斜拉桥和悬索桥的总体布置和结构体系

主跨跨径
索 塔 高 度
索面形式（辐射式、竖琴式或扇式） 双塔：H/l2=0.18~0.25
拉索的索距
单塔：H/l2=0.30~0.45
拉索的水平倾角
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拉索布置
斜拉索横向布置
空间布置形式
单索面
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
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拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式

拉索间距
早期：稀索
混凝土达 15m~30m 钢斜拉桥达 30m~50m
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1）斜拉桥施工的理论计算
斜拉桥施工的理论计算方法主要有以下几种：1、倒拆法；2）正算法
倒拆法从斜拉桥成桥状态出发（即理想的恒载状态出发）用与实际施工 步骤相反的顺序，进行逐步倒退计算来获得各施工节段的控制参数，根据 这些参数对施工进行控制与调整，并按正装顺序施工。
正算法是按斜拉桥的施工顺序，依次计算出各施工节段架设时的内力和 位移。并依据一定的计算原则，选定相应的计算参数作为未知变量，通过 求解方程得到相应的控制参数。
1)主梁的边跨和主跨比 2) 主梁端部处理 3) 主梁高度沿跨长的变化
混凝土主梁横截面形式
1）实体双主梁截面；2）板式边主梁截面；3）分 离双箱截面；4）整体箱形截面；5）板式梁截面
双索面钢主梁横截面形式
双主梁、单箱单室钢梁、两个单箱单室钢梁、 多室钢梁和钢桁梁
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3、主梁构造特点（续）
主要尺寸拟定
混凝土斜拉桥的拉索一般为柔性索，高强钢丝外包的索套仅作为保护材 料，不参加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度对索的受拉性能有影 响，同时索力大小对垂度也有影响。 为了简化计算，在实际计算中索一般采 用一直杆表示，以索的弦长作为杆长。关健 问题是考虑索垂度效应对索的伸长与轴力的 关系影响，这种影响采用修正弹性模量来考 虑。
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2、索塔施工方法
1）混凝土索塔施工顺序 典型的塔墩固接混凝土索塔的施工可按上图施工顺序进行。
2）塔柱的施工方法
塔柱混凝土一般采用就地浇注，模板和脚手平台的做法常 用支架法、滑模法、爬模法和大型模板构件法等。
3）横梁施工要点
4）混凝土索塔施工注意事项
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3、斜拉索的制作、挂索和张拉
1）拉索的制作 拉索可分为预制索（成品索）和现制索。
使成桥后结构内力及外形达到设计预期值。 （2）施工控制与调整方法
a）一次张拉法； b）多次张拉法； c）设计参数识别法； d）卡尔 曼滤波法
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四、斜拉桥的设计与计算
一、斜拉桥静力分析
(整体分析、局部分析及稳定分析)
二、斜拉桥动力分析
（风振分析和地震分析等）
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第一节 斜拉桥的静力分析
1）斜拉桥的结构体系及受力特点 2）斜拉桥计算方法概述 3）斜拉索的结构特性——索垂度效应 4）平面杆系有限元法（直接刚度法）计算斜拉桥内力和变形 5）斜拉桥的恒载计算 6) 斜拉桥的活载内力分析 7) 斜拉桥的温度内力计算和考虑收缩徐变影响的恒载内力计算 8) 斜拉桥的稳定性及局部应力
1、主梁施工方法介绍 2、索塔施工 3、斜拉索的制作、挂索和张拉 4、斜拉桥的施工控制与调整
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1、主梁施工方法介绍
斜拉桥主梁施工方法的选择需要考虑如下一些因素：施工现场自然条件、 施工设备、结构体系、索型、索距和主梁截面形式等。
1)支架法施工 2）悬臂法施工(悬臂拼装、悬臂浇注) 3）顶推法施工 4）平转法施工
按梁、索、塔和墩的不同结合方式可分为 (索塔的支承体系不同)：
漂浮体系（塔墩固结、塔梁分离）
半漂浮体系
（塔墩固结、塔梁分离，塔墩处主梁下设置竖向支承）
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塔梁固结体系（塔梁固结、塔墩分离） 刚构体系（主梁、塔和墩三者为固结）
铰支桥塔体系（塔柱底部在纵桥向采取铰支形式）
一般将塔柱下端的支承铰设在墩顶上；有时也可以设在主梁顶上，形成塔梁铰接、梁墩分离。
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2、拉索锚固结构
拉索与主梁的锚固构造
在主梁顶板设置锚固构造（适用于单索面有加劲斜杆的整体箱梁） 在箱梁内锚固构造 在梁体两侧和梁底设锚固
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拉索与混凝土塔的锚固构造
拉索在塔上交叉锚固
拉索在塔柱上对称锚固直 接锚固以及钢锚梁锚固
利用钢锚箱对称锚固
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3、主梁构造特点
