斜拉橋、梁式橋支座設計

1、3.5 斜拉橋定義：斜拉橋又稱斜張橋，由斜索、橋塔、主梁三部分組成，是一種橋面體系受壓，支承體系受拉的多次超靜定結構。組成：斜索、橋塔、主梁等。受力特征：荷載由斜索傳至塔柱。近代第一座斜拉橋斯特羅姆海峽橋（瑞典，1955，長182.6m）學習階段： 上世紀60年代初傳入我國； 1975年四川、上海先后建成試驗性鋼筋混凝土斜拉橋 （ 75.8m云陽湯溪河橋， 54m新五橋）； 1977年改革開放；1982年建成220m濟南黃河大橋推廣階段（上世紀80年代，30余座斜拉橋）260m天津永河大橋，288m東營黃河橋（No.1鋼斜拉橋），廣州海印橋(單索面，B35m)，重慶石門大橋（230m不對稱獨塔

2、）高 潮（上世紀90年代以后）南浦大橋，楊浦大橋，南京二橋，南京三橋，銅陵長江大橋，蘇通大橋等等 世界十大跨徑斜拉橋斜拉橋的主梁軸力主梁軸力分布隨斜拉橋支承條件而變化借助斜拉索的預應力，可以對主梁進行內力調整連續(xù)梁橋與斜拉橋主梁恒載彎矩3.5.1 斜拉橋的分類1、按橋塔布置方式 單塔雙跨式 雙塔三跨式 多塔多跨式2、按主梁支承條件 連續(xù)梁式 單懸臂式 T形剛構式3、按主梁所用材料 鋼斜拉橋 混凝土斜拉橋 結合梁(疊合梁)斜拉橋 混合梁(邊跨混凝土、主跨鋼)斜拉橋1、飄浮體系構造特點： 塔墩固結、塔梁分離； 主梁兩端設有支座，中間無支座； 塔、梁之間設置側向限位支座。優(yōu)點： 塔柱處的主梁截面無負

3、彎矩峰值； 溫度、收縮和徐變內力均較小。缺點：懸臂法施工時，塔柱處主梁需臨時固結。使用：廣泛使用（受力好）。2. 支承體系（半漂浮體系）構造特點： 塔墩固結； 塔墩上設置豎向支承（一般全設活動支座）；優(yōu)點：在減小縱向漂移和經濟方面有一定好處（優(yōu)點不明顯）缺點： 塔柱處主梁M-很大； 溫度、收縮、徐變次內力仍較大。措施：采用可調高度的支座或彈簧支承(替代“零號索”)，并在成橋時調整支座反力，以消除大部分收縮、徐變等的不利影響。使用：早期常用。3. 塔梁固結體系構造特點： 相當于斜索加強的連續(xù)梁。優(yōu)點： 主梁中央段軸向拉力； 塔、梁溫度力極?。?塔的內力、溫度力均最小。缺點： 墩頂水平位移較大 需

4、大噸位支座（可能為萬噸級）。使用：少用。4. 剛構體系構造特點：塔、梁、墩固結優(yōu)點： 省大型支座； 主梁撓度小； 施工的穩(wěn)定性好；缺點： 主梁固結處M更大； 溫度M大(固結點、墩腳處)；使用：獨塔、地基好，高墩（附加內力?。?.5.3 斜拉橋的構造1、拉索（立面布置）輻射式（較少）豎琴式（中、小跨徑）扇式（較多，尤其大跨徑）星式（較少）拉索（橫截面布置）雙垂直平面索面雙斜面索面單平面索面多索面雙垂直平面索面優(yōu)點： 索的軸力可抵抗作用于橋梁上的扭矩，抗扭能力缺點：視覺效果無單索面好。使用：最常用斜拉索的組成 鋼材: 抗拉強度高,彈性模量大、抗疲勞性能好 (a) 平行粗鋼筋束 (b) 平行（半平行

5、）鋼絲束（鍍鋅鋼絲7mm） (c) 平行（半平行） 鋼鉸線束 （鋼鉸線） (d) 單股鋼鉸纜 （各層鍍鋅鋼絲繞芯絲扭轉而成） (e) 封閉式剛纜 （Z形鍍芯鋼絲組成封閉索）防護措施：黑色聚乙烯套管2、索塔受力：N（主要）、M， 壓彎構件立面布置形式：橫向布置形式橋面較高時索塔橫向布置形式（增加橫梁）3、主梁板式截面分離式雙箱截面分離式雙肋截面閉合箱形截面3.5.4 斜拉橋的設計要點一、計算手段 高次超靜定 采用有限元法 計算機計算二、計算圖式 1、空間結構 (商用有限元軟件)2、平面桿系結構索拉桿單元梁、塔梁單元3.6 梁式橋支座支座的作用傳遞上部結構的各種荷載；適應溫度、收縮徐變等因素產生的

6、位移。支座的分類按功能分： 固定支座 活動支座按材料分： 橡膠支座 鋼支座 鋼筋混凝土支座 簡易油毛氈支座按外形分： 板式支座 盆式支座 球型支座按是否有特殊功能分： 普通支座 拉壓支座 減震支座固定、活動支座示意3.6.1 常用支座1、板式橡膠支座特點 簡單、安裝方便； 高度?。?4-106 mm）； 適應任何方向變形（適于寬、曲、斜橋）； 吸震（地震區(qū)有利）； 支座摩阻小（對高墩有利）。工作原理橡膠不均勻壓縮 轉角，橡膠剪切變形 水平位移形狀系數構造 組成 薄鋼片+橡膠片 外形 矩形常用； 圓形用于彎橋，適應結構多向變形。 適用 豎向承載力N=703600kN，L20m。2、盆式橡膠支座特

