第八章 其他桥型-斜拉桥

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斜拉桥发展的原因和条件
结构造型新颖（直线感和柔细感） 新材料的应用（高强钢丝，特别是斜拉索卷材） 设计理论和计算技术的进步 施工技术的进步 在400～800m跨度内具有很强竞争力（经济效益）
爪哇的竹斜拉桥
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李亚东：斜拉桥
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钢斜拉桥跨度排名前10名
桥名 多多罗 诺曼第*** 南京二桥 白沙洲*** 青州闽江** 杨浦** 徐浦** Meiko-Chuo 桃夭门大桥**
鄂黄长江公路大桥 等
鄂黄长江公路大桥
1907年法国的 Cassagne桥
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1925年法国的 Lezardrieux 桥
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斜拉桥雏形（续）
新加坡Cavenaph桥，1867年
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斜拉桥的现状
发展－在20世纪50年代斜拉桥开始得到很快的发展。 根据现有资料统计，全世界已建成各类斜拉桥300余座 （几乎全是公路桥），我国占1/5左右。
上海交大97年试研 制
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3、锚具：平行钢丝索
HiAm锚头
DINA（冷铸镦头）锚
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钢丝镦头
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3、锚具：平行 钢绞线索
VSL SSL(Single Strand Installation) 2000 斜拉索体系
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柔性索套：1、封闭索防护，制作麻烦，费用高；2、平行 索用塑料罩套（聚乙烯材料）防护，1980年前后试用的方 法，现已不用；3、平行索采用聚乙烯管，在管内压注水 泥浆或树脂等，需要压浆设备；4、平行索热挤PE套防护， 广泛采用；5、钢绞线索内用PE套管（对每股钢绞线）， 外用聚乙烯硬管
半刚性索套和刚性索套：套管用钢筋混凝土、预应力混凝 土或钢管作成，可以增大刚度，减小挠度，但施工较复杂， 索套迎风面积大（对抗风不利）
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斜拉桥雏形
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1784年，德国 Loscher设计 的木斜拉桥
1817年，英国 的Dryburgh桥， 1838重建
1817年，英国 的King’s Meadow桥
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斜拉桥雏形（续）
1868年捷克的 Franz Joseph桥
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武汉天兴洲公铁两用长江大桥
是国内继武汉、南京、九江、芜湖长江大桥之 后的第五座公铁两用长江大桥，也是国内最大 的公铁两用大桥
大桥设计为主跨480米双塔双索面斜拉桥，公 路桥面以上塔高123米。正桥长4210.85米，正 桥加公路引桥全长9510.85米，其中公铁合建部 分2367.8米。公路6车道、铁路双线，桥面全宽 27米
– 封闭式钢索 ，中心有一些圆钢丝，外面则由几层楔形和Z形的 异形钢丝组成，国内没有工程实例，图c
a
b
c
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斜拉索的构造及防护（续）
拉索的构造（续）
– 平行钢丝束（Parallel Wire Cable，PWC）－将一束平行的预 应力钢丝放在聚乙烯套管内（压注水泥砂浆等防腐），截面 不要求是六角形，使用广泛，图a
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斜拉索施工
平行钢丝索：工厂制作，现场整体安装；若索很长 （重），其吊装施工较为困难。
钢绞线索：工厂制作半成品，现场按长度下料安装并最 终形成索；索力控制相对繁琐费时。
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六、斜拉桥图片欣赏
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五、斜拉桥施工方法简介
可采用适合于梁式桥施工的任一合适方法，如支架上 拼装或现浇，悬臂拼装或浇筑，顶推法和平转法
由于斜拉桥梁体尺寸较小，各节段间有拉索，索塔还 可以用来架设辅助钢索，因此对各种无支架施工法更 为有利
各方法的适用跨度 – 支架上拼装或现浇：100m左右 – 顶推法和平转法：不超过200m – 悬臂拼装或浇筑：可达近900m
– 超长节距索－80年代初期开始制造，让PWS、PWC产生扭角
（＜4°），这样可以缠绕在卷筒上，便于运输，图b、c
– 高强粗钢筋索－国内应用较少
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斜拉索的构造及防护（续）
