1. 这是一座什么桥
" }% }) b Z0 w4 V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。
& o: l# }2 E! L+ r, ~5 _, z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:
) N H2 J" i% `3 M4 E3 R2 k- 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0 q! p3 o2 J. E9 b; c1 L% J
7 A! C7 X s- I$ G" K: T2. 结构体系判断
& U& P6 s# K( H) v% G' H# t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: 2 \6 a0 H/ u; |8 ?
- 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2 U# D# Y H A% B
显然本桥与以上典型特征均不相符: * W' U$ t2 H2 n% x$ J/ T- \( z
- 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), Z; n& {/ l+ X/ ?+ J7 y5 k* p
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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。
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7 A$ I# [* `+ g0 ^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: 8 {2 S# |+ j0 k( r" e; Y
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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。 ( O. g. i* O2 y& {2 _, {
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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。
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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。 0 n- S z' K9 H* U) w3 d* ~- c
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3. 构件分析,斜拉板 VS 斜拉索
5 m7 M& I! ^: y6 d) O+ h% e. V2 c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。 9 n. {5 R8 W I; o/ ]6 K/ X
% Q# B/ \$ Q/ Y. K! e以下斜拉板设计的思路及优势摘自某设计说明书: ( A' C' }+ g+ x8 D" G3 C3 {4 S
- 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。# s" \! N2 `" Z. x% h6 z) S
# e% A$ V L, ^综上, 与斜拉索方案相比,
: x- @, q6 ]$ x- 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。" [; s/ H' a: ]" j( _1 ~- a" [
与简支梁/连续梁相比,
2 Y* V; e6 `8 a4 f+ i5 k- 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。( w- W/ ^- B. }9 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。 6 h5 g' d- s: ^# k& D
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。
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4. 问题更正
! q) S9 `# b: [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。 3 w# X, ~2 T0 [0 s
"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)
1 \' i% A( [7 ~* @/ J 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。
2 J+ f$ U) R* d' x) J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:
# y6 a- v" m2 E1 z" E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)
# f3 q+ B- Y0 E' W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。
% ?. E0 M F. H% h) S: C) V+ V* _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。 , K; S% K4 l7 d# C/ Q" N
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5. 装饰性假斜拉大爆料
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@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。 1 Z8 |+ T( Z) h
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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)……
' {8 B+ q$ r* L总是,这里学问也多了,自己琢磨吧。
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6. 辽阳北工大桥资料6 N9 L& G5 Z& w s& 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。 & b4 E- U6 B& I0 _( c# o
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。
7 H; b3 ^- L' k2 v4 z* {% g4 L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;
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* e! T* l" {7 m7 j u这座斜拉构造是真是假、仅从效果图和外观很难判断。
/ e4 e) f/ Y4 L* d) \' x. ? ?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。
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