現(xiàn)代橋梁之斜拉橋與懸索橋區(qū)別與聯(lián)系

現(xiàn)代橋梁之斜拉橋與懸索橋區(qū)別與聯(lián)系斜拉橋與懸索橋作為現(xiàn)代橋梁的主要建筑方式，二者之間又存在著怎樣的區(qū)別與聯(lián)系呢？下面我們通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行受力方面的定性分析，來(lái)解決一些現(xiàn)實(shí)中的現(xiàn)象。首先我們來(lái)了解一下他們的定義：斜拉橋又稱斜張橋，是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。其可使梁體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料。斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成。懸索橋，又名吊橋（suspensionbridge）指的是以通過(guò)索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索(或鋼鏈)作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。其纜索幾何形狀由力的平衡條件決定，一般接近拋物線。從纜索垂下許多吊桿，把橋面吊住，在橋面和吊桿之間常設(shè)置加勁梁，同纜索形成組合體系，以減小活載所引起的撓度變形。斜拉橋與懸索橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖a，b所示。下面對(duì)一些現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象進(jìn)行定性分析。1.為什么斜拉橋和懸索橋可以比其他橋梁的跨度大很多？通過(guò)斜拉橋和懸索橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出，斜拉橋和懸索橋都是通過(guò)鋼索的拉力來(lái)代替了橋墩的支持力。因此可以減少橋墩的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)橋梁的大跨度。為什么懸索橋可以比斜拉橋的跨度更大？通過(guò)斜拉橋和懸索橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出，斜拉橋的鋼索是斜著的，以a圖C點(diǎn)進(jìn)行受力分析，為了在C點(diǎn)提供足夠的豎直拉力Fcy隨著AC距離的增加，F(xiàn)c和Fcx將會(huì)不斷增大，這樣會(huì)不斷增大鋼索的拉力和橋面的軸向壓力，這也是為什么斜拉橋的鋼索大多集中在索塔的上端的原因。因此AC之間的距離不能太大，即斜拉橋的跨度不能太大。而通過(guò)懸索橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出，懸索橋的鋼索受力是豎直方向的，隨著跨度的增加并不會(huì)增加鋼索的受力。因此懸索橋的跨度可以比斜拉橋更大。為什么斜拉橋比懸索橋穩(wěn)定？由斜拉橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出繃緊的鋼索與索塔及橋面根據(jù)三鋼片原則構(gòu)成了不變體系，而有懸索橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖不難看出懸索橋的主索、細(xì)鋼索、索塔及橋面之間構(gòu)成的是可變體系。因此懸索橋的穩(wěn)定性不如斜拉橋的穩(wěn)定性好。既然增加索塔可以加大橋面的豎向拉力，減小橋面軸向應(yīng)力鶴崗索拉力，為什么不把索塔建得很高呢？首先，增加索塔的高度會(huì)增加橋梁的用料，從而增加橋梁的經(jīng)濟(jì)成本高。其次，由于現(xiàn)實(shí)生活中橋面的受力情況特別復(fù)雜，無(wú)法保證索塔兩邊橋面受力情況完全相同，這會(huì)使得索塔兩邊鋼索所受的拉力不同，如果索塔很長(zhǎng)會(huì)使得索塔與橋面連接處以及橋墩與地面連接處彎矩過(guò)大，容易發(fā)生破壞。服5破.童為什么斜拉橋粗的橋面可以比現(xiàn)懸索橋的橋面切寬很多？免斜拉橋的橋面喜比懸索橋的橋忽面寬很多是有信橋面的材料為雕混凝土和橋面賣的受力特點(diǎn)的貫決定的。下面朗截取斜拉橋和化懸索橋的橋面弱的一個(gè)橫截面夸來(lái)簡(jiǎn)化力學(xué)模宅型，并對(duì)其進(jìn)粥行受力分析。熟假設(shè)橋面受大錯(cuò)小街為姥q枕的均布力，斜名拉橋的受力如唇圖為c羊,累懸索橋的受力速如荷圖廈d憶。等在斜拉橋的橫周截面受力圖中雅，橋面橫截面握受斜向上的鋼開(kāi)索拉力，因?yàn)榈谛崩瓨虻乃魉轂槠狝困型或殘椡鹽Y溜型；而在懸索隱橋的受力圖中資，橋面橫截面碼只受到豎直向所上的拉擋力，因?yàn)閼宜鞔贅虻乃魉礊椴紿精型。