斜拉橋、梁式橋支座設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)。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(zhǎng)182.6m）學(xué)習(xí)階段： 上世紀(jì)60年代初傳入我國(guó)； 1975年四川、上海先后建成試驗(yàn)性鋼筋混凝土斜拉橋 （ 75.8m云陽(yáng)湯溪河橋， 54m新五橋）； 1977年改革開放；1982年建成220m濟(jì)南黃河大橋推廣階段（上世紀(jì)80年代，30余座斜拉橋）260m天津永河大橋，288m東營(yíng)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(duì)稱獨(dú)塔

2、）高 潮（上世紀(jì)90年代以后）南浦大橋，楊浦大橋，南京二橋，南京三橋，銅陵長(zhǎng)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(yù)應(yīng)力，可以對(duì)主梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)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(gòu)式3、按主梁所用材料 鋼斜拉橋 混凝土斜拉橋 結(jié)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(gòu)造特點(diǎn)： 塔墩固結(jié)、塔梁分離； 主梁兩端設(shè)有支座，中間無(wú)支座； 塔、梁之間設(shè)置側(cè)向限位支座。優(yōu)點(diǎn)： 塔柱處的主梁截面無(wú)負(fù)

3、彎矩峰值； 溫度、收縮和徐變內(nèi)力均較小。缺點(diǎn)：懸臂法施工時(shí)，塔柱處主梁需臨時(shí)固結(jié)。使用：廣泛使用（受力好）。2. 支承體系（半漂浮體系）構(gòu)造特點(diǎn)： 塔墩固結(jié)； 塔墩上設(shè)置豎向支承（一般全設(shè)活動(dòng)支座）；優(yōu)點(diǎn)：在減小縱向漂移和經(jīng)濟(jì)方面有一定好處（優(yōu)點(diǎn)不明顯）缺點(diǎn)： 塔柱處主梁M-很大； 溫度、收縮、徐變次內(nèi)力仍較大。措施：采用可調(diào)高度的支座或彈簧支承(替代“零號(hào)索”)，并在成橋時(shí)調(diào)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(jié)體系構(gòu)造特點(diǎn)： 相當(dāng)于斜索加強(qiáng)的連續(xù)梁。優(yōu)點(diǎn)： 主梁中央段軸向拉力； 塔、梁溫度力極小； 塔的內(nèi)力、溫度力均最小。缺點(diǎn)： 墩頂水平位移較大 需

4、大噸位支座（可能為萬(wàn)噸級(jí)）。使用：少用。4. 剛構(gòu)體系構(gòu)造特點(diǎn)：塔、梁、墩固結(jié)優(yōu)點(diǎn)： 省大型支座； 主梁撓度小； 施工的穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)： 主梁固結(jié)處M更大； 溫度M大(固結(jié)點(diǎn)、墩腳處)；使用：獨(dú)塔、地基好，高墩（附加內(nèi)力?。?.5.3 斜拉橋的構(gòu)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(diǎn)： 索的軸力可抵抗作用于橋梁上的扭矩，抗扭能力缺點(diǎn)：視覺效果無(wú)單索面好。使用：最常用斜拉索的組成 鋼材: 抗拉強(qiáng)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(zhuǎn)而成） (e) 封閉式剛纜 （Z形鍍芯鋼絲組成封閉索）防護(hù)措施：黑色聚乙烯套管2、索塔受力：N（主要）、M， 壓彎構(gòu)件立面布置形式：橫向布置形式橋面較高時(shí)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(shè)計(jì)要點(diǎn)一、計(jì)算手段 高次超靜定 采用有限元法 計(jì)算機(jī)計(jì)算二、計(jì)算圖式 1、空間結(jié)構(gòu) (商用有限元軟件)2、平面桿系結(jié)構(gòu)索拉桿單元梁、塔梁?jiǎn)卧?.6 梁式橋支座支座的作用傳遞上部結(jié)構(gòu)的各種荷載；適應(yīng)溫度、收縮徐變等因素產(chǎn)生的

6、位移。支座的分類按功能分： 固定支座 活動(dòng)支座按材料分： 橡膠支座 鋼支座 鋼筋混凝土支座 簡(jiǎn)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(dòng)支座示意3.6.1 常用支座1、板式橡膠支座特點(diǎn) 簡(jiǎn)單、安裝方便； 高度小（14-106 mm）； 適應(yīng)任何方向變形（適于寬、曲、斜橋）； 吸震（地震區(qū)有利）； 支座摩阻?。▽?duì)高墩有利）。工作原理橡膠不均勻壓縮 轉(zhuǎn)角，橡膠剪切變形 水平位移形狀系數(shù)構(gòu)造 組成 薄鋼片+橡膠片 外形 矩形常用； 圓形用于彎橋，適應(yīng)結(jié)構(gòu)多向變形。 適用 豎向承載力N=703600kN，L20m。2、盆式橡膠支座特

