斜拉桥与悬索桥的构造设计及结构计算.ppt

斜拉桥与悬索桥的构造设计及结 构计算《桥梁工程》语音答疑2第一部分 斜拉桥§1.1 总体布置§1.2 斜拉桥的构造 §1.3 斜拉桥的计算3§1.1.1 概述n一、斜拉桥的组成（见下图）斜拉桥由斜拉索、塔柱和主梁组成n二、斜拉桥的主要特点4斜拉桥简图 56二、斜拉桥的主要特点 1、斜缆是主梁的弹性支座，使主梁跨度减小，节 约材料并增大了桥梁的跨越能力 2、斜缆的水平分力相当于混凝土梁的预压力，可 提高抗裂性能 3、建筑高度小，可增大桥下净空 4、结构轻巧美观 5、高次超静定结构，设计计算复杂 6、拉索两端的连接构造复杂 7、施工控制要求严格（张拉程度要求相同）7§1.1.2 孔跨布局一、双塔三跨式可跨越较大河流，为了在视觉上清楚地表现主跨，边跨L1与主跨L2与比例应小于0.58二、独塔双跨式一般采用不对称形式，主跨和边跨之比为0.5～0.6，但多数接近于0.66倍跨度较小时，也可采用单跨9三、三塔四跨和多塔多跨式斜拉桥和悬索桥一样，很少采用三塔四跨和多塔多跨式原因就是多塔多跨式斜拉桥中间塔塔顶没有端锚索来有效限制它的位移，已经是柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式使结构柔性进一步增大，变形过大。

如必须采用多塔多跨式斜拉桥时，可将中间塔做成刚性索塔10三塔斜拉桥（湖南洞庭湖大桥） 11四、辅助墩和边引跨12§1.1.3 索塔布置一、索塔的形式1、纵向形式（见附图）单柱形、倒V形或A形、倒Y形2、横向形式（见附图）（1）单索面桥：单柱形、倒V形或A形、倒Y形2）双索面桥：双柱式、门式、H形、倒V形、倒Y形13桥塔的纵向形式 14索塔的横向形式-1 15索塔的横向形式-216二、塔的高跨比 双塔：H/l2=1/4～1/7，单塔：H/l2=1/2.7～1/4.7 辐射式或扇式：260~300，竖琴式:210~30017§1.1.4 拉索布置一、索面位置（1）双索面平行双索面：作用在桥梁上的扭矩可由拉索轴力来抵抗 ，主梁可采用抗扭刚度较小的截面斜向双索面：两个索平面的上端均向内侧倾斜对桥 面梁体抵抗风力扭振特别有利）（2）单索面（拉索对抗扭不起作用，主梁采用抗扭刚度 较大的截面） 设置在桥梁纵轴线上18索面布置形式 19二、索面形状 （1）辐射式 拉索上端锚固于塔柱同一位置，成辐射状 特点：拉索倾角大，受力较小；但塔身自由长度 大，对塔身受力不利；且塔顶锚头拥挤 （2）平行式（竖琴式） 各斜索相互平行，但倾角相同 特点：与塔柱的连接点分散，连接构造易处理； 但斜索倾角小，对其受力不利，且斜索用量较 大。

20（3）扇形（用的较多）外形与受力特点介于以上两者之间，应 用最为广泛 （4）星式斜索下端合并锚于边跨梁端与桥台上， 可减小跨中挠度，但斜索倾角最小，采 用较少索面形状22三、索距的布置（1）稀索对钢梁 间距约30～60m 对混凝土梁 间距约15～30m （2）密索间距约5～15m 优点：索间距小，可使主梁弯矩减小 目前斜拉桥大多采用密索布置23稀索和密索 24§1.1.5 主要结构体系斜拉桥的结构体系，可以有几种不同的划分方式 ： （1）按照塔、梁、墩相互结合方式：漂浮体系、半漂浮 体系、塔梁固结体系和刚构体系； （2）按照主梁的连续方式：连续体系和T构体系； （3）按照斜拉索的锚固方式：自锚体系、部分地锚体系 和地锚体系； （4）按照塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉 桥体系25一、漂浮体系 塔墩固结，塔梁分离，主梁除两端支承于桥台处，全部用斜 索吊起，其结构形式相当于在单跨梁加斜索 特点：可减少主梁在支点的负弯矩，但须施加横向约束缺 点是：悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，成桥后解除 临时固结时，主梁会发生纵向摆动为防止纵向漂浮体系 斜拉桥产生过大的摆动，十分有必要在斜拉桥塔上的梁底 部位设置高阻尼的主梁水平弹性限位装置。

