1. 这是一座什么桥6 h# {6 }4 I ~8 x7 u' j) O9 i
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。 , M- b* `5 I3 c* }% h _. u. {
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:
% F" B1 A8 L+ ^! S+ R1 M9 Z% ]- 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
?! H& y5 B( J% ]
, X; s/ p1 S" f( B' S0 j2. 结构体系判断/ R O0 ]0 E+ c$ G( a8 w1 v
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:
k% ~! Q: z) j- 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
$ }* K0 L3 D; [, t- ]
显然本桥与以上典型特征均不相符: ' J) J1 N: s4 e( W
- 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)
( V# y# _7 F9 _+ r; @0 l4 J
6 k% a7 `9 P7 `- T/ F6 A
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。 ' z" A& N+ C' n; `. N+ ?
1 g2 M0 o1 \; a9 N% ]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:
# x) d: i* G9 |8 W# @( @' O( T2 W; C, v& b' S: T9 N& H8 ?) m
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。 5 O, G( o- l3 d' H
- [9 ?6 e! ]+ ^# `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。
' w6 ^/ ~8 |) @" J, G/ H" l* g% ^
0 s$ |9 W+ ~7 r, l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。 8 U' G" A! p" h5 l* u; c! C, N u' ^
6 p9 }( T% G6 }* F( z5 U) K3. 构件分析,斜拉板 VS 斜拉索
" T! j) U7 _$ W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。 ' L8 C- ~, |7 ?, X; S( l5 e; U6 r
# W+ m4 s d& j8 F" T4 C: D
以下斜拉板设计的思路及优势摘自某设计说明书: 6 v$ N% u- X* z- m- x
- 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。
4 l: h; c3 X1 Y1 w. ^/ k
: h# M4 J" z& t3 L. u: x综上, 与斜拉索方案相比, % q! B7 e6 d# p& g! }. V- h
- 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。
( `1 H) v2 b$ j( w' U; b 与简支梁/连续梁相比,
$ V* B9 D! k& U3 U0 t0 [4 A4 A, e- 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。" p' X' }! N$ x2 V) Q3 C
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。 0 [- Z Z% Z0 |
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。
# j$ Y+ n2 e* C, t' Z& V+ {2 D0 u$ s/ @1 E1 I
4. 问题更正- B7 X+ w$ G1 R
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。
1 z" G/ X! m; K9 T"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)
$ P/ M( p5 q( f# ? 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。
/ Y/ C- f7 w# f: p5 @% 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:
$ o0 L+ j( Z6 V. {" k- S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)( W9 f( s5 @) v0 Q
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。
. j6 V) t- v! A3 _" m2 x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。
( q7 A6 ?" N7 O& Y! Y3 r/ o8 S: a. f+ w
5. 装饰性假斜拉大爆料
; j/ T, f* t9 u. \( L$ E; g
( ]1 M5 m) t4 G@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。 : w5 o, i+ w2 _$ l
1 v4 o7 f( N1 t4 H' R7 [
6 b0 b9 G% r) [: q( z: B6 ?! V4 ~' O% Y2 Q/ u2 y2 {
+ e+ N9 G" O/ C) J8 T; f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)……
% B+ ?2 o* A7 g1 f- B: f$ j总是,这里学问也多了,自己琢磨吧。 : w$ m0 Q2 U8 R8 A, u* K8 T
' V1 y6 q5 [' F( l3 B# z- L6. 辽阳北工大桥资料 f; s! G1 _$ _/ r1 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。
4 S1 T C* f( ~" C- k" f( A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。
1 d* ` N! A I2 M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; & ^" X& Q1 K, }& \* Y2 i6 L
F9 D5 R. `' D, N1 b" W
$ k' E2 N B" l. b
5 ?" j( b2 h2 i这座斜拉构造是真是假、仅从效果图和外观很难判断。
! a8 z# H$ G8 T: J8 u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。 ) d$ v U# _; V5 n, T
|