英语原文共 37 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
17.13桁架桥
桁架是由三角形直线构件构成的格构，尽管桁架式结构适用于几乎所有的静态系统，但这里的术语仅限于梁式结构：简单跨度和连续和铰链（悬臂）结构。典型的单跨桥桁架结构见图6.50。有关桥梁桁架的应力分析，请参见Arts.6.46至6.50。
与同类板梁相比，桁架桥需要更多的现场劳动力。此外，桁架的维护成本更高，因为构件组成更复杂，外露钢表面的可达性较差。由于这些原因，并且由于审美偏好的变化，桁架的使用越来越局限于大跨度桥梁，对于大跨度桥梁而言，相对较轻的重量和随后更容易处理的单个构件是决定性的优势。
典型桁梁桥的上部结构由两个主桁梁组成：底板体系、顶侧体系、底侧体系、横框架和支承组件。
公路桁架桥的桥面通常是钢框架上的混凝土板。在大跨度铁路桥上，轨道有时直接安装在钢桁条上，尽管通常优先考虑在桥面上连续铺设道碴。正交异性桥面很少用于桁架桥。
大多数桁架桥的桥面位于主桁架之间，地板梁被框架固定在桁架柱中。作为替代方案，甲板框架可堆放在上弦杆顶部。甲板桁架的甲板位于上弦杆水平或以上（图17.15）；穿过桁架，靠近下弦杆（图17.16）。深度不足以安装顶部横向系统的贯穿桁架称为半贯穿桁架或小马桁架。
图17.16说明了典型的悬臂桁架桥。主跨包括一个悬跨和两个悬臂。侧臂或锚臂用来平衡悬臂。
选择桁架构件的截面以确保材料的有效使用、连接的简单细节以及制造、拆卸和维护中的可接近性。最好是对称的。
在螺栓设计中，构件由槽钢或角钢和钢板构成，这些槽钢或角钢和钢板组合成开放或半开放的截面。开口侧由拉筋、支撑板或穿孔盖板支撑。焊接桁架构件由板构成。图17.17显示了典型的桁架构件截面。有关桁架构件的长细比限制，请参见第17.7。
受拉构件的设计强度由其净截面控制，即由扣除铆钉或螺栓孔后的截面面积控制。在车间焊接现场螺栓连接结构中，有时通过对焊三个不同厚度或钢种的截面来建立受拉构件比较经济。端部用较厚的钢板或较高强度的钢材来补偿孔的截面损失。
受压构件的容许应力取决于长细比（见第9.11）。设计规范还限制了腹板和盖板的宽厚比，以防止局部屈曲。
应力变化的幅度仅限于在移动荷载通过过程中承受应力反转的构件（Art.9.20）。
所有组合构件必须在关键位置用横隔梁加固，以确保其方正度。制造和维护的所有构件和连接件的可接近性应是主要设计考虑因素。
在可能的情况下，每一个腹杆都应制成一个从上弦到下弦的整体。弦杆的车间长度可延伸到多个面板上。弦杆接头应位于接头附近，并可并入接头的角撑板中。
在大多数桁架中，构件通过螺栓连接或用角撑板焊接。以前的桁架桥经常使用的销连接现在是例外。通常，所有会聚在一个节点上的构件的中心线或重心线在一个点上相交（图17.19）。
桁架构件和连接件的应力分为一次应力和二次应力。主要应力是理想桁架构件的轴向应力，其所有接头均由无摩擦销制成，其所有荷载均施加在销中心。次应力是由于这些假设不正确而产生的应力。当考虑二次应力时，允许有更高的应力。（某些规范要求计算受压构件中由其自身重量引起的弯曲应力作为一次应力。）在一般情况下，二次应力只能计算深度超过其长度十分之一的构件。
（F.S.Merritt和R.L.Brockenbrough，“结构钢设计师手册”，第二版，McGraw Hill，Inc.，纽约（books.mcgraw hill.com）。）
17.14吊桥
对于跨度超过1800英尺的桥梁，这些桥梁通常是首选的，并且在较短的跨度上与其他系统竞争。
基本结构系统由可弯曲的主缆组成，并悬挂在主缆上，用于承载甲板框架的加劲梁或桁架（统称为“加劲梁”）。车辆通行车道通常位于主要支撑系统之间。
人行道可能位于主系统之间，也可能在两侧伸出悬臂。
17.14.1加劲梁
加劲梁分布集中荷载，减少局部变形，作为横向系统的弦杆，保证结构的气动稳定性。加劲梁的间距由道路宽度控制，但很少小于跨度的1/50。加劲梁可以是板梁、箱梁或桁架。在主要桥梁上，其深度至少为主跨的1/180。
17.14.2锚具
主电缆锚定在大块混凝土块中，或在岩石路基能够抵抗电缆张力的情况下，锚定在混凝土隧道中。或者主缆与加劲梁的端部相连，加劲梁承受的纵向压缩等于索张力的水平分量。
17.14.3连续性
