斜拉桥梁式桥支座设计

3.5斜拉桥定义：斜拉桥又称斜张桥，由斜索、桥塔、主梁三部分组成，是一种桥面体系受压，支承体系受拉的多次超静定结构。组成：斜索、桥塔、主梁等。受力特征：荷载由斜索传至塔柱。近代第一座斜拉桥斯特罗姆海峡桥（瑞典，1955，长182.6m）学习阶段：上世纪60年代初传入我国；1975年四川、上海先后建成试验性钢筋混凝土斜拉桥（75.8m云阳汤溪河桥，54m新五桥）；1977年改革开放；1982年建成220m济南黄河大桥推广阶段（上世纪80年代，30余座斜拉桥）260m天津永河大桥，288m东营黄河桥（No.1钢斜拉桥），广州海印桥(单索面，B35m)，重庆石门大桥（230m不对称独塔）高潮（上世纪90年代以后）南浦大桥，杨浦大桥，南京二桥，南京三桥，铜陵长江大桥，苏通大桥等等世界十大跨径斜拉桥斜拉桥的主梁轴力主梁轴力分布随斜拉桥支承条件而变化借助斜拉索的预应力，可以对主梁进行内力调整连续梁桥与斜拉桥主梁恒载弯矩3.5.1斜拉桥的分类1、按桥塔布置方式•单塔双跨式•双塔三跨式•多塔多跨式2、按主梁支承条件•连续梁式•单悬臂式•T形刚构式3、按主梁所用材料•钢斜拉桥•混凝土斜拉桥•结合梁(叠合梁)斜拉桥•混合梁(边跨混凝土、主跨钢)斜拉桥1、飘浮体系

构造特点：•塔墩固结、塔梁分离；•主梁两端设有支座，中间无支座；•塔、梁之间设置侧向限位支座。优点：•塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值；•温度、收缩和徐变内力均较小。缺点：悬臂法施工时，塔柱处主梁需临时固结。使用：广泛使用（受力好）。2.支承体系（半漂浮体系）构造特点：•塔墩固结；•塔墩上设置竖向支承（一般全设活动支座）；优点：在减小纵向漂移和经济方面有一定好处（优点不明显）缺点：•塔柱处主梁M-很大；•温度、收缩、徐变次内力仍较大。措施：采用可调高度的支座或弹簧支承(替代“零号索”)，并在成桥时调整支座反力，以消除大部分收缩、徐变等的不利影响。使用：早期常用。3.塔梁固固结体体系构造特特点：：•相当于于斜索索加强强的连连续梁梁。优点：：•主梁中中央段段轴向向拉力力；•塔、梁梁温度度力极极小；；•塔的内内力、、温度度力均均最小小。缺点：：•墩顶水水平位位移较较大•需大吨吨位支支座（（可能能为万万吨级级）。。使用：：少用。。4.刚构体体系构造特特点：：塔、梁梁、墩墩固结结优点：：•省大型型支座座；•主梁挠挠度小小；•施工的的稳定定性好好；缺点：：•主梁固固结处处M更大；；•温度M大(固结点点、墩墩脚处处)；使用：：独塔、、地基基好，，高墩墩（附附加内内力小小）3.5.3斜拉桥桥的构构造1、拉索（（立面面布置置）辐射式式（较较少））竖琴式式（中中、小小跨径径）扇式（（较多多，尤尤其大大跨径径）星式（（较少少）拉索（（横截截面布布置））双垂直直平面面索面面双斜面面索面面单平面面索面面多索面面双垂直直平面面索面面优点：：索的轴轴力可可抵抗抗作用用于桥桥梁上上的扭扭矩，，抗扭扭能力力缺点：：视觉效效果无无单索索面好好。