二、半漂浮体系 塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支撑（固定铰和活动铰， 可以是一个固定支座三个活动支座，也可以是四个活动支 座，但一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致 不均衡温度变位，水平位移将由斜拉索制约），其结构形 式属于有弹性支承的连续梁 特点：具有连续梁的优点26三、塔梁固结体系 塔梁固结并支撑在墩上 特点：主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度 比有关，这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固 定支座，而其余均为纵向活动支座优点是显著减小 主梁中央段承受的轴向拉力，并且索塔和主梁的温度 力极小 四、连续刚构式（刚构体系形式） 主梁与塔、墩固结形成整体，其结构形式是有弹性支承 的连续刚构 特点：便于平衡对称施工，抵抗跨中变形的刚度较大27五、T构体系 T构体系斜拉桥与刚构体系的区别主要是主梁跨 中区域无轴拉力，具体做法两种：在斜拉桥主 跨中央部分插入一小跨悬挂结构，以剪力铰代 替悬挂结构，这种铰的功能是只传递弯矩、剪 力，不传轴力 六、部分地锚体系 在主跨很大边跨很小的特殊情况下，少数斜拉桥 采用部分地锚式的锚拉体系28七、矮塔部分斜拉桥由力学知识可知：在截面相同的情况下，塔的抗水平位移 刚度与塔高的三次方成反比，因而塔高降低则塔身刚度迅 速提高，但塔高降低后拉索的水平倾角也将减小，拉索对 主梁的支撑作用减弱，而水平压力增大，这相当于拉索对 主梁施加了一个较大的体外预应力。

矮塔部分斜拉桥由于 拉索不能提供足够的支撑刚度，故要求主梁的刚度较大 具有以下特点（1）塔较矮，（2）梁的无索区较长，没有端 锚索，（3）边跨与主跨的比值较大，一般大于0.5，（4 ）梁高较大，高跨比为1/30～1/40，甚至做成高度梁，（ 5）拉索对竖向恒活载的分担率小于30%，受力以梁为主， 索为辅，（6）由于梁的刚度大，活载作用下斜拉索的应 力变幅较小，可按体外预应力索设计293031§1.2 斜拉桥的构造§1.2.1 主梁的构造§1.2.2 索塔§1.2.3 拉索32§1.2.1 主梁的构造主梁的主要作用有三个方面： （1）将恒、活载分散传给拉索，梁的刚度越小 ，则承担的弯矩越小； （2）与拉索及索塔一起成为整个桥梁的一部分 ，主梁承受的力主要是拉索的水平分力所形成 的轴压力，因而需要有足够的刚度防止压屈； （3）抵抗横向风载和地震荷载，并把这些力传 给下部结构33主要尺寸拟定 主梁高度h：h=1/50～1/200， 主梁宽度B:主梁宽与主跨的比值宜大于1/30，与 主梁高的比宜大于8， 主梁各细部尺寸：主要根据轴力来确定， 截面调试 钢筋布置 普通钢筋的配置 纵向预应力筋：分段布置，一般在主跨跨中和边 跨端部 横向预应力筋34一、实体梁式和板式主梁 实体梁式和板式截面的主梁一般仅适用于双索面斜拉桥 ，因为这种截面具有构造简单和施工方便的优点，特 别是斜索在实体的边主梁中锚固时，锚固构造非常简 单，而且在索面内具有一定的抗弯刚度，在锚固点处 可以避免产生大的横向力流。

二、箱形截面 混凝土箱形截面主梁是现代斜拉桥中经常采用的截面形 式，这是因为它的抗弯刚度和抗扭刚度大，能适应稀 索、密索、单索面或双索面等不同斜索布置，其组合 截面，也可以方便地形成封闭式的单箱形式或分离式 的双箱形式，以适应不同桥宽的需要，截面的组合构 造，也可以部分预制、部分现场浇筑35在双索面混凝土斜拉桥中，箱形截面的主梁常以 分离式的两个箱体各自锚固于拉索，两箱之间 的则以横梁和桥面板拉结，双箱梁的典型截面 为倒梯形在双箱梁的两个分离式箱体之间用 底板将其封闭，即成为三室的单箱梁截面双 索面与单索面的三室箱梁截面应有所不同，采 用双索面时，应将两个中间竖腹板尽量拉大， 使中室大于边室，以期取得较大的横向惯距， 对于单索面，则应将其尽量靠拢，以便斜拉索 锚固于较小的中室内混凝土主梁常用截面形式 37斜拉桥的主梁横断面 38三、不同材料主梁的适宜跨径斜拉桥主梁有下列四种不同的组成方式：（1 ）预应力混凝土梁称为混凝土斜拉桥，跨径 200～400m；（2）钢—混凝土组合梁称为组 合梁斜拉桥，跨径400～600m；（3）钢柱梁 称为钢斜拉桥，大于600m另外，当跨径处 于400m和600m两个临界区域时，应考虑其他 因素分别对两种不同材料主梁作经济比较。

