跨度空间结构研究的论文5则范文

第一篇：跨度空间结构研究的论文

摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。

关键词：大跨度空间结构形式特点

1网架结构

由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。

1。1网架结构的形式

（1）平面桁架系组成的网架结构。主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。

（2）四角锥体组成的网架结构。主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。

（3）三角锥组成的网架结构。主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。

（4）六角锥体组成的网架结构。主要形式有：正六角锥网架。

1。2网架结构的主要特点

空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。

2网壳结构

曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。

2。1网壳结构的形式

主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。

2。2网壳结构主要特点

兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制；安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。

3膜结构

薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。它以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。

3。1膜结构的主要形式

主要有空气支承膜结构；张拉式膜结构；骨架支承膜结构等形式。

3。2膜结构主要特点

自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富；施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光性和自结性好；耐久性较差。

4悬索结构

悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件，并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系，悬索屋盖结构通常由悬索系统，屋面系统和支撑系统三部分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线或钢缆绳等，也可采用圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。

4。1悬索结构形式

悬索结构按索的布置方向和层数分为：单向单层悬索结构；辐射式单层悬索结构；双向单层悬索结构；单向双层预应力悬索结构；辐射式预应力悬索结构；双向双层预应力悬索结构；预应力索网结构等。

4。2悬索结构的特点

悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，可充分利用钢材的强度；悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面；由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻，安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。

5薄壳结构

建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构（学术上把满足t/R≤1/20的壳体定义为薄壳）。

5。1薄壳结构的形式

薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳；按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。

5。2薄壳结构的特点

壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。

除以上几种空间结构外，尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、点连接玻璃幕墙支承结构、索穹顶结构等几种常用空间结构，都有自身的特点和实用范围。比如点连接式玻璃幕墙支承结构能利用玻璃的透明特性追求建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能；索穹顶结构则完全体现了fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想，是由连续的拉索和不连续的压杆组成的一各受力合理、结构效率极高的结构体系。

6结束语

在人类社会的发展历程中，能够提供更大跨度和空间的结构常常是人们追求的梦想和目标，空间结构的发展很大程度上反映了人类建筑史的发展。空间结构设计应正确合理地运用不同的计算理论和程序方法进行精确的分析，同时在空间结构的形体设计中不能只注重美观，还必须注重结构受力的合理性和工程成本的等因素。

第二篇：简述大跨度空间结构的主要形式及特点

简述大跨度空间结构的主要形式及特点

简述大跨度空间结构的主要形式及特点

大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。

1网架结构

由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。

1.1网架结构的形式

（1）平面桁架系组成的网架结构。主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。

（2）四角锥体组成的网架结构。主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。

（3）三角锥组成的网架结构。主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。

（4）六角锥体组成的网架结构。主要形式有：正六角锥网架。

1.2网架结构的主要特点

空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。

2网壳结构

曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。

2.1网壳结构的形式

主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。

2.2网壳结构主要特点

兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。

3膜结构

薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。它以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。

3.1膜结构的主要形式

主要有空气支承膜结构；张拉式膜结构；骨架支承膜结构等形式。

3.2膜结构主要特点

自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富；施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光性和自结性好；耐久性较差。

4悬索结构

悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件，并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系，悬索屋盖结构通常由悬索系统，屋面系统和支撑系统三部分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线或钢缆绳等，也可采用圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。

4.1悬索结构形式

悬索结构按索的布置方向和层数分为：单向单层悬索结构；辐射式单层悬索结构；双向单层悬索结构；单向双层预应力悬索结构；辐射式预应力悬索结构；双向双层预应力悬索结构；预应力索网结构等。

4.2悬索结构的特点

悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，可充分利用钢材的强度；悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面；由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻，安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。

5薄壳结构

建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构（学术上把满足t/R≤1/20的壳体定义为薄壳）。

5.1薄壳结构的形式

薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳；按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。

5.2薄壳结构的特点

壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。除以上几种空间结构外，尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、点连接玻璃幕墙支承结构、索穹顶结构等几种常用空间结构，都有自身的特点和实用范围。比如点连接式玻璃幕墙支承结构能利用玻璃的透明特性追求建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能；索穹顶结构则完全体现了fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想，是由连续的拉索和不连续的压杆组成的一各受力合理、结构效率极高的结构体系。