拉索的防护－提高拉索的耐久性，增长使用寿命，减 少养护工作
– 钢丝的防护－涂防锈底漆，电泳涂漆或镀锌，或环氧涂层 – 拉索的防护－柔性索套，半刚性索套和刚性索套
趋势
– 密索取代稀索 – 预应力混凝土斜拉桥的兴起 – 斜拉桥种类的多样化
技术问题
– 抗风设计（大跨） – 抗震设计 – 斜拉索的使用寿命
埃及海船上的斜拉天桥
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中外斜拉桥跨度统计
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各类斜拉桥的跨度发展
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犍为岷江大桥，中跨240m的五跨双塔双索面预应力混 凝土斜拉桥，1990年建成，热挤PE套管防护，钢丝锈 蚀严重，2000底年对全部根索予以更换，耗资1000余 万
其他拉索防护加固的桥梁：上海新五桥，广东九江大 桥，红水河铁路桥等
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爬缆索机器人
功能
– 沿索爬升功能 – 缆索检测功能 – 缆索清洗功能
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3、斜拉索的布置
辐射形 扇形 平行形
a) 双平行索面 b) 双斜索面 c) 单平面 d) 曲索面
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混合形
星形
索距的选择－密索(约6~8m)，优点：主梁
中的弯矩小；锚固点的构造简单；伸臂施工 时所需辅助支撑较少，每根斜索的截面较小， 斜索制造更换较容易
第八章 其他桥型
预应力混凝土连续梁桥 拱桥
斜拉桥 悬索桥
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内容
概述（发展与现状） 总体布置 构造特点（梁、索） 计算分析要点 施工方法 斜拉桥图片欣赏
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一、概述
主要组成部分－主梁、斜拉索、索塔
按（梁的）材料分类－钢、混凝土、结合梁（叠合梁） 与混合梁斜拉桥四类
跨度 890 856 628 618 605 602 590 590 580 518
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混凝土斜拉桥跨度排名前10名
桥名 Skarnsundet 荆沙长江大桥 鄂黄大桥
大佛寺 长江二桥 Barrios de Luna 铜陵大桥 Helgeland
郧阳 Elorn
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桥位
国家
Trondheim Fjord 挪威
33Leabharlann Baidu
4、斜拉索与混凝土梁的锚固型式
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四、斜拉桥的计算分析要点
高次超静定结构，需采用有限元法并借助于电子计算机来进行； 柔性索视为杆单元，主梁和索塔则作为梁单元
可简化成平面结构，用横向分布系数来计入空间影响
非线性结构（结构变形较大，塔及主梁中有弯矩与轴向压力的相 互影响，以及拉索自重垂度引起的索力与变形间的非线性变化） 斜索的非线性影响（Ernst公式 ）：
体系受力
– 多次超静定结构
– 从索塔上用若干斜向拉索将梁吊起，使主梁在跨内增加了若 干弹性支点，减少了梁内弯矩，降低梁高，提高了梁的跨越 能力
– 只有在斜拉索处于拉紧状态才能充分发挥弹性支撑作用
特点
– 梁体尺寸较小，受桥下净空和桥面标高的限制少 – 抗风稳定性比悬索桥好 – 计算复杂，索与梁或塔的连接构造比较复杂 – 施工控制等技术要求严格
总投资在60亿元左右，今年年 底开工建设，约5年时间建成
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二、斜拉桥的总体布置
1、斜拉桥孔跨布置
(c)多塔多跨式
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斜拉桥孔跨布置（续）
独塔单跨式
塔跨混合式
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大跨斜拉桥的立面布置实例
法国诺曼底桥
工程预计今年底动工，2006年底竣工，估算工 程总投资约62亿元。
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江苏南通“万里长江第一桥”－苏通大桥
江苏省南通市拟建世界上跨径 最大的斜拉桥
位于南通农场至苏州(常熟)徐 六泾之间，西距南京约280公 里，东距长江入海口约100公 里。
大桥全长7 600m，其中双塔斜 拉桥主跨1 088m，通航净高 62m，按6车道高速公路标准 设计，桥面设计车速100公里/ 小时，引桥120公里/小时，南 北接线全长约32.2公里
↑安那西斯桥
←南浦大桥
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2、斜拉索的构造及防护
拉索的构造
– 平行钢丝股束（Parallel Wire Strand，PWS ）－将一定根数 （19，37，61，91，127，…）的镀锌钢丝捆扎成股，钢丝顺 直无扭转，截面为六角形。图a，一根
