斜拉桥与悬索桥之比较

1、斜拉桥与悬索桥之比较之杨若古兰创作斜拉桥与悬索桥作为古代桥梁的次要建筑方式，二者 之间又存在着如何的区别与联系呢？上面我们通过结构力 学的方法对其进行受力方面的定性分析，来解决一些理想 中的景象.首先我们来了解一下他们的定义：斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用很多拉索直接拉在桥 塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体 组合起来的一种结构体系.其可看作是拉索代替支墩的多跨 弹性支承连续梁.其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度， 减轻了结构分量，节省了材料.斜拉桥由索塔、主梁、斜拉 索构成.悬索桥，别名吊桥（suspension bridga指的是以通过 索塔吊桂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索

2、（或钢链）作为上部 结构次要承重构件的桥梁.其缆索几何外形由力的平衡条件 决定，普通接近抛物线.从缆索垂下很多吊杆，把桥面吊 住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索构成组合体 系，以减小活载所惹起的挠度变形.斜拉桥与悬索桥的结构简图如图a, b所示.上面对一些理想景象进行定性分析.1 .为何斜拉桥和悬索桥可以比其他桥梁的跨度大很多？通过斜拉桥和悬索桥的结构简图可以看由，斜拉桥和悬索桥都是通过钢索的拉力来代替了桥墩的撑持力以减少桥墩的数量，实现桥梁的大跨度.是以可2 .为何悬索桥可以比斜拉桥的跨度更大？通过斜拉桥和悬索桥的结构简图可以看由，斜拉桥的钢索是斜着的，以a图C点进行受力分析，为了在

3、C点提 供足够的竖直拉力 Fcy随着AC距离的添加，Fc和Fcx将会 不竭增大，如许会不竭增大钢索的拉力和桥面的轴向压 力，这也是为何斜拉桥的钢索大多集中在索塔的上端的缘 由.是以AC之间的距离不克不及太大，即斜拉桥的跨度不 克不及太大.而通过悬索桥的结构简图可以看由，悬索桥的 钢索受力是竖直方向的，随着跨度的添加其实不会添加钢 索的受力.是以悬索桥的跨度可以比斜拉桥更大.3 .为何斜拉桥比悬索桥波动？由斜拉桥的结构简图可以看由绷紧的钢索与索塔及桥 面根据三钢片准绳构成了不变体系，而有悬索桥的结构简 图不难看由悬索桥的主索、细钢索、索塔及桥面之间构成 的是可变体系.是以悬索桥的波动性不如斜拉桥

4、的波动性好.4 .既然添加索塔可以加大桥面的竖向拉力，减小桥面轴 向应力鹤岗索拉力，为何不把索塔建得很高呢？首先，添加索塔的高度会添加桥梁的用料，从而添加 桥梁的经济成本高.其次，因为理想生活中桥面的受力情况 特别复杂，没法包管索塔两边桥面受力情况完整不异，这会使得索塔两边钢索所受的拉力分歧，如果索塔很长会使 得索塔与桥面连接处和桥墩与地面连接处弯矩过大，容易 发生破坏.5 .为何斜拉桥的桥面可以比悬索桥的桥面宽很多？ 斜拉桥的桥面比悬索桥的桥面宽很多是有桥面的材料为混凝土和桥面的受力特点的决定的.上面截取斜拉桥和悬索桥的桥面的一个横截面来简化力学模型，并对其进行受 力分析.假设桥面受大小为q

5、的均布力，斜拉桥的受力如图c,悬索桥的受力如图d.在斜拉桥的横截面受力图中，桥面横截面受斜向上的 钢索拉力，因为斜拉桥的索塔为A型或檎Y型；而在悬索桥的受力图中，桥面横截面只受到竖直向上的拉力，因为 悬索桥的索塔为 H型.假设斜拉桥和悬索桥桥面长度为l,厚度为2h,则斜拉桥受到的最大拉应力为：My/Iz-Tt/2lh=0.5ql*lh/Iz-Tt/2lh ;悬索桥的最大拉应力为： My/Iz=0.5ql*l/Iz.因而可知在受力和桥面横截面外形不异的 情况下，斜拉桥的最大拉应力比悬索桥小Tt/2lh ,又因为桥面材料为混凝土，抗压不抗拉，是以斜拉桥的桥面可以比 悬索桥的桥面更宽一些.上面，假设

