《桥梁工程I》PPT课件.ppt

第二章斜拉桥的构造 主梁的主要作用 1 将恒 活载分散传给拉索 梁的刚度越小 则承担的弯矩越小 2 与拉索及索塔一起成为整个桥梁的一部分 主梁承受的力主要是拉索的水平分力所形成的轴压力 因而需有足够的刚度防止压屈 3 抵抗横向风载和地震荷载 并把这些力传给下部结构 对于单索面斜拉桥 主梁由扭转控制设计 对于双索面斜拉桥 主梁设计主要应考虑轴压力因素以及整个桥的纵向弯曲 另外 应考虑到在减小活载的情况下主梁有足够的强度和刚度以更换拉索 并需考虑个别拉索偶然拉断或退出工作时结构仍具有足够的安全储备 第一节主梁的构造 一 实体梁式和板式主梁实体梁式和板式截面的主梁一般仅适用于双索面斜拉桥 优点如下 1 构造简单 施工方便 2 当斜索在实体的边主梁中锚固时 锚固构造简单 3 在索面内具有一定的抗弯刚度 在锚固点处可以避免产生大的横向力流 4 梁高较矮时 截面空气阻力小 在空气动力性能方面是合理与有效的 特别当桥面宽度增大到整个截面近似于一块平板时 第一节主梁的构造 实体梁式截面 第一节主梁的构造 实体板式截面 第一节主梁的构造 二 箱形截面混凝土箱形截面的抗弯和抗扭刚度大 能适应稀索 密索 单索面或双索面等不同斜索布置 其组合截面 也可以方便地形成封闭式的单箱形式或分离式的双箱形式 以适应不同桥宽的需要 截面的组合构造 也可以部分预制 部分现场浇筑 为桥梁施工方案提供了更多的选择 第一节主梁的构造 单索面布置的箱形截面 法国布鲁东纳桥 美国日照 SunshineSkyway 桥 双索面混凝土斜拉桥箱形截面的主梁常以分离式的两个箱体各自锚固于拉索 两箱之间则以横梁和桥面板连结 第一节主梁的构造 双箱梁的典型截面为倒梯形 三角形双箱梁 美国P K桥首次采用 在双箱梁的两个分离式箱体之间用底板将其封闭 即成为三室的单箱梁截面 如法国诺曼底大桥边跨混凝土主梁部分的倒梯形三室箱梁截面 挪威Skarnsunddet桥主梁采用了三角形的箱形截面 该桥主跨为530m 建于1992年 第一节主梁的构造 双索面桥与单索面桥的三室箱梁截面应有所不同 采用双索面时 应将两个中间竖腹板尽量拉大 使中室大于边室 以期取得较大的横向惯矩 对于单索面 则应将其尽量靠拢 以便将斜索锚固于较小的中室内 如图所示为长沙湘江北大桥 主跨210m 的三室箱梁截面 教材表4 2 1给出了若干种具有代表性的截面形式主梁的特点和适用范围 第一节主梁的构造 三 不同材料主梁的适宜跨径斜拉桥主梁有下列四种不同的组成方式 1 预应力混凝土梁 称为混凝土斜拉桥 2 钢一混凝土组合梁 称为组合梁 或称结合梁 叠合梁 斜拉桥 3 钢主梁 称为钢斜拉桥 4 主跨为钢主梁或钢一混凝土组合梁 边跨为混凝土梁 称为混合式斜拉桥 Svensson认为跨径为200 400m时 采用混凝土主梁是最经济的 400 600m时 采用钢 混凝土组合梁是最经济的 大于600m时 应采用钢主梁 另外 当跨径处于400m和600m两个临界区域时 应综合考虑其他因素分别对两种不同材料主梁作经济比较 第一节主梁的构造 但Svensson未考虑桥面宽度的影响 当桥面为6车道及以上时 混凝土横梁的质量将占相当大的比重 此时设计应考虑采用钢横梁方案 主跨主梁和边跨主梁的设计理念是不同的 主跨必须有良好的动力特性 自重较轻 对于大跨度斜拉桥 边跨由于其拉索起着稳定索塔的作用 因而边跨应具有克服上提力的功能 这就需通过边跨的自重 刚度或设辅助墩的方式来解决 各种材料主梁每平方米桥面的自重估计值如下 钢 2 5 3 5kN m2钢一混凝土组合 6 5 8 5kN m2混凝土 10 0 15 0kN m2 第一节主梁的构造 斜拉桥的柔细感与直线感虽基本上来自于梁体与斜索 但索塔的形状对全桥的景观是至关重要的 它在美学上几乎起决定性的作用 因此 必须非常慎重地选择索塔的形状 精心勾画出优美的尺寸比例 具体的做法可借助于制作模型来进行比较 然后决定取舍并进行局部优化 