上海杨浦大桥
(二)悬索结构
以下垂的悬索为主要承重结构,荷载均悬挂在主索上。悬索结构的主索只承受拉力,其抗弯刚度为零,不能承受任何弯矩,所以悬索的形状会随着荷载的变化而改变;虎门大桥就是悬索结构。
广州虎门大桥
广州虎门大桥
在真实的工程结构中,结构自重都很大,悬索的形状主要由结构自重决定。相对来说可变荷载所占比例很小,它对悬索形状的影响不大,往往不被人们察觉。就好比一只小小的蚊子,停落在一条项链上,它对项链形状的影响就微不足道了。
当荷载沿跨度水平方向均匀分布时,悬索就会形成抛物线。常见的悬索桥就属于这种情况,桥面自重沿跨度水平方向基本上均匀分布(悬索自重与桥面结构重力相比非常小,可以近似地忽略它的影响),悬索形状正好和相应简支梁的弯矩图一致,为抛物线。美国旧金山著名的金门大桥就是这种悬索结构,跨越海峡的主跨跨度达1 280 m。
金门大桥主跨1 280 m,主索直径910 mm,悬索下垂122 m, 1937年建成,曾保持27年世界大桥跨度记录
此类结构以高强钢丝、钢绞线为主要承重结构,应用了材料轴拉的合理受力状态,并且此结构大大减轻了结构自重,这样能使结构跨越更大的跨度,是超大跨度结构的主要形式。轴心受拉构件上每一点的材料的强度都被充分利用了,是最合理的受力状态,尤其对使用高强钢丝、钢丝束、钢绞线、碳纤维等抗拉强度很高的材料特别合理。