斜拉桥主梁截面斜锁及索塔构造特点[详细]

2. 箱形截面
混凝土斜拉桥主梁采用箱形截面，在 现代斜拉桥中是经常采用的截面形式。这 是因为它的抗弯和抗扭刚度大，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、部分现场灌筑，为桥梁施 工方案提供更多选择单索面布置的箱形截 面。
（三）结合梁
结合梁斜拉桥是指钢主梁的上翼缘与设置其上的混 凝土桥面板之间用剪力键结合共同受力的梁体结构。结合 梁一般只适用于双索面斜拉桥。结合梁斜拉桥在80年代后 才得到发展。其代表作首推加拿大的安那西斯(Annacis) 桥其结合梁主梁截面如图所示。
（四）混合梁
混合梁斜拉桥是指其主跨为钢梁而边跨为混 凝土梁的斜拉桥。钢梁与混凝土梁的连接点一般 设在索塔附近，可以在边跨侧，也可以在主跨侧。 斜拉桥边跨采用混凝土梁的构思，是取其梁的自 重大，有利于边跨发挥其锚固跨的作用。
斜拉桥充分利用斜拉索的刚性，巧妙地将索
与梁结合起来。因此，斜拉桥这一桥式属于梁式 桥与悬索桥之间的大跨度桥梁，它可有效的用于 100—600m之间的跨度。
根据以上特点，预应力混凝土斜拉桥 具有下列显著的优越性：
1．跨越能力大； 2．具有良好的结构刚度和抗风稳定性； 3．依靠斜拉索的应力调整，能设计的很经 济；
斜拉桥的三种主梁截面，即钢梁、混 凝土梁和结合梁，其各自的特点可以通过 下表来说明。表中混凝土斜拉桥与钢斜拉 桥、结合梁斜拉桥的比较(表中的A、B、C、 D表示优劣等级)。
项目
恒载 质量 材料阻尼 徐变 收缩 耐久性 改造的难易 施工的难易 路面造价 斜索的连结 斜索疲劳 基本造价
钢斜拉桥
结合梁斜拉桥
诺曼底大桥主梁截面单位m诺曼底大桥主梁截面五斜拉桥三种主梁截面形式的比较斜拉桥的三种主梁截面即钢梁混凝土梁和结合梁其各自的特点可以通过下表来说明
斜拉桥主梁截面、斜 锁及索塔构造特点
一、斜拉桥的特点
斜拉桥是由主梁、塔柱和斜拉索三部 分组成的一种组合体系结构。利用由塔柱 伸出的斜拉索为钢筋混凝土主梁的弹性支 承，以代替中间支墩，借以降低主梁的截 面弯矩，减轻自重，显著得增大了跨越能 力。同时，斜拉索拉力的水平分力对主梁 起着轴向预应力作用，可以增强主梁的抗 裂性能，节减了主梁高强钢材的用量。
其他斜拉桥：L1＝(0.33—0.50)L2；
一般接近于L1＝0.4L2 。
国内统计资料显示：
上海杨浦大桥(钢)：L2＝602m，L1＝243m， L1＝0.40L2；
武汉长江二桥(混凝土)：L2＝400m，L1＝ l80m，L1＝0.45L2；
山东东营黄河大桥(钢)：L2＝288m，L1＝ 136．5m，L1＝0.47L2；
广西红水河铁路桥(混凝土)：L2＝96m，L1＝ 48m，L1＝0.5L2。
解决较大应力幅产生疲劳问题的办法：使边
跨伸出一悬臂端(端支点内移)，由此对端支点产 生预压，减小端支点上抬倾向，以减小端锚索的 应力幅。如下图所示的武汉长江二桥就是这样做 的。
2. 独塔双跨式 这也是一种常见的斜拉桥孔跨布置方式，如下图
四、斜 索
（一）斜索的构造 在近代大跨度斜拉桥中，斜索的构造
基本上分为整体安装的斜索和分散安装的 斜索两大类。前者的代表为平行钢丝索和 冷铸锚，后者的代表为平行钢绞线索和夹 片锚。
1. 平行钢丝索和冷铸锚 平行钢丝索的截面组成和冷铸锚如图所示：
3.索距的布置 索距的布置，可以分为“稀索”与“密
索”。现代斜拉桥则多为“密索” 密索优点如下： (1)索距小，主梁弯矩小； (2)索力较小，锚因点构造简单； (3)锚固点附近应力流变化小，补强范围小； (4)便于伸臂架设； (5)易于换索。
稀索
密索（法国诺曼底大桥）
（三）梁体布置
1.连续体系 在斜拉桥的全长范围内，梁体布置成连续的形
单索面（钱江三桥）
从力学角度来看，采用单索面时，拉索对抗扭不起 作用。因此，主梁应采用抗扭刚度较大的截面。采用双索 面时，作用于桥梁上的扭矩可由拉索的轴力来抵抗，主梁 可采用较小抗扭刚度的截面。至于斜向双索面，它对桥面 梁体抵抗风力扭振特别有利。
斜向双索面（海口世纪大桥）
2.索面形状
索面形状主要有3种基本类型，即放射 形、扇形和竖琴形。
混凝土斜拉桥
预制拼装
就地浇 注
A
B
C
