2025年第六节悬索桥结构体系的演变

科技前沿 • 2025-03-29 23:00 • 阅读 34

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第六节悬索桥结构体系的演变

荷载与主缆线形

矢高是决定轴力大小的关键因素，矢跨比越大，轴力越小。但是轴线越长，矢跨比越小，轴力越大，但是活载刚度越大。
矢跨比一般为 $\frac1 {10}-\frac 1 {12}$
施工过程中缆索的形状一直在改变

对于多跨悬索桥使水平力传递自动在各胯间平衡

决定各跨缆索的形状，否则塔柱将承受很大的水平力
空缆、恒载与活载作用下的线形变化与处理
- 空缆与恒载变化，塔顶鞍座设置滑动面
- 活载变形，塔柱自身柔度，塔柱一直处于小偏心受力，故而现在多采用混凝土构件。

提高活载刚度使悬索桥体系变化的主要出发点

让桥面与缆索共同承担活载——加劲梁（早期）
- 强大的钢桁梁与主缆共同承担活载
- 弱点：跨度大时越来越重，跨径受到限制
- 中国古代的悬索桥为柔索斜拉桥，如今已经不再适用，只出现在公园之中。
阻止缆索变形，提高体系抗剪力
悬索桥主缆在均匀荷载下的变形并不算特别大，而是在集中荷载的作用才会产生较大的变形，同时也会发生水平向的位移，此时则会产生剪应力。
- 斜吊杆增加桥面刚度
  施工过程较复杂，同时美观性有待考察，应用不是很多
- 双链悬索桥
  - 主梁悬吊在主缆较弯的一侧
  - 活载作用在半桥长时，另半跨主缆较直，刚度较大
  - 施工过程不易，应用不是很多
- 中央扣
  - 将主缆与主梁在跨中纵向约束
  - 活载作用在半跨时，中央扣抗剪，主缆不容易被拉过来
  - 代价较低，在较多的悬索桥中采用
- 斜拉索
  - 罗布林在布鲁克林桥设计过程说明中描述
    
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    - 悬索桥已经具有足够的强度承载恒载和活载
    - 斜拉索增加刚度以抗风和增加活载刚度
    - 原计划开火车，后来放弃
  - 增加斜拉索使得计算应力受力不明确，计算过程算不准，采用的也不是很多
  - 随着技术的发展，发现重力刚度的概念，随着跨径的增加刚度增大，不需要使用斜拉索，故停滞一段时间
  - 随着计算机的发展，能够较为准确地计算出结果，但是施工过程复杂，故采用的不多
  - 带有斜拉索的悬索桥：在土耳其跨过博斯普鲁斯海峡的波斯布鲁斯三桥、中国刚刚开通的舟山连岛工程的甬舟铁路桥跨西堠门的桥梁部分
- 重力刚度的发现
  - 恒载在主缆中产生巨大拉力，确定主缆形状，活载作用后与恒载重新取定主缆形状
  - 巨大的主缆力即使在很小的主缆位移下也要产生很大的弯矩
- 多跨悬索桥
  - 多跨的问题
    - 单跨作用活载时另一跨的主缆被拉过来造成挠度过大
  - 多跨的处理方案
    - 两桥串联
      - 奥克兰湾西桥
      - 备赞濑户桥
- 稳定索
  - 预压力
    - 压力转化为拉力释放的过程
    - 只要不消压就可以计入不连续的受拉区的刚度
  - 预拉力
    - 拉力转化为压力释放的过储层
    - 只要不消拉就可以计入只受拉构件的抗压刚度
  - 应用实例：黄山公园人行桥、乍浦镇人行桥（九龙山）、LondonMillennium Footbridge
  - 反向拉索把屋顶绷紧

2025年第六节 悬索桥结构体系的演变

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