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斜拉桥_图文_百度文库

日期:2019-10-20 10:37 来源: 桥梁

  斜拉桥_工学_高等教育_教育专区。第九章 斜拉桥 §9.1 概述 §9.2 斜拉桥结构与构造 §9.3 斜拉桥的结构计算要点 §9.4 斜拉桥施工方法简介 §9.5 斜拉桥桥例 §9.6 部分斜拉桥 苏通大桥——1088 ——108

  第九章 斜拉桥 §9.1 概述 §9.2 斜拉桥结构与构造 §9.3 斜拉桥的结构计算要点 §9.4 斜拉桥施工方法简介 §9.5 斜拉桥桥例 §9.6 部分斜拉桥 苏通大桥——1088 ——1088米 苏通大桥——1088 ——1088米 2 3 苏通大桥—塔柱施工 苏通大桥—塔柱合龙前 塔柱合龙 4 5 6 塔柱封顶 主跨合龙 全桥即将竣工 7 8 9 昂船洲大桥(stonecutters)—1018米 昂船洲大桥(stonecutters)—1018米 昂船洲大桥(stonecutters)—1018米 10 11 12 —1104米 俄罗斯海参崴俄罗斯岛跨海大桥 —1104米 俄罗斯海参崴俄罗斯岛跨海大桥 湘潭三大桥 主跨270m 13 14 15 武汉月湖桥 主跨232m 江西鄱阳湖大桥 主跨318m 九江长江公路大桥 主跨818m 16 17 18 跨径布置70+200+5×428+200+70=2680 m 嘉绍跨江大桥主航道桥 吴家营桥 长青沙二桥 19 20 21 长青沙二桥 长青沙二桥 工程之苦 1、早起的是搞工程和收破烂的; 2、晚睡的是搞工程和按摩院的; 3、不能按时吃饭的是搞工程和要饭的; 4、担惊受怕的是搞工程和犯案的; 5、加班不补休的是搞工程和摆地摊的; 6、说话不能错的是搞工程和主持节目的; 7、事故发生后必须马上到的是搞工程和开救护车的; 8、加入了就很难退出的是搞工程和黑社会的; 22 23 9、不能回家的是搞工程和犯罪仍然在逃的。 24 世界主跨排名前10名的斜拉桥 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 桥名 海参崴跨海大桥 苏通长江大桥 昂船洲大桥 鄂东长江大桥 多多罗大桥 诺曼底大桥 九江长江公路大桥 荆岳长江大桥 上海长江大桥 闵浦大桥 国家 俄罗斯 中国 中国 中国 日本 法国 中国 中国 中国 中国 建成时间 2012 2008 2008 2010 1999 1995 2013 2010 2009 2009 主跨跨径 (m) 1104 1088 1018 926 890 856 818 816 730 708 25 一、斜拉桥的基本概念 斜拉桥定义 斜拉桥的组成与特点 ? 斜拉桥的类型 ? ? 1、斜拉桥的定义 26 ? 斜拉桥是一种组合受力体系桥梁 27 1、斜拉桥的定义 由梁、索、塔三类构件组成的一种 桥面体系以加劲梁受压(密索)或 受弯(稀索)为主,支承体系以斜 拉索受拉及桥塔受压为主的组合受 力体系桥梁。 主梁在斜拉索的多点弹性支承下,弯矩得以大 大降低,这不仅可以使主梁尺寸大大减小,而 且由于结构自重显著减轻,既节省了结构材 料,又能大幅度增大桥梁的跨越能力。 28 1、斜拉桥的定义 2、斜拉桥的组成与特点 ? ? 塔柱——承担锚固区传来的压力 主梁——承担斜拉索水平力、承担局部 弯曲 ? 斜拉索——将主梁承担的荷载传递到塔 柱 三跨连续梁和三跨斜拉桥的恒载内力对比 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 29 30 2、斜拉桥的组成与特点 (2)特点:与吊桥相比 ? ? ? ? ? Tatara Normandie 它是一种自锚体系,不需昂贵的地锚基础 防腐技术要求较低,还可在通车情况下换索 刚度较大,抗风能力较好 用钢量较少 采用悬臂施工不防碍通航 31 32 33 自重与使用荷载的作用 日常生活中的应用 日常生活中的应用 34 35 36 建筑上的应用 3、斜拉桥的类型 ? ? ? 