斜拉桥&悬索桥

第六章悬索桥及斜拉桥

第一节悬索桥及斜拉桥的分类及构造

一、悬索桥、斜拉桥的分类

（一）悬索桥

悬索桥也称吊桥，是指利用主缆和吊索作为加劲梁的悬挂体系，将桥跨所承受的荷载传递到桥塔、锚碇的桥梁。其主要结构由主缆、索塔、锚碇、吊索、加劲梁组成。

悬索桥的类型可根据悬吊跨数、主缆锚固方式及悬吊方式等方面加以划分。

1．按悬吊跨数分类

其结构形式如图6-1。其中单跨悬索桥和三跨悬索桥最为常用。

图6-1 悬吊跨数不同的悬索桥

a)单跨悬索桥；b)三跨悬索桥；c)四跨悬索桥；d)五跨悬索桥

1）单跨悬索桥

2）三跨悬索桥

3）多跨悬索桥

图6-2 联袂布置的悬索桥

2．按主缆的锚固方式分类

按主缆的锚固形式划分，可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。

3．根据悬吊方式分类

1）采用竖直吊索并以钢桁架作加劲梁，如图6-4所示。

2）采用三角布置的斜吊索，并以扁平流线形钢箱梁作加劲梁，如图6-5所示。

3）混合式，即采用竖直吊索和斜吊索，流线形钢箱梁作加劲梁。如图6-6所示。

图6-4 采用竖直吊索桁式加劲梁悬索桥

图6-5 采用斜吊索钢箱加劲梁的悬索桥

图6-6 带斜拉索的悬索桥

4．按支承结构分类

图6-7 按支承构造划分悬索桥形式

a)单跨两铰加劲梁；b)三跨两铰加劲梁；c)三跨连续加劲梁（二）斜拉桥

斜拉桥的主要组成部分为主梁、索塔及拉索。

1．按索塔布置方式分

1）单塔式斜拉桥

采用图6-8-b）的单塔式斜拉桥。

2）双塔式斜拉桥

桥下净空要求较大时，多采用图6-8 a）所示的双塔式斜拉桥。

图6-8 斜拉桥跨径布置

3）多塔式斜拉桥

在跨越宽阔水面时，由于桥梁长度大，可采用图6-8c)所示的多塔斜拉桥。

2．按主梁的支承条件分

1）连续梁式斜拉桥如图6-9 a）。

2）单悬臂式斜拉桥如图6-9 b）。

3）T形刚架式斜拉桥如图6-9 c）。

图 6-9按主梁支承条件划分斜拉桥形式

二、悬索桥、斜拉桥的构造

（一）悬索桥上部结构的主要形式和构造特点

现代悬索桥通常主要由主缆、主塔、锚碇与加劲梁等四大主体结构以及塔顶主索鞍、锚口散索鞍座或散索箍和悬吊系统等重要附属系统组成。

1．主缆

1）主缆的材料

2）主缆的类型

(1)钢丝绳主缆。

(2)平行丝股主缆。

3）主缆的制作

4）主缆的形式

5）主缆的截面组成

主缆常见的截面类型有由高强钢丝组成的圆形截面（图6-10a）和由钢丝绳组成的主缆其它截面如图6-10b、c，主缆的截面组成一般是由φ=5mm左右的镀锌钢丝组成的钢丝束股，然后再由若干束钢丝索股构成一根主缆

图6-10 主缆截面类型

2．吊索的结构

吊索是连接主缆和加劲梁的构件，它通过索夹把加劲梁悬挂于主缆上。

1）吊索的布置形式

吊索顺桥面布置形式一般有竖直布置和斜向布置两种，见图6-12。

图6-12 吊索顺桥面的布置形式

a)垂直布置；b)斜向布置

2）吊索的材料

现代悬索桥吊索一般采用镀锌钢丝绳或镀锌高强平行钢丝制作，少数小跨度悬索桥也有用刚性吊杆。

3）吊索与主缆及加劲梁的连接方式

(1)吊索与主缆的连接方式：可分为骑跨式(见图6-14a)和铰结式(见图6-14b)。

(2)吊索与加劲梁的连接方式常用的有锚头承压方式，见图6-15a和销接式图6-15b。

图 6-14 吊索与主缆连接

图 6-15 吊索与加劲梁连接

3．索夹

4．索鞍

5．加劲梁

1）加劲梁的主要功能

2）悬索桥加劲梁的主要结构形式

⑴钢板梁

⑵钢桁梁

⑶钢箱梁

⑷混凝土箱梁

6．加劲梁的布置

1）双铰加劲梁简支体系

2）连续加劲梁的连续体系

7．桥面

1）钢桥面

2）混凝土加劲梁桥面

（二）斜拉桥构造

预应力混凝土斜拉桥的拉索布置、塔柱型式和主梁截面是多种多样的。介绍如下：1．拉索的布置

根据拉索在立面的不同布置方法，可以分为图6-21所示的四种形式。

1）辐射式

2）竖琴式

3）扇式

4）星式

2．塔柱

塔柱主要承受轴力，除柱底铰支的辐射式斜索布置外，也要承受弯矩。塔柱的抗风稳定性就成为突出的问题。

3．主梁

斜拉桥常用的主梁形式，按静力体系有连续梁、悬臂梁和悬臂刚构等。

第二节悬索桥和斜拉桥的受力特点及设计要点

一．悬索桥和斜拉桥的受力特点

㈠悬索桥的受力特点

㈡斜拉桥的受力特点

二、悬索桥和斜拉桥的设计要点

㈠悬索桥设计要点

悬索桥的设计顺序一般可以分为两部分考虑，先考虑主缆及加劲梁的设计，然后根据已决定的主缆及加劲梁体系来考虑桥塔的设计。

1．加劲梁

⑴拟定悬索桥的形式，即采用单跨悬吊、还是三跨悬吊。

⑵根据桥位处地形及地质条件，选择边孔与主孔跨度比，以及初步决定主缆垂跨比。

⑶假定加劲梁的恒载及刚度，可参照已有类似跨度和规模的实桥数据来假定。

2．主缆

1）确定主缆的垂跨比。

2）参考既有类似跨度、规模、形式与垂跨比的悬索桥来初步假定主缆的钢丝索股数与每股的钢丝根数。

3．桥塔

首先确定桥塔的构架形式，桥塔的构架形式一般有门架式、具有多层横梁的刚架式以及具有一组或若干组交叉斜杆的桁架式。各部分的截面尺寸可以参考已有类似的悬索桥来作初步的假设。桥塔计算应根据主缆与加劲梁的结构体系来进行，对桥塔应考虑纵向应力和横向应力的影响。同时应验算桥塔的稳定性。

（二）斜拉桥设计要点

1．结构几何尺寸的确定

2．整体静力分析

1）合理的成桥状态

2）静力分析计算成果

3．索塔分析计算

⑴截面强度计算

⑵索塔稳定性计算

索塔稳定性计算包括弹性稳定性计算和弯压稳定性计算。

⑶索塔锚固区局部应力计算

计算锚固区内最大主压应力和最大主拉应力，并控制其值满足规范要求。

4．桥面板受力计算

对桥面板进行配筋计算，控制配筋率符合相关规范规定。