斜拉桥的总体布置与结构体系
总体布置主要有跨径布置、拉索及主梁的布置、索塔高度与布置。 一、跨径布置主要有下面三种类型
(1)双塔三跨式。为目前应用最广泛的跨径布置方式。下面是立面图与其荷载作用不同位置时发生的索塔与主梁的形变。
(2)独塔双跨式。这也是应用较为广泛的一种跨径布置,但由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的小,故特别适用于跨越中小河流、谷地及作为跨线桥,或用于跨越较大河流的主航道部分,也可用主跨跨越河流,索塔及边跨布置在河流一岸的方式。
独塔双跨式斜拉桥立面图
(3)多塔多跨式。多塔多跨式斜拉桥适用于需要多个大通航孔的大江大河、宽阔湖泊或海峡上,但这种结构 一般采用较少,主要原因是中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位,使结构柔性及变形增大,整体刚度差。
多塔多跨式斜拉桥示意图
二、拉索的布置,拉索的布置分为空间上的布置与索面内的布置。 (1)拉索索面在空间可布置成单索面和双索面,而双索面又可分为竖直双索面和倾斜双索面。
单索面斜拉桥(临海大桥)
竖直双索面斜拉桥
倾斜双索面斜拉桥
(2)拉索在索面内的布置形式主要有以下三种:辐射形、竖琴形及扇形。
辐射形:拉索与水平面的平均交角较大,拉索的垂直分力较大,故拉索的用量最省。由于在拉索的水平分力在塔顶基本平衡,故索塔的弯矩较小,索塔高度也较小,但由于拉索都固定在塔顶,所以塔顶的结构复杂,集中应力现象突出,给施工和养护带来困难。
竖琴形:所有拉索的倾角完全相同,且拉索与索塔的锚固点分散布置,使拉索与索塔、拉索与主梁的连接构造简单,易于处理。竖琴形布置拉索加强了索塔的顺桥向刚度,对减少索塔的弯矩和提高索塔的稳定性都有利。但是其拉索的倾角与水平方向的交角较小故所需的拉索数量大,布置密集,一般都用于中小跨径的斜拉桥中。
扇形:扇形兼有辐射形和竖琴形索的特点,又可灵活布置,与索塔的各种构造形式相配合。扇形是采用最多的一种索型。
三、索塔与主梁的布置
(1)索塔的布置主要在于高度的确定,矮塔斜拉桥为桥塔高度与主跨长度的比值在1/8~1/13之间的斜拉桥。一般斜拉桥,双塔三跨式的比值在0.18~0.25之间,独塔双跨式的比值在0.3~0.45之间。
矮塔斜拉桥
(2)主梁的布置
1、主梁为连续体系,无论是双塔三跨式还是独塔双跨式,主梁在斜拉桥全长范围内布置成连续体系,这时主梁为连续梁或连续钢构(拉索作为跨内的弹性支撑),为改善结构受力布置外边孔时,斜拉桥主梁梁体还与边跨或引桥的上部结构主梁相连续。
主梁布置为连续体系
2、主梁为非连续体系,这种结构可以减少超静定次数,带有挂孔的主梁布置能较好地适应两个索塔基础得不均匀沉降,用剪力铰可以缓解温度内力的影响,但是这两个体系都破坏了桥的整体性和桥面的连续性。目前使用的较少。