双塔 双塔、单塔与多塔 稀索与密索 单索面与双索面 ? 辐射形、竖琴形、扇形 ? 自锚与地锚 ? 混凝土、钢混组合、钢 37 38 39 杨浦大桥 南浦大桥 单塔 40 41 42 恒丰路立交 不等跨 不对称弯塔 43 44 45 内倾、地锚 多塔——Millau ——Millau Viaduct 多塔——Rion -Antirion Bridge ——Rion- 46 47 48 多塔——Tingkou ——Tingkou Bridge 多塔——Sunniberg ——Sunniberg Bridge Sunniberg 49 50 51 多塔——洞庭湖大桥 无塔——岩锚索斜拉桥 稀索 52 53 54 稀索—Maracaibo Lake 稀索 密索斜拉桥——Tatara ——Tatara 斜拉桥的基本概念-总体布置 55 56 斜拉桥的基本概念-总体布置 57 密索斜拉桥-Normandie 密索—Skarnsundet 密索-荆沙长江大桥 斜拉桥的基本概念-总体布置 58 59 斜拉桥的基本概念-总体布置 60 单索面与双索面 ? 单索面——钱江三桥 单索面——Sun ——Sun Shine Sky Way 单索面 双索面 ?单索面:拉索对抗扭不起作用,主梁宜采用抗扭刚度 较大的截面 ?双索面:扭矩可由拉索的轴力来抵抗,主梁可采用较 小抗扭刚度的截面 61 斜拉桥的基本概念-总体布置 62 斜拉桥的基本概念-总体布置 63 单索面—— 靠拢的双索面 双索面——竖直索面 双索面——倾斜索面 64 65 66 辐射形、竖琴形、扇形 辐射形—PASCOPASCO-KENNEWICK 竖琴形—西樵山桥 ?辐射形:平均交角较大,斜拉索的垂直分力对主梁的支 承效果也大,节省钢材,但塔锚固点构造过于复杂 ?竖琴形:索平行排列,比较简洁,塔上锚固点分散,但 索倾角较小,总拉力大,用钢量较多。 ?扇形:索不相互平行,兼有上面两种方式的优点 67 68 69 扇形—海印桥 地锚式斜拉桥 半地锚式斜拉桥 ? 郧阳桥 70 斜拉桥的基本概念-结构体系分类 71 斜拉桥的基本概念-结构体系分类 72 郧阳桥 混凝土、钢混组合、钢 ? ? ? 重庆大佛寺长江大桥 混凝土 ? 450米以下 钢混组合 ? 600米以下 钢 ? 600米以上 斜拉桥的基本概念-结构体系分类 73 74 75 青洲闽江大桥 南京长江三桥 斜塔单侧斜拉桥——异类 76 77 斜拉桥的基本概念-结构体系分类 78 Alamillo Bridge 长沙洪山庙大桥 Mariansky Bridge 79 80 81 Bridge Over The Lerez River Bridge Over The Lerez River 斜拉与连续混合-招宝山桥 82 83 84 斜拉与连续混合- Ayunose Bridge (Japan 1990) 峡谷深140m,宽300m,总长390m,主跨200m 二、斜拉索 ?斜拉索组成: 二、斜拉索 对拉索的要求:具有良好的抗疲劳性、 耐久性、抗腐蚀性 ? 目前斜拉索的能力:破断索力30000kN, 耐疲劳应力幅值200-250Mpa,使用寿 命超过30年 ? 拉索的技术经济指标:强度、耐疲劳 性、耐锈蚀性、施工难易、价格 ? 86 87 主要由钢索 、 主要由钢索、 两端的锚具 、 两端的锚具、 减振装置和 减振装置和保 护措施组成。 护措施组成。 ?一根拉索可划分为两端 锚固段、过渡段和中间 段三个部分,其中锚固 段用来将拉索分别固定 在索塔和主梁上,分为 固定端和张拉端两种; 85 过渡段包括锚垫板、导索管和减振器、填充材料;中间段即为索体。 封闭式旋扭钢缆 平行钢筋索 单根钢缆 斜拉桥设计要点-索塔梁构造形式 88 斜拉桥设计要点-索塔梁构造形式 89 90 平行-半平行钢丝索 平行-半平行钢丝索 平行钢铰线索 斜拉桥设计要点-索塔梁构造形式 91 斜拉桥设计要点-索塔梁构造形式 92 斜拉桥设计要点-索塔梁构造形式 93 平行钢铰线索 青州大桥 青州大桥 将平行钢丝索中的钢丝换成等截面的钢绞线 即成为钢绞线索。 