主梁的总体布置 主梁的立面布置
制索工艺流程：钢丝除锈——调直——应力下料——防护漆——穿锚— —镦头——浇锚——烘锚——拉索防护——超张拉——标定。
索长计算：是为得出制作拉索的钢丝下料长度，首先求出每一根拉索的 长度基数L0，然后对这一基数进行若干修正，即可得到钢丝的下料长度L。
2）挂索
就是将拉索架设到索塔锚固点和主梁锚固点之间的位置上。由于斜拉桥的 结构特点，挂索总是从短索进行到长索。
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平行钢筋索：高强钢筋平行布置组成，标准强度不低于 施14工70操MP作a过程繁杂，索中钢筋都有接头，目前很少使用
钢丝索
平行钢丝股索PWS 平行钢丝索PWC 半平行钢丝索
采用镀锌高强钢丝，其标准强度不低于 1600MPa，常采用5或 7镀锌钢丝制 造
平行钢绞线索：将7丝钢绞线平行排列，布置成六脚形截面 钢绞线
稀索特点：主梁间距大，梁的弯矩及剪力较大，需要较高的梁高；斜索的内力与截
面尺寸相对也较大，因此对架设和施工带来较多困难；斜索锚固点的构造细节也较
复杂，其附近常需作大规模补强，耗料也多。但稀索结构体系的超静定次数较少。
现代：密索
混凝土达 4m~12m 钢斜拉桥达 8m~24m
密索特点：密索主梁间距短，主梁中的弯矩较小；每索的拉力较小，索截面尺寸小，
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一、总体布置及结构体系
1、总体布置
跨径布置
总 体
索塔布置
布
拉索布置
置
主梁布置
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跨径布置
双塔三跨 边跨l1/中跨l2=0.25~0.5
独塔双跨 边跨l1/中跨l2=0.5~1.0
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索塔布置 索塔的形式 顺桥方向 横桥方向
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索塔高度 (一般应从桥面以上算起，不包括由于建筑造型或观光等需要的塔顶高度)
Ee
1
( g L)2
1
A 12(
F
)3
A
L l cos g/A
H F cos
1
g
2
1
cos5 l 2Ee 12H 3
A
g Ag
40
4）有限元法（直接刚度法）计算斜拉桥内力和变形 国内对于中小跨度斜拉桥一般采用平面杆系有限元计算斜拉桥的恒
载、活载下的内力和变形等，分析时主梁和塔采用梁单元，而索采用 直杆单元，杆单元的弹性模量采用前面推导的修正弹性模量考虑垂度 效应。进行稳定及动力计算时，大多采用空间杆系有限元分析模型进 行。对于大跨径斜拉桥，通常必须考虑主梁、塔柱几何非线性及其对 结构的影响，对于平面模型，杆（索）单元和梁单元的单刚矩阵分别 为：
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4、索塔的构造和截面尺寸
索塔的组成
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索塔的截面形式和截面尺寸
混凝土索塔的截面形式 1）矩形截面 2) 非矩形截面
钢索塔的截面形式
索塔的截面尺寸 索塔的截面尺寸应根据塔柱受力、拉索锚固区构造
位置以及张拉设备所需空间等因素决定。
横梁与塔柱的连接构件的截面尺寸
塔柱之间的横梁截面形式由塔柱截面尺寸决定，应注意与塔柱截面 尺寸相配合，并考虑与塔柱的连接及施工方法等问题。
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三、斜拉桥的施工
斜拉桥施工方法的选择需要考虑如下一些因素：施工现场自然条件、桥梁规 模、结构形式、主梁截面形式、桥塔的形状和斜索的构造和布置形状等。
混凝土斜拉桥可先施工墩、塔。然后施工主梁和安装拉索；也可按索塔、 主梁、拉索三者同时并进。
分别按：主梁、索塔、斜索以及施工管理与控制四个方面给予介绍。
3）拉索的张拉
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4、斜拉索的施工控制与调整
如果斜拉桥竣工后，拉索索力、主梁内力和线形与设计相差较大，就会影响桥梁 的安全使用。
斜拉桥的施工控制与调整主要包括两个方面： a）对于选定施工方法的每个施工节段进行详细的理论计算，以求得各施工阶段 的施工控制参数；b）对于实际施工中因各种原因实测值和理论计算值出现的不一致 问题，采取一定的方法在施工中予以控制和调整。 1)、斜拉桥施工的理论计算； 2)、施工管理和施工测试； 3)、施工控制与调整
锚固点构造简单，补强范围也小；悬臂施工所需辅助支撑少，甚至可不要；斜索更
换容易。但端锚索（与端支点连接的斜索）刚度较小，边跨主梁可能产生较大的负
弯矩。
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主梁的布置 连续体系
非连续体系
Ayunose 日本
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2、斜拉桥的结构体系
斜拉桥是由上部结构的主梁、拉索、索塔及下部结构桥墩、桥台等基本构件组成的 组合体系。斜拉桥的结构体系可以根据主梁、拉索、索塔和桥墩的不同结合方式形成 不同的结构体系，也可以根据拉索的锚拉体系来形成斜拉桥的不同结构体系。
半平行钢绞线索， 标准强度不低于1860MPa 封闭式钢缆 单根钢缆
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拉索端部的锚具
热铸锚 墩头锚 冷铸锚 夹片式群锚
