在兩個懸掛點之間承受載荷的纜索。懸索中各點隻能承受張力,且各點的張力都是沿該點懸索的切線方向。懸索橋的主索和輸電線等都是懸索。

  由於懸索的優點是其中各點隻承受張力而無彎矩,受力分析比較簡單,因而設計簡便可靠且能充分發揮鋼材性能,以達到節省材料、減輕重量的經濟效果。索系懸掛結構在現代已較廣泛地被採用於某些大跨度的建築結構中。例如懸索橋,其主索AB的兩懸掛點AB等高,橋面所承受的載荷通過均佈的各吊索傳到主索上(圖1)。AB之間的水平距離l稱為跨度。設每單位水平長度上所受載荷的大小為q,並取坐標系Oxy如圖1所示。略去懸索和吊索的自重,在懸索中任取在x軸上投影長為Δx的一微段CD,該段懸索在張力TiTi+1和鉛垂載荷qΔx作用下平衡(圖2),

因而滿足下述平衡方程:

依次類推,可知懸索張力在各點的水平分量都為 H,故有:

。        (3)

由此可得懸索的撓曲形狀為一拋物線,其方程式為:

懸索中任意一點的張力 。懸索在最低點 O處的張力最小, T x=0= H;在懸掛點處的張力最大

懸索最低點與懸掛點之間的鉛垂距離叫垂度,其值

  載荷沿索長均勻分佈的懸索,如輸電線AB,其單位索長上的載荷為q。在懸索中任取一長為Δs的微段CD,作用在Δs上的鉛垂載荷為qΔs,則平衡方程(1)變為:

。   (4)

  水平方向平衡方程與(2)相同。故這種懸索的微分方程為:

       (5)

,故 d T= q d y。懸索中任一點的張力為:

T=qy+H

式中 y為該點的縱坐標。可見,兩懸掛點處張力最大。如選取坐標系的原點在懸索的最低點,則(5)之解為:

,      (6)

式中 是一常數; H是懸索在最低點 O處的張力。其撓曲線形狀稱為懸鏈線。將式(6)右邊展開成級數,有:

  (7)

如取上式右邊第一項作為近似值,則 ,為一拋物線。許多國傢采用“拋物線”作懸索計算理論。當中央撓度系數 n= f0/ l0(圖3)增大到0.08以後,這理論的誤差顯著增大。20世紀60年代,由於大跨距單跨索道、懸掛式屋蓋結構以及大跨度的橋梁等懸索工程設計的需要,中國學者自(7)截取二項作為二次近似理論。懸索曲線為四次代數方程:

這樣修改的懸索計算理論同現有的“拋物線”理論比較,能擴大計算范圍兩倍左右。

  

參考書目

 單聖滌、李飛雲、陳潔餘、朱祖楞著:《懸索曲線理論及其應用》,湖南科學技術出版社,長沙,1983。