桥梁工程斜拉桥专题.ppt

第二篇 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥 一、受力特点 主梁 飘浮体系：相当跨内具有弹性支承的单跨梁 半飘浮体系： 相当跨内具有弹性支承的连续梁梁 塔梁固结体系：相当于配置体外索的连续梁 刚构体系：相当于配置体外索的连续刚构 （压弯构件） 索（受拉）：为主梁提供弹性支承 塔（受压为主）：承受索力 第四章 混凝土斜拉桥的设计与计算 第一节 斜拉桥的静力分析 ?双塔斜拉桥与多塔斜拉桥的受力特点 二、计算方法概述 分析方法 一般简化为平面结构，采用杆系有限元计算 直接采用空间杆系有限元方法 考虑因素 几何非线性 中小跨度 索的垂度效应 P－?效应 大跨度：大变形理论 收缩、徐变、温度等引起的变形和内力重分布 锚下局部应力计算:先进行整体分析，然后按圣维南假 定，取出局部进行局部应力分析 施工过程计算非常重要 三、斜拉索的结构特性－索垂度效应 混凝土斜拉桥的拉索一般为柔性索，高强钢丝外包的索套仅作为保护材料，不参加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度对索的受拉性能有影响，同时索力大小对垂度也有影响。为了简化计算，在实际计算中索一般采用一直杆表示，以索的弦长作为杆长。关健问题是考虑索垂度效应对索的伸长与轴力的关系影响，这种影响采用修正弹性模量来考虑，其计算思路如下： ?索在恒载作用下的几何方程 设索无荷载作用时的长度为l，如下图，由索任意截面弯矩为零有： 1、垂度对索轴向变形的影响 对于索的跨中截面 ,有： 对上式积分可得到索的几何方程为悬链线 由 可得： 由于： ?索的伸长与垂度的关系 索的几何形状为悬链线，如近似按抛物线考虑，则索在自重作用下的长度为： 则索的伸长为： ?等效弹性模量 实际上在应力 索的轴向变性由两部分组成 （1）索自身的弹性变形 ；（2）垂度效应 : 则结构的等效弹性模量可表示为 则用弹性模量表示有： 其中 为索容重 四、平面杆系有限元法（直接刚度法）计算斜拉桥内力和变形 国内对于中小跨度斜拉桥一般采用平面杆系有限元计算斜拉桥的内力和变形，分析时主梁和塔采用梁单元，而索采用直杆单元，杆单元的弹性模量采用前面推导的修正弹性模量考虑垂度效应。杆单元和梁单元的单刚矩阵分别为： ?杆单元 式中A，l分别为斜拉索的钢丝面积和弦长 ?梁单元及P－?效应 斜拉桥的主梁和塔都是同时存在压力和弯矩。轴力和弯矩相互作用（如下图），考虑轴力和弯矩相互作用后弯矩平衡方程为： 任意截面弯矩 * 武汉理工大学交通学院 制作：雷建平 斜拉桥专题  第二节 总体布置及结构体系 总体布置 塔索布置 跨径布置 拉索及主梁的关系 塔高与跨径关系 一、总体布置 1、跨径布置 ?双塔三跨 边跨l1/中跨l2=0.2~0.5, ?单塔二跨 边跨l1/中跨l2=0.5~1.0 ?辅助墩及外边孔 2、索塔高度 索塔高度 主跨跨径 索面形式（辐射式、竖琴式或扇式） 拉索的索距和拉索的水平倾角 双塔：H/l2=0.18~0.25 单塔：H/l2=0.0.34~0.45 3、拉索布置 ?空间布置形式 单索面 双索面 竖直双索面 倾斜双索面 ?拉索在平面内的布置型式 辐射式 竖琴式 扇式 ?拉索间距 早期：稀索 混凝土达15m~30m 钢斜拉桥达30m~50m 现代： 密索 混凝土达4m~12m 钢斜拉桥达8m~24m ?拉索倾角（边索） 辐射式或扇式：260~300 竖琴式:210~300 4、主梁的布置 二、结构体系 ?按梁体与塔墩的连接分 漂浮体系 半漂浮体系 塔梁固结体系 刚构体系 ?按拉索的锚拉体系分类 自锚式斜拉桥 地锚式斜拉桥 部分地锚式斜拉桥 ?锚拉体系与主梁轴力的关系 第二章 混凝土斜拉桥的构造 一、拉索种类与构造 第一节 拉索的种类、构造及防护 将7丝钢绞线平行排列，布置成六脚形截面 平行钢筋索： 高强钢筋平行布置组成，标准强度不低于1470MPa 钢丝索 平行钢丝股索： 平行钢丝索 半平行钢丝索 采用镀锌高强钢丝，其标准强度不低于1600MPa，常采用?5或 ?7镀锌钢丝制造 钢绞线 平行钢绞线索： 半平行钢绞线索 封闭式钢缆 单根钢缆 施工操作过程繁杂，索中钢筋都有接头，目前很少使用 二拉索端部锚固 热铸锚 墩头锚 冷铸锚 夹片式群锚 三、拉索的防护 第二节主梁构造特点 一、主梁的总体布置 结构体系 飘浮体系 半飘浮体系 塔梁固结 钢构体系 主梁为多点支承的单跨、连续、悬臂或刚构；对于密索自锚式斜拉桥主梁为受压为主的压弯构