第十二章斜拉桥简介

2020/4/29
桥梁工程
斜拉索不能给梁提供有效的横向支承，为了抵抗风力引 起的主梁横向位移，故设之。
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该体系优点：
（1）全跨满载时，塔柱处主梁无负弯矩峰值；
（2）主梁可以随塔柱的缩短而下降，所以温度、收缩和 徐变内力均较小。
（3）密索体系主梁各截面的变形和内力变化较平缓，受 力较均匀；
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特点：
优点： （1）既免除了大型支座又能满足悬臂施工的稳定要求； （2）结构的整体刚度比较好；主梁挠度小。 缺点:
(1)刚度的增大是由梁、塔、墩固结处能抵抗很大的负 弯矩换取来的，因此这种体系的固结处附近区段内主 梁的截面必须加大。
(2）为消除温度应力，需要墩身具有一定柔性，故常用 于高墩。
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• 竖琴形 斜拉索成平行排列。 优点：可简化与塔的连接构造，塔上锚固点分散，对 索塔的受力有利。 缺点：倾角小，索的总拉力大时，钢索用量多。
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• 扇形 斜拉索不互相平行，兼有上述两种布置方式的优点。 故广泛采用。
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3.索距的布置
1.平行钢丝索配冷铸锚。
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冷铸锚
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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。
由于是在常温下浇铸填料，故称为“冷铸锚”
冷铸锚的锚固力由锚筒的圆锥体和筒内填料的横向挤 压力承受，正常情况下墩头不受力，作为安全储备。
• 由于其要求整体制作、整体运输和整体安装，使它的 使用受到限制。
• 索塔大都采用混凝土结构，主梁一般采用混 凝土结构、钢-混凝土组合结构或钢结构，斜 拉索则采用高强材料（高强钢丝或钢绞线）z 制成。
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• 斜拉桥荷载传递途径：斜拉索的两端分别锚固 在主梁和斜塔上，将主梁的恒载和车辆荷载传 递至索塔，再通过索塔传至地基。
• 按主梁的连续方式，可分为： 连续体系和T构体系
• 按斜拉索的锚固方式，可分为： 自锚体系、部分地锚体系和地锚体系
• 按塔的高度，可分为： 常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥
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一、漂浮体系
• 漂浮体系结构特点：塔墩固结，塔梁分离，主梁悬浮
主梁除两端有支承外，其余全部由拉索悬吊，属于 一种在纵向可稍作浮动的多跨弹性支承连续梁。塔 柱和主梁之间设置侧向限位支座。
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第六节 斜拉桥构造
一 主梁构造
主梁的主要作用： （1）将作用分散传给拉索。 （2）主梁承受的力主要是拉索的水平分力所形成的轴压
力。 （3)抵抗横向风载和地震荷载，并把这些力传给下部结
构。
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主梁设计时的控制因素： （1）拉索间距较大时，采用弯矩控制设计； （2）单索面斜拉桥，采用扭转控制设计； （3）双索面密索体系，主要考虑轴压力和整个
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主梁的主要组合方式（材料决定）： （1）预应力混凝土梁，称混凝土斜拉桥 （2）钢-混凝土组合梁，称组合梁斜拉桥
(3) 钢主梁，称钢斜拉桥 （4）主跨为钢主梁或钢-混凝土组合梁，边跨为 混凝土梁，称为混合式斜拉桥。
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各种材料主梁的经济跨径：
• 研究认为： 跨径200~ 400m ,采用混凝土主梁； 400~ 600m ，采用钢-混凝土组合梁； 大于600m， 采用钢主梁。 400、600m临界区域，综合考虑，做经济比较。
各种空心截面包括H形截面，一般均在每一层拉索 锚头处增设水平隔板。
① 有利于将索力传递到塔柱全截面上；
② 在施工阶段和养护时可作为工作平台。
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三、拉索 拉索的构造
• 拉索构造分为整体安装的拉索和分散安装的拉索。 整体安装：平行钢丝索配冷铸锚。 分散安装：平行钢绞线索配夹片锚。
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三、塔梁固结体系
• 塔梁固结并支承在墩上，斜拉索为弹性支承，相当于 梁顶面用斜索加强的一根连续梁，主梁的内力与挠曲 直接与主梁和索塔的弯曲刚度有关。
• 支座布置：只在一个塔柱处设置固定支座，其余皆为 纵向可以活动支座。
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特点：
• 优点：减小了塔墩弯矩和主梁中央段的轴向拉力。 • 缺点（1）中孔满载时，主梁在墩顶处转角位移导致塔
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五、T构体系
• T构体系与刚构体系的区别是主梁跨中区域无轴拉力。 具体方法： ① 在中跨中央部分插入一小跨悬挂结构（活动支座， 卸力）。 ② 以剪力铰代替悬挂结构。
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六、部分地锚体系
主跨很大，边跨很小时采用。
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七、矮塔部分斜拉桥体系