7、點(diǎn) 由鋼構(gòu)件、橡膠、聚四氟乙烯板組合而成； 水平位移量大； 轉(zhuǎn)動(dòng)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(gòu)造 不銹鋼板與聚四氟乙烯板相對(duì)滑移 ； 橡膠板壓縮 ； 橡膠板三向受壓，承載力大（千噸級(jí)以上） ；3.6.2 特殊功能支座球形鋼支座特點(diǎn) 由鋼、四氟板組成，不老化。 受力均勻； 轉(zhuǎn)動(dòng)量大（球形）； 各向轉(zhuǎn)動(dòng)性能一致，適于曲、寬橋（球形）； 大噸位；工作原理及構(gòu)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(diǎn)產(chǎn)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(cè)摩擦板吸收墩臺(tái)傳來(lái)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(jiǎn)支梁、懸臂梁橋的錨固跨、連續(xù)梁橋每聯(lián)均只設(shè)置一個(gè)固定支座。多跨簡(jiǎn)支梁橋，一個(gè)橋墩不宜設(shè)兩個(gè)固定支座。 連續(xù)梁橋，每聯(lián)一個(gè)固定支座，且設(shè)于中間墩。 坡橋，固定支座設(shè)于標(biāo)高低的墩臺(tái)上。特別寬的橋，設(shè)置縱橫向均能移動(dòng)的活動(dòng)支座，滿足橫向變形要求。彎橋活動(dòng)支座布置3.6.4 支座的計(jì)算與選擇支座反力的確定結(jié)構(gòu)自重反力；活載最不利狀態(tài)下支點(diǎn)反力，汽車荷載應(yīng)計(jì)入沖 擊影響力；正交直線橋，計(jì)算縱向水平力（汽車制動(dòng)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(jì)算橫向水平力（汽車離心力、風(fēng)力等引起）。2、板式橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）支座尺寸確定一般情況下，面積由橡膠支座控制設(shè)計(jì)：支座平面尺寸式中： - 橋上全部恒載與活載(包括沖擊力)所產(chǎn)生的最大支點(diǎn)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(yīng)力，當(dāng)支座形狀系數(shù)S8時(shí)，=10； 當(dāng)5 S 8時(shí)， =79 支座高度主梁由溫度變化等因素在支座處產(chǎn)生的縱向水平位移，依靠全部橡膠片的剪切變形t來(lái)實(shí)現(xiàn)。ah由有-橡膠片容許剪切角的正切，可取用0.50.7，不計(jì)活載制動(dòng)力 時(shí)用0.5；計(jì)及活載制動(dòng)力時(shí)取用0.7，則上式可寫成：-由上部結(jié)構(gòu)溫度變化、橋面縱

10、坡等因素，引起支座頂面相對(duì) 于底面的水平位移。當(dāng)跨徑為L(zhǎng)的簡(jiǎn)支梁橋兩端采用等厚橡膠 支座時(shí)，因溫度變化每個(gè)支座承擔(dān)的水平位移可取簡(jiǎn)支梁向 溫變變形的一半，即-活載制動(dòng)力在一個(gè)支座上的水平力；-由制動(dòng)力引起在支座頂面相對(duì)于底面的水平位移，可按下式 計(jì)算- 橡膠的剪切模量，- 橡膠支座的面積。AG（2）支座偏轉(zhuǎn)與平均壓縮變形驗(yàn)算主梁受荷撓曲時(shí)，梁端將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)角。梁端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支座就受到一個(gè)偏心豎向力的作用，表面將產(chǎn)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(jù)下式計(jì)算Nh式中：E-橡膠支座的彈性模量。當(dāng)無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可按下式計(jì)算若梁端轉(zhuǎn)角已知，或按公式算得，則有：時(shí)，表示支座與梁

11、底產(chǎn)生了部分脫空，支座是局部承壓。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證 規(guī)定，橡膠支座的最大平均壓縮變形 不應(yīng)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(dāng)（3）支座抗滑性驗(yàn)算橡膠支座一般直接擱置在墩臺(tái)與梁底之間，在它受到梁體傳來(lái)的水平力后，應(yīng)保證支座不滑動(dòng)，亦即支座與混凝土之間要有足夠大的摩阻力來(lái)抵抗水平力，故應(yīng)滿足下式：無(wú)活載作用時(shí) 有活載作用時(shí)-活載制動(dòng)力分在一個(gè)支座上的水平力；溫度變化等因素分在一個(gè) 支座上的水平力。式中-在上部結(jié)構(gòu)重力作用下的支座反力；-與計(jì)算制動(dòng)力相應(yīng)的汽車活載產(chǎn)生的最小支座反力；橡膠支座與混凝土表面的摩阻系數(shù)采用0.3-與計(jì)算制動(dòng)力相應(yīng)的汽車活載產(chǎn)生的最

12、小支座反力；橡膠支座與 混凝土表面的摩阻系數(shù)采用0.3；與鋼板的摩阻系數(shù)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(shè)計(jì)，只需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)成品支座的目錄，選配合適的產(chǎn)品。 成品板式橡膠支座代號(hào)表示方法，按交通部JT標(biāo)準(zhǔn)有這樣幾項(xiàng)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(guó)交通部中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的系列盆式橡膠支座；TPZ-1則表示我國(guó)鐵道部科學(xué)研究院設(shè)計(jì)