資源描述:
《異形拱橋人字拱斜拉橋翼形橋塔造型藝術(shù)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、異形拱橋人字拱斜拉橋翼形橋塔造型藝術(shù)【摘要】提出一種新型的組合橋型--鷹型人字拱斜拉橋。本文強(qiáng)調(diào)橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮使用功能、力學(xué)特性。建筑藝術(shù)以及與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。文章介紹了它的空間構(gòu)成,分析了它的受力特征,論證了該結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、合理性與先進(jìn)性。并從整體上闡述該結(jié)構(gòu)的適用范圍、時(shí)代特征及現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞異形拱橋人字拱斜拉橋翼形橋塔造型藝術(shù)一、引語橋梁建筑作為現(xiàn)代文明中不可缺少的實(shí)用性建筑結(jié)構(gòu)物,首先應(yīng)滿足使用功能的需要,然而一座優(yōu)秀的橋梁往往以其雄偉壯麗、精巧雋秀而顯示出人民的創(chuàng)造力,以其先進(jìn)的技術(shù)、精湛的工藝反映出社會(huì)的生產(chǎn)水平,更以其磅腐氣勢(shì)、雄偉渾厚標(biāo)志著時(shí)
2、代精神,從而成為一項(xiàng)藝術(shù)杰作。為了保證現(xiàn)代橋梁的新、美、穩(wěn)的建筑特性,以及日新月異的世界發(fā)展所要求的鮮明時(shí)代特征,如何突破傳統(tǒng)的橋梁在結(jié)構(gòu)或造型上存在的局限性,便成為了現(xiàn)代橋梁建設(shè)所面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn),為此作者在重慶交通學(xué)院周志祥教授的指導(dǎo)下,進(jìn)行了深入的探索,提出了一種嶄新的橋梁結(jié)構(gòu)型式,即斜拉與異型人字拱的組合--鷹形人字拱斜拉橋。下面以某橋的投標(biāo)方案為基礎(chǔ),作簡要分析。二、空間構(gòu)成1.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載:汽一20,掛一100,人群3.5kN/m。橋跨布置為70m+70m,全長140m,寬14m,主橋跨采用翼型橋塔單索面斜拉橋(見圖1)。上部結(jié)構(gòu)采用塔、墩、梁固結(jié)
3、體系,豎琴式單索面,塔墩為雙薄壁柔性墩身配鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。2.主梁與橋面板主梁截面采用抗扭能力大的斜腹板單箱截面,梁高1.8米。主梁內(nèi)不設(shè)中橫梁而采用每隔2.5米設(shè)置一對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土斜桿來傳遞拉索拉力,在箱梁頂板中央錨索處設(shè)置加強(qiáng)的小縱梁,既利于錨索,又使行車道板受力明確。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系,用50號(hào)混凝土。考慮到近年來橋面板破壞的主要原因往往是鋼筋的銹蝕,橋面板采用纖維增強(qiáng)混凝土材料(FRC)(該材料具有很高的的抗疲勞和靜力強(qiáng)度,且造價(jià)低于普通鋼筋混凝土)。3.橋塔采用翼形橋塔的造型,矢跨比1/7,有效地降低了主塔建筑高度,減少了塔柱材料的用量及造價(jià),符合
4、城市橋梁建筑要求。橋塔采用箱形變截面拱,受力分析表明,橋塔下半部拱肋承受壓力,可充分發(fā)揮混凝土的抗壓特性。同時(shí),作為拉索錨固段,為防止錨固力作用下的開裂,可采用體內(nèi)有粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力鋼絲束或體外無粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。將預(yù)應(yīng)力作為外力來平衡拉索產(chǎn)生的內(nèi)力。上半部拱肋承受拉力,采用全預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土以增強(qiáng)抗拉能力,減少縱向裂縫出現(xiàn)的可能性。4.鋼管混凝土斜撐在主塔兩側(cè)分別架設(shè)兩根鋼管混凝土斜撐,作為偏心受壓桿件,承受水平推力。其端部與翼形主塔相連接,構(gòu)成異形人字拱,增強(qiáng)了主塔的抗壓能力與橋的整體剛度,同時(shí)對(duì)主塔起支撐作用,使其力學(xué)性能得到明顯改善。5.斜拉索斜拉
5、索由12對(duì)φ5mm高強(qiáng)鋼絲平行鋼絲束組成。拉索在梁上的標(biāo)準(zhǔn)索距為8.0m。拉索兩端安裝抗疲勞性能良好的特殊冷鑄錨具,方便預(yù)加應(yīng)力、卸載和換索。三、結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析1.靜力分析將橋作一平面模式進(jìn)行受力分析。全橋共分70個(gè)單元,76個(gè)節(jié)點(diǎn),12種截面。設(shè)計(jì)荷載按汽超20計(jì)算,掛車按120驗(yàn)算,人群荷載3.5kN/平方米。平面分析模式如圖2。由圖3,4,5可以看出:在恒載作用下,最大彎矩發(fā)生在約1/4跨徑處,最大負(fù)彎矩發(fā)生在墩頂處的主梁截面;最大剪力發(fā)生在塔根處;最大軸力發(fā)生在橋塔根部,橋塔上拱肋的拉力亦在控制設(shè)計(jì)值之內(nèi)。最大豎向撓度產(chǎn)生在1/3L,處,撓度值為5.61
6、3mm,大大小于同等跨徑單索面斜拉橋的最大豎向撓度,與異型拱橋相近[根據(jù)安陽東風(fēng)橋(60m+60m)理論,撓度值為6.4mm]。受力分析表明,本橋結(jié)構(gòu)受力合理。2.動(dòng)力分析(1)由平面有限元分析頻率(表1):(2)振型分析通過平面有限元對(duì)不同點(diǎn)的振幅進(jìn)行分析,得到該橋的前三階振型(圖7,8,9)。3.小結(jié)靜動(dòng)力受力分析表明,本設(shè)計(jì)方案具有良好的受力特征與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。如果橋位地區(qū)對(duì)風(fēng)振、抗震性能有特殊要求,可仿斜拉橋采取相應(yīng)的減振(震)措施。另外,橋塔兩端的鋼管混凝土柱可滿足一定的減震需要。值得一提的是人字鋼管混凝土斜撐與翼形橋塔的組合結(jié)構(gòu)在平、立、縱面上均為三角
7、形構(gòu)圖,具有很好的穩(wěn)定性,這從整體上大大地增強(qiáng)了橋梁的穩(wěn)定性。四、美學(xué)概述橋梁造型的美學(xué)效果應(yīng)是現(xiàn)代橋梁建設(shè)中必須考慮的重要因素之一。鑒于此,我們構(gòu)思的鷹形人字拱斜拉組合橋方案,除了基于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性考慮之外,同時(shí)也從橋梁美學(xué)效果方面出發(fā)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。本方案綜合考慮了橋梁的形式美、功能美以及與環(huán)境的協(xié)調(diào)作用,從時(shí)代的需求出發(fā),打破了保守的設(shè)計(jì)思路,將斜拉橋、拱橋等基本橋型進(jìn)行合理分解與重組并進(jìn)行適當(dāng)變形,在實(shí)用的前提下塑造出一個(gè)新穎、美觀、獨(dú)特的橋梁造型。1.形式美翼形橋塔的拱肋線型改傳統(tǒng)對(duì)稱曲線為偏態(tài)的異型曲線,吊桿按一定斜率斜向布置而不是豎向布置
8、,這就使其在比例方面產(chǎn)生