一 索塔构件组成组成索塔的主要构件是塔柱 另外还有塔柱之间的横梁或其他联结构件 塔柱之间的横梁一般可分为承重横梁与非承重横梁 前者为设置主梁支座的受弯横梁 以及塔柱转折处的压杆横梁或拉杆横梁 后者为塔顶横梁和塔柱无转折的中间横梁 第二节索塔 二 混凝土塔的构造混凝土索塔常采用的截面形式见表4 2 2 实心体索塔一般适用于中小跨度的斜拉桥 对于小跨度可采用等截面 对于中等跨度可采用空心截面 矩形截面索塔的构造简单 其四角宜做成倒角或圆角 以利抗风 所有其他多边形截面的索塔均比矩形截面的对抗风有利 而且还能增加桥梁外形的美观 八角形截面有利于配置封闭式环向预应力筋 但构造稍复杂 H形截面在立面上可以不使锚头外露 对美观有所改善 各种空心截面包括H形截面 一般均需在每一层拉索锚头处增设水平隔板 其作用有二 第一 有利于将索力传递到塔柱全截面上 第二 在施工阶段和养护时可将它作为工作平台 第二节索塔 一 拉索的构造在近代大跨度斜拉桥中 拉索的构造基本上分为整体安装的拉索和分散安装的拉索两大类 前者的代表为平行钢丝索配冷铸锚 后者的代表为平行钢绞线索配夹片锚 1 平行钢丝索配冷铸锚 第三节拉索 2 平行钢绞线索配夹片锚钢绞线在索中平行排列 逐根安装 张拉 两端裸线由夹片锚固定 采用等值张拉法 由法国弗雷西奈公司提出 在一群钢绞线中选定一 参照线 对该 参照线 拉力在张拉过程中进行同步精密标定 每张拉一根钢绞线 即按照此 参照线 的标定值确定该线的张拉值 待全部钢绞线张拉完毕后 各根钢绞线的拉力与 参照线 的相同 然后再用大能量小行程的张拉千斤顶将整索钢绞线同步张拉至预定索力 第三节拉索 当前 在斜拉索中使用的平行钢绞线索配夹片锚共有4种体系 即弗雷西奈体系 法国 迪维达克体系 德国 VSL体系 瑞士 和强力 Stronghold 体系 英国 第三节拉索 二 拉索的锚固1 斜拉索与混凝土梁的锚固 第三节拉索 1 顶板锚固块 2 箱内锚固块 第三节拉索 3 斜隔板锚固 4 梁底两侧锚固 4 梁两侧锚固 2 拉索在索塔上的锚固 第三节拉索 交错锚固 非交错锚固 用钢锚固梁锚固 钢锚箱锚固 三 拉索的应力拉索的应力控制需要考虑三个因素 有效弹性模量 破断强度和疲劳 根据Ernst公式 斜索的等效弹性模量为若斜索的应力过低 则斜索的垂度大 索的有效模量就小 这也反应了斜拉索必须采用高强度钢材的直接原因 由此可见 控制斜索的最小应力是十分必要的 第三节拉索 根据钢材的受力特性 当拉索的荷载超过破断荷载的50 时 钢的非弹性应变将快速增加 因而对于一般荷载组合 拉索的最大荷载只能到它破断强度的40 另外 拉索应具有足够的抗疲劳能力 即在规定的应力变幅下 拉索在承受200万次的荷载循环后 其强度不小于原来强度的95 拉索的抗疲劳能力与钢材和锚具有关 目前生产的成品拉索应力变幅为220 250MPa 第三节拉索 四 拉索的减振拉索的风致振动现象在各种跨径和类型的斜拉桥上普遍存在 拉索的振动易导致疲劳和外包破损 目前对拉索采取的减振措施主要有以下几种 1 气动控制法该法是将斜拉索原来的光滑表面做成带有螺旋凸纹 条形凸纹 v形凹纹或圆形凹点的非光滑表面 通过提高斜拉索表面的粗糙度 使气流经过拉索时在表面边界层形成湍流 从而防止涡激共振的产生 拉索表面的凹凸纹还能阻碍下雨时拉索上 下缘迎风面水线的形成 从而防止雨振的发生 但其对塔 梁在外界激励下导致索两端的支座激振 又称参数振动 无减振作用 且由于表面粗糙度的增加 会增大斜拉索对风的阻力 第三节拉索 2 阻尼减振法阻尼减振法的作用机理就是通过安装阻尼装置 提高拉索的阻尼比从而抑制拉索的振动 它对涡激共振 尾流驰振 雨振以及由支座激励引起的拉索共振和参数振动都能起到较好的抑制作用 根据与拉索的相互关系 阻尼装置又可分为安放在套筒内的内置式阻尼器和附着于拉索之上的外置式阻尼器 详见教材图4 2 16 4 2 17 第三节拉索 3 改变拉索动力特性法采用联结器 索夹 或辅助索