桥梁话题探索：无背索斜拉桥欣赏及其讨论

　　无背索斜拉桥是对常规斜拉桥造型的突破，无背索后倾的塔身形状表现出对相对纤细的桥面强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受。
　　-常规的斜拉桥在桥塔两侧均有斜拉索，恒载作用下塔两侧斜拉索水平力可保持平衡，主塔仅在活载及附加荷载作用下承受一定的水平力及弯矩。
　　-而与常规斜拉桥不同，无背索斜拉桥桥塔仅有单侧索，桥塔的受力表现为在斜拉索索力及自身重力作用下的悬臂梁。
　　-为了确保主塔处于良好的受力状态，无背索斜拉桥的塔身一般都设计成倾斜的，依靠塔身的自重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩，因此组成了梁塔结构的平衡体系。
　　无背索斜拉桥，是景观桥梁中的一种形式，最著名的一座是Alamillo桥，由西班牙的建筑师与工程师Calatrava为1992年世博会建的景观桥,跨度200m，当时桥梁使人为之一振，Calatrava本人也被IABSE（国际桥协）评为杰出青年工程师。此后，捷克工程师MilanKomínek1995~1998年设计建造了跨Eble河的Mariansky桥，跨度123.5+55.5m。这两座桥都是无背索斜拉桥，但是受力机理却不同，因此外形也有比较明显的差异。我国很多地方模仿了这种桥型，最典型的是2004年建成的长沙洪山大桥，跨度206米，几乎与alamillo一样，2005年建成长春市伊通河轻轨斜拉桥，跨径130+44.2+31m，与Mariansky桥类似。




　　最著名的无背索斜拉桥当首推Alamillo桥，也是最早的无背索斜拉桥。该桥由西班牙的建筑师与工程师Calatrava为1992年Sevill世博会和巴塞罗拉奥运会而建造的景观桥，跨度200m，当时桥梁使人为之一振，Calatrava本人也被IABSE（国际桥协）评为杰出青年工程师。
　　1998年捷克工程师MilanKomínek建造跨Eble河的Mariansky桥是一座颇具特色的桥梁，其塔形非常精巧。两片分离的塔柱向顶端逐渐靠拢，配合塔身纵向长度的变化，犹如一双将合未合的手掌。


　　该桥被国际工程协会在2003年评为世界十大杰出建筑(包括桥梁工程和房屋建筑各5座)之一，它是其中5座桥梁中跨径最小的，这也充分体现无背索斜拉桥突出的造型能力。
　　世界无背索斜拉桥统计：