6结束语

在人类社会的发展历程中，能够提供更大跨度和空间的结构常常是人们追求的梦想和目标，空间结构的发展很大程度上反映了人类建筑史的发展。空间结构设计应正确合理地运用不同的计算理论和程序方法进行精确的分析，同时在空间结构的形体设计中不能只注重美观，还必须注重结构受力的合理性和工程成本的等因素。

第三篇：衡量大跨度空间结构优劣的五个指标（推荐）

衡量大跨度空间结构优劣的五个指标 衡量大跨度空间结构优劣的五个指标

一、概述

所谓空间结构（Spatial structures），其形体呈空间状，并同时具有三维受力特性。优秀的空间结构具有荷载传递路线最短，受力均匀等特点；而平面楼盖结构，由于构件分为板、次梁和主梁等“级别”，荷载传递路线长，浪费材料。自然界也有许许多多令人惊叹的空间结构，如蛋壳、海螺等是薄壳结构；蜂窝是空间网格结构；肥皂泡是充气膜结构；蜘蛛网是索网结构；棕榈树叶是折板结构等等。因此，从某种意义上来说，空间结构是一种仿生结构，它们比平面结构更美观、经济和高效。

如何衡量一个大跨度空间结构（l≥60m）的优劣，本人曾提出四个指标[1]：

1、材料强度充分发挥？

2、基础推（拉）力H合理处理？

3、施工安装费小？

4、跨度大？

对大跨度结构来说，材料用量多，不仅是一个浪费，对结构的抗震，特别是竖向抗震极为不利。广东省注册中心在2000年举办的《国家一级注册建筑师讲座》上，我再增加了一个指标：

5、结构的艺术作用

这一指标，把结构的型式与建筑的空间艺术形象融合起来，即结构本身富有美学表现力。建筑师必须注意发挥这种表现力和利用这种装饰效果，自然地显示结构。所谓自然的显示结构，不是说结构就是美，而是要袒露具有美学价值的部分，通过建筑师的艺术加工，达到表现建筑美的目的，而不是简单地表现结构本身。这样，就可以使建筑最终达到实用、经济和美观的目的。

美国雷里（Rauleigh）竞技馆的受力特点是：受力明确，形成自平衡体系，索、拱的材料强度充分发挥，基础很小。几乎符合上述五个衡量指标。斜拱的周边以间距2.4m的钢柱支承，立柱兼作门窗的竖框，形成了以竖向分隔为节奏感很强的建筑造型。被认为是世界上第一座优秀的大跨度索网结构屋盖建筑，开

创了现代索结构的历史。

二、梁的演变与空间结构的分类

从梁的弯矩图和应力图可见，梁沿跨度和截面上的受力都很不均匀，材料强度不能得到充分的发挥。对于通常跨度的楼盖梁来说，可将矩形截面变为工字型截面，进而采用格构式梁（桁架），以提高梁的承载力和刚度。为了实现结构的更大跨越，则必须把梁演变成拱和索，它的横向扩展就变成了空间结构。因此，空间结构又叫造形结构（Formative Structures）。更详细的分类，请参考文献[2]。

三、工程评介

1、美国亚特蓝大百年奥运会乔治亚穹顶。椭园形平面：240.790 m×192.020m，它是世界上目前最大的双曲抛物型张拉整体体系（Tensegrity System）。

该体系由美国M·Levy开发的一种稳定性好的三角形划分网格穹顶，受力特点是：“连续拉，间断压”材料强度得到了最充分的发挥（指标1,2）。整个屋盖用钢量仅30kg/M2。

2、法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅。是钢筋砼装配整体式薄壳结构，壳体跨度l与壳的折算厚度t之比: l/t =206m/0.18m=1144倍，而鸡蛋壳仅：40mm/0.4mm=100倍。说明人类的巨大智慧（指标

1和2）。

3、广东省湛江电厂干煤棚[4]。平面尺寸：113.400m×113.400m，柱距79.800m，它是我国目前跨度最大的四柱支承平板网架屋盖。考虑到煤棚在调顺岛上，是台风多发区，网架上铺陶粒砼三角形（直角边 4.200m）带助预制板（砼重力密度γ=14.5kgf/M2）。虽然平板网架是空间结构体系科技含量较低的结构之一，但可通过精心设计，采取八面坡水，腹杆棋盘式布置等手段，强化了空间传力，用钢量仅70.3kg/M2（巴基斯坦体育馆柱距62.400m，铝皮轻屋面，用钢就达61kg/M2）。特别指出的是：由于采用了暗柱帽，网架的施工散装平台由5m减至1m左右，大大节省了施工费用（指标3）。