假設(shè)斜拉皮橋和懸索橋橋追面長(zhǎng)度磨為修l餐，厚度巨為戰(zhàn)2摘h慢，則斜拉橋受孫到的最大拉應(yīng)目力為鵝：銀My/Iz-題Tt/2lh貌=0.5ql惑*lh/Iz功-Tt/2l產(chǎn)h謙；懸索橋的最微大拉應(yīng)力為綱：帝My/Iz=籮0.5ql*疑l/I占z桃。由此可見(jiàn)在最受力和橋面橫拖截面形狀相同窄的情況下，斜克拉橋的最大拉癥應(yīng)力比懸索橋廈小賊Tt/2l車h塔，又因?yàn)闃蛎婺ú牧蠟榛炷镣欤箟翰豢估椋虼诵崩瓨蛴鸬臉蛎婵梢员壤@懸索橋的橋面根更寬一些。尺下面，假設(shè)橋梳面受大小拾為值q張的均布力（因加為橋面主要受忙到自身的重力悉，而橋面自身飄的重力是均布青力），而這也揪是橋面的，設(shè)櫻有萄n館根鋼索且每根勉鋼索所受的拉璃力相等瞎為奉T=ql/(格n+2法)途，并且假設(shè)橋掉面只發(fā)生小變政形，對(duì)力學(xué)模燒型進(jìn)一步簡(jiǎn)化僑后。對(duì)斜拉橋油和懸索橋進(jìn)行刷分析，做出斜醉拉橋與懸索橋莫的受力租圖斑g搏，剪力懼圖宋e撓，彎矩躍圖遇f揀。欠從斜拉橋和懸瀉索橋加鋼索和岸沒(méi)加鋼索的剪幫力圖可以看出慚：鋼索的增加開(kāi)能有效的減小勁剪力的不斷的尿增加，將剪力架變成一種周期書性的力。同時(shí)嶄可以看出鋼索乘越多剪力圖像陪中的峰值在斜笛率不變，鋼索炮的只能更加會(huì)強(qiáng)使圖像的周期普減小，因此能盜有效地減小剪麻力圖像中的峰攜值殃(貼F姓Q=ql/(泡n+2)渣)除，由轉(zhuǎn)M修(勇X)=針F賠Q(X)d紗x賠得到斜拉橋和恐懸索橋的彎矩秤圖。同時(shí)從斜仁拉橋和懸索橋偏的彎矩圖中可嶺以看出來(lái)其圖肆像也為周期函基數(shù)圖象。同樣腿其圖像的峰值速與鋼索的數(shù)量智加玻2叢后的平方成反斯比映（艙M=ql*l淡/(n+2)級(jí)*(n+2)隱)穴。由此可見(jiàn)增縱加鋼索的數(shù)量款不僅可以減小搖斜拉橋和懸索賓橋橋面的剪力革和彎矩，同時(shí)號(hào)也可以減小每蛙根鋼索的拉力鴨。由此可見(jiàn)準(zhǔn)崖確的估計(jì)每一階段的受力情況像，以此來(lái)設(shè)置嶺鋼索中的預(yù)應(yīng)儉力是十分重要鏈的，對(duì)減小橋貧面中的剪力和因彎矩起著決定畫性的作用。雖飯然鋼索中的預(yù)勿應(yīng)力設(shè)置不當(dāng)哥也可以起到阻窩止彎矩增大作幣用，但效果將倘大打折扣。由者此可見(jiàn)對(duì)斜拉團(tuán)橋和遣懸索橋進(jìn)行準(zhǔn)牲確的受力分析貍是十分重要的剛。拌以上只是在理安想化的條件下私進(jìn)行的粗糙的爽理論分析，現(xiàn)斷實(shí)中總是有著黨這樣或那樣的諷不可控條件。譽(yù)首先，橋面不塑可能受均布力狡：其次，大跨路度的橋梁并非洽只發(fā)生小變形對(duì)，而是會(huì)發(fā)生踩大變形；最后見(jiàn)，斜拉橋的橋扣面存在著彎矩?fù)砗洼S力混合作乞用的效應(yīng)。當(dāng)培然還有其他的熊一些因素對(duì)理蠅論分析的影響凍沒(méi)有列舉出來(lái)串，我們就先不煩討論了。下面須我們來(lái)分析一際下以上三個(gè)方虧面對(duì)我們的分箭析造成的影響庫(kù)。冤由于橋面的受慣力并非均布力項(xiàng)，雖然橋面自序身的重力仍是陽(yáng)均布力，但兩垃者相加之后，終剪力館圖痰e忙中的剪力就不珍是線性變化的習(xí)，這會(huì)對(duì)鋼索分預(yù)應(yīng)力的估計(jì)底造成黑困難。牽由于大跨度橋探梁發(fā)生的并非捐小變形，而是姜會(huì)發(fā)生大變形肉。以上的線彈查性的分析方法克就不再適用了理，應(yīng)該運(yùn)用幾扶何非線性的分掀析方法進(jìn)行分報(bào)析。幾何非線早性問(wèn)題是指大竭位移問(wèn)題，幾催何運(yùn)動(dòng)方程為臂非線性。在絕疼大多數(shù)大位移祝問(wèn)題中，結(jié)構(gòu)刑內(nèi)部的應(yīng)變是飄微小的。因?yàn)槌髴?yīng)變是微小的忽，對(duì)線性問(wèn)題鍋一般是根據(jù)變絕形前的位置來(lái)炎建立平衡方程揭。但對(duì)幾何非貨線性問(wèn)題，由先于位移變化產(chǎn)源生的二次內(nèi)力貼不能忽略，荷粱載一變形關(guān)系餓為非線性，此巧時(shí)疊加原理不腸再適用，整個(gè)齊結(jié)構(gòu)的平衡方杏程應(yīng)按變形以為后的位置來(lái)建藝立。栗核斜拉橋的斜拉茶索拉力使其它謎構(gòu)件處于彎矩黑和軸向力組合坑作用下，這些話構(gòu)件暑即使在材料滿溫足虎克定律的刑情況下也會(huì)呈躬現(xiàn)非線性特性污。構(gòu)件在軸向單力作用下的橫姿向撓度會(huì)引起劈附加彎矩，而山彎矩又影響軸盟向剛度的大小菊，此時(shí)疊加原筑理不再適用。滿但如果構(gòu)件承豐受著一系列橫考向荷載和位移峰的作用，而軸督向力假定保持占不變，那么這勻些橫向荷載和蕉位移還是可以萄疊加的。因此夾，軸向力可以奉被看作為影響事橫向剛度的一跳個(gè)參數(shù)，一旦曾該參數(shù)對(duì)橫向園的影響確定下塊來(lái)，就可以采救用線性分析的諒方法進(jìn)行近似銹計(jì)算。有兩種菊方法可以處理橫這種由壓一彎遍共同作用