　　无背索斜拉桥的思考与讨论
　　讨论问题如下：
　　1、无背索斜拉桥主梁的弯矩将主要由什么荷载产生？
　　2、无背索斜拉桥的主梁弯矩与常规斜拉桥比，那个大？为什么？
　　3、这两种形式的无背索斜拉桥受理机理有什么不同？
　　4、这两种形式的无背索斜拉桥主塔与基础是什么关系（连接方式）？可以变化吗？如何处理好？
　　5、在恒载和活载分别作用下，你认为那种形式受力更加合理？为什么？
　　6、这样的桥如何施工架设？
　　7、这样的桥造价高，材料上不经济，从受力特点上分析原因？
　　1、主梁的弯矩主要由梁体自重及使用阶段的活载产生；
　　2、自我感觉，与一般斜拉桥相比，无背索斜拉桥缺少了边跨加上背索对主跨变形的约束，拉索对主梁整体刚度的贡献不甚明显，因此推断：使用阶段活载作用下主梁内力变化幅度大，弯矩也就比普通斜拉桥来的大～
　　3、从外形上看，这两种形式的无背索斜拉桥的不同点主要集中在两方面：拉索面形状和主塔截面的变化。
　　看上去等截面的主塔更适合竖琴形式的索面（Alamillo桥），而上细下粗的主塔适合扇形的索面（Mariansky）。
　　推测理由：（1）竖琴式布置拉索，很明显拉索强度的利用不是很高效，因此它的主塔较高，这样重心也高，易于利用主塔自重来平衡主梁及活载；从承受轴力的角度来讲，做成等截面形式不很合理，但是从截面弯矩来考虑，容易做到局部平衡（隔离出一段来分析），但是这样做不利于应对活载产生的弯矩的变化。
　　（2）扇形布置拉索，拉索利用比较有效，降低了主塔的高度；为了应对活载产生的弯矩变化，将主塔下部截面加大，形成上小下大的形状，这样也符合承受轴力的要求；但这样做降低了主塔的重心，减弱了其平衡主梁的能力，因此就需要加大桥塔重量，从这点上分析，图中Mariansky桥、长春伊通河斜拉桥的桥塔下部横出来的那一大块倒像是配重……
　　4、等截面的主塔与基础固结要好一点，因为它本身应对弯矩变化的能力不强，需要与基础固结以提高整体刚度来弥补这一缺陷。上小下大的主塔的形状本身比较利于应对变化的内力，因此它与地基可固接可铰接。
　　5、从3的分析，等截面的承受恒载有利，上小下大的承受活载有利。
　　6、传统斜拉桥先塔后梁，是因为可以双向实现平衡；感觉无背索的斜拉桥应该先梁后塔，主塔施工一段拉上一根主索。
　　7、桥塔倾斜，必然导致拉索利用效率不高，造成浪费；主梁巨大的轴力需要主塔来平衡，主塔轴力较大，与同等跨度传统斜拉桥相比，主塔高度必然增大，若控制了塔高，则必然又要增大塔基部重量，同样不经济。
　　无背索斜拉桥的弯矩主要应该是由汽车这些动载引起的,因为在刚开始设计的时候索的拉力和桥塔的自重的合力应该可以设计到塔的轴线方向上,使塔承受轴压力.理论上也就是可以让初始弯矩很小,甚至为零,但是一有汽车类的动载通过就会通过改变索的拉力给主塔传递一个弯矩.但是在实际施工的时候不可能那么接近理论使主塔轴压,所以我觉得无背索斜拉桥的弯矩由动载和偏心弯矩组成,至于哪个更大看施工工艺吧.
　　而无背索斜拉桥和一般斜拉桥的主梁弯矩相比较,如果拉索的数量,间距和倾斜角度一样的话(与一般斜拉桥的一侧比较),从梁的受力上分析应该所受弯矩一样(因为主梁受到的重力和弯矩一样).但如果是在同一个地方建一座斜拉桥,然后两种方案比较的话,也就是梁长一样的话,那么明显一样斜拉桥的弯矩小,因为他的力臂只是无背索斜拉桥的一半.
　　1.应该是自重。
　　2.无背索斜拉桥的主梁弯矩较大，首先塔身和基础连接处可能会有弯矩，其次塔对岸的主梁和基础连接也会有弯矩，常规斜拉桥两侧自平衡不会有这种弯矩。
　　3.塔身和基础的连接方式不一样。前一种主要靠自重平衡拉索拉力，第二个主要靠塔身和基础整体的刚度来承受拉索拉力。
　　4.第一种可以看做铰接，第二种整体浇筑刚化连接。虽然是铰接，当我觉得还是不能变化角度，在图中都做成了固定的角度，如果改变会对铰提出很高的要求。第二种应该不能改了。我觉得还是第二种比较好，有利于施工，第一种施工时需要打临时的支护，花费材料也比较多，造成较多的预算。
　　5.恒载下，第二种的受力比较合理，刚化的塔身和基础可以提供足够的拉力。而在活载之下，我觉得第一种较为合理，理由不是很清楚~
　　6.施工时，先主梁施工，后造斜塔（或者平行施工），通过拉索控制桥面，最后铺装。
　　7.斜塔的倾斜角度如果不够，会需要更多的混凝土来提供自重以平衡拉力，塔身可能会超重。基础在这时还会受到水平方向的推力，锚固的问题需要认真考虑。
　　1.无背索斜拉桥的主梁弯矩产生机制应该分开讨论.对于主梁而言,主塔所在一侧的弯矩主要由主塔的自重引起;而在其他非靠近主塔的区域,弯矩应该还是由主梁的自重及桥面车辆的自重引起,其中车辆自重占的比例应该更大一些.
