斜拉桥的分类
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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。
(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。一般斜拉桥,双塔三跨式的比值在0.18~0.25之间,独塔双跨式的
比值在0.3~0.45之间。
矮塔斜拉桥
(2)主梁的布置
1、主梁为连续体系,无论是双塔三跨式还是独塔双跨式,主梁在斜拉桥全长范围内布置成
连续体系,这时主梁为连续梁或连续钢构(拉索作为跨内的弹性支撑),为改善结构受力布置外边孔时,斜拉桥主梁梁体还与边跨或引桥的上部结构主梁相连续。
主梁布置为连续体系
2、主梁为非连续体系,这种结构可以减少超静定次数,带有挂孔的主梁布置能较好地适应两个索塔基础得不均匀沉降,用剪力铰可以缓解温度内力的影响,但是这两个体系都破坏了
桥的整体性和桥面的连续性。目前使用的较少。
主梁布置为非连续体系
四、结构体系
(1)由梁、索、塔、墩的不同结合构成四种不同的结构体系。
1、塔墩固结、塔梁分离一漂浮体系:主梁除两端有支承外,其余全部由拉索作为支承,成
为在纵向可稍作浮动的一根具有多点弹性支承的单跨梁。优点是满载时,塔柱处主梁不出现
负弯矩峰值;温度及混凝土收缩,徐变内力均较小;在密索情况下,主梁各截面的变形和内
力的变化较平缓,受力较均匀。地震时允许全梁纵向摆动,从而起到抗震消能作用。
漂浮体系(南浦大桥)
2、塔墩固接、塔梁分离,在塔墩处主梁下设置竖向支承一半漂浮体系:在主梁穿过桥塔位置一般通过垂直的吊索来支承主梁,如将0号吊索换成在塔柱横梁上的竖向支座,主梁成为在跨内具有多点弹性支撑的连续梁,可设一个固定支座,多个活动支座,但一般均设活动支
座。半漂浮体系的主梁内力在塔墩支承处出现负弯矩峰值,温度及混凝土收缩、徐变内力也
较大,通常需加强支承区段的主梁截面。
塔墩固结体系
3、塔梁固结、塔墩分离一塔梁固接体系:这时主梁相当于顶面用拉索加强的一根连续梁或
悬臂梁。优点是取消了承受很大弯矩的梁下塔柱部分,代之以一般桥墩,致使塔柱和主梁的
温度内力极小,并可显著减小主梁中央段承受的轴向拉力。但当跨中满载时,由于主梁在墩
顶处的转角位移导致塔柱倾斜,是塔顶产生较大的水平位移,因而显著增大了主梁的跨中挠
度和边跨的负弯矩。并且上部结构的重力和活载反力均由支座传给桥墩,这就要求设置承受
很大吨位的支座,故该体系一般仅用于小跨径斜拉桥。
塔梁固结体系
4、主梁、索塔、桥墩三者互为固接一刚构体系:主梁成为在跨内有多点弹性支承的刚构。优点是结构刚度大,主梁和塔柱的挠度均较小,不需要大吨位支座,最适合用悬臂法施工。但刚构体系动力性能差,尤其是在窄桥时。
刚构体系斜拉桥
(二)按拉索的锚固体系不同而形成的体系
1自锚式斜拉桥:自锚式斜拉桥塔前侧的拉索分散锚固在主梁梁体上,而塔后侧的拉索除了最后边的锚固在主梁端支点处以外,其余拉索则分散锚固在边跨主梁上或将一部分拉索集
中锚固在端支点附近的主梁上。无论是双塔三跨式还是独塔双跨式斜拉桥,绝大多数均采用
自锚体系。
2、地锚式斜拉桥:单跨式斜拉桥一般采用地锚式,这时全桥只需一个索塔。由于
跨问题,故塔后拉索只能采用地锚形式。双塔三跨有时因为某种原因也会使用地锚形式。
地锚式斜拉桥
自锚式斜拉桥
不存在边