南浦大桥的简单介绍及受力分析

第一部分、斜拉桥简介

1.1斜拉桥结构

斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的索塔，受拉的索和承弯的主梁体组合起来的一种。

主梁的重力和桥体上的车辆重量通过斜拉索传递给索塔，因此塔柱之间不需要其他的支撑，使斜拉桥具有较大的跨度。索塔所受到非常大的向下的力压，全部由地基承担，而主梁则受到较大的弯矩。桥面越长，则索塔越高，拉索的角度也越小，拉力越大，这便影响了斜拉桥跨度的进一步延伸。

图1

1.1.2 斜拉桥分类

按照材质的分类，斜拉桥分为混凝土斜拉桥、钢斜拉桥、钢—混凝土结合梁（叠合梁）斜拉桥、钢—混凝土混合梁斜拉桥。其中混凝土斜拉桥造价低，后期养护简单便宜，但跨越能力不如钢结构。钢斜拉桥跨度大，但后期养护工作量大，且抗风稳定性差。钢—混凝土结合梁节省钢材且刚度和抗风稳定性优于钢主梁斜拉桥。钢—混凝土混合梁斜拉桥适用于边跨和主跨比较小的情况，但结构细节较

复杂。

按照跨径分布又可分为单塔双跨式、双塔三跨式、多塔多跨式。

1.2斜拉桥构造

1.2.1

斜拉桥一般为三孔桥，中孔为主孔，边孔跨度一般为孔的0.25～0.50，多在0.4左右。若为两孔，两孔比值为0.5～1.0，一般在0.8～0.9之间（图1）。索面根据桥宽和美观要求，选择双索面和单索面。塔形对整个斜拉桥的造型影响很大，其高耸挺拔的风姿引人注目，显示出一种直指蓝天、向高空伸展的动势。一条条细柔的斜拉索，蕴含着强劲的力从塔端射出，将加劲梁轻轻拉起，形成巨大的刚柔反差和力的和谐平衡体系。

1.2.2

索塔的有效高度从桥面算起，索塔H越高，斜索的倾角越大，索的力度越小，索塔过矮，塔的气势要减弱，索的水平分立加大，加劲梁受力不利。下图所示是一般选取的斜拉桥高跨比的范围。

图2

1.2.3 索塔形式

顺桥面方向索塔形式：单住形a)，倒Y形b)，A形c)。单柱形结构简单，外形轻盈美观，是最常用的柱形。

图3 横桥面方向索塔形式：单柱形、门形、H形、A形、钻石形、菱形、倒Y形、梯形等。

1.2.4 索塔结构

索塔由基础、承台、横梁、塔柱等

图4 1.2.5索面布置

按空间布置，分为单索面和双索面，双索面又分为垂直双索面和倾斜双索面。

图5

顺桥面方向，斜拉桥布

置形式一般有辐射性、扇形、

竖琴形。现一般常用的是扇

形布置。

图6

第二部分南浦大桥简单介绍

2.1.1 简介

南浦大桥是上海市区第一座跨越黄浦江的大桥，落成于1991年11月19日。工程总投资8.2亿元。主桥全长846米，为一跨过江的双塔双索面（见前面介绍）斜拉桥（图8），其中叠合梁为765米。主跨（中孔跨径）423米，边跨为主跨的0.4倍。两岸各设一座150米高的“H”型钢筋混凝土主塔，桥塔两侧各以22对钢索连接主梁索面，加上四根0号索，共180根，索区采用拉索锚固钢横梁构造（见图），拉索呈扇形分布。桥下通航高46米，可通行5万吨级巨轮。

