這里說明一下,有一些書上把斜拉橋和懸索橋統(tǒng)稱為纜索承重橋,而有些書上呢認為斜拉橋是組合體系橋,在這里我們將斜拉橋單獨列為一類橋型給大家介紹。 斜拉橋是由承壓的塔、受拉的索和彎承的梁體組合起來的一種結構體系。梁體用拉索組合多點拉住,好似多跨彈性支承的連續(xù)梁,可使梁體內彎矩減小,降低了建筑高度,又因栓焊連接與正交異性板的箱形斷面構造的應用,使結構充分利用材料的受力特性,從而減輕了結構自重,節(jié)省了材料。 斜拉橋結構圖 斜拉橋受力圖 斜拉橋主要由索塔、主梁、斜拉索組成,有獨塔、雙塔和三塔式,索塔型式有A型、倒Y型、H型、獨柱,材料有鋼和混凝土的。斜拉索布置有單索面、平行雙索面、斜索面等。斜拉橋是一種自錨式體系,斜拉索的水平力由梁承受。梁除了支承在墩臺上外,還支承在由塔柱引出的斜拉索上。
昂船洲大橋位于香港,是全球第三長的雙塔斜拉橋,大橋主跨長1018米,連引道全長為1596米,昂船洲大橋的主塔柱高293米,大橋的通航航道凈寬900米,凈高73.5米,這使昂船洲大橋的主梁成為世界上最高的主梁之一。
南浦大橋是上海繼南浦大橋之后建成的跨越黃浦江的第二座斜拉索公路橋,為當時世界主跨徑最大的斜拉橋。大橋全長8354米,主跨602米,凈高48米,橋下可通5.5萬噸巨輪。兩側各有一座倒“Y鉆石形主塔,高208米。主橋面寬30.35米,大橋主塔設計要求垂直精度三千分之一,而實際精度為一萬五千分之一,相當于208米索塔只有1.39厘米的偏差。
武漢長江二橋全長4678米,其中正橋1877米,主跨400米通航凈空為24米,比武漢長江大橋和南京長江大橋的設計標準高出6米,是世界上第一座主塔敦立在深水區(qū)的雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋。 總之 一般說,斜拉橋跨徑300~1000米是合適的,在這一跨徑范圍,斜拉橋與懸索橋相比,斜拉橋有較明顯優(yōu)勢。德國著名橋梁專家F.leonhardt認為,即使跨徑1400米的斜拉橋也比同等跨徑懸索橋的高強鋼絲節(jié)省二分之一,其造價低30%左右。 [下面小Q老師想以事實說話]:
俄羅斯島大橋 俄羅斯島大橋(Russky Island Bridge)是2012年俄羅斯新建成的跨海大橋,它中央跨度達1104米,總長度為3.1公里,是目前世界上最長的斜拉橋。 與軸心拉壓相比,我們前面知道受彎是一個效率較低的承載方式。一定程度上,提高結構效能就是盡量的把受彎轉化為受拉或者受壓。如果同時能夠做到盡量減輕結構自重,那就更完美了。拱結構就是轉化為受壓的例子,但是拱橋有穩(wěn)定性問題,而懸索橋則是轉化為受拉的例子。
整個懸索承受同樣大小的拉力,整個懸索的拉力由支座處的錨固結構進行平衡。其實這種結構非常好理解,把上圖想象成一根晾衣繩,上面晾了11件衣服,而晾衣繩的兩端,需要牢固的栓在墻上或者柱子上。很容易理解吧? 所以,懸索橋是通過索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索(或鋼鏈)作為上部結構主要承重構件的橋梁,又名吊橋,其實它是一種比較古老的橋型。 早期熱帶原始人利用森林中的藤、竹、樹莖做成懸式橋以渡小溪,使用的懸索有豎直的,斜拉的,或者兩者混合的。婆羅洲、老撾、爪哇原始藤竹橋,都是早期懸索橋的雛形。不過具有文字記載的懸索橋雛形,最早的要屬中國,直到今天,仍在影響著世界吊橋形式的發(fā)展。