1996年9月9至20日，湛江地区先后遭受了两次40多年未遇的强台风袭击，市内风速达57m/s（12级台风为33m/s）最强风时间持续1小时以上，大量的建筑物受到严重破坏，但位于台风登陆口的干煤棚

完好无损，其陶粒砼屋面也未遭到任何破坏[5]。

4、罗马小体育馆，采用外露的叉形斜柱，有力的把巨大的装配整体式钢筋砼网肋型扁园球壳托起，结

构清新、欢快，极富结构力度（指标5）。

四、小结

1、对大跨度空间结构体系来说，梁式结构是受力最差的结构；张拉整体体系--“连续拉、间断压”，是

目前最经济的体系。

法国著名建筑师保罗·安德鲁中标设计的广州体育馆，用钢量160kg/M2；美国Nixon Ellerbe Becket（NEB）公司中标设计的广东奥林匹克体育馆场，用钢量200kg/M2，它们基本上都属于梁式结构体系，耗

费如此多的用钢量也就不奇怪了。

由于外国设计者不了解中国规范，我曾向广州市林树森市长建议，今后国际招标只作到方案阶段，初步设计应由国内设计院承担。a）广州体育馆（2001.3）b）广东奥林匹克体育场（2001.9）

2、大跨度空间结构几乎都是钢结构，科技含量较高，本文提出的五个衡量指标是最基本的。要设计好一个大跨度空间结构建筑，建筑师和结构工程师的合作应当达到配合默契的程度。严格贯彻执行国家的技术经济政策，即技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。

由于篇幅有限，有关大跨度空间结构的概念设计，原理和技巧，如刚柔结合等，与常用跨度的结构是不

同的，将在另文与大家探讨。

第四篇：公路桥梁中大跨度桥梁设计研究论文

摘要：随着我国交通行业的不断发展，公路桥梁工程项目逐渐增多，且对公路桥梁的施工质量提出了更高的要求。所以本文主要探讨了公路桥梁中大跨度桥梁设计，以此实现大跨度桥梁设计水平的不断提升。

关键词：公路桥梁;大跨度;桥梁设计

随着公路桥梁技术水平的不断提升，大跨度桥梁工程逐年增加，在公路桥梁设计过程中，大跨度桥梁是其重要组成部分，与公路桥梁的使用息息相关，所以保证公路桥梁大跨度桥梁设计质量至关重要。所以在大跨度桥梁设计过程中，应充分考虑各项因素，并抓住大跨度桥梁设计要点，并对桥梁结构进行合理优化，进而保证大跨度桥梁安全。大跨度桥梁设计的设计要点

1.1大跨度斜拉桥设计要点

大跨度斜拉桥具有许多的优势，包括稳定性以及承载能力强，且具有较强的跨越能力。大跨径斜拉桥主要由三部分组成，包括主梁、索塔以及斜拉索，在拉桥概念设计过程中，对于这三部分，设计人员通过合理的组合，将其组合成漂浮体系、半漂浮体系、塔梁同结体系以及刚构体系等。在对桥梁索面进行设计过程中，可以将桥梁索面设计成单索面、竖向双索面、斜向双索面以及空间索面。斜拉桥拉索具有自锚特征，多数斜拉桥的斜索是自锚体系，只有在如主跨很大边跨很小等特殊情况下，少数斜拉桥才采用部分地锚式的锚拉体系。一般情况下，将大跨度斜拉桥结构应用在200-800m之间的河流或者峡谷桥梁建设中。

1.2大跨度悬索桥设计要点

悬索桥是大跨度桥梁的主要类型之一，它由许多部分构成，包括主缆、吊索、桥塔、加劲梁以及锚碇等，一般情况下，将大跨度悬索桥梁应用在跨径大、高度高的山区桥梁建设中。在悬索桥设计过程中，将桥塔作为桥身支承，因此应设计两个桥塔，并利用两个桥塔，将悬索桥分成中跨以及两个边跨，同时设计人员合理确定边跨的长度，通常将中垮和边跨设计为2:1或者4:1，对于悬索桥的垂直比，也可以设计为1:6，也可以设计为1:7，具体应充分考虑桥塔高度。

