斜拉桥梁式桥支座

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.塔梁固结体系构造特点：•相当于斜索加强的连续梁。优点：•主梁中央段轴向拉力；•塔、梁温度力极小；•塔的内力、温度力均最小。缺点：•墩顶水平位移较大•需大吨位支座（可能为万吨级）。使用：少用。4.刚构体系构造特点：塔、梁、墩固结优点：•省大型支座；•主梁挠度小；•施工的稳定性好；缺点：•主梁固结处M更大；•温度M大(固结点、墩脚处)；使用：独塔、地基好，高墩（附加内力小）3.5.3斜拉桥的构造1、拉索（立面布置）辐射式（较少）竖琴式（中、小跨径）扇式（较多，尤其大跨径）星式（较少）拉索（横截面布置）双垂直平面索面双斜面索面单平面索面多索面双垂直平面索面优点：索的轴力可抵抗作用于桥梁上的扭矩，抗扭能力缺点：视觉效果无单索面好。使用：最常用斜拉索的组成钢材:抗拉强度高,弹性模量大、抗疲劳性能好(a)平行粗钢筋束(b)平行（半平行）钢丝束（镀锌钢丝7mm）(c)平行（半平行）钢铰线束（钢铰线）(d)单股钢铰缆（各层镀锌钢丝绕芯丝扭转而成）(e)封闭式刚缆（Z形镀芯钢丝组成封闭索）防护措施：黑色聚乙烯套管2、索塔受力：N（主要）、M，压弯构件①立面布置形式：②横向布置形式桥面较高时索塔横向布置形式（增加横梁）3、主梁板式截面分离式双箱截面分离式双肋截面闭合箱形截面3.5.4斜拉桥的设计要点一、计算手段高次超静定采用有限元法计算机计算二、计算图式1、空间结构(商用有限元软件)2、平面杆系结构索—拉杆单元梁、塔—梁单元3.6梁式桥支座支座的作用①传递上部结构的各种荷载；②适应温度、收缩徐变等因素产生的位移。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（适于宽、曲、斜桥）；•吸震（地震区有利）；•支座摩阻小（对高墩有利）。工作原理橡胶不均匀压缩转角θ，橡胶剪切变形水平位移Δ形状系数1)(2babaS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、聚四氟乙烯板组合而成；水平位移量大；转动灵活；承载能力大，适用于支座承载力1000KN以上的大、中跨径桥。工作原理及构造•不锈钢板与聚四氟乙烯板相对滑移Δ；•橡胶板压缩θ；•橡胶板三向受压，承载力大（千吨级以上）；3.6.2特殊功能支座1.球形钢支座特点•由钢、四氟板组成，不老化。•受力均匀；•转动量大（球形）；•各向转动性能一致，适于曲、宽桥（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θ。2.拉力支座连续梁桥、斜桥、小半径曲桥，悬臂板桥（某些支点产生拉力）。处理方式：加受拉螺栓(板式、盆式、球式)。球形拉力支座3.抗震支座减震工作原理：减震器和侧摩擦板吸收墩台传来的部分水平位移，减少梁位移。类型：高阻尼橡胶支座、铅芯支座、抗震球形钢支座。铅芯橡胶支座3.6.3支座的布置简支梁、悬臂梁桥的锚固跨、连续梁桥每联均只设置一个固定支座。多跨简支梁桥，一个桥墩不宜设两个固定支座。连续梁桥，每联一个固定支座，且设于中间墩。坡桥，固定支座设于标高低的墩台上。特别宽的桥，设置纵横向均能移动的活动支座，满足横向变形要求。弯桥活动支座布置3.6.4支座的计算与选择1.支座反力的确定结构自重反力；活载最不利状态下支点反力，汽车荷载应计入冲击影响力；正交直线桥，计算纵向水平力（汽车制动力、支座摩阻力、温度变化/支座变形/桥梁纵坡等引起）；斜桥、弯桥还需计算横向水平力（汽车离心力、风力等引起）。2、板式橡胶支座的设计计算（1）支座尺寸确定一般情况下，面积由橡胶支座控制设计：支座平面尺寸][maxAN式中：--桥上全部恒载与活载(包括冲击力)所产生的最大支点反力；--橡胶支座平面面积，矩形支座为ab，圆形支座为；--橡胶支座的平均容许压应力，当支座形状系数S8时，[]=10；当5S8时，[]=7～9maxNA][42d支座高度主梁由温度变化等因素在支座处产生的纵向水平位移，依靠全部橡胶片的剪切变形t来实现。tah由有][tgt][tg--橡胶片容许剪切角的正切，可取用0.5～0.7，不计活载制动力时用0.5；计及活载制动力时取用0.7，则上式可写成：Dt2)(43.1LDtD---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ltD5.0GAtHTL2TH--活载制动力在一个支座上的水平力；L--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）支座偏转与平均压缩变形验算主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角。梁端转动时，支座就受到一个偏心竖向力的作用，表面将产生不均匀的压缩变形，一端为,另一端为，其平均压缩变形，根据下式计算2s1sNh1s2s)(2121sssEAtNs式中：E--橡胶支座的弹性模量。当无试验数据时，可按下式计算)/()418530(1.02mmNsE若梁端转角已知，或按材料力学公式算得，则有：21ssa)(5.021sssass5.0202s时，表示支座与梁底产生了部分脱空，支座是局部承压。因此设计时必须保证公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定，橡胶支座的最大平均压缩变形不应大于支座橡胶总厚的0.05倍。其中，a为主梁跨径方向的支座尺寸，又因固当02sst（3）支座抗滑性验算橡胶支座一般直接搁置在墩台与梁底之间，在它受到梁体传来的水平力后，应保证支座不滑动，亦即支座与混凝土之间要有足够大的摩阻力来抵抗水平力，故应满足下式：tGANDD4.1TDPDHtGANN4.1)(min无活载作用时有活载作用时---活载制动力分在一个支座上的水平力；温度变化等因素分在一个支座上的水平力。DNminPNTHtGAD式中---在上部结构重力作用下的支座反力；---与计算制动力相应的汽车活载产生的最小支座反力；橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数采用0.3------与计算制动力相应的汽车活载产生的最小支座反力；橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数采用0.3；与钢板的摩阻系数采用0.2；（4）成品板式橡胶支座的选配成品板式橡胶支座在一般情况下，不必自行设计，只需根据标准成品支座的目录，选配合适的产品。成品板式橡胶支座代号表示方法，按交通部JT标准有这样几项代码组成：名称、型式、规格及胶种。如：GJZ30040047(CR)，表示公路桥梁矩形、平面尺300400、厚度为47的氯丁橡胶支座；GYZF430054(NR)，表示公路桥梁圆形、直径300、厚度为54、带聚四氟乙烯滑板的天然橡胶支座。3盆式橡胶支座的选用（１）成品盆式橡胶支座的系列成品盆式橡胶支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。（２）成品盆式橡胶支座的地区适用性成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度和地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型支座和采用何种震型支座或抗震措施。（3）成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择支座承载力大小的选择，应根据桥梁恒载、活载的支点反力之和及墩台上设置的支座数目来计算。合适的支座一般为：最大反力不超过支座容许承载力的5%，最小反力不低于容许承载力的80%。