南浦大桥的简单介绍及受力分析

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1、 第一部分、第一部分、 斜拉桥简介斜拉桥简介 1.1 斜斜拉桥结构拉桥结构 斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由 承压的索塔，受拉的索和承弯的主梁体组合起来的一种。 主梁的重力和桥体上的车辆重量通过斜拉索传递给索塔， 因此塔柱之间不需 要其他的支撑，使斜拉桥具有较大的跨度。索塔所受到非常大的向下的力压，全 部由地基承担，而主梁则受到较大的弯矩。桥面越长，则索塔越高，拉索的角度 也 越 小 ， 拉 力 越 大 ， 这 便 影 响 了 斜 拉 桥 跨 度 的 进 一 步 延 伸 。 图 1 1.1.2 斜拉桥分类斜拉桥分类 按照材质的分类，斜拉桥分为混凝土斜拉桥、钢斜

2、拉桥、钢混凝土结合梁 （叠合梁）斜拉桥、钢混凝土混合梁斜拉桥。其中混凝土斜拉桥造价低，后期 养护简单便宜， 但跨越能力不如钢结构。 钢斜拉桥跨度大， 但后期养护工作量大， 且抗风稳定性差。 钢混凝土结合梁节省钢材且刚度和抗风稳定性优于钢主梁斜 拉桥。钢混凝土混合梁斜拉桥适用于边跨和主跨比较小的情况，但结构细节较 复杂。 按照跨径分布又可分为单塔双跨式、双塔三跨式、多塔多跨式。 1.2 斜拉桥构造斜拉桥构造 1.2.1 斜拉桥一般为三孔桥，中孔为主孔，边孔跨度一般为孔的 0.250.50，多 在 0.4 左右。若为两孔，两孔比值为 0.51.0，一般在 0.80.9 之间（图 1） 。索 面根据

3、桥宽和美观要求，选择双索面和单索面。塔形对整个斜拉桥的造型影响很 大，其高耸挺拔的风姿引人注目，显示出一种直指蓝天、向高空伸展的动势。一 条条细柔的斜拉索，蕴含着强劲的力从塔端射出，将加劲梁轻轻拉起，形成巨大 的刚柔反差和力的和谐平衡体系。 1.2.2 索塔的有效高度从桥面算起，索塔 H 越高，斜索的倾角越大，索的力度越 小，索塔过矮，塔的气势要减弱，索的水平分立加大，加劲梁受力不利。下图所 示是一般选取的斜拉桥高跨比的范围。 图 2 1.2.3 索塔形式索塔形式 顺桥面方向索塔形式：单住形 a)，倒 Y 形 b)，A 形 c)。单柱形结构简单，外 形轻盈美观，是最常用的柱形。 图 3 横桥面

4、方向索塔形式：单柱形、门形、H 形、A 形、钻石形、菱形、倒 Y形、 梯形等。 1.2.4 索塔结构索塔结构 索塔由基础、承台、横梁、塔柱等 图 4 1.2.5 索面布置索面布置 按空间布置， 分为单索面和双索面， 双索面又分为垂直双索面和倾斜双索面。 图 5 顺桥面方向，斜拉桥布 置形式一般有辐射性、扇形、 竖琴形。现一般常用的是扇 形布置。 图 6 第二部分第二部分 南浦大桥简单介绍南浦大桥简单介绍 2.1.1 简介简介 南浦大桥是上海市区第一座跨越黄浦江的大桥， 落成于1991年 11 月19 日。 工程总投资 8.2 亿元。 主桥全长 846 米， 为一跨过江的双塔双索面 （见前面介绍

5、） 斜拉桥（图 8） ，其中叠合梁为 765 米。主跨（中孔跨径）423 米，边跨为主跨的 0.4 倍。两岸各设一座 150 米高的“H”型钢筋混凝土主塔，桥塔两侧各以 22 对钢 索连接主梁索面， 加上四根 0 号索， 共 180 根， 索区采用拉索锚固钢横梁构造 （见 图） ，拉索呈扇形分布。桥下通航高 46 米，可通行 5 万吨级巨轮。 图 7 2.1.2 主桥主桥 主桥主跨 423 米，岸跨（边跨）211.5 米，设有辅助墩，锚固墩和边墩。 （辅助 墩为活动墩，其支撑作用，没有水平约束;锚固墩起水平约束作用和支撑作用） 。 图 8 2.1.3 横断面布置横断面布置 主桥面六车道 23.