C
C
B
A
A
C
B
A
A
A
B
C
D
A
B
C
Байду номын сангаас
D
C
B
A
A
A
B
C
C
B
A
C
D
B
A
A
A
C
B
A
A
C
B
A
A
C
A
B
B
性能要求
减轻桥梁自重 空气动力质量 改善空气动力 尺寸线形的稳定性 尺寸线形的稳定性
最佳耐久性 易于改造 易于施工
降低路面的造价 连结的难易
降低活载恒载比值 与跨度及地区有关
H形（东营黄河桥）
斜腿门式（天津永和桥）
倒Y形（杨浦大桥）
2. 塔的高跨比 塔的高跨比范围如下图所示。索塔的适宜高
度H要由经济比较来决定。
H/l2=1/4～1/7
H/l2=1/2.7～1/4.7
（五）斜拉桥的锚拉体系
一般来说，悬索桥的主缆多数是地锚体系；而 斜拉桥的斜索则相反，多数是自锚体系。
放射形
竖琴形
扇形
PASCO-KENNEWICK（放射形）
竖琴形（西樵山桥）
扇形（海印桥）
根据力学观点，以放射形较优。原因是：(1) 斜索与水平面的平均交角较大，斜索垂直分力对 梁的支承效果较大，而对主梁产生的轴力较小； (2)因斜索的水平分力在塔顶基本平衡，塔的弯矩 较小。但放射形的斜索集中汇交于塔顶，塔顶构 造细节较为复杂。反之，竖琴形由于所有斜索的 倾角相同，锚固点结构可以单一化，塔上锚固点 的间距大，对索塔的受力有利。扇形布置则介于 两者之间，它的斜索垂直分力小于放射形但大于 竖琴形，而水平分力大于放射形小于竖琴形。塔 上锚固点的间距也同样介于放射形和竖琴形之间。
因此一般都采用抗扭刚度较大的整体构造的箱梁。
湄南河桥单索面桥钢梁截面单位（mm）
（二）混凝土梁
1. 实体边主梁和板式梁
实体边主梁是混凝土斜拉桥中比较简单的一 种截面形式。下图所示为宜宾中坝金沙江大桥 的主梁形式，采用双主肋加小纵肋型式，与横 隔梁一起形成正交异型混凝土板，有效减小剪 力滞效应。
实体边主梁和板式梁的截面形式，具有在结构 上有效和施工简便的优点。
0.19 0.25
0.4 1.8
23.5
0.5
11.5
混凝土单箱三室（绥芬河市新华街立交桥的主桥 单位：m）
黑龙江省绥芬河市新华街立交桥的主桥为100m+100m双 孔独塔单索面斜拉桥，跨越绥芬河铁路站场。主梁横断面为 全预应力混凝土单箱三室。梁底平齐，梁高由外至内1.8m～ 1.92m。梁顶宽23.5m，底宽11.5m，两侧悬臂各长3.0m,外 腹板倾斜。
混凝土梁与钢梁的连接点选择在索塔附近， 原因是该处梁的弯矩最小，梁的轴力为最大。对 混凝土梁与钢梁连接的细节构造而言，传递轴力 的构造要比传递弯矩的构造容易处理得多。
诺曼底大桥主梁截面（单位 m） 1994年底法国建成的诺曼底大桥是混合梁斜拉桥，主 孔跨度为856m。
诺曼底大桥主梁截面
（五）斜拉桥三种主梁截面形式的比较
自锚体系斜拉桥的端锚索
地锚式斜拉桥
地锚式斜拉桥
三、主梁截面
（一）钢 梁
1. 工字形钢主梁 如下图所示，一般采用两根工字形钢主梁的
“双主梁”布置。
工字形钢主梁（汀九大桥）
斜索下端一般直接锚固在钢主梁上，其锚固 细节如下图所示。
汀九大桥的锚固
2. 钢箱梁截面主梁
钢箱梁截面，可以采用相当于工字形双主梁的 布置方式，只是将工字形钢梁换成钢箱梁。在现 代斜拉桥中，钢主梁更多地采用整体构造的流线 型扁平钢箱梁。
广东南海西樵桥(混凝土)：L2＝125m，L1 ＝110m，L1＝0.88L2；
武汉汉水月湖桥(混凝土)：L2＝232m，L1 ＝138m，L1＝0.59L2 ；
重庆石门嘉陵江桥
武汉汉水月湖桥
3. 三塔四跨式和多塔多跨式 斜拉桥很少采用三塔四跨式或多塔多跨式，
因为中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位。 因此，柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨 式将使结构柔性进一步增大，随之而来的是变形 过大。
4．结构轻巧，适应性强； 5．利用斜拉索，发挥无支架施工的优越性。
二、斜拉桥的总体布置
（一）孔跨布置 1. 双塔三跨式 这是一种最常见的斜拉桥孔跨布置方式。由于它 的主跨跨径较大，一般可适用于跨越较大的河流。 如下图所示。