使用：：最常用用斜拉索的组成钢材:抗拉强强度高高,弹弹性模模量大大、抗抗疲劳劳性能能好(a)平行粗粗钢筋筋束(b)平行（（半平平行））钢丝丝束（（镀锌锌钢丝丝7mm）(c)平行（（半平平行））钢钢铰线线束（（钢钢铰线线）(d)单股钢钢铰缆缆（（各层层镀锌锌钢丝丝绕芯芯丝扭扭转而而成））(e)封闭式式刚缆缆（（Z形镀芯芯钢丝丝组成成封闭闭索））防护措措施：：黑色聚聚乙烯烯套管管2、索塔塔受力：：N（主要要）、、M，压弯构构件立面布布置形形式：：横向布布置形形式桥面较较高时时索塔塔横向向布置置形式式（增增加横横梁））3、主梁梁板式截截面分离式式双箱箱截面面分离式式双肋肋截面面闭合箱箱形截截面3.5.4斜拉桥桥的设设计要要点一、计算手手段高次超超静定定采采用有有限元元法计计算算机计计算二、计计算图图式1、空间间结构构(商用有有限元元软件件)2、平面面杆系系结构构索—拉杆单单元梁、塔塔—梁单元元3.6梁式桥桥支座座支座的的作用用传递上部结构的各各种荷载；适应温度、收缩徐徐变等因素产生的的位移。支座的分类按功能分：•固定支座•活动支座按材料分：•橡胶支座•钢支座•钢筋混凝土支座•简易油毛毡支座按外形分：•板式支座•盆式支座•球型支座按是否有特殊功能分：•普通支座•拉压支座•减震支座固定、活动支座示示意3.6.1常用支座1、板式橡胶支座特点•简单、安装方便；；•高度小（14-106mm）；•适应任何方向变形形（适于宽、曲、、斜桥）；•吸震（地震区有利利）；•支座摩阻小（对高高墩有利）。工作原理橡胶不均匀压缩转转角θ，橡胶剪切变形水水平位移移Δ形状系数构造组成薄钢片+橡胶片外形矩形—常用；圆形—用于弯桥，适应结结构多向变形。适用竖向承载力N=70～3600kN，L≤20m。2、盆式橡胶支座特点由钢构件、橡胶、、聚四氟乙烯板组组合而成；水平位移量大；转动灵活；承载能力大，适用用于支座承载力1000KN以上的大、中跨径桥桥。工作原理及构造•不锈钢板与聚四氟氟乙烯板相对滑移移Δ；•橡胶板压缩θ；•橡胶板三向受压，，承载力大（千吨吨级以上）；3.6.2特殊功能支座球形钢支座特点•由钢、四氟板组成成，不老化。•受力均匀；•转动量大（球形））；•各向转动性能一致致，适于曲、宽桥桥（球形）；•大吨位；工作原理及构造•平面四氟板滑移Δ；•球面四氟板滑移移θ。2.拉力支座连续梁桥、斜桥、、小半径曲桥，悬悬臂板桥（某些支支点产生拉力）。。处理方式：加受拉拉螺栓(板式、盆式、球式式)。球形拉力支座3.抗震支座减震工作原理：减震器和侧摩擦板板吸收墩台传来的的部分水平位移，减少梁梁位移。类型：高阻尼橡胶支座、、铅芯支座、抗震震球形钢支座。铅芯橡胶支座3.6.3支座的布置简支梁、悬臂梁桥桥的锚固跨、连续续梁桥每联均只设设置一个固定支座座。多跨简支梁桥，一一个桥墩不宜设两两个固定支座。连续梁桥，每联一一个固定支座，且且设于中间墩。坡桥，固定支座设设于标高低的墩台台上。特别宽的桥，设置置纵横向均能移动动的活动支座，满满足横向变形要求求。弯桥活动支座布置置3.6.4支座的计算与选择择支座反力的确定结构自重反力；活载最不利状态下下支点反力，汽车车荷载应计入冲击影响力；正交直线桥，计算算纵向水平力（汽汽车制动力、支座座摩阻力、温度变变化/支座变形/桥梁纵坡等引起））；斜桥、弯桥还需计计算横向水平力（（汽车离心力、风风力等引起）。