結(jié)構(gòu)力學(xué)橋梁結(jié)構(gòu)分析

1、橋梁結(jié)構(gòu)分析橋梁結(jié)構(gòu)分析摘要：設(shè)計(jì)橋梁可有多種結(jié)構(gòu)形式選擇：石料和混凝土梁式橋只能跨越小河；若以受壓的拱圈代替受彎的梁，拱橋就能跨越大河和峽谷；若采用鋼桁架可建造重載鐵路大橋；若采用主承載結(jié)構(gòu)受拉的斜拉橋和懸索橋，不僅輕巧美觀(guān)，而且是飛越大江和海峽特大跨度橋梁的優(yōu)選形式。關(guān)鍵詞:梁式橋，拱式橋，懸索橋，桁架橋，斜拉橋著名橋梁專(zhuān)家潘際炎說(shuō)：“海洋，是孕育地球生命的產(chǎn)床；河流，是孕育人類(lèi)文明的搖籃；而橋，則是聯(lián)系人類(lèi)文明的紐帶?！边@紐帶越來(lái)越宏偉，越來(lái)越精致，越來(lái)越藝術(shù)！建國(guó)以來(lái)中國(guó)的橋梁工程事業(yè)飛速發(fā)展。隨著時(shí)代前進(jìn)的步伐，人們對(duì)橋梁工程提出了更高的要求，對(duì) 適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)”的橋梁設(shè)計(jì)原

2、則賦以更新的內(nèi)容。橋梁工程無(wú)論是現(xiàn)在還是以 后都不會(huì)停步的，它的發(fā)展前景會(huì)更廣闊。通過(guò)半個(gè)學(xué)期的結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)，我對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及他們的受力特點(diǎn)有了一定的認(rèn)識(shí)。理論聯(lián)系實(shí)際，我通過(guò)對(duì)各種結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析，進(jìn)一步加深了印象，對(duì)以后的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。1梁式橋工程實(shí)例一一洛陽(yáng)橋，又稱(chēng)萬(wàn)安橋，在福建泉州市區(qū)東北郊洛陽(yáng)江入海處，該橋是舉世聞名的梁式海港巨型石橋，為國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位，為國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位。梁式橋的主梁為主要承重構(gòu)件，受力特點(diǎn)為主梁受彎。梁式橋的上部結(jié)構(gòu)在鉛垂荷載作用 下，支點(diǎn)只產(chǎn)生豎向反力，支座反力較大，橋的跨中處截面彎矩很大。所以由于這種特性， 梁式橋的跨度有限。 簡(jiǎn)支梁橋合理最大跨徑約

3、20米，懸臂梁橋與連續(xù)梁橋合宜的最大跨徑約60-70米。采用鋼筋砼建造的梁橋能就地取材、工業(yè)化施工、耐久性好、適應(yīng)性強(qiáng)、整 體性好且美觀(guān)；這種橋型在設(shè)計(jì)理論及施工技術(shù)上都發(fā)展得比較成熟。但是由于制造梁式橋的材料多為石料與混凝土， 隨跨度的增加其自重的增加也比較顯著。因此梁式橋廣泛用于中、小跨徑橋梁中。結(jié)構(gòu)本身的自重大，約占全部設(shè)計(jì)荷載的30%至60%，且跨度越大其自重所占的比值更顯著增大，大大限制了其跨越能力。 隨著跨度的增大，橋的內(nèi)力也會(huì)急劇增大，混凝土的抗 彎能力很低，較難滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力沿橫截面高度呈三角分布，中性軸附近應(yīng)力很小，沒(méi)有充分利用材料的強(qiáng)度。2拱式橋工程實(shí)例一一

4、趙州橋， 坐落在河北省趙縣洨河上。建于隋代，由著名匠師李春設(shè)計(jì)和建造，距今已有約1400年的歷史，是當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代敞肩石拱橋。1961年被國(guó)務(wù)院列為第一批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。因趙州橋是重點(diǎn)文物，通車(chē)易造成損壞，所以不允許車(chē)輛通行。拱式橋拱肋為主要承重構(gòu)件，受力特點(diǎn)為拱肋承壓、 支承處有水平推力。從幾何構(gòu)造上講，拱式結(jié)構(gòu)可以分為三鉸拱、兩鉸拱和無(wú)鉸拱。分析三角拱的受力特點(diǎn)，在豎向荷載下，三角拱存在水平推力，因此，三角拱橫截面的彎矩小于簡(jiǎn)支梁的彎矩。彎矩的降低，拱能更充分的發(fā)揮材料的作用，當(dāng)跨度較大、荷載較重時(shí)，采用拱比采用梁更為經(jīng)濟(jì)合理。證圖(單位kNm)(a)產(chǎn)d罔&l

