桥梁乃至悬索桥总体设计是一个很复杂很综合的问题,首先要适应地形、水文、地质等自然条件的限制,也要符合桥面交通和通航的使用要求。50年代以后建的悬索桥充分吸取了Tacoma大桥被风吹毁的教训,以下讨论的参数仅仅是一般情况的参考值,对于有特殊条件和特殊要求可专门研究
& c. n* w8 Y$ y" L. p 一、跨度比
/ O3 H5 ^8 O8 y: r/ @ 跨度比是指边孔跨度与主孔跨度的比值。其中对单跨悬索桥而言边孔跨度可视为主塔至锚碇散索鞍处的距离.跨度比受具体桥位处的地形与地质条件制约,每座桥都不同。如三跨悬索桥的跨度比就比单跨悬索桥的大一些,这是为了减少边孔的水中墩并减少主孔跨径。
! U' R) H- C, b& ~0 N1 w8 W* V8 r6 R2 t. V0 H
+ f2 b; q% ^. N7 O# C
2 f7 b, ^: y, C3 P; [
( L$ S$ n% _: | 由以上两表看来,三跨悬索桥跨度比一般在0.25~0.4之间,但世界上最大的悬索桥——明石海峡大桥在0.51.单跨悬索桥跨度比一般在0.2~0.3之间。为了使在恒载条件下,主缆在塔两侧的水平力相等,要求主缆与塔两侧的倾角相等,单跨的悬索桥的边跨主缆是直拉式,因此,一般情况单跨的边主跨比应该比三跨悬索桥小,单跨的边跨跨径与散索鞍位置还有很大的关系。
8 T" [( E" |* B9 `% R/ C 从结构特性方面来考虑,假设主孔的跨度以及垂跨比等皆为定值,在用钢塔时悬索桥单位桥长所需的钢材重量随跨度比减小而增大;当用钢筋混凝土塔时,跨度比减少增加的延米用钢量很小,当跨度比由0.5~0.3时,增加用钢量约5%,跨度越大时,增加钢用量的百分比越小。 1 j) w! g# {; J* l3 h7 {
二、垂跨比 + c% P* s g- w, a
悬索桥的垂跨比是指主缆在主孔内的垂度和主孔跨度的比值,垂跨比的大小对主缆中的拉力有很大的影响,因此它在较大程度上影响着主缆的用钢量、结构整体刚度、主孔竖向和横向的挠度。垂跨比与主缆中的拉力和塔承受的压力呈反比。垂跨比与塔的高度也有直接影响,它们呈正比关系。垂跨比越大,悬索桥竖向挠度和横向挠度都加大。一般都在1/10~1/11之间,铁路桥更小一些。 / {; Z. z2 P4 q# L& b( A" ~
悬索桥的主缆垂跨比除了对结构整体刚度有影响以外,它对结构振动特性也有一定的影响。悬索桥的竖向弯曲固有频率ωb将随垂跨比的加大而减低;悬索桥的扭转固有频率;将随垂跨比的加大而增高;悬索桥扭转与坚弯固有频率比 也将随垂跨比的加大而有显著的增大;悬索桥的极惯距<.>将随垂跨比的加大而减小。 % E0 a- q. Q3 H9 h1 J+ H8 N$ U
三、宽跨比
' i/ q6 O: l) ^8 ^" ^# ? 宽跨比是指桥梁上部结构的梁度(或主缆中心距)与主孔跨度的比值,对于一般桥型的中小跨度而言,可控制在大于1/30左右,有足够的横向刚度。由于桥梁宽度一般由交通要求确定的,对于特大跨度桥梁就很难保证这个要求了。在统计的悬索桥资料中1000m以上跨径的宽跨比都小于1/30,甚至达1/60,虽然有些桥梁为了增加抗风稳定性,在风嘴外侧再增加挑板或在中央分隔加宽并透风。从表面上来看是加了梁宽,但实际是改善气流条件,增加抗风稳定性而不是为了增加横向刚度的。 # S( b( E/ o" L
" Z% p1 ]9 u4 @# A" q& K# C
|