2、板式橡胶支座的的设计计算（1）支座尺寸确定一般情况下，面积积由橡胶支座控制制设计：支座平面尺寸式中：--桥上全部恒载与活活载(包括冲击力)所产生的最大支点点反力；--橡胶支座平面面积积，矩形支座为ab，圆形支座为；--橡胶支座的平均容容许压应力，当支支座形状系数S>8时，[]=10；当5S8时，[]=7～9支座高度主梁由温度变化等等因素在支座处产产生的纵向水平位位移，依靠全部橡胶片的的剪切变形t来实现。ah由有--橡胶片容许剪切角角的正切，可取用用0.5～0.7，不计活载制动力力时用0.5；计及活载制动力力时取用0.7，则上式可写成：：---由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素，引起支座顶面相对于底面的水平位移。当跨径为L的简支梁桥两端采用等厚橡胶支座时，因温度变化每个支座承担的水平位移可取简支梁向温变变形的一半，即--活载制动力在一个支座上的水平力；--由制动力引起在支座顶面相对于底面的水平位移，可按下式计算---橡胶的剪切模量，---橡胶支座的面积。AG（2）支座偏转与平均均压缩变形验算主梁受荷挠曲时，，梁端将产生转动动角。梁端转动时时，支座就受到一一个偏心竖向力的作用，，表面将产生不均均匀的压缩变形，，一端为,另一端为，其平平均压缩变形，，根据下式计算Nh式中：E--橡胶支座的弹性模模量。当无试验数据时，，可按下式计算若梁端转角已知，或按<<材料力学>>公式算得，则有：：时，表示支座与梁梁底产生了部分脱脱空，支座是局部部承压。因此设计计时必须保证<<公路钢筋混凝土及及预应力混凝土桥桥涵设计规范>>规定，橡胶支座的的最大平均压缩变变形不应应大于支座橡胶总总厚的的0.05倍。其中，a为主梁跨径方向的的支座尺寸，又因因固当（3）支座抗滑性验算算橡胶支座一般直接接搁置在墩台与梁梁底之间，在它受受到梁体传来的水水平力后，应保证证支座不滑动，亦亦即支座与混凝土土之间要有足够大大的摩阻力来抵抗抗水平力，故应满满足下式：无活载作用时有活载作用时---活载制动力分在一一个支座上的水平平力；温度变化等等因素分在一个支座上的水平力。。式中---在上部结结构重力力作用下下的支座座反力；；---与计算制制动力相相应的汽汽车活载载产生的的最小支支座反力力；橡胶支座座与混凝凝土表面面的摩阻阻系数采采用0.3------与计算制制动力相相应的汽汽车活载载产生的的最小支支座反力力；橡胶胶支座与与混凝土表表面的摩摩阻系数数采用0.3；与钢板板的摩阻阻系数采采用0.2；（4）成品板式式橡胶支支座的选选配成品板式式橡胶支支座在一一般情况况下，不不必自行行设计，，只需根根据标准准成品支支座的目目录，选选配合适适的产品品。成品板式式橡胶支支座代号号表示方方法，按按交通部部JT标准有这这样几项项代码组组成：名名称、型型式、规规格及胶胶种。如如：GJZ30040047(CR)，表示公路路桥梁矩矩形、平平面尺300400、厚度为为47的氯丁橡橡胶支座座；GYZF430054(NR)，表示公路路桥梁圆圆形、直直径300、厚度为为54、带聚四四氟乙烯烯滑板的的天然橡橡胶支座座。3盆式橡胶胶支座的的选用（１）成成品盆式式橡胶支支座的系系列成品盆式式橡胶支支座的主主要系列列有：GPZ、TPZ-1等。其中中，GPZ表示由我我国交通通部中交交公路规规划设计计院设计计的系列列盆式橡橡胶支座座；TPZ-1则表示我我国铁道道部科学学研究院院设计的的系列盆盆式橡胶胶支座。。（２）成成品盆式式橡胶支支座的地地区适用用性成品盆式式橡胶支支座的