn)課題項(xiàng)目（WXCY-2012-G2-002）

陳俊松（1984—），男，重慶涪陵人，講師，博士，主要從事道路與橋梁工程的研究.