第八讲 斜拉桥总体布置与结构体系
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斜拉桥设计要素与结构特性斜拉桥是一种现代化的桥梁结构,具有独特的设计要素和结构特性。
在桥梁工程中,斜拉桥被广泛应用于跨越河流、峡谷等地形复杂的区域,其设计要素和结构特性对桥梁的安全性、稳定性和美观性起着至关重要的作用。
本文将从斜拉桥的设计要素和结构特性两个方面进行探讨。
设计要素1. 主塔斜拉桥的主塔是支撑桥梁主梁和索塔的重要构件,承担着桥梁荷载的传递和分配功能。
主塔的高度、形状和布置位置直接影响着桥梁的整体结构和外观。
设计主塔时需要考虑地质条件、风载、桥梁跨度等因素,确保主塔具有足够的承载能力和稳定性。
2. 主梁主梁是斜拉桥的承载结构,连接主塔和桥面,承担车辆荷载的传递和分布。
主梁的截面形状、材料和截面尺寸是设计中的关键要素,需要根据桥梁跨度、荷载情况和美学要求进行合理选择,确保主梁具有足够的刚度和强度。
3. 斜拉索斜拉桥的斜拉索是连接主塔和主梁的重要构件,承担着桥梁荷载的传递和支撑功能。
斜拉索的数量、布置方式和张拉力大小直接影响着桥梁的受力性能和稳定性。
设计时需要考虑索塔的位置、索带的倾角和索带的材料等因素,确保斜拉索具有良好的受力性能和耐久性。
4. 桥面桥面是斜拉桥上行车的部分,承载着车辆荷载和行人荷载。
桥面的结构形式、材料和铺装方式需要根据交通流量、使用功能和美学要求进行设计,确保桥面具有良好的耐久性和舒适性。
结构特性1. 刚度斜拉桥具有较高的整体刚度,能够有效抵抗外部荷载引起的变形和振动。
斜拉桥的主塔、主梁和斜拉索等构件之间通过刚性连接,形成一个整体稳定的结构系统,具有良好的抗风、抗震性能。
2. 强度斜拉桥具有较高的承载能力和抗弯强度,能够承受车辆荷载和自重荷载引起的各种受力情况。
主塔和主梁采用钢结构或混凝土结构,具有良好的抗压和抗拉性能,能够确保桥梁的安全运行。
3. 稳定性斜拉桥具有良好的整体稳定性,能够有效抵抗外部环境引起的各种不利影响。
通过合理设计主塔和斜拉索的布置方式,可以有效减小桥梁的振动和变形,确保桥梁在各种工况下都能保持稳定。
斜拉桥的总体布置与结构体系总体布置主要有跨径布置、拉索及主梁的布置、索塔高度与布置。
一、跨径布置主要有下面三种类型(1)双塔三跨式。
为目前应用最广泛的跨径布置方式。
下面是立面图与其荷载作用不同位置时发生的索塔与主梁的形变。
(2)独塔双跨式。
这也是应用较为广泛的一种跨径布置,但由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的小,故特别适用于跨越中小河流、谷地及作为跨线桥,或用于跨越较大河流的主航道部分,也可用主跨跨越河流,索塔及边跨布置在河流一岸的方式。
独塔双跨式斜拉桥立面图(3)多塔多跨式。
多塔多跨式斜拉桥适用于需要多个大通航孔的大江大河、宽阔湖泊或海峡上,但这种结构一般采用较少,主要原因是中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位,使结构柔性及变形增大,整体刚度差。
多塔多跨式斜拉桥示意图二、拉索的布置,拉索的布置分为空间上的布置与索面内的布置。
(1)拉索索面在空间可布置成单索面和双索面,而双索面又可分为竖直双索面和倾斜双索面.单索面斜拉桥(临海大桥)竖直双索面斜拉桥倾斜双索面斜拉桥(2)拉索在索面内的布置形式主要有以下三种:辐射形、竖琴形及扇形.辐射形:拉索与水平面的平均交角较大,拉索的垂直分力较大,故拉索的用量最省。
由于在拉索的水平分力在塔顶基本平衡,故索塔的弯矩较小,索塔高度也较小,但由于拉索都固定在塔顶,所以塔顶的结构复杂,集中应力现象突出,给施工和养护带来困难。
竖琴形:所有拉索的倾角完全相同,且拉索与索塔的锚固点分散布置,使拉索与索塔、拉索与主梁的连接构造简单,易于处理.竖琴形布置拉索加强了索塔的顺桥向刚度,对减少索塔的弯矩和提高索塔的稳定性都有利。
但是其拉索的倾角与水平方向的交角较小故所需的拉索数量大,布置密集,一般都用于中小跨径的斜拉桥中。
扇形:扇形兼有辐射形和竖琴形索的特点,又可灵活布置,与索塔的各种构造形式相配合.扇形是采用最多的一种索型.三、索塔与主梁的布置(1)索塔的布置主要在于高度的确定,矮塔斜拉桥为桥塔高度与主跨长度的比值在1/8~1/13之间的斜拉桥。