单跨悬索桥在工程中很少见。它们可能发生在狭窄的峡谷的交叉处，两侧的岩石为高级别锚索提供了可靠的基础。绝大多数悬索桥的主缆悬挂在两座塔架上。因此，这类桥梁由一个主跨和两个边跨组成。边跨与主跨的优先比为1:4～1:2。电缆垂度与主跨的比值最好在1:9至1:11的范围内，很少小于1:12。如果侧跨足够短，主电缆可能直接从塔顶下降到锚具，在这种情况下，甲板被运送到独立的单跨板梁或桁架上的桥台。否则，悬挂系统将延伸到两个边跨上的下一个桥墩。在那里，电缆与锚具发生偏转。第一个系统允许设计师调整一些纬度，例如弯曲的道路。第二个需要与主跨一致的直边跨。它是多跨交叉链中连接悬索桥的常用系统。当边跨不悬挂时，加劲梁当然限制在主跨上。当边跨悬空时，三跨加劲梁在塔架处可连续或不连续。跨度通常限制在塔的两端。自锚式悬索桥要求加劲梁的连续性，其中索端锚定在加劲梁上。
17.14.4电缆系统
主缆与加劲梁之间的散索器通常是等距垂直的，主缆、吊杆和加劲梁（大梁或桁架）通常布置在垂直平面上，与纵向桥梁轴线对称。有向内或向外倾斜的钢索和吊杆以及偏移加劲梁的桥梁不太常见。顶部和底部横向系统和横向框架提供了三维稳定性，类似于普通梁和桁架桥。刚性道路桥面板可以代替任何一个或两个横向系统，特别是在双层桁架中。在美国，主电缆通常由6号镀锌桥丝组成，最大工作应力为220至225 ksi，最大工作应力为82至90 ksi。钢丝通常平行放置，但有时成股，并用9号钢丝压实和包裹。在欧洲，有时使用含有精心成形的热处理铸造钢丝的钢绞线。钢绞线必须预拉伸。它们的弹性模量比平行线低，也不太可靠。最重的缆索，金门大桥的缆索，直径约36英寸。如果需要更大的截面，则使用双电缆。吊带可以是眼杆、杆、单根钢丝绳，也可以是悬挂在主缆上的成对钢丝绳。与主电缆的连接采用电缆带。这些是铸钢，其内表面经过塑模以固定主电缆。这些带子用高强度螺栓固定在一起。
17.14.5地板系统
在地板系统的设计中，应考虑降低恒载和垂直气流阻力。桥面通常为轻质混凝土或钢格栅，部分填充混凝土，但通常具有磨损表面的箱形截面除外。应每隔100至120英尺设置伸缩缝，以防止甲板和主结构相互干扰。为了提高强度和刚度，桁条应与桥面复合。根据可用的间隙，地板梁可以是板梁或桁架。对于桁架，抗风性较小。
17.14.6塔
塔架可以是门式、多层或斜撑框架（图17.20）。它们可以是蜂窝结构，由钢板和形状制成，或者是钢格，或者是钢筋混凝土制成。“喷射”线下面的子结构是混凝土。铁塔的底座通常是固定的，但也可以是铰链式的。（然而，铰链塔提供了一些安装的不同。）固定塔顶部的电缆鞍座有时放置在滚筒上，以减少不平衡电缆弯曲对塔架的影响。电缆排架可以被视为短塔，固定或铰链，其轴与电缆形成的角的平分线重合。
17.14.7分析
对于重力荷载，悬索桥在垂直平面上的三个构件（主索或链条、吊杆和加劲梁）被视为单个系统。离散悬架系统通常被理想化为连续悬架。
假定加劲梁在恒载下为无应力状态，该状态通过适当的安装方法近似。力矩和剪应力是由未被主缆通过吊杆承受的部分活荷载产生的。此外，由于温度变化或相邻跨度的不平衡载荷，电缆长度和垂度的变化也会导致力矩和剪切力。加劲梁的挠度是严格的弹性；即，忽略剪切效应，受载梁弹性线上任何截面的曲率与弯曲力矩除以该截面的惯性矩成正比。
吊带只能承受拉力。它们在活载下的延伸率在分析中通常被忽略。
通常认为主电缆没有弹性刚度，仅承受轴向张力。它的形状是受力的环形多边形（包括电缆的自重）。电杆距离H，lb，是电缆张力的水平分量，对于给定的负载和给定的垂度是恒定的。给定荷载下的电缆形状，即横坐标为x，ft的任意点的纵坐标y、ft和坡度tan a，可以用力矩Mo、ft -kips和剪力V, kips表示，即与电缆在相同荷载下相同跨度L，ft的简支梁的形状（图17.21）。
(17.14)
(17.15)
或者 (17.16)
其中f=电缆垂度，ft。
在自重作用下，无悬移载荷的索形为悬链线；在全恒载作用下，索形通常更接近抛物线。差别不大。集中或部分均匀的活荷载叠加在恒载上，使电缆承受额外的应变，并使其形状适应变化的荷载配置。由此产生的变形与附加荷载并不完全成正比；它们的大小受已经存在的恒载应力的影响。如果MO是加劲梁在施加荷载下的弯曲力矩，但没有索的配合，则梁力矩M与索的配合为
(17.17)
更具体地说，分别用下标D和L表示恒载和活载，并考虑到
梁的恒载和活载弯矩的表达式如下（见图17.21b）：
但是，由于，加劲梁在恒载下没有弯曲力矩（理想情况下）。
(17.20)
在这个方程中，给出了ML0、HD和YD。HL和DY的确定必须使所有力的静态平衡条件和所有变形的几何兼容性在整个系统中得到满足。
