斜拉桥跨越能力强,受桥下净空和桥面标高的限制小,目前在建桥梁多采用斜拉桥,我国已建成100多座。
1、斜拉桥的原理
先看一个用3根火柴就能吊起66瓶矿泉水的实验。
火柴的摆放方式至关重要,
做个受力分析发现,由于中间斜着的火柴,把原本向下的拉的力变成了倾斜方向,使得火柴能够在桌沿的支持力作用下保持平衡。
斜拉桥中也是类似
由于倾斜的拉索,桥面向下的重力被拉索的竖直分力平衡,这个拉力通过拉索最终又作用在了索塔上。
变成了对索塔竖直向下的压力。拉索桥的好处在于桥墩少,可以便于通航,节约成本。当然对材料和建设的要求也很高,尤其是索塔根部和桥梁结合处受力非常大。
倾斜的拉索虽然产生向上的分力平衡了重力,但同时又产生了水平的拉力,这个拉力最终做为压力都压在了索塔根部的桥梁处。
以一个600米桥梁跨度的斜拉桥为例,施工到300米,对桥墩的挤压力就有2000吨(20000N)
施工到600米时,压力会高达6000吨。
所以对索塔桥梁的材料及力学特性都有很高要求。
2、质量保证
混凝土里面添加了活性剂和纤维材料,增强耐久性和力学特性。
拉索:一般情况下,斜拉桥的最大跨度是桥面以上索塔高度的3.1—6.3倍,主跨越大,索塔越高,拉索就越长。
一般跨度越长,拉索也越粗,拉索还要经受常年累月的风吹日晒,因此拉索的质量要求极高。
拉索会在实验室进行200万次的拉伸疲劳测试,然后再查看它的性能是否变化。而且斜拉桥一般会留有空置的拉索备用。
投入建设前,还要进行大比例尺模型实验。将桥等比例缩小,进行一系列受力检测。
这个步骤现在大部分可以由计算机模拟,但是对于构造和受力复杂的区域,仍需用大比例尺模型实验。
模型桥还要进行风洞实验,几百米高空中的斜拉桥,受风力影响极大。
经受了这一系列考验后,才能开工建设。
为了减少高空作业危险,采用搭积木施工法,先在工厂把需要的配件,桥梁等生产出来,再直接运送到工地吊装。
3、典型桥梁
北盘江大桥,2016.12.29竣工。连接云南宣威城区与贵州六盘水,使得车程由原来的5小时降为1小时。
世界上最高的桥梁,垂直高度达到565米
预计使用寿命100年,最大的挑战就是风的影响。
2009年12月26日,武汉天兴洲长江大桥通车,这是长江上第六座夸江大桥。
它与长江大桥一样属于公铁两用,但是桥面跨度,宽度,车辆速度,承重能力在同类型桥梁中均属第一。
上层是六车道公路,时速80千米,下层是四车道铁路,时速200千米。通常说法是1条铁路负载量相当于8条公路,那么天兴洲大桥就相当于38条公路负载量。因此它采用了3索面结构。
这种结构,受力分析复杂
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