5、t;卩位kN>在豎向荷載下，三角拱有很大的軸力，且一般為壓力。拱式結(jié)構(gòu)的靜力特征，決定了與梁相比用材節(jié)省，自重減輕，并且可有較大的跨度。實(shí)際中還可以用合理拱軸線(xiàn)作為拱的軸線(xiàn)， 使拱的受力狀態(tài)接近于無(wú)彎矩狀態(tài)。由于拱體主要承受軸向壓力，故可利用磚、石、混凝土等抗壓性能好而又相對(duì)廉價(jià)的材料建造。此外，拱式結(jié)構(gòu)有利于營(yíng)造曲線(xiàn)美，并能提供較大的使用空間。但另一方面，由于它是一種推力結(jié)構(gòu)，對(duì)地基要求較高；對(duì)多孔連續(xù)拱橋，為防止一孔破 壞而影響全橋，要采取特殊措施或設(shè)置單向推力墩以承受不平衡的推力，增加了工程造價(jià)； 在平原區(qū)修拱橋，由于建筑高度較大， 使兩頭的接線(xiàn)工程和橋面縱坡量增大，對(duì)行車(chē)極為不利

6、。且為曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)，是的三角拱的施工比簡(jiǎn)支梁復(fù)雜。3桁架橋工程實(shí)例一一錢(qián)塘江大橋位于浙江省杭州市西湖之南，六和塔附近的錢(qián)塘江上，由橋梁專(zhuān)(c)52家茅以升主持設(shè)計(jì)，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造的第一座雙層鐵路、公路兩用橋，該橋?yàn)樯舷码p層鋼結(jié)構(gòu)桁梁橋，全長(zhǎng)1453米，寬9.1米，高7.1米。與梁和剛架相比，當(dāng)荷載僅作用在結(jié)點(diǎn)上時(shí)，桁架桿件只承受軸力，沒(méi)有彎矩和剪力，應(yīng)力分布均勻，能夠充分發(fā)揮材料的性能4.74常用的桁架結(jié)構(gòu)有：平行弦桁架，折弦桁架和三角弦桁架。平行弦桁9架的內(nèi).力分 困難；-7采用相同的截日弦跨桿、斜桿、豎桿長(zhǎng)度都分 別相同，所 房中多用于12m以上的吊車(chē)梁。 來(lái)很多方便，故較多1采用。截面

7、,則增加拼接，如所有弦有結(jié)點(diǎn)處相應(yīng)各卩文角均相同等嚴(yán)而利丁標(biāo)準(zhǔn)化十鐵路橋梁中，由于平行弦桁架給構(gòu)”牛制作及施工拼裝都帶叢l=6d折弦桁架的內(nèi)力分布均勻，因而在材料使用上最為經(jīng)濟(jì)。但是構(gòu)造上有缺點(diǎn)。上弦桿在每,故構(gòu)造較復(fù)雜。不過(guò)在大跨度橋梁（例如100150 m）及大跨0 m）中.節(jié)4材料意義較大4故常采用。qQ一結(jié)點(diǎn)處均轉(zhuǎn)折而須設(shè)置接頭度屋架-28.352520F=14.052dididid三角形桁架的內(nèi)力分布也不均勻，弦桿內(nèi)力在兩端最大， 且端結(jié)點(diǎn)處夾角甚小， 構(gòu)造布置較為困難。但是，其兩斜面符合屋頂構(gòu)造需要，故只在屋架中采用。4懸索橋工程實(shí)例一一潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋。大橋建設(shè)創(chuàng)造了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)第一，綜

8、合體現(xiàn)時(shí)下我國(guó)公路橋梁建設(shè)的最高水平。當(dāng)時(shí)潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋的國(guó)內(nèi)第一：大橋南汊懸索橋主跨1490米，為中國(guó)第一世界第三大跨徑懸索橋；懸索橋主塔高227.21米，為國(guó)內(nèi)第一高塔；懸索橋主纜長(zhǎng)2600米，為國(guó)內(nèi)第一長(zhǎng)纜；大橋鋼箱梁總重34000噸，為國(guó)內(nèi)第一重；鋼橋面鋪裝面積達(dá)71400平方米，為國(guó)內(nèi)第一大面積鋼橋面鋪裝；懸索橋錨碇錨體澆鑄混凝土近6萬(wàn)立方米，為國(guó)內(nèi)第一大錨碇。懸索結(jié)構(gòu)是由一系列受拉的索作為主要承重構(gòu)件，并依靠索的拉力維持穩(wěn)定的柔性結(jié)構(gòu)。懸索橋中最大的力是懸索中的張力和塔架中的壓力。由于塔架基本上不受側(cè)向的力，它的結(jié)構(gòu)可以做得相當(dāng)纖細(xì)，懸索的材料可以采用鋼絲束、鋼絲繩、鋼鉸線(xiàn)、鏈條、圓