第五章 其它体系桥梁39§1.2.2 索塔 一、索塔构件组成40二、混凝土塔的构造 混凝土索塔常采用的截面形式见表4-2-2，实心体 索塔一般适用于中小跨度的斜拉桥，对于小跨 度可采用等截面，对于中等跨度可采用空心截 面，矩形截面索塔的构造简单，其四角宜做成 倒角或圆角，以利抗风，所有其他多边形截面 的索塔均比矩形截面的抗风有利，还能增加桥 梁外形的美观，八角形截面有利于配置封闭式 环向预应力筋，但构造复杂各种空心截面包 含H截面一般均需在每一层拉索锚头处增设水平 隔板41§1.2.3 拉索一、拉索的构造在近代大跨度斜拉桥中，拉索的构造基本上分 为整体安装的拉索（平行钢丝索配冷铸锚）和 分散安装的拉索（平行钢绞线索配夹片锚）两 大类 1、平行钢丝索陪冷铸锚 平行钢丝索是把φ5mm或φ7mm镀锌钢丝捆扎成股 ，一般排列成六角形，表层由玻璃丝布包扎定 型后用热挤高密塑造成正圆形，这种斜索具有 厚镀锌层和厚PE层的双重防腐保护42432、平行钢绞线索配夹片锚将平行钢丝索中的钢丝换成等截面的钢绞线即 成为平行钢绞线索钢索丝在索中是平行排列 的 二、拉索的锚固 1、斜拉索与混凝土梁的锚固44482、拉索在索塔的锚固 （1）在实体塔上交错锚固，其具体构造是在塔柱中埋设钢 管，再将斜拉索穿入和用锚头锚固在钢管上端的锚垫板上 。

（2）在空心塔上做非交错锚固，其构造与上述相同，但需 要在箱形桥塔的壁板内配置环向预应力筋，以抵抗拉索在 箱壁内产生的拉力 （3）采用钢锚固梁来锚固，将钢锚固梁搁置在混凝土塔柱 内侧的牛腿上，斜索通过埋设在塔壁中的钢管锚固在钢锚 固梁两端的锚块上 （4）利用钢锚梁锚固，整个钢锚箱是由各层的钢锚箱进行 上下焊接而成，然后将锚箱用焊钉使之与混凝土塔身连结 ，另外还要用环形预应力筋将钢锚箱夹在混凝土塔柱内， 以增加对拉索水平荷载的抵抗力52三、拉索的拉力拉索的应力控制需要考虑三个因素，有效弹性 模量、破断强度和疲劳若拉索的应力过低，则斜索的垂度大，索的有 效模量就小，这也反应了斜拉索必须采用高强 度钢材的直接原因53四、拉索的减振 1、气动控制法 将斜拉索原来的光滑表面做成带有螺旋凸纹、条形凸纹 、V形凸纹或圆形凹点的非光滑表面 2、阻尼减振法 作用机理就是通过安装阻尼装置，提高拉索的阻尼比从 而抑制拉索的振动 3、改变拉索动力特性法 采用联结器（索夹）或辅助索将若干根索相互联结起来 ，辅助索可以采用直径比主要索小的多的索，作用机 理：通过联结将长索转换成为相对较短的短索，使拉 索的振动基频提高，从而抑制索的振动。

54我国第一座斜拉桥简介辐射型拉索云阳汤溪河桥位于四川省云阳县，是我国第一座试验性斜拉桥，建于1975 年双塔斜拉桥的孔跨布置为34.91＋75.84＋34.91(ｍ），全长153.12ｍ每 塔有三对斜拉索，由钢芯缆索组成，呈辐射形布置55大型斜拉桥实例介绍铜陵长江大桥，桥型为预应力钢筋混凝土双塔索面斜拉桥，全长 2592米，主桥长1152米，最大跨径为432米，桥面宽度23米 ，其中4车道15米，人行道5米，通航净高24米 56湘桂铁路Ⅱ线红水河桥是我国修建的第一座预应力混凝土铁路 斜拉桥全长398m，主跨48+96+48(m)，采用双塔竖琴型、塔 梁固结、塔墩分离的结构形式主梁截面为单箱双室，梁高 3.2m，箱宽4.8m，索塔高29m，有两个塔柱组成，底部通过强 大的箱形横梁与主梁组成整体支座全部采用国内首次研制成 功的盆式橡胶支座 57南京长江第二大桥，位于现南京长江下游11公里处，2001年建 成，桥全长21.197公里，由南、北汊大桥和南岸、八卦洲及北 岸引线组成其中：南汊主桥为钢箱梁斜。