1. 这是一座什么桥6 H Q, p- g" T9 r& ]% {
目前看来我还是很适合回答本题的,最近正在学习斜拉桥体系,经常与老师讨论此类问题,同时手头还有一座与之相似的桥梁的图纸。 8 `3 j, k5 q z2 c; E4 G
题主在认识这个问题上存在一定的误区,在我看来,认识、分析一座桥,最好按以下顺序:
3 E; d" V# d% Q( O# n8 _- 结构层次,判断结构体系
- 构件层次,分析各构件的受力特点
- 材料层次,分析材料受力状态
# z2 a( S0 b' H, X& S- R , i7 d; s3 O7 t5 E! J& f
2. 结构体系判断
9 _& f. H: C6 g. G! G% O9 P广义的来说,这座桥是一座斜拉桥,但不是 典型的斜拉桥。把南浦大桥、南京长江二桥、苏通大桥等看做典型斜拉桥,那么典型斜拉桥的特征是:
+ V% Z \* b- u7 {& `( `/ r- 主跨大,300-1000 m
- 主塔高,100-300 m
- 密索体系,竖向荷载完全由拉索承担
- 主梁由拉索弹性支承,只承担局部荷载0 a \$ m: M+ U2 j) _' H& H! F+ [
显然本桥与以上典型特征均不相符: ( f$ H+ E3 ]) p3 H% y! p. ?) k
- 主跨50-60 m,是不是接近一个NB简支梁的跨度(百度地图测距)
- 主塔30-40 m,目测
- “稀索”体系,塔-梁-墩固接(目测,不一定准确)
) Q7 d6 A0 X( e$ n7 g* T
0 Q% h8 [! u- o6 c; i2 E 话归正题,这种桥在传统意义上为: 斜板型矮塔斜拉桥,源于瑞士Ganter Bridge。
$ h4 s: [5 B& v$ o, G3 `& J V, D' Z4 h
在前沿研究中,这种桥是典型的 索辅体系桥梁,典型的案例有沈阳三好桥:
# }7 w5 U+ p; M" u8 ^6 _* w6 }% }8 u3 n) k& f( p
请注意,以上的体系划分 不是玩文字游戏,看图片也不能局限于形式,而要看到其结构体系的本质。索辅体系桥梁与斜拉桥的本质区别在于, 以梁为主,以索为辅。
# a8 _0 ]6 n1 \8 I9 \: a& @9 s
. H- ^9 {* J3 G' f. B2 j; T这一类桥梁特点在于,跨度小,主梁刚度大,在50-100米的跨度内,混凝土主梁自身可以承担相当大的荷载,而不像斜拉桥中那样,主梁只作为桥面系。以三好桥为例, 主梁跨度100 m,承担60%荷载;钢塔高度50 m,斜拉索承担40%荷载。由于承重体系的不同,索辅桥梁与普通斜拉桥在设计、施工上存在相当大的差别。 ; r7 y$ p2 a( ^& V3 Q& S
: R2 V4 G! g6 E! Z5 J
对于本桥,主跨仅50-60 m,斜拉板更多的作为 主梁的体外预应力加劲,故实际承担拉力的不是整个混凝土板,而是内包的斜拉索,混凝土的功能下面详述。不必从结构设计原理的角度来考虑 预应力混凝土受拉构件设计的问题了。
1 r& ]" S D; y. q9 o; s8 h$ S1 ~: F7 H5 \# R
3. 构件分析,斜拉板 VS 斜拉索, t# i% W: q" B: m4 K$ W$ A
本桥的斜拉板与三好桥的斜拉索本质是一样的,混凝土更多的是外包层,那么为什么要加这一层外包呢?以下是一座桥梁的两张不同方案, 斜拉板设计和斜拉索设计在结构体系上是一致的,跨度及主梁结构都差不多,区别仅在于拉索设计。
5 W2 l3 H+ v- ]' g1 W( \" F3 l3 z/ L% X% U. Y
以下斜拉板设计的思路及优势摘自某设计说明书:
4 `- [' n" {! c! A0 n7 ~. n- 主桥结构美观新颖,线形流畅。(与传统桥型相比)
- 采用刚构体系,减少了支座的养护工作量。伸缩缝的数量较方案一少,桥梁结构的的整体刚度大,梁、塔变形皆较小,行车舒适性更优。(与简支体系相比)
- 采用了斜拉板,可大大减少主梁的预应力钢束用量,预应力拉索由于有了外包混凝土的保护,活载应力变幅小,可以不考虑疲劳问题,钢束的使用应力可以提高到0.7 R ,可节约大量的钢丝;耐久性好,没有腐蚀问题。
- 各拉索的锚固点在梁上较为分散,减少了应力集中程度,设计和施工均较容易处理。
- 低塔的同时也降低了板的高度,相应地减少了板的斜向支承长度和板的自重内力,减少了板的混凝土工程量和重量。板的刚度大,能很好地抵抗板身自重弯矩。
- 拉索斜度较大,因而水平分力较大,可以更好地抵消主梁靠近塔段负弯矩引起的拉力,为采用等截面创造条件。
- 克服了拉索本身的振动问题,而且改善了全桥的风振性能。1 j) }" O; R& S1 B6 H
2 o: B6 r! l! T: Z: s. O" f4 A
综上, 与斜拉索方案相比,