单根钢绞线索质量较轻,运输和安装方便, 但锚头需现场防护,质量保证难度增大。 斜拉桥设计要点-索塔梁构造形式 94 95 96 斜拉索工厂制作 斜拉索工厂制作 斜拉索锚具 ?锚具是斜拉桥极其重要的部件 ?拉索锚具:热铸锚、镦头锚、冷铸 锚、夹片式锚 ?锚具的组成:锚杯、锚圈、锚垫板 、填充固化料、防漏板及夹片 97 98 99 斜拉索锚具 1、热铸锚 在锚杯中灌入低熔点合 金,浇注温度仍超过400度 斜拉索锚具 2、镦头锚 钢索的每根钢丝在穿过孔板后将末端镦粗 斜拉索锚具 3、冷铸锚 在锚杯锥形空腔后增设一块钢丝 定位板,钢丝穿过定位板上孔眼镦头就位,温度 低于180度 100 101 102 斜拉索锚具 斜拉索锚具 4、夹片式群锚 是一种后张预应力体系演变而来的拉索锚具型式 斜拉索防护和减振措施 钢丝索的防护分钢丝防护 和拉索外层防护两级,钢丝 钢丝索的防护分钢丝防护和 拉索外层防护两级,钢丝 防护一般采用表面镀锌的办法,要求锌层附着量大于 300g/m2,避免钢丝在外层防护措施实施前发生锈蚀。 103 104 PE套管防腐 PE套管防腐 105 拉索减振措施 拉索减振措施 斜拉索安全验算 外置阻尼装置 ?斜拉索的使用应力应低于材料的容许应力,而容许应 力为抗拉强度标准值的0.4 倍,即设计安全系数为2.5 2.5。 。 力为抗拉强度标准值的0.4倍,即设计安全系数为 ?施工状态下斜拉索的安全系数取2.0 ,即拉索的容许应 施工状态下斜拉索的安全系数取2.0,即拉索的容许应 力为抗拉强度标准值的0.5 倍。 力为抗拉强度标准值的0.5倍。 ?锚具的安全系数不应小于斜拉索的安全系数。 表面非光滑处理方法 内置阻尼装置 106 107 108 柔性斜拉索形状和张力计算 柔性斜拉索形状和张力计算 柔性拉索的形状、张力和荷载大小有关,而与材料性质无关。 一般情况下,由于斜拉桥拉索的垂度比较小,自重 可以近似看作沿水平投影方向是均布分布的。由拉 索微元体平衡条件,可得: H d2 y = ?w dx 2 h/2 当w为常数时,其平衡状态为抛物线 l h 拉索张力T的水平分量H为: H = (a) 拉索的平衡形状 拉索的平衡形状及微元体平衡 109 110 (b)微元体平衡 (b)微元体平衡 wl 2 8f 柔性拉索的精确线 三、桥塔 受力:索塔必须满足强度、刚度及稳定 受力: 性要求 ? 美观:优美造型与环境协调的斜拉桥成 美观: 为城市标志建筑,成为人们精神文化享 受的艺术品 ? 纵桥向造型 Rion— Rion—Antirion (a)单柱形 (b)倒V形 (c)倒Y形 纵桥向以单柱式为主,只有当设计要求桥塔的纵向刚度 纵桥向以单柱式为主,只有当设计要求桥塔的纵向刚度 很大时,才做成倒V形与倒Y形。 112 113 114 济南黄河桥 横桥向造型 横桥向造型 适 用 于 双 索 面 的 索 塔 115 适用于单索面的索塔 116 117 Brotonne 鹤洞大桥 Pasco Kennewick Bridge 118 119 120 New Severn bridge 东营黄河桥 天津永和桥 121 122 123 温州大桥 徐浦大桥 Skarnsundet 124 125 126 Normandie 杨浦大桥 南京二桥 127 128 129 白沙洲长江桥 Alamillo Bridge Mariansky Bridge 130 131 132 Haneda SkySky-Arch Bridge Tokyo City, Japan 混凝土索塔的拉索锚固构造 混凝土索塔的拉索锚固构造 (a) 交错布置(实心截面) 133 134 (b) 非交错布置(箱形截面) 135 混凝土索塔的拉索锚固构造 四、主梁 ? 1. 钢主梁 ? 