主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关系根 据统计资料为：
钢斜拉桥：L1＝(0.40-0.45)L2；
从其力学特性分析，与传统的梁式桥 比较，斜拉桥除斜拉索的水平分力所产生 的轴向力影响外，大体上具有弹性支承连 续梁的性能；和悬索桥相比，作用在斜拉 桥主梁上的荷载通常是由锚固点直接传给 斜拉索的；预应力混凝土斜拉桥更能充分 发挥材料的性能；斜拉桥中，因斜拉索被 张拉成直线形状，不发生大的位移，故斜 拉桥整体刚度要比悬索桥大的多。
三塔四跨式（洞庭湖大桥）
在必须采用多塔多跨式斜拉桥时，可 将中间做成刚性索塔，或用拉索对中间塔 顶加劲，如香港汀九大桥。
三塔四跨式（香港汀九大桥）
多塔多跨式（Millau Viaduct）
（二）斜索布置
1.索面布置 索面布置一般有3种类型，即单索面、
竖向双索面和斜向双索面。
单索面
双索面
斜向双索面
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斜索，两箱之间则以横梁和桥面 板连结。双箱梁的典型截面为倒梯形，如下图所示济南黄 河桥和武汉长江二桥 ：
泸州泰安长江大桥的单箱三室截面与分段现浇施工方案（单位 cm）
泸州泰安长江大桥主桥跨度208+270+35+30m，PC单箱 三室箱梁，PC索塔，不对称独塔双索面斜拉桥。单箱三室流 线形梁段，梁宽29.5m，梁高3m。顶板厚40~20cm，底板厚 70~25cm，腹板厚50~25cm，斜腹板厚23cm，斜拉索外侧 设宽度2.4m的人行道悬臂。梁顶设2%双向桥面横坡。主梁截 面宽高比B/h=9.833:1，高跨比h/L=1/90，跨宽比 L/B=9.153:1。
2180 2580 1450730500
400
南京长江二桥钢箱梁截面
3000+3×3750+500=14750
32800 32000
1500
500+3×3750＋3000=14750
2180 2580 5007301450 400
3200 17511106
2040
5740
7780
3200
7600
21600
倒Y形（济南黄河桥）
图中的 (a)为单柱形，(b)为双柱形，(c)为门形， (d)为H形，(f)为斜腿门式，(h)为A形，(i)为倒V形， (j)为倒Y形；(k)为宝石式 。
双柱形及门形塔架的面内刚度最小，适用于 中小跨径的斜拉桥。对较大跨径的斜拉桥，从改 善扭振的角度出发，一般倾向采用A形的或倒Y形 的索塔。
3. 主梁的跨高比
主梁的跨高比是指主跨L2与梁高H的比值。现代密 索式斜拉桥主梁的跨高比一般在100—150之间。至于铁 路、公铁两用斜拉桥。特别是主梁为钢桁架梁的，其主梁 的跨高比不足30，如下图的芜湖长江大桥。
（四）索塔布置 1.塔架的形式
单索面斜拉桥和双索面斜拉桥索塔塔架的纵 向布置形式如图所示：
所示。由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔 跨径小，适用于跨越中小河流和城市通道。
独塔双跨式斜拉桥的主跨跨径L2与边跨跨 径L1之间的比例关系一般为L1＝（0.5—0.8） L2，但多数接近于L1＝0.66L2 。
国内资料统计为：
重庆石门桥(混凝土)：L2＝230m，L1＝ 200m，L1＝0 .87L2；
7600
3200
5740
2040
7780
南京长江三桥钢箱梁截面（钢箱梁）
3. 钢桁梁 斜拉桥采用钢桁梁，主要是由于布置双层桥面
的需要。 在我国，有两座著名的公铁两用钢桁梁斜拉桥，
分别是芜湖长江大桥和武汉天兴洲长江大桥。
芜湖长江大桥
武汉天兴洲长江大桥
4. 单索面斜拉桥中的钢梁截面 由于单索面斜拉桥的斜索对桥梁抗扭不起作用，
式，如图：
连续的梁体（湖北荆州长江大桥）
在某些场合下，由于结构受力的需要， 还可将梁体的连续延伸至斜拉桥以外部分， 即斜拉桥的梁体还与其边跨或主跨以外部 分的引桥跨或其他跨的梁体相连。
梁体连续的延伸（日本 Ayunose Bridge）
斜拉与连续混合（招宝山桥）
2.非连续体系
一是在斜拉桥主跨中央部分插入一小跨简支 结构。二是以“剪力铰”代替简支结构，这种剪 力铰的功能是只传轴力、剪力，不传弯矩。