悬索桥和斜拉-悬索协作体系桥的比较

湖州师范学院学报悬索桥斜拉-悬索协作体系桥的比较
悬索桥(suspension bridge)是利用主缆及吊索作为加劲梁的悬挂体系,将荷载作用经桥塔、锚碇传递到地基的桥梁。悬索桥主要由缆索系统、塔墩、加劲梁及附属结构四大部分组成。地锚式悬索桥中锚碇、桥塔和主缆是主要的承载结构,吊索与加劲梁则主要起传递直接作用其上的荷载的作用;自锚式悬索桥中锚碇、桥塔、主缆、加劲梁都是主要的承载结构。
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斜拉-悬索协作体系桥(cable-stayed-suspension bridge)是在悬索桥上增加斜拉索,或者在斜拉桥上增加主缆,故斜拉-悬索协作体系桥也是主要由缆索系统、桥塔、加劲梁及附属结构四大部分组成。其中锚碇、桥塔、主缆、斜拉索、主梁是主要的承载结构。
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一、悬索桥和斜拉-悬索协作体系桥的优缺点
悬索桥的优点:
(1)受力非常合理:悬索桥的主要受力构件为缆索,缆索主要受拉,次弯矩非常小,应力在截面上分布比较均匀;桥塔以受压为主,弯矩也较小;加劲梁只作为桥面来传递荷载,不是主受力构件,就静力来说,梁高与跨度无关而只与吊索间距有关。
(2)跨越能力大:在大跨度悬索桥中,缆索的恒载拉力远大于活载值,因此一般疲劳的影响较小。
(3)桥型优美;悬索桥加劲梁的梁高比同跨度的梁桥的梁高小得多,所以建筑高度较小,具有优美的曲线,外形比较美观,在城市中采用此种桥式将为城市增加风景点。如美国旧金山的金门大桥。
(4)抗震能力强:悬索桥是轻而柔的桥梁,刚度较小,在地震作用下,受地震惯性力较小,往往位移大而内力小,消能能力强,因此抗震能力强。
(5)施工方便:悬索桥施工时是先架设好桥塔,然后利用桥塔架设牵引索和施工猫道等,利用猫道来架设主缆,然后再架设加劲梁和桥面系,施工方便;在交
通不便的山区,修建悬索桥较为有利;在交通方便的江河湖海和城市外,悬索桥除了开始架设先导索外,不会中断交通。
悬索桥的缺点:
(1)荷载作用下变形较大:由于缆索是柔性结构,当活载作用时,会改变几何形状,会引起桥跨结构较大的变形。
(2)结构精确分析时,必须考虑结构几何非线性的影响。
(3)要注意结构风致振动问题:悬索桥刚度较小,为了防止加劲梁在大风下振动,需要认真考虑合理的刚度和气动断面形状。历史上的塔科马老桥事故就是悬索桥风致振动引起的。
(4)抗重载能力相对较差:悬索桥加劲梁的桥面刚度相对较小,承受集中活载大的重载交通比较困难,尤其应注意局部集中荷载下得加劲梁的转角变形。(5)施工技术要求高:悬索桥施工方法成熟,但往往需要专业人员的技术,对施工机械的依赖程度较高。
斜拉-悬索协作体系相对于悬索桥的优点:
(1)受力上:国内外实验研究表明,斜拉悬索体系桥的主缆拉力比同等跨径悬索桥小,可以减少主缆和锚碇的使用量从而降低工程造价。
(2)抗风稳定上:相对于悬索桥由于斜拉部分的作用,这种桥型的刚度更大,抗风稳定性更好;还可以在斜拉索边跨上采用混凝土梁和叠合梁,增加结构的重量和刚度,从而增加结构施工和成桥状态的抗风稳定性。
(3)抗重载能力上:增加的斜拉索可以减少常规悬索桥在重载下的挠度。(4)施工及维护上:悬索桥需要采用庞大的锚碇,在海洋、江河等深水环境下,
施工难度大,风险高,协作体系能够实现比悬索桥更大的跨度,从而减少锚碇的数量。悬索桥主梁一般采用钢箱梁,而协作体系的部分主梁可以采用预应力混凝土,养护费用可以减少。此外,主缆建成后,可以利用主缆在两个塔的两侧吊装斜拉桥节段,悬臂施工斜拉桥部分,并自跨中起向两侧吊装悬
索桥节段,施工悬索桥部分,这样就可以同时在6个工作面上展开工作,时施工进度大大加快。斜拉-悬索协作体系相对于悬索桥的缺点:
(1)受力上:内力存在间断性。协作体系主梁斜拉部分是压构件,悬索部分是纯受弯构件;斜拉部分刚度大,悬索部分刚度小。拉索和吊杆的组合给人直观上的受力不明确。
(2)施工上:施工过程中斜拉部分和悬索部分线形的控制和协调困难。
当然,斜拉-悬索协作体系也兼具了悬索桥除上面所论述的不同之处外的优缺点。
二、斜拉-悬索协作体系的不同结构体系及特点
罗勃林体系的特点:
在罗勃林体系中,悬吊部分的吊杆全桥布置,只是在桥塔两侧对称布置一些斜拉索,斜拉索作为悬索
系统的一种辅助构件,只起增强作用,并不能把斜拉索和悬索作为同等重要的受力构件在设计中考虑。这种结构体系中吊杆连续布置,整体性好,若在吊索与斜拉索相交处连接可使拉索垂度变化减小,并且可以明显减小单根斜拉索风致振动的可能性,甚至可以完全消除。但是这种结构体系李克农子女
受力不明确,斜拉索和悬索相互影响,降低了全桥的结构性能。尤其是在悬吊部分加载时,由于主缆变形较大,导致斜拉索卸载,索塔发生弯曲或倾斜,有可能引起边跨的失稳。
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狄辛格体系的特点:
幸福的n种感觉在狄辛格体系中,索塔两侧梁段有对称布置斜拉索支承,仅中跨跨中段布置吊索,并且采用稀索体系,使主梁受力过于集中。这种结构体系的优点是结构简明,受力明确,两种结构体系相对独立,彼此间影响较小,施工难度也比罗勃林体系小。但是由于缺乏斜拉索的有利作用,使得跨中的挠度较大,并且吊拉交界区域受力较为复杂。在斜拉部分采用密索体系是在狄辛格体系上的发展,称为“修正的狄辛格体系”。
斯坦因曼体系的特点:
斯坦因曼体系采用了从悬索桥体系主缆向下锚固到塔根处的斜拉索布置形式,增加了主缆的拉力,减小了主缆受力后的变形,在一定程度上提高桥梁的整

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