斜拉桥主梁根据制作材料不同有钢梁 、混凝土梁、 斜拉桥主梁根据制作材料不同有钢梁、 混凝土梁、组合 梁和混合梁四种形式,分别称之钢(梁)斜拉桥、混凝 混合梁四种形式,分别称之钢(梁)斜拉桥、混凝 土(梁)斜拉桥、组合(梁)斜拉桥和混合(梁)斜拉 桥。 跨度在400m 以下的双塔斜拉桥宜采用混凝土主梁; 跨度在400m以下的双塔斜拉桥宜采用混凝土主梁; 主跨600m 以上的斜拉桥宜采用钢主梁或混合主梁; 主跨600m以上的斜拉桥宜采用钢主梁或混合主梁; 其他跨径的桥梁可通过多方案比选确定。 钢主梁或者组合主梁的拉索锚固间距宜设计成8 钢主梁或者组合主梁的拉索锚固间距宜设计成8~16m, 16m, 137 混凝土主梁为6 混凝土主梁为6~12m。 12m。 钢主梁有板梁和桁架梁两种形式。桁架梁的截面高、 刚度大,特别适用于双层桥面的桥梁(如公铁两用, 但用钢量大。 ? ? ? (c) 钢锚梁布置 ? 136 日本本— 日本本—四联络桥 上的柜石岛和岩黑 岛大桥,主跨为 420m,主梁为桁架 420m,主梁为桁架 。 138 ? 板梁截面有开口截面和箱形截面两种形式。 1. 钢主梁 ? 1. 钢主梁 35000 3750 35000 600 2500 EBE 600 2500 ECE 3x3750 600 2500 EDE 750 750 1000 3x3750 600 35000 EDE 2500 ECE 600 2500 EBE 3750 600 2500 EAE 钢主梁有板梁和桁架梁两种形式。桁架梁的截面高、 刚度大,特别适用于双层桥面的桥梁(如公铁两用, 但用钢量大。 梁板式双主梁截面(德国Leonhardt 推荐的截面形式) 梁板式双主梁截面(德国Leonhardt推荐的截面形式) P P P P P P P P 中国上海闵浦大桥 ,主跨为708m ,主 ,主跨为708m,主 梁为桁架,是目前 世界上跨度最大、 桥面最宽的双层公 路斜拉桥,于2009 路斜拉桥,于2009 年12月 12月31日通车。 31日通车。 双箱边主梁截面(荊岳长江公路大桥) 139 扁平钢箱梁(江苏苏通大桥主梁截面) 140 141 1. 钢主梁 1. 钢主梁 ?钢梁斜拉桥的桥面系一般采用正交异性板,顶板厚度一 2. 混凝土主梁 斜拉桥主梁是受压构件,采用混凝土结构可以发挥材料抗 压强度的优势,在中小跨径的斜拉桥中混凝土主梁比钢主 梁经济,我国跨度小于500m 的斜拉桥主要采用这类结构。 梁经济,我国跨度小于500m的斜拉桥主要采用这类结构。 般不低于14 般不低于14 mm,底板以及腹板厚度满足结构承载能力与 mm,底板以及腹板厚度满足结构承载能力与 构造要求。 ?梁宽根据桥面布置要求确定,梁高需要考虑结构的屈曲 稳定性、抗风性等安全要求,设计时可参考过去同类结构 设计通过多方案比较和优化确定。 ?一般而言,跨度越大,主梁的高跨比越小,我国设计规 范建议钢主梁高跨比采用1/180 ~1/330。 范建议钢主梁高跨比采用1/180~ 1/330。 浙江舟山金塘大桥主梁截面 142 ?钢主梁由于结构刚度小,变形容易引起铺装的损坏,在 设计时对桥面铺装结构应予以重视。 板式截面最简单,迎风面积小。为了锚索需要,边缘 厚度适当加厚。在索距较密而桥跨度、宽度不大的情况 下,可采用这种形式的主梁。 双主梁截面,施工方便。 144 143 2. 混凝土主梁 2. 混凝土主梁 适用于单索面的混凝土主梁截面 的混凝土主梁截面 适用于 ?由于单索面的结构扭转刚度比较小,一般采用抗扭刚度比较大的箱 形截面,有单箱单室、单箱多室两种形式。 ?双塔三跨式混凝土斜拉桥的主梁宜取跨度的1/100 ~1/220。 双塔三跨式混凝土斜拉桥的主梁宜取跨度的1/100~ 1/220。 ?板式边主梁截面为双主梁截面的一种改进形式,构造简 单,施工方便,用料较省。 ?半封闭箱形截面是经过风洞试验分析得到的一种空气动 ?闭合箱形截面有较大的抗弯和抗扭能力, 力性能良好的截面形式,截面两侧为三角形封闭箱,端部 加厚以锚固斜拉索。有良好的抗风动力性能,特别适合索 距较密的宽桥。 145 将外侧腹板做成倾斜式,既可改善空气动 力性能,又可减小墩台宽度。