– 平行钢绞线索（Parallel Strand Cable，PSC）－将7丝钢绞线按 平行钢丝股束的排列方法，布置成六角形截面。图b
恒载内力计算较为复杂
– 按施工程序分阶段进行
– 拉索拉力的调整与结构恒载内力的关系（右图）
– 拉索初始张拉力的确定
活载内力计算可采用一般线性结构的分析方法。
Ee
1
E0 2l 2
12
3 0
E0
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斜拉索拉力与主梁、索塔内力的关系
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悬臂施工
悬臂施工法工序：修建 索塔；吊装或现浇主梁 节段；安装斜拉索并张 拉；两者交替进行直至 合龙。
施工控制：在施工过程 中，斜拉索的索力和主 梁线形需要根据实际情 况随时进行调整，且一 般需在全桥合龙后对索 力进行最终调整。
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石
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桥位 Onomichi-Imabari
Le Havre 南京 武汉 福州 上海 上海
Nagoya 舟山 汕头
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国家 日本 法国 中国 中国 中国 中国 中国 日本 中国 中国
年份 1999 1995 2000 2000 1996 1993 1997 1997 2003 1998
日本多多罗桥
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2、主梁的支承体系
斜拉桥在塔处及墩(含辅助墩)处的支承形式对主梁的受力行 为以及结构的使用性能影响较大
根据主梁支承条件不同，可分为连续梁和连续刚架等 连续梁式斜拉桥：行车顺畅，变形缝少，便于采用连续梁桥
的各种施工方法 连续刚架式便于平衡对称施工，且抵抗中跨变位的刚度较大
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悬臂施工图片
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转体施工图片
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牵索式挂篮（武汉长江二桥）
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牵索式挂篮（宜宾中坝大桥）
• 牵索式挂 篮的特点 • 效率系数
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牵 索 挂 篮 施 工 （ 澳 大 利 亚 ）
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4、索塔的布置
↑横向型式
↑横向型式
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↑纵向型式
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三、斜拉桥的构造特点
1、主梁截面
主梁截面形式－与所用材料及索面的布置位置有关
预应力混凝土斜拉桥常用截面
板式
半封闭箱形
分离式双箱
c)的改进式
闭合箱形
c)的改进式
双主梁形
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湖北
中国
湖北
中国
重庆
中国
重庆
中国
西班牙
安徽
中国
挪威
湖北
中国
法国
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年份 1991 2002 2001 2000 1996 1983 1995 1991 1994 1994
跨度 530 500 480 450 444 440 432 425 414 400
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桥例：香港昂船洲大桥设计（1018m，48亿）
倒三角形 斯卡恩圣特
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钢梁横截面实例
东营黄河大桥
诺曼底大桥 多多罗大桥
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钢梁横截面（正交异性板）
2020年4月9日
李亚东：斜拉桥
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结合梁横截面实例（续）
①钢主梁 ②钢横梁 ③小纵梁 ④行车轨道梁 ⑤人行道挑梁 ⑥预制桥面板 ⑦现浇桥面板 ⑧斜拉索
2020年4月9日
2020年4月9日
李亚东：斜拉桥
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环氧全涂装无粘结筋（一根钢绞线）
2020年4月9日
李亚东：斜拉桥
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斜拉索的更换
广州海印大桥，中跨175m的三跨双塔单索面预应力混 凝土斜拉桥，1988年建成，PE套管防护，1995年出现 拉索断落和松弛，对186根索全部更换，耗资2 000万
济南黄河大桥，中跨220m的五跨双塔单索面预应力混 凝土斜拉桥，1982年建成，铝管加水泥浆防护，钢丝 锈蚀严重，1995年对88根索全部更换