斜拉橋與懸索橋之比較

1、斜拉橋與懸索橋之比較斜拉橋與懸索橋作為現(xiàn)代橋梁的主要建筑方式，二者之間又存在著怎樣的區(qū)別與聯(lián)系呢？下面我們通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行受力方面的定性分析，來(lái)解決一些現(xiàn)實(shí)中的現(xiàn)象。首先我們來(lái)了解一下他們的定義：斜拉橋又稱斜張橋，是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。其可使梁體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料。斜拉橋

2、由索塔、主梁、斜拉索組成。懸索橋，又名吊橋（suspensionbridge）指的是以通過(guò)索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索(或鋼鏈)作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。其纜索幾何形狀由力的平衡條件決定，一般接近拋物線。從纜索垂下許多吊桿，把橋面吊住，在橋面和吊桿之間常設(shè)置加勁梁，同纜索形成組合體系，以減小活載所引起的撓度變形。斜拉橋與懸索橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖a，b所示。下面對(duì)一些現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象進(jìn)行定性分析。1.為什么斜拉橋和懸索橋可以比其他橋梁

3、的跨度大很多？通過(guò)斜拉橋和懸索橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出，斜拉橋和懸索橋都是通過(guò)鋼索的拉力來(lái)代替了橋墩的支持力。因此可以減少橋墩的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)橋梁的大跨度。2.為什么懸索橋可以比斜拉橋的跨度更大？從斜拉橋和懸索橋加鋼索和沒(méi)加鋼索的剪力圖可以看出：鋼索的增加能有效的減小剪力的不斷的增加，將剪力變成一種周期性的力。同時(shí)可以看出鋼索越多剪力圖像中的峰值在斜率不變，鋼索的只能更加會(huì)使圖像的周期減小，因此能有效地減小剪力圖像中的峰值(FQ=ql(n2))

4、，由M(X)=FQ(X)dx得到斜拉橋和懸索橋的彎矩圖。同時(shí)從斜拉橋和?懸索橋的彎矩圖中可以看出來(lái)其圖像也為周期函數(shù)圖象。同樣其圖像的峰值與鋼索的數(shù)量加2后的平方成反比（M=qll(n2)(n2))。由此可見(jiàn)增加鋼索的數(shù)量不僅可以減小斜拉橋和懸索橋橋面的剪力和彎矩，同時(shí)也可以減小每根鋼索的拉力。由此可見(jiàn)準(zhǔn)確的估計(jì)每一段的受力情況，以此來(lái)設(shè)置鋼索中的預(yù)應(yīng)力是十分重要的，對(duì)減小橋面中的剪力和彎矩起著決定性的作用。雖然鋼索中的預(yù)應(yīng)力設(shè)置不當(dāng)也

5、可以起到阻止彎矩增大作用，但效果將大打折扣。由此可見(jiàn)對(duì)斜拉橋和懸索橋進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析是十分重要的。以上只是在理想化的條件下進(jìn)行的粗糙的理論分析，現(xiàn)實(shí)中總是有著這樣或那樣的不可控條件。首先，橋面不可能受均布力：其次，大跨度的橋梁并非只發(fā)生小變形，而是會(huì)發(fā)生大變形；最后，斜拉橋的橋面存在著彎矩和軸力混合作用的效應(yīng)。當(dāng)然還有其他的一些因素對(duì)理論分析的影響沒(méi)有列舉出來(lái)，我們就先不討論了。下面我們來(lái)分析一下以上三個(gè)方面對(duì)我們的分析造成的影響。1

6、.由于橋面的受力并非均布力，雖然橋面自身的重力仍是均布力，但兩者相加之后，剪力圖e中的剪力就不是線性變化的，這會(huì)對(duì)鋼索預(yù)應(yīng)力的估計(jì)造成困難。2.由于大跨度橋梁發(fā)生的并非小變形，而是會(huì)發(fā)生大變形。以上的線彈性的分析方法就不再適用了，應(yīng)該運(yùn)用幾何非線性的分析方法進(jìn)行分析。幾何非線性問(wèn)題是指大位移問(wèn)題，幾何運(yùn)動(dòng)方程為非線性。在絕大多數(shù)大位移問(wèn)題中，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變是微小的。因?yàn)閼?yīng)變是微小的，對(duì)線性問(wèn)題一般是根據(jù)變形前的位置來(lái)建立平衡方程。但對(duì)幾

7、何非線性問(wèn)題，由于位移變化產(chǎn)生的二次內(nèi)力不能忽略，荷載一變形關(guān)系為非線性，此時(shí)疊加原理不再適用，整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程應(yīng)按變形以后的位置來(lái)建立。3.斜拉橋的斜拉索拉力使其它構(gòu)件處于彎矩和軸向力組合作用下，這些構(gòu)件即使在材料滿足虎克定律的情況下也會(huì)呈現(xiàn)非線性特性。構(gòu)件在軸向力作用下的橫向撓度會(huì)引起附加彎矩，而彎矩又影響軸向剛度的大小，此時(shí)疊加原理不再適用。但如果構(gòu)件承受著一系列橫向荷載和位移的作用，而軸向力假定保持不變，那么這些橫向荷載和位移