其缺点是节 段重量较大。 146 0.28 3.4 0.3 0.25 0.35 4 147 3. 组合梁 钢-混凝土组合梁(迭合梁、结合梁)兼具钢和混凝土 结构的优点,比混凝土主梁自重轻,构件工厂制造化程 度较高,施工方便,混凝土桥面板比钢主梁耐磨耗,且 造价低。 96.18 3. 组合梁 福建青州闽江桥 南浦大桥主桥侧立面及主梁截面 安纳西斯桥侧立面及主梁截面 148 149 150 4. 混合梁 混合梁斜拉桥的主梁一部分采用钢主梁,而另一部分采用 混凝土主梁,主要适用在钢斜拉桥中主跨跨度比较大、边 跨主梁不能平衡主跨重量的结构,边跨采用混凝土主梁以 平衡主跨的结构自重。 4. 混合梁 混合梁斜拉桥设计时,要合理确定结合部位置:(1)结构 整体平衡性,(2)截面内力较小,(3)施工方便。结合 部的构造必须慎重处理,力的传递合理,结合可靠。 整体式 151 152 填充混凝土直接式 153 4. 混合梁 5.拉索锚固构造 根据传力点位置不同,拉索在主梁的锚固位置有顶板、 腹板和底板三种形式。 钢主梁的锚固宜采用锚箱式、耳板式、锚管式。 5.拉索锚固构造 填充混凝土整体式 承压板式 154 钢主梁 155 混凝土主梁的主要锚固方式 156 5.拉索锚固构造 五、斜拉桥的结构体系 (1)塔墩固结、塔梁分离-漂浮体系 (2)塔墩固结、塔梁分离,竖向支承 -半漂浮体系 (3)塔梁固结、塔墩分离-塔梁固结体系 (4)塔、梁、墩相互固结-刚构体系 五、斜拉桥的结构体系 漂浮体系 半漂浮体系 泉州晋江大桥斜拉索 在主梁上的锚固 157 158 塔梁固结体系 刚构体系 159 五、斜拉桥的结构体系 五、斜拉桥的结构体系 五、斜拉桥的结构体系 漂浮体系是指主梁在顺桥向变形不受索塔约束,主梁水 是指主梁在顺桥向变形不受索塔约束,主梁水 平荷载不直接传递到索塔的结构形式,这种结构体系具 有索塔在顺桥向负担小和主梁弯矩分布均匀的优点,而 且结构的纵向周期长,可以减轻地震作用。不足之处是 结构刚度小,顺桥向变形较大,施工期间稳定性差。 160 支承体系(包括半漂浮体系)是指塔梁之间有竖向支承 是指塔梁之间有竖向支承 、并在顺桥向有一定水平约束的结构形式,其中半漂浮 体系在顺桥向无约束。这种结构体系由于主梁支承在桥 塔的横梁上,整体刚度比漂浮体系大。这种结构体系中 索塔对主梁的纵向水平约束刚度需根据结构受力要求通 过试算确定,一般约束刚度越小,结构受到的水平地震 作用也就越小,但顺桥向的水平变形增大。不足之处是 刚度较大的支点使得主梁出现比较大的负弯矩。 161 塔梁固结体系是指塔梁之间固结,但塔与墩之间用支座 是指塔梁之间固结,但塔与墩之间用支座 传递荷载的结构形式。其优点是索塔的弯矩小、主梁受 力比较均匀,整体升降温引起的结构温度应力较小。缺 点是结构的刚度小,在荷载作用下变形比较大,塔下的 支座承受比较大的反力,需要采用大吨位的支座,在跨 度比较大的斜拉桥中不宜采用。 162 五、斜拉桥的结构体系 五、斜拉桥的结构体系 五、斜拉桥的结构体系 刚构体系是指塔、梁、墩三者之间固结的结构,这种结 是指塔、梁、墩三者之间固结的结构,这种结 构体系的刚度比较大,结构变形小,索塔部位不需要设 置支座,结构维护容易,施工过程中结构稳定性比较好 。不足之处是支点处主梁弯矩大,索塔还需要承受很大 的温度应力以及水平地震作用,故一般适用于结构温度 应力不大的小跨度独塔斜拉桥。 163 164 165 六、斜拉桥的计算要点 (一)概要 ? 六、斜拉桥的计算要点 斜拉桥属于柔性结构体系,地震、风等动力荷载作用 对结构安全性有很大影响,设计除了静力计算外,还 需要考虑动力响应。本节介绍静力计算要点,结构验 算的内容以及要求详见《 算的内容以及要求详见《斜拉桥设计细则》 斜拉桥设计细则》(2007) 静力计算分整体和局部分析两个层次,其中整体分析 以整座桥梁为对象,计算在施工和使用过程中的最大 变形和最不利内力,为结构设计、安全验算提供依据 ,而局部分析则以结构的某一个部分(如拉索锚固区 )为对象,应用相对比较精细的模型分析构件的局部 应力分布,为优化细节构造设计、确保结构荷载传递 能力提供依据。 