大跨径桥梁结构体系及其优化与创新范例.pptx

同济大学 桥梁工程系 大 跨 径 桥 梁 结 构 体 系 及 其 优 化 与 创 新 肖 汝 诚 2011年05月31日 于常州 4. 大跨径桥梁结构体系创新 5. 小 结 1. 结 构 体 系 大跨径桥梁结构体系优化与创新 2. 大跨径桥梁体系 3. 大跨径桥梁结构体系优化 1. 结 构 体 系 什么是结构体系？ 海诺·恩格尔 “结构内部荷载的传递方式以及为保持结构内部平衡而形成的内力状态” 国内学者 “结构主要的受力系统” 1. 结 构 体 系 结构体系是结构功能、外形及其受力形态的统一。 结构功能 结构形式 结构受力形态 结构体系 1. 结 构 体 系 结构功能 第一层次，结构的使用功能。 围护结构 跨越结构 1. 结 构 体 系 第二层次，结构外形。 结构形式 梁式体系 拱式体系 斜拉体系 悬索体系 组合体系 1. 结 构 体 系 结构内部荷载的传递方式及其平衡时的内力状态，是结构体系的内核。 结构受力形态 外界对结构体系的约束 主要受力构件间的受力分配 结构内部荷载的传递方式 1. 结 构 体 系 1. 结 构 体 系 结构受力形态 1. 结 构 体 系 结构受力形态 1. 结 构 体 系 结构受力形态 1. 结 构 体 系 结构受力形态 第一层次 第二层次 第三层次 桥梁 梁式桥 三跨连续梁 多跨连续梁 外部约束：[简支梁，连续梁，固端梁]； 内部连接：[连续梁，T形刚构，连续刚构] 刚度分配：[等截面梁，变截面梁]； 拱式桥 上承式 中承式 下承式 单承重面 斜靠拱 连拱 外部约束：[无铰拱，两铰拱，无推力拱] 内部连接：[双铰拱，三铰拱]；[拱梁固结，拱梁铰接，拱梁自由]； 刚度分配：[刚拱柔梁，刚梁柔拱，刚拱刚梁]；[等截面拱，变截面拱] 斜拉桥 独塔斜拉桥 双塔斜拉桥 多塔斜拉桥 独柱斜拉桥 双柱斜拉桥 三柱斜拉桥 外部约束：[自锚斜拉桥，地锚斜拉桥，部分地锚斜拉桥] 内部连接：[全飘浮体系，半飘浮（支承）体系，塔梁墩固结体系，塔梁固结、塔墩铰接体系] 刚度分配：[普通斜拉桥，矮塔斜拉桥] 悬索桥 单塔悬索桥 双塔悬索桥 多塔悬索桥 独柱悬索桥 双柱悬索桥 三柱悬索桥 外部约束：[自锚悬索桥，地锚悬索桥] 内部连接：[双跨简支悬索桥，双跨连续悬索桥，三跨简支悬索桥，三跨连续悬索桥] 刚度分配：[刚塔悬索桥，柔塔悬索桥] 组合体系 连续刚构 …… 梁拱组合 …… 斜拉－悬吊 协作体系 …… …… …… 房屋 …… …… …… …… …… 桥梁结构体系的分类 2. 大跨径桥梁结构体系 拱 桥 斜拉桥 悬索桥 梁 桥 组合体系 2. 大跨径桥梁结构体系 2. 大跨径桥梁结构体系 竖向荷载作用下无水平反力 同跨经下，梁桥内弯矩最大 需用抗弯、抗拉能力强的材料建造 传力路径最远 是否适合大跨径 2. 大跨径桥梁结构体系 承重结构是拱圈或拱肋，竖向荷载作用下，桥墩和桥台承受水平推力。 拱主要承受压力，可充分发挥抗拉性能差而抗压性能好的圬工材料的作用。 水平力产生的弯矩，基本抵消了在拱内由荷载引起的弯矩。 是否适合大跨径 √ 是否适合超大跨径 故，不能用超高强材料做为主拱。 2. 大跨径桥梁结构体系 由塔柱、主梁和斜拉索三部分组成；斜索对主梁提供多点弹性支承。 主要受力构件以受拉（拉索）、受压（梁，桥塔）为主，可充分发挥材料作用。 塔柱、拉索和主梁构成了稳定的三角形，形成斜拉桥的结构刚度。 是否适合大跨径 √ 是否适合超大跨径 √ 2. 大跨径桥梁结构体系 主缆作为主要承重结构竖向荷载作用下，通过吊杆传递桥面荷载。 主要受力构件以受拉为主，可充分发挥其材料作用。 悬索桥属柔性结构，外载作用下力与变形之间呈非线性关系，结构竖向刚度主要由重力提供。 是否适合大跨径 √ 是否适合超大跨径 √ 2. 大跨径桥梁结构体系 综合两种体系受力特点。 对两种体系取长补短，提高悬索桥刚度，降低斜拉桥主梁压力。 是否适合大跨径 √ 可在不同部分采用不同材料，能充分发挥材料作用。 是否适合超大跨径 √ 2. 大跨径桥梁结构体系 大跨径桥梁结构体系 拱式体系 斜拉体系 悬索体系 由此我们知道： 组合体系 大跨径体系应该受力途径短，主要受力构件以拉压为主。 超大跨径体系 3. 大跨径桥梁结构体系优化 ① 什 么 是 优 化 ② 体系优化的特点 ③ 如何进行桥梁结构体系的优化 什么是优化 3. 大跨径桥梁结构体系优化(1) 使对象的某个目标达到最优的过程。 桥梁结构体系优化