1.3拱桥设计要点

在我国，拱桥是一种使用时间较长的桥梁类型，在现代拱桥设计过程中，为了使其能够充分发挥功能，可以采用钢筋混凝土结构的拱桥，并结合混合类型拱桥，目前现代拱桥主要以一种拱桥结构为主，即钢管混凝土结合钢筋混凝土拱桥。这种拱桥结构具有一定的优点，如施工简单，承载能力强等，在跨径较短、且V字形峡谷中，可以采用拱桥结构。.2大跨度桥梁设计的优化对策

在公路桥梁设计过程中，应加强对大跨度桥梁设计进行合理的优化，使得大跨度桥梁设计方案更加的科学、合理，能够增强大跨度桥梁结构的稳定性、安全性以及耐久性，同时通过大跨度桥梁设计，还能够给增加跨度桥梁设计的经济性，具体的优化内容表现在以下几个方面：

2.1 索塔的结构优化

索塔结构的优化是大跨度桥梁设计优化的重要组成部分。在索塔结构优化过程中，主要进行两部分的优化，一部分为塔的受力合理性进行优化，另一方面对塔高进行优化。对于塔高，应保证最佳，若塔过高，就会增加施工难度以及施工成本，反之，则会增加主梁以及拉索的受力，并降低拉索工作效率，因此对塔高优化非常重要。但是需要注意的是对于塔高的优化，需要结合其它部分，充分考虑各种因素。另外还应加强缆索毛骨性、缆索形式以及锚固定的分布等等，不断提高大跨度桥梁设计水平。

2.2斜拉索或主缆的动力优化

在大跨度桥梁设计过程中，出现如斜拉一悬吊混合体系、全索桥等新型的桥梁结构，这些新型桥梁结构的属于柔性结构，主要由缆索进行支承。外部环境对拉索使用会产生一定的影响，使其发生大幅振动。例如在大风天气，大风会引起拉索的自激振动以及数据共振等，进而引进锚固端疲劳，进而降低拉索的使用寿命。所以应加强斜拉索或主缆的动力优化设计。

2.3索力调整优化

桥梁的跨度越大，其收缩徐变以及非线性条件会越显著，因此为了改善这一问题，可以严格控制斜拉索力以及施工时的立模标高，进而实现对主梁用力和线性的有效控制。目前对于索力调整的理论研究，国际桥梁界主要确定有以下几个方面：

(1)对指定受力索力进行优化，也可以对位移状态下的索力进行优化，优化方法主要包括两种，一种为零位移法，另一种为刚性支承连续梁法。(2)可以采用弯矩平方和最小法，对约束的索力进行优化，也可以采用弯曲能量最下法进行。(3)采用索量最小法，对有约束的索力进行优化。(4)影响矩阵法，通过该方法的合理应用，能够对活载、预应力以及约束边等影响进行计算，同时还可以获得不同加权优化结构，而且该方法不仅可以用于索力的调整，还应确定索结构合理状态。

2.4桥墩及基础优化

在桥梁建设过程中，桥墩是其重要的组成部分，同时也是受重的主要部分，所以在桥梁及基础设计过程中，应合理选择桥梁建设工艺及材料，同时在桥梁设计之前，应对桥梁所选地质进行充分的考察，分析桥梁地质区域的水文地质条件，获得准确的数据，并以此为根据，合理的设计桥梁桥墩以及基础，并对设计进行优化处理。

3结语

总之，随着我国公路桥梁建设不断增多，大跨度桥梁建设也逐渐增加，因此其设计以及施工水平，对桥梁质量和安全具有直接影响。所以在大跨度桥梁设计过程中，应根据具体的实际情况，结合相关的规范，合理的进行大跨度桥梁设计，把握大跨度桥梁设计要点，同时应对大跨度桥梁设计进行不断的优化，包括索塔的结构优化、斜拉索或主缆的动力优化、索力调整优化以及桥墩及基础优化，以此不断提高大跨度桥梁设计水平的提升，以此促进我国公路桥梁建设长久、稳定的发展。