167 六、斜拉桥的计算要点 斜拉桥的索力由两部分组成,一是施工阶段通过千斤 顶张拉产生的;二是拉索锚固后在新的荷载作用下结 构变形产生的内力。 ? 166 索力传递的两个阶段 168 六、斜拉桥的计算要点 斜拉桥结构整体计算大致包括三个步骤: (1)确定初始索力; (2)根据施工过程计算结构成桥状态的内力和变形; (3)计算结构在各种活载作用下的变形和内力。 六、斜拉桥的计算要点 (二)计算模型 斜拉桥是高次超静定结构,计算分析一般利用通用程序 或者专用的有限元分析程序完成。结构整体分析以杆系 计算模型为主,即主梁、索塔用单梁或格子梁来模拟, 用刚臂连接梁的中心轴与拉索 锚固位置。拉索一般用杆单元 或者柔性索单元模拟。 六、斜拉桥的计算要点 (三)确定初始索力 斜拉桥的斜拉索索力在桥梁纵向,相当于主梁的体外预应力;在竖 向,斜拉索力产生了向上的力以抵消向下的自重与活载对主梁产生的 弯矩,对于活载来说斜拉索提供了弹性支承。 斜拉索具有合理的索力,使斜拉索、主塔和主梁受力总体合理, 是斜拉桥结构设计的关键。斜拉桥的初始索力可以人为设定,是斜拉 桥成桥合理受力的有利因素,因此,合理确定初始索力,是斜拉桥设 计的关键步骤之一。 由于斜拉桥是高次超静定柔性结构,而且在施工过程中结构体系 不断改变,使主梁和索塔内力分布合理且结构线形满足要求的初始张 拉力确定,还与施工方法密切相关。 对于大跨度斜拉桥来说,恒载对结构起主要控制作用,因此,确 171 定初始索力往往以使恒载作用下结构的合理受力为目标。 整体计算的杆系结构模型 169 170 六、斜拉桥的计算要点 斜拉桥初始索力的计算方法有刚性支承连续梁 法、零位移法、无应力状态控制法、倒拆正装法等。 六、斜拉桥的计算要点 六、斜拉桥的计算要点 (1)将拉索锚固点用竖向的刚性支点替换,按连续梁结构计算自重作用 下的支点反力Vi; (2)中跨拉索的张力Tj根据下端竖向分力与支点反力Vj一致条件算出; (3)边跨拉索张力按索塔不产生弯矩条件算出,即索塔两侧的拉索张 力水平分力应一致H?j= Hj; (4)对差异大的索力进行局部调整,确保张力分布均匀; (5)靠近桥梁端部拉索的竖向分力(V?i)与连续梁反力(Vi?)相差 比较大时,通过端部压重消除支座出现负反力,并使主梁弯矩比较小 且分布均匀。 计算中跨及边跨拉索张力 计算拉索支点处的反力 172 刚性支点法计算图式 173 174 六、斜拉桥的计算要点 (四)成桥状态的恒载内力计算 索塔、主梁以及下部结构等内力根据结构恒载和索力作 用计算得到。 六、斜拉桥的计算要点 (五)活载作用下的结构内力和变形 六、斜拉桥的计算要点 由于变形很小,设变形后拉索的倾斜角 与变形前的倾斜角 αi αi 近似相等,由几何关系可得: δ i sin α i = Ti lc ,i E c Ac 索力Ti的垂直分力Xi为 Ti sin α i X i lc , i E c Ac sin 2 α i 拉索与主梁的变形 177 上述的计算是初步的、位移是不实际的。真实的内力应 根据施工过程计算结果给出,对于混凝土主梁的斜拉桥 175 还应考虑混凝土的收缩和徐变的作用。 因此,上式还可以表示成如下的形式: (a) 拉索与主梁的变形 (b) 弹性支承连续梁弯矩 176 δi = 活载作用下的结构计算原理 六、斜拉桥的计算要点 δi = X i lc , i E c Ac sin 2 α i c 六、斜拉桥的计算要点 因此,斜拉桥主梁在活载作用下的弯 曲变形计算可以用刚度系数为ki的弹性 支承梁来近似,弹性支承的刚度与拉索 的材料特性(Ec、Ac)、几何参数(lc 、αi)有很大的关系。 则当k1=0时,它为一根简支梁,当 k1=∞时,它为一根两跨连续梁。实际 拉索对应的ki介于0 介于0与∞之间,因此,其 在均布荷载作用下的弯矩图如图中的虚 线所示,它明显低于简支梁。 