美丽的桥梁欣赏
南宜高速南洞庭大桥
湖南省交通规划勘察设计院有限公司
桥梁设计院高级工程师朱超银供图
钢箱梁书本规范
关于普通钢箱梁桥设计,有很多书都进行了探讨,并给出了详细的计算实例,下面列出部分书目。当然,书太多,很难仔细阅读,只有遇到实际问题,才有时间对个别问题进行有针对性的研究。
1. 近代钢桥(上册)吴冲著。此书参考日本早期标准编写,基本概念比较清晰,可以作为入门学习材料。
2、日本标准《道路桥梁使用说明》。日本作为我国在纯钢箱(普通钢箱)结构方面的同盟国之一(某种程度上也可以去掉其中一个),需要认真阅读。
3.小西一郎的《钢桥(1-11)》。这本书虽然比较老了,但依然是经典。
4、赵廷衡的《桥梁钢结构详细设计》,详细设计很有实用价值。
5.贾高炯著《钢箱梁桥设计》。内容虽然短小,但值得一读。
6.《钢桥:钢和钢-混凝土组合桥概念和结构设计》是一本很好的外国书。
7.“DIN-Fachbericht 103”,遗憾的是只有德文版本,很多东西比新的EN法规解释得更透彻。
8、BS5400有中英文版本,很多东西比EN新规好。
9. EN 1993系列标准。欧洲标准是世界上最系统的标准,这是毋庸置疑的,也是必读的标准。
10.《本州四国联络桥上部结构设计标准及说明》。只有旧中文版,很多内容解释得很清楚。
11、阅读国内标准《钢结构设计规范》、《公路钢桥设计规范》、《铁路桥梁钢结构设计规范》,只是因为我出生在这座山里。
斜拉桥钢箱梁截面
桥梁截面是结构力传递的开始,一个截面由横向构件和纵向构件的截面组成,首先要形成稳定的框架。
公路桥梁必须具有可供车轮连续运动的桥面板铁路桥梁钢结构设计规范,而桥面板的车轮作用制是根据纵、横构件对桥面板的支撑间距来确定的。
截面内的横梁可支撑主梁(有缆横梁),反之亦然(无缆横梁)。
截面内纵向构件的截面必须满足相应支承跨度的弯曲、剪切、拉力和压缩力。根据截面的组成,纵向构件还带动面板、底板等参与主梁受力。
利用力的传递来创建横截面。
斜拉桥加劲梁的截面形式有:双主梁、单箱多室、单箱单室等。为保证结构良好的抗风性能,现在斜拉桥加劲梁多为扁平状,较为流行。
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双主梁
有一座双主梁截面的桥,虽然以现在的眼光来看不算是主流的加劲梁型式,但还是值得一提的,它就是克尼桥,在德国又被称为“莱茵膝桥”。
由德国著名桥梁结构工程专家弗里茨·莱昂哈特设计。
“我父亲是建筑师,但我选择当一名土木工程师,因为土木工程师可以从事更广泛的领域,包括桥梁、塔楼、道路、水坝等。”
他的妻子丽莎洛特说:“我原谅莱昂哈特对桥梁的热爱。”由此可见莱昂哈特对桥梁的疯狂热爱。
虽然人已远去,但对桥梁的热爱却依然在你我心中流淌。
《钢桥结构与设计》苏延江P150
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单箱多室与单箱单室之间的桥梁
大跨度双索面斜拉桥的断面型式,在条件允许的情况下,可以采用全断面分段架设、整体吊装,即箱室内无中间腹板的所谓单箱单室断面型式,是优选的断面型式。
斜拉桥加劲梁:单箱单室与单箱多室对比:这里说的双索面是指双侧拉索,单箱单室没有中腹板,传力路径明确,桥面荷载从纵肋—横隔板—边腹板—拉索一条龙横向传递,有索区和无索区的横隔板没有明显区别。
一般由于横截面对称,需设置两块或两块以上的中间横隔板,以组成单箱多室箱梁。
力的传递路径稍微复杂,类似于密集的梁系统。
中腹板刚度较大,由前后吊点横隔板支撑。桥面荷载一部分通过中腹板传递到拉索横隔板,一部分通过无索区横隔板横向传递到边腹板,最终传递到拉索上。荷载传递的分配需要进行空间力分析。
弯曲梁桥:与斜拉桥的加劲梁不同,由于存在剪力滞效应(这里指狭义的剪力滞效应:即弯曲下的剪力滞),为保证上下翼缘的有效宽度尽可能覆盖全宽。
当桥面很宽时,需要增设中间纵腹板,此时有两种断面形式可供选择:多箱单室断面和单箱多室断面。
多箱单室箱梁桥与单箱多室箱梁桥:这两类截面在结构和受力上有一定的区别。
常规单箱多室箱梁桥均设置两个支座,由于传力的上部支座横梁支撑纵腹板,因此支座横梁连续,纵腹板断开。
多箱单室钢箱梁桥的纵腹板连续,承重横梁断开。
公路钢箱梁景观要求不高,而城市高架钢箱梁景观要求高,因此城市钢箱梁通常根据桥梁宽度做成单箱多室结构,底板连续。有时也在悬臂梁的倒T型底板之间设置装饰钢板。
公路钢箱梁可设计为多箱单室体系,以减少底板体系的面积,使中性轴更靠近顶板。顶板第一体系的截面小于底板,较小值等于顶板第二体系的截面面积,此时用钢量比较经济。
每个房间有多个箱子
单箱多室
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双面主梁
斜拉桥首先要解决的问题就是主跨的刚度,合理的边中跨比尤为重要。
在梁平整度和塔直度的指导下,优先保证主跨受力。当活载布置在中跨时,活载比越大,需要的锚跨越短,以约束塔对主跨的索力。因此,较短的锚跨需要刚度较大、截面重量较大的主梁(或较长的锚跨和较密集的辅助墩(以增加锚固刚度))。因此,采用混合梁是自平衡斜拉桥的普遍做法。
非常著名的双面主梁桥是日本的生口大桥,系统地研究了混合梁的结构和受力特性。
国内多座混合结构桥梁都借鉴了该桥的设计思路,如荆岳长江大桥、峻口长江大桥等。
上文对一般多箱单室与单箱多室截面梁桥的经济性进行了分析,一般认为多箱单室截面较为经济。
但对于大跨度缆索结构桥梁,国内许多桥梁的钢箱梁截面均采用双面主梁的截面形式,与生口大桥一致。
然而,在桥面宽度相对较窄的情况下,例如生口大桥,使用双箱梁有时比使用单箱梁更经济。
当桥面较宽、跨度较大时,如果不控制抗风性能,不能说双箱梁比单箱梁更有优势。
由于斜拉桥加劲梁主要为受压构件,特别是靠近塔底部的主梁,底板体系对应力的贡献明显铁路桥梁钢结构设计规范,当采用双面主梁时,需增加顶、底板厚度以适应此类受力特点。
同时由于采用双面主梁,扭转刚度将下降到40%左右,截面变形较大,横梁与钢箱梁连接处应力集中较大,表面涂装面积增大。
当然,双面主梁在剪力滞、抗风等方面也具有一定的优势,抗风稳定性、疲劳性、施工便捷性、质量保证、维护管理等各方面均需综合考虑。