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斜拉桥理想内力状态的建立
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市政工程勘测设计院蠹.≯
引言
斜拉桥是一种新型的大跨径桥梁结构,由于它具有跨越能力大,结构经济合理,外型轻巧美观
等优点,在国内外得到了迅速的发展。斜拉桥在近代桥梁史上的崛起,为斜拉桥的设计和研究积累
了许多经验和方法,同时也提出了一些有待探讨的课题。本文结合我院做过的几座和正在做的斜拉
桥设计,谈谈对斜拉桥理想内力状态建立的粗浅看法和体会,并推出一种新的理想内力状态建立的
方法
问鼯的提出
斜拉桥的设计中一项重要的任务是决定斜拉桥的理想内力状态郎恒载索力值,因为它是我
们安装设计及施工控制的最终目标,同时也是合理利用材料,简化麓工过程,加快施工进度的保证
在具体设计中,决定恒载索力有一个极为重要的原理,即在一般超静定结构中,在一定荷载作用下,
设计者可以任意选择赘余力超静定力的大小,或者说决定斜拉索恒载索力值存在着许多方案可
供选择,这样就给我们带来了很大的自由度,困难也随之出现。
我国已建成的斜拉桥设计中,大都采用简支梁法、剐性支承连续梁法和控制应力法等。
简支梁法:这种方法以施工各阶段保持体系静定为出发点我们知道,斜拉桥是一种高次超静
定结构,而超静定结构的次数是在施工过程中逐步加上去的,有可能选择这样一种恒载索力,使施
工阶段各索距问梁段受力为静定,即简支梁受力状态,索的张拉力为恒载自重反力,张拉时施工期
间,索的变化不影响内力变化,此法设计简单易行,但受力状态不理想,徐变影响大旅工时需要设
临时铰,较难处理,此法适用于小跨径的斜拉桥
刚性支承连续梁法:即使理想内力状态斜拉索与主梁锚固点的变形为零。斜拉索竖直索力为刚
性支承连续梁的反力,其目的是使收缩徐变产生的二次内力较小,它的调索方法有许多,包括刚性
索法、连续梁法,调整位移法和我院研制的自动调索法等等
控制应力法:即调整恒载索力,使内力在主要组合、附加组合各截面应力较小或限制在设计容
许应力之内。
以上两种方法均只考虑主梁达到确定内力状态,而没考虑塔的受力,这样可能会使塔的内力太
大,导致塔的材料用量过大,尤其是在边跨与主跨相差较大的竖琴型索体系中更是如此。
另外,刚性支最连续梁法虽然在恒载下受力理想,看似徐变影响最小,但斜拉桥设计中,在大多
数情况下,由于活载所产生的正负弯矩包络的比值糟跨长是变化的,而且梁的截面一般又不能传递
同样大小的正负弯矩因为轴向力以及梁截面不对称的影响,因此要对组合内力配制偏心预应力,
这样理想内力状态就是恒载加预应力,不是刚性支承连续梁状态了,既然如此,我们何不用恒载索
力来代替预应力因此,选用不同于剐性支承连续梁的方法会节约预应力钢筋,使受力更合理,当然
我们还要尽可能考虑徐变的影响最小。
以一座三跨密索体系斜拉桥为例如图。
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图为活载产生的最大最小弯矩包络典型分布图,要注意正负弯矩比值沿跨长有明显的变
化,它的分布特点是:除跨中外,大部分区域内负弯矩值比正弯矩值大些。然而,在大多数情况下,在
有一定轴向力的区域内,截面所能承受的正弯矩太于负弯矩,因此正弯矩大于负弯矩有利;而在轴
向较小或没有轴向力的区域内,正负弯矩相