Discrete analysis for single-pylon suspension bridges

Abstract

This paper presents calculation methods, developed at Tallinn University of Technology (Idnurm 2004; Kulbach 2007), for the single-pylon suspension bridges stiffened by a girder. Classical suspension bridge consists of a geometrically non-linear cable, connected by hangers with an elastic linear stiffening girder, pylons in both ends of the bridge and anchor cables. Alternate form of a suspension bridge is a bridge, with only one pylon on the middle of the span and suspension cable is connected to the abutments or the ends of the stiffening girder. In the calculation of suspension bridges, the geometrically non-linear behaviour of the parabolic cable is the main problem. The linear methods of analysis suit only for small spans. A geometrically non-linear continual model is especially useful for classical loading cases – a uniformly distributed load on the whole or half span. But the modern traffic models consist of concentrated and uniformly distributed loads. The discrete model of a suspension bridge allows us to apply all kinds of loads, such as distributed or concentrated ones. The assumptions of the discrete method described here are: linear elastic strain-stress dependence of the material and absence of horizontal displacements of hangers. Hanger elongation is taken into account.

Kabamojo tilto su vienu pilonu diskrečioji analizė

Santrauka. Straipsnyje pateikiamas skaičiavimo metodas, pasiūlytas Talino technikos universiteto mokslininkų (Idnurm 2004; Kulbach 2007) ir skirtas kabamųjų tiltų su vienu pilonu standumo sijai skaičiuoti. Klasikiniai kabamieji tiltai susideda iš geometriškai nietiesiško lyno, kuris tampriomis atotampomis sujungtas su standumo sija. Paprastai lynas būna pakabintas tarp dviejų pilonų, inkaruotų inkariniais lynais. Alternatyvi kabamųjų tiltų konstrukcija yra tokia, kai naudojamas tik vienas pilonas tilto viduryje, o pagrindinis geometriškai netiesiškas lynas yra inkaruojamas standumo sijos galuose. Skaičiuojant kabamuosius tiltus, pagrindinė problema yra parabolinio lyno geometrinio netiesiškumo elgsena. Tiesinė analizė tinkama tik mažiems tarpatramiams. Geometrinio netiesiškumo modelis ypač naudingas klasikinės apkrovos atveju – vienodai išskirstytai apkrovai visam arba pusei tarpatramio. Tačiau šiuolaikinius transporto modelius sudaro koncentruotos ir vienodai išskirstytos apkrovos. Diskretusis kabamojo tilto modelis leidžia mums taikyti visų tipų apkrovas, tokias kaip koncentruotos ir išskirstytos. Diskrečiojo modelio prielaidos yra tokios: taikoma medžiagų ir horizontalių atotampų poslinkių tiesinė įtempių ir deformacijų priklausomybė. Atotampų pailgėjimas taip pat yra įvertintas.

Reikšminiai žodžiai: lynų konstrukcijos, standumo sijos, kabamasis lynas, didelių tarpatramių konstrukcijos, diskrečioji analizė, geometrinis netiesiškumas.

First Published Online: 16 May 2013

Keyword : cable structure, girder-stiffened structure, suspension bridge, long-span structures, discrete analysis, geometric non-linearity