悬索桥斜拉桥sy.ppt

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1、斜拉桥与悬索桥2006年9月0一斜拉桥东北林业大学土木工程学院2007年9月2006年9月11斜拉桥的力学特点2斜拉桥的结构构造与型式3斜拉桥的非线性问题和最佳成桥状态的确定4存在的问题5斜拉桥实例2006年9月21斜拉桥的力学特点斜拉桥主要由主梁、斜拉索和索塔三大部分组成。主梁以承受压力和弯矩为主，属于偏心受压构件。斜拉索以受拉为主，为主梁提供弹性支承。索塔以受压为主，承受索力。斜拉桥中荷载传递路径是：斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的恒载和车辆荷载传递至索塔，再通过索塔传至地基。因而主梁在斜拉索的各点支承作用下，像多跨弹性支承的

2、连续梁一样，使弯矩值得以大大的降低，这不但可以使主梁尺寸大大的减小（梁高一般为跨度的1/50～1/200，甚至更小），而且由于结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又能大幅度的增大了桥梁的跨越能力。值得指出的一点是：斜拉索对主梁的多点弹性支承作用，只有在拉索始终处于拉紧状态时才能得到充分发挥。因此，在主梁承受荷载之前对斜拉索要进行预张拉。下图表示三跨连续梁典型的恒载弯矩图和三跨斜拉桥的恒载弯矩图。从图中可以看出，由于斜拉索的支承作用，使主梁恒载弯矩显著减小。·2006年9月3斜拉桥连续梁与斜拉桥的主梁恒载弯矩斜拉索的弹性支承作用对恒载最有效，车

3、辆荷载次之，风荷载最差。2006年9月4斜拉桥的主梁轴力主梁轴力分布随斜拉桥支承条件而变化，借助斜拉索的预应力，可以对主梁进行内力调整2006年9月52斜拉桥的结构构造与型式2.1孔跨布置斜拉桥孔跨布置根据具体情况应考虑前桥刚度、拉索疲劳强度、锚固墩承载能力等多种因素，可按双塔三跨式、独塔双跨式、三塔四跨式和多塔多跨式布置，具体形式如下图所示。2006年9月6(1)双塔三跨式这是一种最常见的斜拉桥孔跨布置方式，主跨跨径较大，一般可适用于跨越较大的河流。如图所示，边跨跨径L1与中跨跨径L2之间的比例关系一般为：钢斜拉桥：L1=(0.4～0.45

4、)L2其他斜拉桥：L1=(0.33～0.5)L2一般接近于L1=0.4L22006年9月7在双塔三跨式斜拉桥中，当主跨作用活载时，在拉索拉力作用下，塔向中跨侧发生水平倾斜，此时若边跨拉索能提供足够的刚度，则塔的倾斜量将显著减小，从而提高了中跨的刚度。为达到这一目的，采取的有效办法是加粗端锚索或增加边跨辅助墩。下图为双塔三跨式斜拉桥的受力特点。2006年9月8(2)独塔双跨式这也是一种常见的斜拉桥孔跨布置方式，主跨跨径一般比双塔三跨式主跨跨径要小，适用于跨越中小河流和城市道路。如图所示，边跨与主跨的跨径之比L1:L2=0.5～0.8,但多数接近

5、于L1=0.66L2当边跨较大时一般还需在边跨范围内布置辅助墩，以提高主跨刚度。2006年9月9(3)三塔四跨式和多塔多跨式这种型式在斜拉桥中应用非常少，如图所示。原因是：中间塔没有端锚索来有效的限制它的变位，因此，已经是柔性结构的斜拉桥因采用多塔多跨式而使结构的柔性更进一步增大，随之而来的是变形大。在必须采用多塔多跨式斜拉桥时，可将中间塔做成刚性塔（例如A形塔），或用拉索对中间塔顶加劲（香港汀九大桥127m+448m+475m+127m，采用此方式），或增加主梁梁高（岳阳洞庭湖大桥130m+2×310m+130m，主梁高2.5m），甚至可采

6、用矮塔部分斜拉桥体系（塔高降低则塔刚度迅速增大，可参考有关文献）。三塔四跨式斜拉桥2006年9月102.2斜拉索(1)斜拉索的组成斜拉索是斜拉桥的主要承重部分，起到举足轻重的作用，承受相当大的拉应力（一般按0.4倍索的抗拉强度设计值设计），宜用抗拉强度高、弹性模量大且抗疲劳性能好的钢材来制造。受强大拉力的斜拉索长期处在大气中会受到有害物质侵袭而锈蚀。因此，斜拉索防护的好坏，直接影响到桥梁的使用寿命。目前使用最广泛的措施是用热挤法在镀锌钢丝束上包一层聚乙烯(PE)外套。2006年9月11(2)斜拉索的立面布置方式斜拉索在立面内的布置方式有辐射形

7、、竖琴形和扇形这三种基本形式。混凝土达15m~30m钢斜拉桥达30m~50m拉索间距早期：稀索现代：密索混凝土达4m~12m钢斜拉桥达8m~24m2006年9月12(3)斜拉索的横向布置方式空间布置形式单索面双索面竖直双索面倾斜双索面2006年9月13(4)斜拉索的横向布置方式拉索倾角大，竖向分力大，主梁弹性支承作用大，但相应地增加塔高和拉索用量；而拉索倾角小时，可降低塔高，减少材料用量，但由于竖向分力相应减小，对主梁弹性支承作用也相应减弱。日本在归纳斜拉桥的主要结构要素时，认为最合理斜拉索倾角约为21021′~380。通常大致可以认为：当

8、采用竖琴形布置时，倾角取260~380的实例较多；而采用辐射形或扇形布置时，其最小倾角多为210~300，而以250居多。2006年9月142.3主梁主梁的力学体系