《广义结构力学及其工程应用》陈燊5.docVIP

第15章 组合结构与索结构 §15.1 梁桁组合结构 梁桁组合桥是一种常见的组合结构（图15.1.1），由刚性的实腹梁和桁架组合而成，分上承式和下承式。组合结构的构件可以用同一材料，也可用不同材料制成。实腹板梁与桁架组合后，梁式杆件为受弯杆件，也起上（或下）弦杆的作用，既受弯、剪，又受轴力；而桁架杆件只有轴力。此种组合体系梁与一般桁梁比较，结构简洁，工地拼装构件数量大大减少。 图15.1.1 梁桁组合结构 如图15.1.2a所示的下撑式五星形屋架就是梁桁组合结构在建筑上的应用实例。其上弦由钢筋混凝土预制（梁式杆），下弦和腹杆为型钢（链杆）。计算简图如图15.1.2b所示。 (a) (b) 图15.1.2 下撑式五星形屋架 根据梁的使用场合及其弯矩图，相应布置折线形桁架加劲，可形成力学性能合理的梁桁组合结构，如图15.1.3所示伸臂梁桥，最大桁高位置与支点一致，用以抵抗负弯矩。 图15.1.3 梁桁组合伸臂梁桥 图15.1.4a是一次超静定梁桁组合结构，由链杆加劲梁式杆，用于结构加固尤为简便。在超静定结构中，由于链杆的作用，使梁式杆的弯矩减小，从而达到减轻结构自重、增加刚度的目的。梁桁组合结构的构件，可按受力性能的不同选用合适的材料以充分发挥其作用。梁式杆可以是钢筋混凝土材料或钢材，可以是实体梁或桁架梁。图15.1.4b所示用于高架桥箱型梁混凝土现浇的施工膺架，一次超静定。该梁式杆即所谓“拆装梁”桁架，加劲链杆中竖杆采用槽钢作压杆，斜杆和下弦杆采用螺纹钢作拉杆，便于施加预应力（见§17.2）。 (a) (b) 图15.1.4 超静定梁桁组合结构 §15.2 梁拱组合结构 刚性梁和柔性拱相组合的预应力混凝土结构，在上世纪60年代的我国铁路桥上就已出现（图15.2.1），拱与梁的刚度比为1/108。此外，还有柔性系杆刚性拱和刚性系杆刚性拱，以及单跨和连续的梁拱（或拱梁）组合结构体系。1992年建造的九江长江大桥主跨就是以柔拱加劲的双层连续钢桁梁桥（图15.2.2）。 图15.2.1 梁拱组合体系 图15.2.2 柔拱加劲连续钢桁梁 拱与梁的组合形成了新的结构体系，使拱与梁在受力方面的优点得以充分发挥，并呈现美观的造型和优良的技术经济指标。因其结构轻巧且可以做成外部无推力，故也适用于软弱地基。现代梁拱组合桥的发展，得益于预应力技术和施工工艺的更新。三跨连续形式的梁拱组合桥适用于较大跨度的城市桥梁，当今备受重视。从结构内部受力情况看，荷载在拱与梁中产生的内力大部分转变为它们之间所形成的自平衡体系的相互作用力，拱推力与梁的纵向拉力相互作用，拱与梁截面的总弯矩等效为主要由拱受压，梁受拉的受力形式，剪力则主要成为拱压力的竖向分力，即拱内的轴向力将分担梁的剪力。 下承式连续梁拱组合桥（图15.2.3）的拱不是加强连续结构的中支点截面，而是通过对中孔（类似系杆拱）的加强使内力重分布，以降低中孔加劲梁的建筑高度，并将荷载由拱直接传递到支点。中承式连续梁拱组合桥（图15.2.4）在弯矩较大的跨中和中支点处，拱（压）与梁（拉）的相对距离增大，形成最佳的抗弯受力状态，而在剪力最大的中支点处，拱轴线与水平线呈最大倾角，拱压力的竖向分力有效平衡了剪力。采用钢管混凝土之后，不仅使拱的施工方法得以简化，而且通过减小混凝土收缩、徐变，改善了拱与桥梁整体长期变形和受力状态。 图15.2.3 下承式连续梁拱组合桥 图15.2.4 中承式连续梁拱组合桥 在桥下净空允许且地形合适时，上承式连续梁拱组合桥（图15.2.5）是一种较佳的选择。该结构型式相当于空腹的变截面连续梁（或是设置大角度V型墩的连续梁），恒载作用下对支墩的水平推力很小。这种梁拱组合加强了中支点，只要矢跨比适当，拱压力及加劲梁的拉力将有效地抵抗支点处的负弯矩，也减少了拱对墩的推力，而且在跨中段可以梁拱合一获得最小的建筑高度。在跨径较大时，拱的矢跨比对连续梁拱组合桥的力学性能影响很大，应尽可能选取较大的矢跨比。 图15.2.5 上承式连续梁拱组合桥 §15.3 梁索组合结构 梁与索的组合实际上等于在梁结构上方增加了许多中间弹性支承，使梁的弯矩显著减小，因此在不增加梁截面高度的情况下，大大增加了组合结构的跨越能力，如特大跨度的斜拉桥和悬索桥。 ●　斜拉桥 斜拉桥用斜拉索（或斜拉杆）支承梁板桥面系，结构体系由斜