　　2.与常规斜拉桥相比,无背索斜拉桥在桥面靠近主塔的部分产生的弯矩更大.常规斜拉桥的主塔是垂直于桥面和基础的,其自重竖直向下对和主梁的连接点不引起附加弯矩;但是无背索斜拉桥的主塔是倾斜的,自重会在主塔与主梁的连接点处产生较大的弯矩,同时弯矩的方向和主梁自重引起的弯矩方向一致,因此在远离主塔的地方,除主梁自重,外荷载引起的弯矩外还必须加上前面所说的连接点处的弯矩.综合考虑,在同等的规模下,无背索斜拉桥的弯矩更大.
　　3.观察图片可以发现,A桥的主塔相比M桥而言更高更长,因此其自重应该更大.A桥的主塔在自重作用下会逆时针转动,而一旦产生转动,主梁也一定会同时发生逆时针的运动.但是主梁的自重和汽车等荷载会阻止主梁产生随同主塔的逆时针转动,主塔和主梁两者之间通过索的拉力相互平衡.B桥的主塔较短,因此主塔带动主梁转动的可能性更小一些,此时为了形成平衡,对索的拉力就提出了更高的要求.
　　对于水平方向的力的平衡,A桥和M桥都是右边的支座处作的比较庞大,因此两者都是通过右侧的支座产生外力来平衡索对梁产生的水平向的力.但是A桥支座提供的是水平向右的拉力,而M桥支座提供的是自右向左的推力.
　　4.A桥应为铰接,这样主塔和主梁之间可以形成类似3所说的转动与抵抗转动的平衡.M桥应为固结,主要由拉索来拉住主梁.A桥不能改变,改成固结的话主塔和主梁的连接处弯矩将会非常大,对连接处的设计提出了更高的要求.M桥可以改成铰接,此时主塔的倾斜角度应该做出调整,而且索的拉力也会变大,因此修改之后整体的效果不佳.
　　5.恒载下A桥比较好,可以充分利用自重来平衡.活载下M桥较好,主塔可以避免疲劳破坏.
　　6.应该先搭筑一个临时支架,在临时支架上悬臂施工铺设主梁,然后制作主塔,主塔应每铺设一段就在主梁上拉索一次.最后待主塔完工,主梁主塔之间的拉索张拉完毕后撤除临时支架.相当于进行了两次悬臂施工.
　　7.首先,单塔对拉索的数量和强度要求比双塔要大;其次,为了平衡主梁在水平方向的外力,桥台的设计要求也比竖塔要高;另外,主塔与主梁连接处也要进行特殊的加固处理.
　　1.我认为主梁弯矩主要由其自重产生，车辆荷载与其自重相比较而言影响较小。
　　2.应该是无背索斜拉桥的主梁弯矩更大，且其在很大程度上取决于主梁自重及倾斜角大小。而常规斜拉桥的弯矩主要是由车辆荷载以及悬索受力不均而产生的，与前者相比较小。
　　4.前者铰接，后者刚接。不可以变化。
　　5.恒载的话两者相差不多，活载则是后者较好，抗疲劳能力也更强些。
　　6.我觉得最好是同时施工，边造主塔边悬索并搭接桥体。
　　7.单向悬索受力容易失稳，桥塔易发生疲劳破坏应予以特殊处理如提高刚度等。
　　1.自重，活载都会产生弯矩，不知钢索的不对称拉力是否会产生弯矩；
　　2.无背索斜拉桥比较大，普通斜拉桥钢索产生对称拉力，单跨内分布双向对称刚索拉力，无背索斜拉桥可认为钢索沿桥面产生单向均布拉力
　　（熄灯了马上。。。。）
　　3.4无背索斜拉桥出发点都是利用桥塔自重来平衡单侧索承受的拉力，须将桥塔背离索侧倾斜，但两种桥由于桥塔与基础搭接方式不同，受力机理很不一样。
　　Alamillo桥采用铰接，使桥塔时刻处在一种随遇平衡状态，桥塔自身承受弯矩不大，所以做得比较纤细且为等截面，在荷载作用下，不会产生较大变形，但会产生很大位移，像是一个跷跷板，感觉如果把桥塔放平了，就是一个巨大的外加预应力的锚具；因此受力不是很合理，桥塔的反复位移对铰产生较大损耗，相信公众从心理上也会有阴影。
　　Mariansky桥采用固结，这个很好理解，就把桥塔当做一块刚度无穷大的锚定，承受钢索拉力，很可惜他不是无穷大，所以要把根据弯矩分布做成变截面，到了桥墩处就已经做得很厚实了，而且还将背索侧做出一点拱形，不知是不是会改善一下桥塔内应力分布；这个桥心理上感觉比Alamillo桥保守一些，（Alamillo桥过于概念了），荷载作用下，变形较小，但破坏形式是突然破坏，一旦桥塔刚度无法抵抗弯矩，就完蛋了。。。。（桥面那么纤细，想来是不堪一击吧）
　　5.Alamillo桥比较喜欢恒载，反复作用会对其带来很大危害；Mariansky桥应该无所谓吧，只是长期恒载作用会产生徐变。
　　6.7普通斜拉桥之所以施工方便是由于悬臂施工方法的应用，而之所以可以应用悬臂施工与普通斜拉桥是由于普通斜拉桥受力对称形成自平衡，无背索斜拉桥抛弃了这一特点和巨大优势，获得了形式上的新颖和美观，同时也带来受力上的不合理和施工上的不便，材料上的浪费和不经济。
　　Mariansky桥还好吧，可以先修桥塔，待刚度足够时，再*桥面；Alamillo桥则必须先搭设临时支撑，铺好桥面，桥塔预先做好，再张拉钢索，最后拆掉支撑；
　　不经济有多方面吧：1.施工不方便。2。桥塔受弯，混凝土抗弯能力有限。3.应力集中与桥塔下部，而应力集中是任何结构都应该努力避免的.

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