6、45 米，另设两侧观光人行道 2 米，全宽 30.35 米。 图 9 2.1.4 斜拉索斜拉索 顺桥向塔中心设一对零号索，塔向岸跨、河跨各设 22 对斜拉索。全桥共 180 根索。梁部标准索距 9 米，上塔柱拉索垂直间距 2 米。钢索（图 11）抗拉强度 1568MPa，最大设计承载力 5880KN。 图 10 图 11 钢索截面 2.1.5 叠合梁构造叠合梁构造 斜拉桥梁体由钢工字梁、车行道横梁、小纵梁、组成的平面钢框梁与其上 叠合的混凝土桥面板构成叠合体系。每个标准段 18 米，由 2 根主梁、4 根横梁、 1 根中梁、 4 根小纵梁、 与四根人行挑梁组成。 构件间均用摩擦型高强螺栓连接。

7、 桥面板共 500 多块，除少数现浇，均为现场预制，面板厚 260mm，重 33.8 图 12 主梁 图 13 标准段 图 14 标准段示意图 图 15 拉索与主梁的连接 2.1.6 主塔主塔 主塔柱高 150 米，为折线 H 形（花 瓶型） （图 16）钢筋混凝土结构，采用清 水混凝土。 共分为 5 个部分： 下塔柱变截 面尺寸为 5mX10m 向上收小至 4mX7m， 斜率 1:5.72； 中塔柱为 4mX7m， 壁厚 70cm， 向内倾斜，斜率 1:8.5，截面为菱矩形环 （图 17） ；上塔柱垂直，空箱内有 19 对 锚固钢横梁（图 18） （另外 3 对固定在下 横梁上） ； 上、

8、下横梁为空腹箱形断面 （图 19）8mX6.7m，壁厚 70cm，跨度分别为 25m 和 37m，下横梁设预应力束。 图 16 主塔 图 17 塔柱截面 图 18 锚固钢横梁 图 19 下横梁截面 第三部分第三部分 南浦大桥的力学分析南浦大桥的力学分析 3.1.1 分析桥体第 12 段标准件（见图 10）受力 如右图，第 12 段受到 6X103KN，钢索夹角 36 度 1） 钢索受力 F=610 3sin362=5.6103KN 5.88103KN 故符合设计要求 2） 钢梁受力 B 点为受压最大点，A 点为受弯最大点 受压由混凝土和钢梁共同承担，故可不比校正。 A 点: 上部受压，下部受拉

9、，故下部更危险，腹板下端受到最 大拉应力，工字梁中间受到最大剪应力。 Sz=0.0125 m 3 I z=0.058m 4 max=My/Iz=58MPa max=FSz/Iz=0.323MPa 故符合强度要求 3.1.2 分析上塔柱受力 上塔柱两边受到相同的拉力，合力向下。 1） 分析钢锚固梁的受力 最上端的钢锚固梁受到的拉力最大，假设其截面为矩形，现计算其面积 F=4.72810 3KN =200MPa S=F/ =2.3710 -5m2 2） 分析塔柱受压 应为没有具体资料，不知道混凝土中钢材比重，故只做定性分析。 混凝土上塔柱截面为菱矩形环，近似矩形 4mX7m，壁厚 70cm,抗压强

10、度 1=40MPa 现计算上塔柱底端受力。设大桥总重 25000t S=1.54m 2 假设钢梁面积为其 S/x, 先矫正其强度。 E g=2105MPa, Eh=0.2X105MPa F1=1S1 F2=2S2 F1+F2=310 8N =1E1=2E2 1/800 解之有 x=1.3 实际中钢筋和混凝土的强度更高，截面积也更大，故此为保守值，可能会 相差几倍。 3.1.3 补充补充 下图为主梁设计可以承载的弯矩图、剪力图及 2006 年后半年对大桥进行检测后 绘制的弯矩图、剪力图，仅供了解。 a),c)分别为设计桥体所能承受的弯矩图、剪力图，b),d)为应为浦东浦西两 侧地基沉降差异所引起的弯矩、剪力图。由图可知地基沉降所产生的弯矩、剪力 尚在所允许的范围之内，但部分已很接近，如果地基进一步沉降，有可能会超出 允许值。 注明：因所学东西尚浅，对大桥不能做出更多的力学分析，但在这个过程中受益 匪浅。