178 179 六、斜拉桥的计算要点 斜拉桥在单位活载作用下的简化计算模型 δ 21 X 1 + (δ 22 ? δ 2c ) X 2 + δ 23 X 3 + δ 24 X 4 + δ 25 X 5 = δ 2 p ? δ 31 X 1 + δ 32 X 2 + δ 33 X 3 + δ 34 X 4 + δ 35 X 5 = δ 3 p δ 41 X 1 + δ 42 X 2 + δ 43 X 3 + (δ 44 ? δ 4c ) X 4 + δ 45 X 5 = δ 4 p ? ? ? ? (δ11 ? δ1c ) X 1 + δ12 X 2 + δ13 X 3 + δ14 X 4 + δ15 X 5 = δ1 p ? ? 从上式得到主梁竖向变形的刚度系数ki 以及对应的柔度系数 δ k ki = δ kc = Ec Ac sin 2 α i lc ,i lc , i 1 = k i Ec Ac sin 2 α i ? δ 51 X 1 + δ 52 X 2 + δ 53 X 3 + δ 54 X 4 + (δ 55 ? δ 5c ) X 5 = δ 5 p ? P=1 0 1 2 3 4 5 6 180 斜拉桥简化计算模型 六、斜拉桥的计算要点 主梁位移与内力影响线 六、斜拉桥的计算要点 拉索在恒载作用下近似为抛物线、精确线形为悬链 线。在大跨度斜拉桥结构分析中,应考虑垂度对拉 索单元拉伸刚度下降的影响。 六、斜拉桥的计算要点 为了考虑垂度对拉索刚度的影响,Ernst 提出如下 为了考虑垂度对拉索刚度的影响,Ernst提出如下 等效弹性模量计算公式: 1+ Ee /E0 A B A B Ee = k0 2k0 挠度影响线 弯矩影响线 + + + 挠度影响线 由 张拉力有关,张拉力越大,垂度就越 小,拉伸刚度也就越大,因此索的刚 度随着拉力改变,具有非线性的力学 特性,严密计算需要通过迭代得到。 182 H= wl 2 8 f 可知,拉索的垂度大小与 E0 γ 2l 2 ? E0 3 12σ 0 式中:Ee为修正的有效(或修正)弹 性模量;E0为不考虑斜索垂度影响的 弹性模量,也就是斜索钢材的E值; γ为斜索的单位体积重量(包括拉 索本身重量和防腐重量等);σ0斜 索的初应力;l 斜索的水平投影长 度。 等效弹性模量 183 六、斜拉桥的计算要点 (六)施工过程计算分析 ? 七、斜拉桥的架设方法 一般梁式桥梁的施工工艺都能适用于斜拉桥的施工 。 各种桥型的可选择的主要施工方法 简支梁桥 悬臂梁桥 连续梁桥 T 型刚构 现场浇筑法 预制安装法 悬臂施工法 转体施工法 顶推施工法 逐孔施工法 横移施工法 提升于浮运施工法 刚架桥 拱桥 悬臂施工方案具体步骤: ? ? ? ? ? ? 斜拉桥一般采用悬臂施工方法,施工过程中结构体系随着 施工进展不断改变,而且混凝土收缩、徐变等时间效应也 会导致结构内力发生改变,因此,为了获得成桥状态的结 构内力及线形,需要进行施工过程的结构计算分析,通过 各施工步的应力累计以及考虑施工期间的收缩、徐变影响 ,得到最终的应力和形状。 施工过程结构计算也是预测结构线形变化的主要手段。 斜拉桥施工过程的结构分析包括正装计算和倒拆计算两种 正装计算:根据施工确定的工艺计算每个阶段的变形和应 力。 倒拆计算 :逆施工过程从成桥状态开始,逐个倒拆各施工 过程中安装的构件,根据拆除后的结构平衡状态确定标高 184 (预拱度),并确定相应的索力 。 表 1-3-1 组合体系桥 斜拉桥 悬索桥 V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V ? ? ? V V V V V V V V V V V V 185 ? 下部结构及桥塔、桥墩、桥台施工;支架上浇筑0 下部结构及桥塔、桥墩、桥台施工;支架上浇筑0号块主 梁;塔临时固结;安装挂篮。 悬臂浇筑主梁,包括前移挂篮;根据标高定位;安装斜拉 索;浇注混凝土;张拉预应力钢束;张拉斜拉索并调整索 力。 重复上述施工过程悬臂浇筑主梁,在辅助墩位置与辅助墩 连接。 