参考文献

[1]戴晖，公路桥梁中大跨度桥梁设计的应用[J].中华民居(下旬刊)，2014，09:247.[2]李宇锋.公路桥梁中大跨度桥梁设计研究[J].交通世界，2016，28:96-97.[3]卢剑桥.山区公路大跨度桥梁设计关键问题的探讨[J]，科技创新导报，2012，14:129.[4]朱剑.大跨度桥梁设计在公路桥梁中的应用[J]，民营科技，2012，

第五篇：大跨度桥梁设计的论文

一、非线性地震反应分析

大跨度桥梁结构的非线性可分为材料非线性(又可称为物理非线性或弹塑性)和几何非线性两种，一般情况下结构的几何非线性可通过考虑所谓的P-△效应来进行在结构非线性地震反应分析的计算理论研究方面，备受关注的是结构的弹塑性分析，这不仅是因为相对于几何非线性而言，结构的弹塑性性能对于结构的抗震性能影响较大，而且更由于问题的复杂性。所以国内外众多学者针对后者开展了大量的研究工作。在大跨度公路桥梁弹塑性地震反应分析的力学模型中，根据各种构件的工作状态，将结构简化为杆系结构是合理的，同时对计算而言也是非常经济的。若按构件所处的空间位置可把力学模型分为平面模型和空间模型两种。若按模型中所采用的单元应力水平的种类来分，又可分为微观模型(采用应力空间)和宏观模型(采用内力空间)两种。由于微观模型要求将结构划分为足够小的单元，尽管很有效但所需的计算量较大，只适用较小规模的结构或构件的非线性分析，因此在实际工作中应用的范围比较有限，所以这里仅按前一种分类方法来加以讨论。

在结构弹塑性地震反应分析中，构件恢复力模型的确定是基本的步骤而构件的恢复力关系又集中反映在滞回特性曲线上，基本指标有曲线形状、骨架曲线及其特征参数、强度、刚度及其退化规律、滞回耗能机制、延性和等效滞回阻尼系数等。国内外在这方面已进行了大量的试验研究并取得了相应的研究成果。在平面模型中，根据所采用的塑性铰类型可把它分为集中塑性铰模型和分布塑性铰模型两大类。在集中塑性铰模型中，有代表性的一种是Clough等于1965年提出的双分量单元模型，该单元模型采用两根平行杆来模拟构件，其中一根用来表示具有屈服特性的弹塑性杆，另一根用来表示完全弹性杆，非弹性变形集中于杆件两端的集中塑性铰处，该模型的最大不足是不能考虑构件刚度退化。另一种有代表性的是1969年Giber-son提出的单分量模型，它克服了Clough双分量模型的不足，同时只用两个杆端塑性转角来刻划杆件的弹塑性性能，而杆件两端的弹塑性参数又是相互独立的，因此应用起来较为简便。其缺点是基本假设中有地震过程中反弯点不能移动的限制，所以对一些与基本假设不甚相符的特殊情况其使用的合理性就受到了限制。

二、多点激振效应

通常桥梁结构的地震反应分析是假定所有桥墩墩底的地震运动是一致的。而实际上，由于地震机制、地震渡的传播特征、地形地质构造的不同，使得入射地震在空间和时间上均是变化的。即使其他条件完全相同，由于地面上的各点到震源的距离不同，它们接收到的地震波必然存在着时间差(相位差)，由此导致地表的非同步振动。这一点已被地震观测结果所证实。因此，多点地震输入是更合理的地震输入模式。特别是大跨度桥梁结构，当地震波的波长小于相邻桥墩的跨度时，入射到各墩的地震波的相位是不同的，由于在桥长范围内各墩下的基础类型和周围的场地条件可能有很大的差别，因此入射到各墩的地震波的波形也可能是不同的。有关实际震害表明，入射地震波的相位差可增大桥跨落梁的危险性。所以就地震波传播过程中的多点激振效应进行研究是有很大的实际意义的。

从概念上看，仅考虑入射地震波的相位变化情况属于行波效应分析问题。若再考虑地震波的波形变化就属于地震波的多点输入问题。从计算方法上看，由于多点地震输入算法与同步激振的计算方法不同，因此必须重新推导结构体系的动力平衡方程。美国学者Penzien和Clough于1975年推导了多自由度体系考虑地震波多点输入时的动力平衡微分方程及求解方法，通过所谓的影响矩阵，实现了地震波的多点输入算法。这种方法后来被广泛应用，目前所有考虑地震波多点输入的结构地震反应时程分析算法均以此为基本出发点。

