理论教育 走近桥梁:索结构与桥梁承载能力

走近桥梁:索结构与桥梁承载能力

时间:2023-09-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:索结构是最具现代感的桥梁结构,主要包括斜拉索结构和悬索结构。索结构是目前跨越能力最强的结构体系,理论跨度可超过3000 m。斜拉索结构是目前转移荷载效率最高的结构体系,造价经济,应用较为广泛。软索承受荷载绷紧是应力刚化现象,这是索结构承载的主要原理。和斜拉索结构相比较,悬索结构的主塔同样以承受压力为主,但地锚式悬索桥的主梁却不再承受压力。

走近桥梁:索结构与桥梁承载能力

索结构是最具现代感的桥梁结构,主要包括斜拉索结构和悬索结构。索结构的核心构件是承受拉力的索,拉力在索中分布均匀,能充分发挥材料的抗拉强度,是现代桥梁的主要发展方向。索结构是目前跨越能力最强的结构体系,理论跨度可超过3000 m。

(一)斜拉索结构

斜拉索结构的实验:取一根筷子和一根比筷子稍长些的细线,将细线两端系在筷子两端,拎起细线中部就形成了一个斜拉索结构。往筷子上搭一些重物,会发现筷子是可以承受荷载的,同时会发现细线被绷得更紧了。

斜拉索结构是目前转移荷载效率最高的结构体系,造价经济,应用较为广泛。斜拉索结构的主要承载构件包括斜拉索、主塔和主梁,其中斜拉索承受拉力,主梁和主塔则以承受压力为主。

根据不同的结构特征,斜拉桥还可分为多种不同类型(图1-2-3)。根据斜拉索的疏密程度,斜拉桥可分为稀索体系斜拉桥和密索体系斜拉桥。根据是否设置地锚,斜拉桥可分为有地锚斜拉桥和无地锚斜拉桥。稀索体系和有地锚体系只在斜拉索结构体系发明早期有少量工程实例,后来由于计算手段的提升和辅助墩的使用已很少采用。根据塔墩数量不同,斜拉桥可分为独塔斜拉桥、双塔斜拉桥和多塔斜拉桥。斜拉索的桥面锚点一般呈线状分布,桥面锚点在一条线上的斜拉索形成的扇面称为索面。根据索面数量不同,斜拉桥可分为单索面斜拉桥、双索面斜拉桥和三索面斜拉桥。斜拉桥还可以根据塔墩对主梁的约束方式,分为固结体系斜拉桥、全漂浮体系斜拉桥和半漂浮体系斜拉桥:固结体系的主梁与塔墩固结连接;全漂浮体系的主梁与塔墩只通过缆索系统连接;半漂浮体系在主梁和塔墩之间设置支座,限制顺桥向或横桥向的位移,使其只能在一个方向上漂浮。斜拉桥的主塔形式丰富,有A形、H形、倒Y形等多种形式,是斜拉桥造型的关键部位。

■图1-2-3 斜拉桥

(二)悬索结构(www.daowen.com)

生活中的悬索结构实例:将晾衣绳的两端绑在重重的石块上,中部用两个三脚架撑起,就做成了一个晾衣架。清洗干净的衣服搭在晾衣绳上晾晒,原本柔软的晾衣绳在承受荷载之后却变得紧绷绷的,它是主要的承力结构。软索承受荷载绷紧是应力刚化现象,这是索结构承载的主要原理。

悬索结构可以铺设桥面后直接承受荷载,但由于悬索表面并不平坦,不便于车辆通行,因此多用于人行交通。现代悬索桥拥有主梁,通过长短不一的吊杆悬挂在主缆下方,使建在主梁上的桥面平坦,利于车辆行驶。主缆中段被主塔高高支起,两端一般通过锚碇固定。和斜拉索结构相比较,悬索结构的主塔同样以承受压力为主,但地锚式悬索桥的主梁却不再承受压力。主梁的重量经吊杆传递后由主缆承担,使主缆产生拉应力而刚化,因此悬索桥的主梁也称为加劲梁。

悬索桥(图1-2-4)可根据是否设置锚碇,分为自锚式悬索桥和地锚式悬索桥。自锚式悬索桥主缆两端锚固在主梁端部使主梁承压,承重的主缆只能在主梁架设完毕后才能施工,这个矛盾使得其跨越能力受限,因此,自锚式悬索桥多用于城市景观桥。地锚式悬索桥的跨越能力较强,但造价较高,其锚碇多为重力式锚碇,在两岸地形、地质条件理想的条件下,也可采用隧道锚、岩孔锚等形式。悬索桥一般采用两个主塔,只有一个主塔的自锚式悬索桥也较为常见。有三个主塔的大跨度悬索桥拥有两个主跨,可以跨越宽阔水面,是我国特有的、处于世界领先地位的一项桥梁技术。

■图1-2-4 悬索桥

■续图1-2-4

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