7、點 由鋼構件、橡膠、聚四氟乙烯板組合而成； 水平位移量大； 轉動靈活； 承載能力大，適用于支座承載力1000KN以 上的大、中跨徑橋。工作原理及構造 不銹鋼板與聚四氟乙烯板相對滑移 ； 橡膠板壓縮 ； 橡膠板三向受壓，承載力大（千噸級以上） ；3.6.2 特殊功能支座球形鋼支座特點 由鋼、四氟板組成，不老化。 受力均勻； 轉動量大（球形）； 各向轉動性能一致，適于曲、寬橋（球形）； 大噸位；工作原理及構造 平面四氟板滑移 ； 球面四氟 板滑移 。2. 拉力支座連續(xù)梁橋、斜橋、小半徑曲橋，懸臂板橋（某些支點產生拉力）。處理方式：加受拉螺栓(板式、盆式、球式)。球形拉力支座3. 抗震支座減震工作原

8、理：減震器和側摩擦板吸收墩臺傳來的部分水平位移，減少梁位移。類型：高阻尼橡膠支座、鉛芯支座、抗震球形鋼支座。鉛芯橡膠支座3.6.3 支座的布置簡支梁、懸臂梁橋的錨固跨、連續(xù)梁橋每聯均只設置一個固定支座。多跨簡支梁橋，一個橋墩不宜設兩個固定支座。 連續(xù)梁橋，每聯一個固定支座，且設于中間墩。 坡橋，固定支座設于標高低的墩臺上。特別寬的橋，設置縱橫向均能移動的活動支座，滿足橫向變形要求。彎橋活動支座布置3.6.4 支座的計算與選擇支座反力的確定結構自重反力；活載最不利狀態(tài)下支點反力，汽車荷載應計入沖 擊影響力；正交直線橋，計算縱向水平力（汽車制動力、支座摩阻力、溫度變化/支座變形/橋梁縱坡等引起）；

9、斜橋、彎橋還需計算橫向水平力（汽車離心力、風力等引起）。2、板式橡膠支座的設計計算（1）支座尺寸確定一般情況下，面積由橡膠支座控制設計：支座平面尺寸式中： - 橋上全部恒載與活載(包括沖擊力)所產生的最大支點反力； - 橡膠支座平面面積，矩形支座為ab，圓形支座為 ； - 橡膠支座的平均容許壓應力，當支座形狀系數S8時，=10； 當5 S 8時， =79 支座高度主梁由溫度變化等因素在支座處產生的縱向水平位移，依靠全部橡膠片的剪切變形t來實現。ah由有-橡膠片容許剪切角的正切，可取用0.50.7，不計活載制動力 時用0.5；計及活載制動力時取用0.7，則上式可寫成：-由上部結構溫度變化、橋面縱

10、坡等因素，引起支座頂面相對 于底面的水平位移。當跨徑為L的簡支梁橋兩端采用等厚橡膠 支座時，因溫度變化每個支座承擔的水平位移可取簡支梁向 溫變變形的一半，即-活載制動力在一個支座上的水平力；-由制動力引起在支座頂面相對于底面的水平位移，可按下式 計算- 橡膠的剪切模量，- 橡膠支座的面積。AG（2）支座偏轉與平均壓縮變形驗算主梁受荷撓曲時，梁端將產生轉動角。梁端轉動時，支座就受到一個偏心豎向力的作用，表面將產生不均勻的壓縮變形，一端為 , 另一端為 ，其平均壓縮變形 ，根據下式計算Nh式中：E-橡膠支座的彈性模量。當無試驗數據時，可按下式計算若梁端轉角已知，或按公式算得，則有：時，表示支座與梁

11、底產生了部分脫空，支座是局部承壓。因此設計時必須保證 規(guī)定，橡膠支座的最大平均壓縮變形 不應大于支座橡膠總厚 的0.05倍。其中，a為主梁跨徑方向的支座尺寸，又因固當（3）支座抗滑性驗算橡膠支座一般直接擱置在墩臺與梁底之間，在它受到梁體傳來的水平力后，應保證支座不滑動，亦即支座與混凝土之間要有足夠大的摩阻力來抵抗水平力，故應滿足下式：無活載作用時 有活載作用時-活載制動力分在一個支座上的水平力；溫度變化等因素分在一個 支座上的水平力。式中-在上部結構重力作用下的支座反力；-與計算制動力相應的汽車活載產生的最小支座反力；橡膠支座與混凝土表面的摩阻系數采用0.3-與計算制動力相應的汽車活載產生的最

12、小支座反力；橡膠支座與 混凝土表面的摩阻系數采用0.3；與鋼板的摩阻系數采用0.2； （4）成品板式橡膠支座的選配 成品板式橡膠支座在一般情況下，不必自行設計，只需根據標準成品支座的目錄，選配合適的產品。 成品板式橡膠支座代號表示方法，按交通部JT標準有這樣幾項代碼組成：名稱、型式、規(guī)格及膠種。如： GJZ30040047(CR)，表示公路橋梁矩形、平面尺300400、厚度為47的氯丁橡膠支座； GYZF430054(NR)，表示公路橋梁圓形、直徑300、厚度為54、帶聚四氟乙烯滑板的天然橡膠支座。 3 盆式橡膠支座的選用 （）成品盆式橡膠支座的系列 成品盆式橡膠支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我國交通部中交公路規(guī)劃設計院設計的系列盆式橡膠支座；TPZ-1則表示我國鐵道部科學研究院設計