这个问题在数学上的精确解被称为反弯曲理论。一个不太准确的，古老的理论被称为弹性理论。除此之外，根据悬索桥的观测规律，还有几种近似方法，这些方法对初步设计非常准确。
17.14.8抗风性
作用在主缆和部分吊杆上的风由缆绳输送到塔架上。作用在桥面、加劲梁和活荷载上的风主要受横向支撑系统的影响，由于主支撑系统的任何弹性横向弯曲产生的重力分量，因此轻微受缆索的影响。
结构的振动可能由活荷载、地震或风引起。活载振动在主要桥梁中是不显著的。（N. C. Raab和H. C. Wood，《旧金山地震应力奥克兰湾大桥》，美国土木工程师学会学报，第106, 1941卷）。然而，如果振幅过大，风引起的振荡会变得危险；也就是说，如果激励脉冲接近结构的固有频率。振荡风力是由旋涡引起的，旋涡可能在结构外部或由结构本身产生，特别是在大平板的背风侧。结构的振动可能是纯粹的流动、纯粹的扭转或耦合（流动），最后两个是更危险的。
预测悬索桥气动特性的方法包括：
结构固有频率波动和扭转的数学分析[F.Bleich，C.B.McCullogh，R.Rosecrans和G.S.Vincent，“悬索桥振动的数学理论”，华盛顿特区政府印刷局：A.G.Pugsley，“悬索桥理论”，Edward Arnold（出版商）有限公司，伦敦]
对整个结构或典型截面的比例模型进行风洞试验（“悬索桥的空气动力稳定性，特别参考塔科马海峡大桥”，华盛顿大学工程试验站公告116）。斯坦曼标准的应用（这是有争议的）（D.B.斯坦曼，“悬索桥的刚度和空气动力稳定性”，与讨论，美国土木工程师学会汇刊，第110卷，1945年）。调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器被用来减小涡流振荡的振幅。
17.14.9塔架应力
除了直接作用于重力和风荷载外，塔架还必须抵抗主电缆对其施加的力。必须考虑以下力：在恒载、活载、温度变化、地震和风作用于主电缆的情况下，主跨和边跨中主电缆的垂直分量（与桥轴线平行和横向）；因不平衡荷载引起的纵向电缆移动的反应。这些反应将发展，除非运动被铰链或无摩擦辊。理论上，这些移动的幅度将受到塔架的抗流性Q的影响，但这种影响相对较小，通常被忽略。
塔顶的移动产生弯曲力矩。这些从上到下以
(17.21)
式中，V=垂直电缆反作用力
x=顶部以下距离
y=x处的水平偏转
Q=顶部水平阻力
Q的大小使总反弯等于电缆的纵向运动。通过求解塔轴弹性曲线的微分方程，得到塔轴弹性曲线。因此，
其中c=,I=惯性矩，E=塔架弹性模量, 如果塔的横截面不变。x处的弯曲力矩为
(17.23)
其中L=塔架高度。
如与往常一样，塔架横截面在几个步骤中发生变化，则等式（17.22）中的系数a和b在各个部分中有所不同。它们是从每个步骤的连续性条件中找到的。锚具和基脚的设计应确保在任何可能的作用力组合下，能够充分防止隆起、倾斜和滑动。
（S.Hardesty和H.E.Wessman，“悬索桥的初步设计”，《美国土木工程师学会汇刊》，第104卷，1939年；R.J.Atkinson和R.V.Southard，“关于加劲悬索桥及其松弛法处理的问题”，土木工程师学会学报，1939年；C.D.CrosthWaite，“加劲悬索桥的修正理论”，《土木工程师学会论文集》，1946年；Ling Hi-Tsien，“分析悬索桥的简化方法”，《美国土木工程师学会汇刊》，第114卷，1947年；F.S.Merritt和R.L.Brockenbrough，“结构钢设计师之手”书，“第二版，McGrawill，Inc.，纽约（books.mcgraw-hill.com）。”
17.15斜拉桥
斜拉桥，也被称为钢桁梁（或桁架），自1950年左右开始广泛应用于中、大跨度桥梁，因为其经济性、刚度、美观性和易于安装而无脚手架。斜拉桥的设计采用拉紧的钢索将桥塔与跨度连接起来，为跨度提供中间支撑。桥梁工程师至少在过去的两个世纪里理解了这一原理，如图17.22所示。在著名的布鲁克林大桥（1883年），罗布林斯使用缆索作为辅助加劲元件。许多新建和拟建的悬索桥在动力（铁路）和大跨度时也采用拉紧的拉索。
17.15.1斜拉桥特点
斜拉桥为适用于桥面梁（通常高达600至800英尺，但需要极端深度
全文共20643字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[2905]
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