9、鋼，以及其 他受拉性能良好的線(xiàn)材。由于索是柔軟的，其抗彎剛度可以忽略，索橫截面的彎矩和剪力為零，只有軸向的拉力作用。 此外懸索對(duì)塔架還有一定的穩(wěn)定作用。假如在計(jì)算時(shí)忽視懸索的重量的話(huà)，那么懸索形成一個(gè)雙曲線(xiàn)。這樣計(jì)算懸索橋的過(guò)程就變得非常簡(jiǎn)單了。常索圖卜27 懸索橋的組成相對(duì)于其它橋梁結(jié)構(gòu)懸索橋可以使用比較少的物質(zhì)來(lái)跨越比較長(zhǎng)的距離。 懸索橋可以造得 比較高，容許船在下面通過(guò)， 在造橋時(shí)沒(méi)有必要在橋中心建立暫時(shí)的橋墩， 因此懸索橋可以 在比較深的或比較急的水流上建造。但它也有許多缺點(diǎn)。懸索橋的堅(jiān)固性不強(qiáng)，在大風(fēng)情況下交通必須暫時(shí)被中斷。懸索橋不宜作為重型鐵路橋梁懸索橋的塔架對(duì)地面施加非常大的力

10、，因此假如地面本身比較軟的話(huà)， 塔架的地基必須非常大和相當(dāng)昂貴。懸索橋的懸索銹蝕后不容易更換。5斜拉橋工程實(shí)例南京長(zhǎng)江第二大橋。南汊大橋?yàn)殇撓淞盒崩瓨?，橋長(zhǎng)2938米，主跨為628米；北汊大橋?yàn)殇摻罨炷令A(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋，橋長(zhǎng)2158.4米，主跨為3X 165米，該跨徑在國(guó)內(nèi)亦居領(lǐng)先。梁、索、塔為主要承重構(gòu)件， 利用索塔上伸出的若干斜拉索在梁跨內(nèi)增加了彈性支承，減 小了梁內(nèi)彎矩而增大了跨徑。受力特點(diǎn)為外荷載從梁傳遞到索，再到索塔。由于斜拉橋的梁體尺寸較小，可以使橋梁的跨越能力增大。而且斜拉橋受橋下凈空和橋面標(biāo)高的限制小，可以提供很大的使用空間。它的主要材料為預(yù)應(yīng)力鋼索、混凝土、鋼材，適宜于中等

11、或大型橋梁。斜拉橋平拉力相 t的特性。建筑高度小，能充分滿(mǎn)足橋下 T抗扭剛度均較強(qiáng)，抗風(fēng)穩(wěn)定性要錠構(gòu)造;；便梁.尺寸較小鋼寸混凝土梁施加的和混凝土的用量均較省,有助于提'與美觀(guān)要求，刼量小抗風(fēng)穩(wěn)定，性缺點(diǎn)在于，由于是多次超靜定結(jié) 塔的連接構(gòu)造比匕較復(fù)雜，施工中高空作業(yè)較多，且技術(shù)要求嚴(yán)格。無(wú)支架施工。但提高梁的抗裂性能，心并能降低引道填土高度?？癸L(fēng)穩(wěn)料且不需要集中錨索與梁或豎向剛度(0在相同的跨度和荷載下，不同結(jié)構(gòu)有不同的受力形式。12,12|0207/0.586/0.207/-T在相同的跨度與荷載下，一般簡(jiǎn)支梁和簡(jiǎn)支剛架的彎矩最大，外伸梁、靜定(b)(a)多跨梁、三鉸剛架和組合結(jié)構(gòu)的彎矩次之，桁架和采用合理拱軸線(xiàn)的三鉸拱彎矩 為零。由于這些受力特點(diǎn)，在實(shí)際工程中，簡(jiǎn)支梁多用于小跨度結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)支剛架 應(yīng)用較少；外伸梁、靜定多跨梁、三鉸剛架和組合結(jié)構(gòu)可用于跨度較大的結(jié)在相同的跨度與荷載下，一般簡(jiǎn)支梁和簡(jiǎn)支剛架的彎矩最大，外伸梁、靜