懸索橋的主要構造是:懸索、索塔、錨碇、吊索及橋面。 懸索橋中最大的力是懸索中的張力和塔架中的壓力。懸索的幾何形狀由力的平衡條件決定,一般接近拋物線,老的懸索橋的懸索一般是鐵鏈或聯(lián)在一起的鐵棍,現(xiàn)代的懸索一般是多股高強鋼絲,材料利用效率最高,懸索橋的自重較輕,在剛度滿足使用要求的情況下,能充分顯示出其優(yōu)越性,使其比其他形式的橋梁更能經(jīng)濟合理地運用于大跨度橋梁的修建。 由于索塔主要承受拉力,并不像斜拉橋那樣對梁有橫向壓力,它是以豎向拉力為主,其穩(wěn)定性優(yōu)于斜拉橋,所以塔架結構可以做得纖細些,此外懸索對塔架還有一定的穩(wěn)定作用,塔頂設有支承懸索的鞍形支座。 承受很大拉力的懸索的端部通過錨碇固定在地基中,也有個別固定在剛性梁的端部,這使懸索橋比起其他橋型又多了一個巨大的幫手,因此其跨越能力有了較大提升,同時其對地基的要求也較高,地基條件不好時采用懸索橋其經(jīng)濟性就沒那么優(yōu)異了。 從纜索垂下許多吊索,把橋面吊住,又是一種多點彈性支承的梁,為了避免在車輛駛過時,橋面隨著懸索一起變形,現(xiàn)代懸索橋一般均設有剛性梁(又稱加勁梁),同纜索一同形成組合體系,以減小活載所引起的撓度變形。 總之 懸索橋的受力特征是:荷載由吊索傳至錨墩,傳力途徑簡捷、明確。懸索橋的特點是:構造簡單,受力明確;跨徑愈大,材料耗費愈少、橋的造價愈低。懸索橋可以造得比較高,容許船在下面通過,在造橋時沒有必要在橋中心建立臨時的橋墩,因此懸索橋可以在比較深的或比較急的水流上建造。懸索橋比較靈活,因此它適合抗風和地震區(qū)的需要,比起普通的橋,懸索橋在這些地區(qū)必須更加堅固和沉重。
[下面是小Q老師總結的斜拉橋、懸索橋跨越能力的比對表,幫助大家更深入認識這兩種橋型]:
[小Q老師還是以事實說話]:
明石海峽大橋位于日本本州與四國之間,連接日本神戶和淡路島之間跨海公路大橋,它跨越明石海峽,是世界上跨距最大的橋梁及懸索橋。橋墩跨距1991m,寬35m,兩邊跨距各為960m,可承受芮氏規(guī)模8.5強震和百年一遇的80米/秒強烈臺風襲擊。 組合體系橋不外乎基本結構體系的組合,如梁、拱組合,系桿拱、桁架拱、多跨拱梁等。它們利用梁的受彎與拱的承壓特點組合成聯(lián)合結構。
魁北克橋(Quebec Bridge)位于魁北克城西部,橫穿圣勞倫斯河(Saint Lawrence River)。該橋長987米,寬29米,高104米,橋懸臂長177米,支撐著長195米的中心結構,整個總臂距為549米。這些數(shù)據(jù)證明了一個事實,即魁北克橋是目前世界上懸臂橋中橋跨最長的。
福斯橋跨越蘇格蘭福斯河,是世界上最長的多跨懸臂橋。該鐵路橋于1890年啟用,至今仍在通行客貨火車。在鐵路作為長途陸路運輸主要手段的年代,福斯橋是橋梁設計和建筑史上的一個里程碑。
夢舞大橋位于日本大阪府,橋長410米(浮跨部分),是世界上第一座轉動開啟式浮橋,其主跨是由上下弦不平行的雙肋拱、加勁主梁、立柱和K字形橫撐等組成的拱式結構,橋的主跨由兩個浮于水中的浮臺支承,兩端在水中橋墩處利用反力壁通過緩沖連接梁與引橋順接。主跨的制造是在船塢內焊接、安裝和架設形成整體,然后下水,利用駁船(拖船)拖曳至橋位處聯(lián)接成橋。
好了,花了兩天的時間小Q老師終于給大家講完了橋梁家族結構體系中那些較為復雜的事,現(xiàn)在你能回答“哪一種橋跨越能力最大”這個問題了嗎?其實老師準備這兩堂課那可不是一朝一夕的事,所以你想真正對各種橋梁結構體系的受力特點和跨越能力有個全面清晰的理解和掌握,就必須花費大量時間和精力好好學習、反復學習。 加油! [問題] 1.判斷,下列描述中正確的請打√,錯誤的請打×。 懸索橋跨越能力比斜拉橋大( ) 懸索橋的整個懸索的拉力由支座處的錨固平衡( ) 斜拉橋是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系( ) 組合體系橋是利用梁的受彎與拱的承壓特點組合成聯(lián)合結構( ) |
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