图7

2.1.2 主桥

主桥主跨423米，岸跨（边跨）211.5米，设有辅助墩，锚固墩和边墩。（辅助墩为活动墩，其支撑作用，没有水平约束;锚固墩起水平约束作用和支撑作用）。

图8

2.1.3 横断面布置

主桥面六车道23.45米，另设两侧观光人行道2米，全宽30.35米。

图9

2.1.4 斜拉索

顺桥向塔中心设一对零号索，塔向岸跨、河跨各设22对斜拉索。全桥共180根索。梁部标准索距9米，上塔柱拉索垂直间距2米。钢索（图11）抗拉强度

1568MPa，最大设计承载力5880KN。

图10 图11 钢索截面2.1.5 叠合梁构造

斜拉桥梁体由钢工字梁、车行道横梁、小纵梁、组成的平面钢框梁与其上叠合的混凝土桥面板构成叠合体系。每个标准段18米，由2根主梁、4根横梁、1根中梁、4根小纵梁、与四根人行挑梁组成。构件间均用摩擦型高强螺栓连接。桥面板共500多块，除少数现浇，均为现场预制，面板厚260mm，重33.8

图12 主梁图13 标准段

图14 标准段示意图图15 拉索与主梁的连接2.1.6 主塔

主塔柱高150米，为折线H形（花

瓶型）（图16）钢筋混凝土结构，采用清

水混凝土。共分为5个部分：下塔柱变截

面尺寸为5mX10m向上收小至4mX7m，

斜率1:5.72；中塔柱为4mX7m，壁厚70cm，

向内倾斜，斜率1:8.5，截面为菱矩形环

（图17）；上塔柱垂直，空箱内有19对

锚固钢横梁（图18）（另外3对固定在下

横梁上）；上、下横梁为空腹箱形断面（图

19）8mX6.7m，壁厚70cm，跨度分别为

25m和37m，下横梁设预应力束。图16 主塔

图17 塔柱截面图18 锚固钢横梁图19 下横梁截面第三部分南浦大桥的力学分析

3.1.1

分析桥体第12段标准件（见图10）受力

如右图，第12段受到6X103KN，钢索夹角36度

1）钢索受力

F=6×103÷sin36°÷2=5.6×103KN < 5.88×103KN

故符合设计要求

2）钢梁受力

B点为受压最大点，A点为受弯最大点

受压由混凝土和钢梁共同承担，故可不比校正。

A点: 上部受压，下部受拉，故下部更危险，腹板下端受到最

大拉应力，工字梁中间受到最大剪应力。

S z=0.0125 m3 I z=0.058m4

σmax=M×y/I z=58MPa τmax=F×S z/I z=0.323MPa

故符合强度要求

3.1.2

分析上塔柱受力

上塔柱两边受到相同的拉力，合力向下。

1）分析钢锚固梁的受力

最上端的钢锚固梁受到的拉力最大，假设其截面为矩形，现计算其面积

F=4.728×103KN σ=[200]MPa

S=F/σ=2.37×10-5m2

2）分析塔柱受压

应为没有具体资料，不知道混凝土中钢材比重，故只做定性分析。

混凝土上塔柱截面为菱矩形环，近似矩形4mX7m，壁厚70cm,抗压强度

σ1=40MPa现计算上塔柱底端受力。设大桥总重25000t

S=1.54m2假设钢梁面积为其S/x, 先矫正其强度。

E g=2×105MPa, E h=0.2X105MPa

F1=σ1×S1 F2=σ2×S2 F1+F2=3×108N

ε=σ1×E1=σ2×E2 < 1/800

解之有x=1.3

实际中钢筋和混凝土的强度更高，截面积也更大，故此为保守值，可能会相差几倍。

3.1.3 补充

下图为主梁设计可以承载的弯矩图、剪力图及2006年后半年对大桥进行检测后绘制的弯矩图、剪力图，仅供了解。

a),c)分别为设计桥体所能承受的弯矩图、剪力图，b),d)为应为浦东浦西两侧地基沉降差异所引起的弯矩、剪力图。由图可知地基沉降所产生的弯矩、剪力尚在所允许的范围之内，但部分已很接近，如果地基进一步沉降，有可能会超出允许值。

注明：因所学东西尚浅，对大桥不能做出更多的力学分析，但在这个过程中受益匪浅。