1、索承橋的受力特性及結構特點摘要:從結構構造和力學特點兩個方面進行對比分析，得出斜拉橋隨著跨徑的增加，拉索 與主梁的夾角逐漸變小,豎向有效分力也隨著變小，因此，斜拉橋的跨越能力會受到限制，推 導了最佳的高跨比范圍；懸索橋吊桿與加勁梁是垂直或斜向交叉，不會隨著跨徑加大而受影 響，懸索橋比斜拉橋的跨越能力更大.關鍵詞:斜拉橋；懸索橋;受力特性;結構特點近幾年來，隨著我國科學技術的進步，橋梁建設事業(yè)得到了飛速發(fā)展，有關大跨徑橋梁 的設計理論也得到了進一步完善.在現代橋梁中，索承橋特別適用于大跨、特大跨橋梁，目前 還沒有其它類型橋梁的跨度能超過它們.從目前工程實際運用來看，索承橋主要包含斜拉 橋、懸索橋

2、以及兩者的組合.隨著索承橋在工程中的運用越來越廣泛，深入研究剖析其受力 與結構特點，有助于我們提高認識、完善其設計理論，具有重大意義.1斜拉橋的構造分析1斜拉橋的總體構造斜拉橋的特點是依靠固定于索塔的斜拉索支承梁跨，梁是多跨彈性支承梁,梁內彎矩與橋 梁的跨度基本無關，而與拉索的間距有關.斜拉索直接錨于主梁上，稱自錨體系，拉索承受巨 大拉力，拉索的水平分力使主梁受壓，因此塔、梁均為壓彎構件.由于斜拉橋的主梁通過拉 緊的斜索與塔直接相連，增加了主梁抗彎、抗扭剛度，在動力特性上一般遠勝于懸索橋.2斜拉橋的拉索構造斜拉橋主要組成部分為拉索、主梁及索塔.拉索縱向布置分為四種形式:輻射形、豎琴形、 扇形和

3、星形.輻射形的特點是所有拉索集中于塔頂，使各根拉索具有可能的最大傾角，因些 拉索效率發(fā)揮最好，拉索用鋼量最少，其主要缺點是拉索匯交到塔頂，構造處理比較困難;豎 琴形用鋼量最大,但索不會交叉，比較美觀、整齊;扇形介于輻射形與豎琴形之間，索在塔處 的錨固間距盡量小，主要滿足錨頭布置與張拉空間要求；星形布置的唯一特點是邊跨拉索錨 于梁端，可以增大橋梁的整體剛度.每根拉索包括鋼索、錨具和過渡段三部分.鋼索承受拉 力，設置在兩端的錨具用來傳遞拉力.過渡段埋設在塔和梁的內部，用于密封穿過梁和塔體 內的鋼索，且不與混凝土接觸.鋼索宜采用抗拉強度高、疲勞性能好、彈性模量大和截面密度 大的高強鋼絲制成，目前主要

4、有三種類型：封閉鋼索、平行高強鋼絲索、平行綱絞線索我國 采用的錨具主要有兩種型式：冷鑄墩頭錨（主要用于平行鋼絲索）和夾片群錨（主要用于平行 鋼絞線索）.3斜拉橋的主梁特點主梁類型主要有鋼主梁，混凝土主梁，鋼、混凝土結合梁，鋼、混凝土混合梁四種.其中鋼 主梁的主要特點是重量輕、跨越能力大，構件可在工廠制作，質量可靠，便于安裝，施工速度 快，養(yǎng)護工作量大.混凝土主梁的特點是：剛度大，撓度小，阻尼效果好，混凝土自重大，抗振 動性能較好.結合梁是在鋼主梁上用混凝土橋面板代替正交異性鋼橋面板，除有鋼主梁的特 點外，與鋼主梁相比，能節(jié)省鋼材用量，且其剛度大，抗風穩(wěn)定性好，能分擔斜索的水平分力, 自重比鋼主

5、梁大，與混凝土主梁相比，主梁輕，結構簡單，施工速度快.混合梁是指在中孔大 跨以鋼梁為主，兩側邊跨采用預應力混凝土梁.這種結構加大了邊跨主梁的剛度和重量，有利 于減小中跨內力及變形，能減小或避免邊跨端支點負反力.主梁在塔墩上支承體系主要有四 種：支座支承體系、塔梁固結體系、剛構體系、懸浮體系.1. 斜拉橋的索塔構造索塔承受塔自重、拉索、主梁及橋面系的恒載與活載索塔可以是鋼結構或鋼筋混凝土結 構.索塔的結構型式，根據拉索布置、主梁跨度、橋面寬度等因素確定常用的索塔形式在順 橋方向有柱型、A型和倒Y型等.在橫橋方向常用的索塔型式有單柱式、雙柱式、門式、A型、H型及鉆石型等.拉索在塔上的錨固型式主要有

6、三種：鞍座型式、交叉錨固型式、拉 索對稱錨固型式.2斜拉橋的受力特性分析1斜拉橋的力學計算特點斜拉橋是一個空間結構，為便于計算，一般按平面結構處理，而用橫向分布系數計入空 間.根據結構構造特點，可以用杠桿原理法或偏心受壓法等適合的計算方法計算橫向分布系 數.對于平面結構，用有限元法按線彈性結構進行分析，因此內力疊加原理成立.拉索的內力 與變形存在非線性關系，用修正彈性模量的方法處理后，拉索仍可按彈性桿件對待,且引起 的誤差很小.對于較大跨度的斜拉橋，則要計入非線性影響，處理方法是在線彈性結構分析 的基礎上，對控制截面的內力或變形，追加非線性影響.2 斜拉橋的力學計算原理斜拉橋的恒載內力計算比較