综上所述，大跨度公路桥梁的多点激振效应分析是一个比较复杂的计算问题，其复杂性一方面在于计算方法上面，更重要的是对于不同类型的桥梁结构体系可能有着截然不同的计算结果。因此实际计算时只能针对具体的桥梁结构进行具体的分析，不能一概而论。从计算方法上看，目前有关研究基本上仍局限于线弹性体系的多点激振效应分析，而非线性多点激振效应与结构体系非线性地震反应分析的力学模型是密切相关的．

三、结构设计

上部构造形式的选择，应结合桥梁具体情况，综合考虑其受力特点、施工技术难度和经济性。简支空心板结构的桥型，施工方便，施工技术成熟；但跨径小，梁高大；由于桥梁跨径受限制，往往造成跨深沟桥梁高跨比不协调，美观性差；上部构造难以与路线小半径、大超高线形符合，且高墩数量增加；桥面伸缩缝多，行驶条件差。因而，在山区大跨度中，该类桥型一般用于地形相对平缓、填土不高的中、小桥上。预制拼装多梁式T梁在中等跨径桥中具有造价省、施工方便的特点，其造价低于整体式箱梁，是中等跨径直梁桥的常用桥型。但对于曲线梁来说，T梁为开口断面，抗扭及梁体平衡受力能力均较箱梁差，曲梁的弯矩作用对下部产生的不平衡力大。但当曲线桥的弯曲程度较小时，曲线T梁桥采用直梁设计，以翼缘板宽度调整平面线形，可减少曲梁的弯扭作用，在一定程度上可弥补曲线T梁桥受力和施工上的不足。虽然直线设置的曲线桥仍有部分恒载及活载不平衡影响及曲线变位存在，但较曲线梁小。此外，可以采取加强横向联系的措施，提高结构的整体性。对于大跨径桥梁，最好采用悬臂浇筑箱梁。但是对于中等跨径的桥梁，箱梁桥不论采取何种施工方式，费用都较高，与预制拼装多梁式T梁相比，处于弱势。

下部结构应能满足上部结构对支撑力的要求，同时在外形上要做到与上部结构相互协调、布置均匀。桥墩视上部构造形式及桥墩高度采用柱式墩、空心薄壁墩或双薄壁墩等多种形式。柱式墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式，其自重轻，结构稳定性好，施工方便、快捷，外观轻颖美观。对于连续刚构桥，要注意把握上下部结构的刚度比，减小下部结构的刚度比，减小下部结构的刚度，可减小刚结点处的负弯矩，同时减小桥墩的弯矩，也可减小温度变化所产生的内力。但是桥墩也不可以太柔，否则会使结构产生过大变形，影响正常使用，并不利于结构的整体稳定性。对于高墩，除了要进行承载能力与正常使用极限状态验算外，还要着重进行稳定分析。对于连续梁结构或连续刚构桥，各墩的稳定性受相邻桥墩的制约影响，应取全桥或至少一梁作为分析对象。稳定分析的中心问题就是确定构件在各种可能的荷载作用和边界条件约束下的临界荷载，下面以连续梁为例进行说明。介于梁、墩之间的板式橡胶支座，梁体上的水平力H(车辆制动力和温度影响力等)是通过支座与梁、墩接触面上摩阻力而传递给桥墩的，它不但使墩顶产生水平位移，而且板式橡胶支座也要产生剪切变形。当梁体完成水平力的传递以后，梁体暂时处于一种固定状态，但由于轴力及墩身自重的影响，墩顶还会继续产生附加变形，这就使得板式支座由原来传递水平力的功能转变为抵抗墩顶继续变形的功能，支座原来的剪切变形先恢复到零，逐渐达到反向的状态。

四、结语

山区大跨度作为公路工程的一部分，很多方面需要探讨。山区大跨度方案的确定应遵循“安全、舒适、经济、美观”的原则，只有把握好规律，抓住侧重点，山区高速桥梁的布置和设计才能准确无误。

参考文献

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