锚具的主要构造为：锚环、锚圈、锚垫块、填充固化料、防漏板及夹片等，为便于穿 索、张拉，在锚具的尾部须设置张拉连接器及引出杆连接等附属构造。
拉索的防护
拉索防护分为钢丝防护和拉索防护两个方面。
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1、斜拉桥的静力分析
1）斜拉桥的结构体系及受力特点
主梁 （压弯构件）
飘浮体系：相当跨内具有弹性支承的单跨梁 半飘浮体系：相当跨内具有弹性支承的连续梁梁 塔梁固结体系：相当于配置体外索的连续梁
刚构体系：相当于配置体外索的连续刚构 索（受拉）：为主梁提供弹性支承
塔（受压为主）：承受索力
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2）斜拉桥计算方法概述
索的垂度效应
中小跨度
几何非线性
P－效应
大跨度：大变形理论
考虑因素 收缩、徐变、温度等引起的变形和内力重分布
锚下局部应力计算:先进行整体分析，然后按圣维南假 定，取出局部进行局部应力分析
分析方法
一般简化为平面结构，采用杆系有限元计算 直接采用空间杆系有限元方法
施工过程计算非常重要
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3）斜拉索的结构特性——索垂度效应
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等效弹性模量 实际上在应力 索的轴向变性由两部分组成 （1）索自身的弹
性变形 e ；（2）垂度效应 f : 则结构的等效弹性模量可表示为：
Eeg e f
E f Ee
E f Ee Ee Ee E f 1 Ee Ef
1
Ee
(L)2 12 3
Ee
Ee
1
1 (L)2 12 3
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2）施工管理和施工测试 （1）施工管理 a)正确计算恒载重力；b）对施工人员的要求；c）严格按照设计要 求施工；d）严格进行各节段的各项测试；e)实测值与设计值的比较。 （2）施工测试 a)变形测试；b）应力测试；c）温度测试。
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3）施工控制与调整
（1）施工控制与调整原则 施工控制通常是指对拉索张拉力的控制调整和主梁标高的控制，以
斜拉桥和悬索桥的总体布 置和结构体系
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斜拉桥 (Cable-stayed bridge )
定义：由梁、索、塔及边墩等构件组成，是一种桥面体系以主梁受压（密索） 或受弯（稀索）为主，支承体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。
内容: 1）、斜拉桥的总体布置和结构体系； 2）、斜拉桥的构造； 3）、斜拉桥的施工； 4）、斜拉桥的设计与计算。
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按拉索的锚拉体系分类
自锚式斜拉桥
地锚式斜拉桥
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郧
阳
部分地锚式斜拉桥
汉
江
桥
锚拉体系与主梁轴力的关系
斜拉桥主梁内的轴力随斜拉桥的斜索锚拉体系及梁体支承条件不同而变化。
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二、混凝土斜拉桥的构造
1、拉索的种类、构造及防护
拉索种类与构造
每一根拉索都包括钢索和锚具两大部分。钢索承受拉力，设置在钢索两端的 锚具用来传递拉力。钢索作为斜拉索的主体主要有如下几种形式：平行钢筋索、 钢丝索（平行钢丝股索Parallel-Wire-Strand、平行钢丝索PWC、半平行钢丝 索）、钢绞线索（平行钢绞线索、半平行钢绞线索）、封闭式钢缆、单股钢绞 缆。
横向预应力筋、竖向预应力筋配置 预应力度 (单索面箱形主梁为了防止混凝土开裂降低抗扭刚度，宜采用 全预应力结构，双索面可采用部分预应力结构)
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钢—混凝土结合梁的构造特点
总体布置 1）结构体系； 2）边跨设置辅助墩及过渡孔； 3）结合梁节段布置； 4）结合梁横截面布置； 5）桥面板 结合梁截面中混凝土桥面板与钢梁的联接构造 拉索在结合梁上的锚固构造
主梁高度h：h/l=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 横梁、桥面板尺寸：局部荷载 主梁细部尺寸：主要根据轴力来确定 截面调试：强度、刚度和稳定性；单索面需考虑抗扭刚度
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3、主梁构造特点（续）
混凝土主梁中钢筋的布置
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
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梁体的支承体系
斜拉桥的梁体除了用斜拉索以弹性支点的形式 支承外，其纵、横和竖三个方向均应在边墩及塔 墩上有所支承，塔梁墩固结也是一种支承形式， 除此之外还可以采用活动支座（M），固定支座 （F）、铰（H）阻尼减震支座（D）和弹性支点 等多种方式的支承。
1、竖向的支承
2、横向的支承
3、纵向的支承 (纵桥向支承条件要考虑地震力、温度变化、制动力和风力等)