理论教育 大跨度斜拉-悬吊组合悬索桥设计

大跨度斜拉-悬吊组合悬索桥设计

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2-15意大利墨西拿海峡大桥的协作体系方案1978年,丹麦大贝尔特桥的初步设计方案中曾提出了跨径m的斜拉-悬索协作体系方案,该体系与罗布林体系相似,如图2-16所示,不同的是其设计概念不是用斜拉索来加固悬索桥,而是两者有机协作来共同承担荷载。图2-17土耳其伊兹米特海湾桥设计方案土耳其博斯普鲁斯海峡第三大桥是一座主跨1 408 m的斜拉-悬吊组合结构桥梁,采用公路与铁路合建方案,如图2-18所示。

大跨度斜拉-悬吊组合悬索桥设计

1883年,美国桥梁设计师约翰·罗布林(John A.Roebling)设计的世界上最早的斜拉-悬索协作体系桥布鲁克林大桥(Brooklyn Bridge)建成通车,如图2-10所示。该桥跨越纽约伊斯特河,主跨486 m,为当时世界上最大跨度的缆索承重桥梁。该桥构造上采用了抗弯刚度大的加劲桁架梁和斜拉索来弥补单纯悬索体系风动稳定性的不足。其缆索布置形式示意如图2-11所示,该体系也被称为“罗布林体系”。

图2-8 美国奥克兰海湾大桥

图2-9 日本南、北备赞濑户大桥

图2-10 美国布鲁克林大桥

图2-11 罗布林体系

1938年,德国工程师迪辛格(Dischinger)提出了另一种斜拉-悬索协作体系的设想,其缆索布置形式如图2-12所示,该体系在主跨由悬吊系统及两部分从塔顶呈辐射形散开的拉索支承。

1950年,美籍德裔桥梁设计大师斯坦因曼(D.B.Steinmann)在为意大利墨西拿海峡大桥所做的方案中,提出了一种较为新颖独特的斜拉-悬索协作体系方案,如图2-13所示。在此方案中,斯坦因曼采用了从悬索体系主缆向下集中锚固到塔根处的斜拉索布置形式,这种斜拉索增加了主缆的拉力;而在罗布林体系中恰好相反,斜拉索是从塔顶辐射下来支承加劲梁,斜拉索分担了主缆所承担的荷载,因此主缆拉力有所减小。丹麦的尼尔斯·吉姆辛(Niels J.Gimsing)称布鲁克林大桥中的斜拉索为“正拉索”,而把斯坦因曼方案中的斜拉索称为“负拉索”。采用这种负拉索后,虽然对加劲梁的受力没有直接影响,但可以减小主缆受力后的变形,所以能提高桥梁的整体刚度,但是这种形式的协作体系桥从未进入实施阶段。

图2-12 迪辛格体系

图2-13 斯坦因曼提出的意大利墨西拿海峡大桥方案

如图2-14所示,吉姆辛还提出了一个索网式缆索承重桥梁的方案设想,该方案是将悬索体系与部分地锚式的斜拉索体系混合在一起,在边跨仅用一根背拉索进入地锚,用较少的曲线形二次索代替较多的竖向吊索。(www.daowen.com)

图2-14 吉姆辛提出的索网式体系方案

1976年,墨西拿海峡大桥设计组也曾提出一个主跨3 300 m的斜拉-悬吊协作体系方案,如图2-15所示。在此方案中,主跨3 300 m可以避免在海峡的深水中修建桥墩,降低了施工难度;增加了斜拉索后,桥梁结构刚度提高,可以满足该桥公铁两用的设计要求。

图2-15 意大利墨西拿海峡大桥的协作体系方案(尺寸单位:m)

1978年,丹麦大贝尔特桥的初步设计方案中曾提出了跨径(400+1 500+400)m的斜拉-悬索协作体系方案,该体系与罗布林体系相似,如图2-16所示,不同的是其设计概念不是用斜拉索来加固悬索桥,而是两者有机协作来共同承担荷载。但由于担心塔顶位移问题,最终被主跨1 624 m的悬索桥方案所取代,并于1998年7月建成通车。

图2-16 丹麦大贝尔特桥设计方案(尺寸单位:m)

20世纪90年代初,在土耳其伊兹米特海湾桥的初步设计方案中也曾提出主跨2 000 m的协作体系方案,如图2-17所示。该桥主跨悬索桥部分为钢箱梁,斜拉桥部分为混凝土梁,充分发挥材料的长处,后来选择方案为主跨1 550 m的悬索桥。

图2-17 土耳其伊兹米特海湾桥设计方案(尺寸单位:m)

土耳其博斯普鲁斯海峡第三大桥是一座主跨1 408 m的斜拉-悬吊组合结构桥梁,采用公路与铁路合建方案,如图2-18所示。

图2-18 土耳其博斯普鲁斯海峡第三大桥

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