6、桥面受大小为q的均布力（因为桥面次要受到本身的重力，而桥面本身的重力是均布力），而这也 是桥面的，设有n根钢索且每根钢索所受的拉力相等为T=ql/(n+2),而且假设桥面只发生小变形，对力学模型进一 步简化后.对斜拉桥和悬索桥进行分析，做由斜拉桥与悬索 桥的受力图g,剪力图e,弯矢!图f.从斜拉桥和悬索桥加钢索和没加钢索的剪力图可以看 由：钢索的添加能无效的减小剪力的不竭的添加，将剪力 酿成一种周期性的力.同时可以看由钢索越多剪力图像中的 峰值在斜率不变，钢索的只能更加会使图像的周期减小， 是以能无效地减小剪力图像中的峰值(FQ=ql/(n+2),由M(X)= FQ(X)dx得到斜拉桥和悬索桥

7、的弯矩图.同时从斜拉 桥和悬索桥的弯矩图中可以看由来其图像也为周期函数图 象.同样其图像的峰值与钢索的数量加2后的平方成反比(M=ql*l/(n+2)*(n+2).因而可知添加钢索的数量不但可以减 小斜拉桥和悬索桥桥面的剪力和弯矩，同时也能够减小每 根钢索的拉力.因而可知精确的估计每一段的受力情况，以 此来设置钢索中的预应力是十分次要的，对减小桥面中的 剪力和弯矩起着决定性的感化.虽然钢索中的预应力设置不当也能够起到禁止弯矩增大感化，但后果将大打扣头.因而可知对斜拉桥和悬索桥进行精确的受力分析是十分次要的.以上只是在理想化的条件下进行的粗糙的理论分析， 理想中老是有着如许或那样的不成控条件.首

8、先，桥面不成 能受均布力：其次，大跨度的桥梁并不是只发生小变形， 而是会发生大变形；最初，斜拉桥的桥面存在着弯矩和轴力混合感化的效应.当然还有其他的一些身分对理论分析的 影响没有列举由来，我们就先不讨论了 .上面我们来分析一 下以上三个方面对我们的分析形成的影响.1 .因为桥面的受力并不是均布力，虽然桥面本身的重力 仍是均布力，但两者相加以后，剪力图e中的剪力就不是线性变更的，这会对钢索预应力的估计形成困难.2 .因为大跨度桥梁发生的并不是小变形，而是会发生大 变形.以上的线弹性的分析方法就不再适用了，应当应用几 何非线性的分析方法进行分析.几何非线性成绩是指大位移 成绩，几何活动方程为非线性

9、.在绝大多数大位移成绩中， 结构内部的应变是巨大的.因为应变是巨大的，对线性成绩 普通是根据变形前的地位来建立平衡方程 .但对几何非线性 成绩，因为位移变更发生的二次内力不克不及忽略，荷载 一变形关系为非线性，此时叠加道理不再适用，全部结构 的平衡方程应按变形当前的地位来建立 .3 .斜拉桥的斜拉索拉力使其它构件处于弯矩和轴向力组 合感化下，这些构件即使在材料满足虎克定律的情况下也 会呈现非线性特性.构件在轴向力感化下的横向挠度会惹起 附加弯矩，而弯矩又影响轴向刚度的大小，此时叠加道理 不再适用.但如果构件承受着一系列横向荷载和位移的感 化，而轴向力假定坚持不变，那么这些横向荷载和位移还 是可以叠加的.是以，轴向力可以被看作为影响横向刚度的一个参数，一旦该参数对横向的影响确定上去，就可以采取线性分析的方法进行近似计算 .有两种方法可以处理