边跨合龙。 主梁中跨合龙段施工,包括:按合龙段重量进行配重;合 龙段劲性骨架安装,拆除临时固结;混凝土浇筑,逐渐拆 除配重;预应力钢束张拉等. 后续施工,包括:成桥前的调索(如果需要);斜拉桥的 防腐和安装减振装置;安装主梁限位装置;桥面系施工等 186 。 ?悬臂法施工过程中为了尽量减少各 根索的调整次数,将各施工阶段所 需要的拉力和梁的几何位置预先算 出,即前面讲到的施工过程结构计 算分析。 ?在每个施工阶段,索力调整后的主梁位置要考虑后续施工中产生 的结构变形,包括荷载效应以及收缩徐变变形,因此,必须设置 反方向的变形,即预拱,随着后面的施工推进,结构形状逐渐变 化到设计线形。 ?斜拉桥是以承受轴力为主的结构体系,预拱大小要考虑轴向变形 的影响,跨度稍大的结构还需要考虑几何非线 Rion-Antirion Tatara 青洲闽江大桥 190 191 192 杨浦大桥 杨浦大桥 杨浦大桥塔柱施工 杨浦大桥 杨浦大桥主索安装 杨浦大桥基础施工 193 194 195 杨浦大桥 杨浦大桥 杨浦大桥 杨浦大桥主梁安装 杨浦大桥钢梁 制作与安装 196 197 杨浦大桥主梁安装 198 杨浦大桥 Millau Viaduct Millau Viaduct 199 200 201 Millau Viaduct Millau Viaduct Millau Viaduct 202 203 204 Millau Viaduct Millau Viaduct Millau Viaduct 205 206 207 Millau Viaduct Millau Viaduct Millau Viaduct 208 209 210 Millau Viaduct Millau Viaduct Millau Viaduct 211 212 213 八、部分斜拉桥 八、部分斜拉桥 (一)发展概况 1988年,法国人Mathivat提出这一新的桥梁结构形式。 1994年日本建成了世界上第一座部分斜拉桥—小田原港桥,此后日本 又修建了屋代南、北铁路桥、冲原桥等近30座部分斜拉桥。 八、部分斜拉桥 八、部分斜拉桥 (二)结构特性及总体布置 部分斜拉桥是介于连续梁与斜拉桥之间的一种桥型。如 果说连续梁桥属于刚性桥梁,斜拉桥属于柔性桥梁,则部 分斜拉桥为一种刚柔相济的桥型。 一般认为,当斜拉索的竖向荷载承担率超过 30%或斜拉 或斜拉 一般认为,当斜拉索的竖向荷载承担率超过30% 索在活载作用下的应力变化幅超过50MPa 时,即进入斜拉桥 索在活载作用下的应力变化幅超过50MPa时,即进入斜拉桥 范围,斜拉索容许应力取0.4 倍极限应力,安全系数为2.5 2.5 范围,斜拉索容许应力取0.4倍极限应力,安全系数为 。部分斜拉桥的拉索应力幅度比一般斜拉桥小,拉索可按 体外预应力索的容许应力取值,为0.6 倍的极限应力,对应 体外预应力索的容许应力取值,为0.6倍的极限应力,对应 的安全系数为1.67 ,在施工过程中索力可不作调整。部分 的安全系数为1.67,在施工过程中索力可不作调整。部分 斜拉桥由于结构刚度相对较大,没有斜拉桥的主要特征构 215 件--端锚索。 八、部分斜拉桥 八、部分斜拉桥 梁桥 部分斜拉桥 斜拉桥 216 214 八、部分斜拉桥 八、部分斜拉桥 八、部分斜拉桥 八、部分斜拉桥 (三)主梁、桥塔和拉索设计 八、部分斜拉桥 八、部分斜拉桥 (四)结构计算以及施工方法概要 ? ? ? ? 初始索力确定 成桥状态结构计算 可变荷载作用下的结构计算 按规范的相关规定进行内力组合和安全验算。 斜拉索布置 217 218 219 本章掌握要点 斜拉桥的组成及各部分的受力特点 单索面与双索面斜拉桥主梁截面形式的 选择 ? 三种索面形式及特点 ? 稀索体系与密索体系的特点 ? 斜拉桥的四种结构体系 ? 部分斜拉桥的特点,与斜拉桥的区别 ? ? 220

桥梁

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