7、復雜，一期恒載內力不僅與安裝順序有關,還取決于張拉索力. 在恒載下的拉索松馳，混凝土徐變使計算更趨復雜.確定恒載索力方法主要有連續(xù)梁法、彎曲 能量最小法和彎矩平方和最小法、優(yōu)化方法、人機對話確定索力.連續(xù)梁法是指結構在各施 工階段完成后，在一、二期恒載作用下，主梁內力與以拉索錨固點為主梁剛性支點的連續(xù)梁 內力接近.彎曲能量最小法是用結構的彎曲余能作為目標函數，令其對索力的偏導為零.優(yōu)化 方法是結合上述兩種方法，建立目標函數，用數學規(guī)劃法解出滿足索力約束條件下的彎曲能量 最小時的施調索力.為確定最佳索力方案，可通過人機對話確定索力.即先選定成橋狀態(tài)初 始索力.計算初始索力及恒載下控制截面的內力與

8、變位.計算活載等引起控制截面內力及索 力.綜合分析計算結果，根據力學及橋梁知識，修改成橋狀態(tài)下初始索力或梁塔控制截面彎矩 或變位值,直到滿意結果為止.3斜拉橋的力學計算步驟確定施工階段張拉索力的方法一般有以下幾種:倒拆法、正算法.倒拆法的計算過程：每拆一對索及相應主梁節(jié)段，在拆去單元后的節(jié)點處加上大小相同、方向相反的節(jié)點 力；按拆去單元后的結構狀態(tài)及所加節(jié)點力，進行結構分析，就得到節(jié)點力引起的各索索 力；拆單元前的各索索力加上節(jié)點力引起的索力，得尚未拆除索的索力；(4 )下一階段待拆拉索的張拉力即為由(3)所得的索力.正算法采用與斜拉橋方式相同的順序,依次計算各階段架設時結構的施工內力和位移.

9、3懸索橋的構造分析懸索橋主要由主纜、加勁梁、吊索、索塔、錨錠和鞍座六部分組成.懸索橋大都采用雙 面主纜，由平行高強鋼絲組成.主纜分束股是為了便于架設和錨固.每根束股由幾十根，乃至 幾百根單根平行鋼絲組成，由于架設方法不同，可分為空中紡線法和預制鋼絲束股法兩種. 加勁梁的結構型式主要有兩種:鋼桁梁和扁平鋼箱梁.吊索也稱吊桿，有直吊索和斜吊索兩 種.斜吊索比直吊索有以下特點:和主纜、加勁梁一起起到桁架作用，能提高橋的整體剛度; 結構振動衰減性能好;在主跨跨中附近，活載產生應力變化幅度大，易引起疲勞問題；吊索 容易松弛.吊索與主纜的連接方式有鞍掛式和銷連接式兩種.索塔是支承主纜的重要構件，其型式分順

10、橋方向和橫橋方向.材料一般由混凝土或鋼構 成.錨碇是主纜的錨固體，與索塔一樣是支承主纜的重要部分，它將主纜的拉力傳遞給地基. 錨碇一般由錨碇基礎、錨塊、主纜的錨碇架及固定裝置、遮棚等組成錨碇的型式可分為重 力式和隧道式.重力式錨塊是最常用的型式，依靠混凝土重量來抵抗主纜的拉力.隧道式錨 塊用于堅固、節(jié)理少的基巖外露的情況，是把巖石鑿隧洞，其內埋入錨碇架，然后填充混凝 土抵抗主纜拉力.懸索橋鞍座早期都為大型鑄鋼構件，現代鞍座改用焊接鋼結構，比較輕型. 主纜支架鞍座主要功能是改變主纜方向，并把主纜的鋼絲束股在水平及豎直方向分散開來, 然后把這些鋼絲束股引入各自的錨固位置.懸索橋的受力特性分析懸索橋

11、在恒載作用下，主纜、主塔承受結構自重，加勁梁受力由施工方法而定.成橋后，主 纜和加勁梁共同承受外荷作用，受力按剛度分配.主纜是結構體系中的主要承重構件，其形狀直接影響到整個體系的受力分配和變形，主纜 的主要受力特征如下：(1)幾何可變體，主要承受張力.主纜可通過自身幾何形狀的改變來影 響體系平衡，具有大位移的力學特征.( 2)主纜在恒載作用下具有很大的初始張拉力，使主纜 維持一定的幾何形狀.初始張拉力對后續(xù)結構形狀提供強大的 重力剛度!，這是懸索橋跨 徑得以不斷增大、加勁梁高跨比得以減小的根本原因.主塔在外荷載作用下的受力特征可表現為兩種形式:(1)橫載狀態(tài)下，主塔基本無彎曲內 力；(2)恒、

12、活載及地震荷載作用下，主塔正負彎曲包絡圖基本對稱或正負彎矩包絡按某一 比例分配.加勁梁的受力特性按不同的施工方法，可表現為兩種情況：(1)一期恒載作用下，加勁梁段 呈簡支梁彎矩分配；二期恒載作用下，加勁梁承受與主纜共同作用下的彎曲內力;(2)加勁梁 的彎矩根據使恒、活載作用下其應力分布趨于合理的標準人為確定5結語本文對兩種常用的索承橋的結構構造和受力特點展開了分析，并從受力性能上作了比較， 揭示了懸索橋與斜拉橋跨越能力的內在特點，為進一步認識、研究和設計這兩類大跨度橋梁, 提供了理論基礎.參考文獻：姚玲森.橋梁工程M.北京：人民交通出版社，1993: 20- 5.裘伯永.橋梁工程M.北京：中國鐵道出版社,2000: 300- 3 0.項海帆.高等橋梁結構理論M.北京：人民交通出版社,2000： 302- 315.李文靜，張坤.斜拉橋動力特性分析J.四川理工學院學報：自然科學版，