' D, i. L+ y* y5 |1 r/ `1 o' F- 斜拉板刚度大,解决了斜拉索疲劳、振动、应力集中、提高拉索强度潜力;
- 混凝土保护了斜拉索,避免了腐蚀,增强耐久性。
- U" M5 @& ^3 |9 O7 A 与简支梁/连续梁相比,
7 Z. F# a3 ]: y0 `4 _- 有效分担主梁荷载,避免连续梁跨中下挠问题,行车平顺;
- 实现主梁等截面设计,避免了连续梁在支点粗重的外形。
. {1 Q P6 c; I$ n' R- o/ W" p) x
最后,还具备了景观优势,这也是本桥为何采用这种“匪夷所思”的设计的原因所在。
, S* I- @. r+ q% e: @结构设计在于结构体系优化、构件受力合理、充分发挥材料性能,再加上一些创意,就能设计出一座 安全、经济、实用、美观的桥梁。
! D( m9 n+ @1 l. R' W% T: }: c! B# p% Z) A$ @9 c" f
4. 问题更正4 L' @2 B/ g2 V! } T# F
第一次回答后,徐老师指出了一些问题,在此做出更正。知错能改,鼓励鼓励吧。 . L4 M' T; z+ d& ] |# k8 P5 @
"混凝土主梁自身可以承担相当大的荷载,而不像斜拉桥中那样,主梁只作为桥面系。"(我)
2 r' _4 q3 j- Y5 T8 c 原文这句话表述有误,由于斜拉索的水平分力,斜拉桥 主梁按偏压构件设计,因此不只是桥面系的功能。我想表达的是,斜拉桥的 竖向荷载基本由斜拉索承担,而不是主梁。
& Y2 n& ?) y1 j5 X钢绞线的疲劳问题可以缓解的话,混凝土的疲劳呢,混凝土一旦疲劳开裂,钢绞线锈蚀换索这是个麻烦事。锚固点或者说板与主梁的交接节点,受力会很复杂,很可能就会疲劳开裂(徐) 我查到的文献也谈到了这类桥梁的缺陷: 5 x- t5 J" m; P, Y( o
斜拉板有更高的安全度,结构性能较好,但同时因为自重的增加引起地震时惯性力的增大,收缩和徐变的反应也变得复杂,且无法更换预应力钢筋,所以这种桥梁有逐渐减少的趋势。(文献)
1 @, f% l; S- `+ V1 m, @3 m这么小的跨度谈抗风,这是耍流氓。(徐) 在本桥问题上,抗风不是显著考虑。但在最初的瑞士的大跨度山谷桥Ganter Bridge设计中,很可能与抗风设计有关。
+ x, C$ E$ b, R+ n/ ]4 U5 J这么矮的桥塔,板索给主梁的巨大水平力,会引起主梁的稳定性问题。(徐) 这一点,我暂时无法判断。 1 w, h. z5 w: o
7 {* l) Y9 \/ s5 D5. 装饰性假斜拉大爆料
1 ?# H' z3 K* t
, U* e6 G* v" d! y! R1 F' u@叶水枫 提到的装饰 假斜拉/假拱确实存在,下面就以轻松的心态随意欣赏这些糊弄外行人的“ 神作”吧。真假自己判断。 9 h: u# Q( W$ J& A1 x" O
$ f3 k$ \7 d( u0 e- g) n; y: P
9 d: h4 x! r* `9 g% I
: c' {# e6 x1 ]4 {+ D欣赏之余,这些装饰构造设计也不容易,还要考虑如何把塔柱立起来,不能让风吹倒吧,但还不能影响主梁受力。拉索不能张紧(影响结构受力),也不能松弛(给使用者带来不安全感)……
" z' Z, S) Z7 [' h' {总是,这里学问也多了,自己琢磨吧。
- ?& c7 x/ H K( V2 g& I/ [/ i
$ X; v& s5 z ]8 o* ~& p9 i) x* ^& G6. 辽阳北工大桥资料
L+ v+ N( T- l! n# ~& @以上几座装饰景观桥中最具争议的为最后一座装饰索假斜拉桥,这座桥实为 辽阳北工大桥。实桥资料和图片如下。 : d$ }) J6 N7 t4 S* M
主体结构为预应力混凝土连续箱梁桥,桥梁总长720m。共5联,其中西侧一联为3x45=135米;中间三联为3x50=150米;东侧一联为3x45=135米。装饰矮塔斜拉结构部分共设有三对桥塔,桥塔间距为150米。横桥向塔间距25.4m。桥塔高度为28米。
. [# R1 ?2 I; `9 Y桥梁有索区宽为37m,其布置形式为4.5m(人非混行道) +2.5m(索区)+23m(机动车道) +2.5m(索区)+4.5m(人非混行道)=37m;
$ R; c/ J/ v* r3 f7 L, x
8 x N* q& ~9 v
1 R2 M* ~! n9 p, m5 @
) N8 `8 S8 `) i. U Y这座斜拉构造是真是假、仅从效果图和外观很难判断。
( G) k- e4 z& u$ |/ U$ ~8 ^, r实际这是在已经建成的在役桥梁基础上进行的景观改造。三个塔设在了中间三联3x50=150米处,因此每个塔的斜拉索在一侧各覆盖1.5个桥跨。
1 J" s% p( g& H) j7 z2 B |