主跨和边跨主梁的设计理念区别： 主跨必须有良好的动力特性，自重较轻； 边跨应具有克服上提力的功能：自重、刚度或设辅助
墩解决。
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二、索塔
索塔的组成：
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混凝土索塔的构造
中小跨度
中等跨度
多边形截面索塔比矩形截面的对抗风有利。
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桥梁工程概论
主讲人：杨果岳
第十章 斜拉桥简介
• 第一节 概述 • 第二节 孔跨布局 • 第三节 索塔布置 • 第四节 拉索布置 • 第五节 主要结构体系 • 第六节 斜拉桥构造
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第一节 概述
• 是指用锚在塔上的若干斜索吊住梁跨结构的 桥，也叫斜张桥。主要由主梁、索塔和斜拉 索三大部分组成。
索塔尽可能处于轴心受压 状态。
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二、塔的高跨比 索塔的高度决定着整个桥梁的刚度和经济性。 索对梁的支承刚度主要取决于索力的竖向分力V
和拉索的线刚度EA/l。 拉索锚点处荷载P作用下，
主梁下挠量：
Pb
EAsin2
cos
Pb3 3EI
tan
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拉索的锚固
1.斜拉索与混凝土梁的锚固 ① 顶板锚固块
以箱梁顶板为基础， 向上、下两个方向延 伸加厚而成。
拉索水平力传至梁截 面，垂直分力由加劲 斜杆平衡。
适用范围：箱内具有 加劲斜杆的单索面斜 拉桥。
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主跨跨径大，一般适用于跨越较大的河流。 跨径分割比：边跨与主跨合理而均衡比为1：2：1 • 主 跨 经 济 性 跨 径 ： 400m ～ 500m 。 超 长 斜 拉 桥
1000m。 • 边主跨之比与斜拉桥的整体刚度、端锚索的应力变幅
有着很大的关系。
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二、独塔双跨式
主孔跨径一般比双塔三跨式跨径小，适用于跨越中小河 流和城市河道。
柱倾斜，显著增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩； （2）上部结构重力和活载反力都需由支座传给桥墩，
这就需要设置很大吨位的支座。在大跨径斜拉桥中， 这种结构体系可能要设置上万吨级的支座，支座的设 计制造及日后的养护，更换均较困难。
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四、刚构体系
• 梁、塔、墩互为固结，形成跨度内具有多点弹性支承 的刚构。
综合考虑索和塔的共同影响， 对于每座斜拉桥存在一个最 佳高度H，使得索和塔对主 梁的支承刚度达到最大。
端锚索：塔高与索长、倾 角的关系
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1.索面位置
第四节 拉索布置
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• 单索面 拉索对抗扭不起作用，所以主梁应采用抗扭刚度较大 的截面。优点：桥面视野开阔。
• 双索面 扭矩可用拉索的轴力来抵抗，主梁可用较小抗扭刚度 的截面。
• 斜向双索面 对于桥面梁体抗风力扭振特别有利。
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2.索面形状
• 辐射形 斜拉索沿主梁均匀分布，而集中于塔顶一点。 优点：斜拉索与水平面交角大，故斜拉索的垂直分力对主 梁的支承效果也大。 缺点：但塔顶锚固点构造过于复杂。
边主跨之比为（0.5～0.8），但大多数为0.66。边跨大， 考虑拉索应力疲劳，中间设桥墩改善。
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三、三塔四跨式和多塔多跨式
很少采用。因为中间塔没有端锚索来有效限制它的变 位。采用增加主梁刚度和索塔刚度增加了工程量。
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二、半漂浮体系
• 该体系塔墩固结、塔梁分离，主梁在塔墩上设置竖向 支承，接近于在跨度内具有弹性支承的三跨连续梁。
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特点：
（1）这种体系的主梁内力在塔墩支点处产生急剧变化， 出现了负弯矩尖峰，通常须加强支承区段的主梁截面。
（2）支承体系的主梁一般均设置活动支座，在横桥方向 亦须在桥台和塔墩处设置侧向水平约束。
桥的纵向弯曲。 主梁设计时，需考虑一定的安全储备。
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• 按截面形式： 1.wenku.baidu.com体梁式和板式主梁
适用于双索面斜拉桥，结构简单，施工方便， 空气动力性能合理。 2.箱形截面 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。 具体见表4-2-1
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sin2 cos值最大，拉索的支 承刚度最大， α 为55°最大； tanα越小，塔的支承刚度越 大。
普通索：塔高与索长、倾 角的关系
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对于端锚索，当中跨布载时，水平力F作用下，塔顶水 平位移为：
FH
EAsin cos2
α为35°时，Δ最小，端锚索提 供的支承刚度最大
拉索轴力N与倾角α有关， 经推导， α取值45 °。
• 力学特性：主梁在斜拉索的多点支承下，像多 跨弹性支撑的连续梁一样，使弯矩值得以大大 地降低，这不但可以使主梁尺寸大大减小，而 且由于结构自重显著减轻，既节省了结构材料， 又能大幅度地增大桥梁的跨越能力。
• 在主梁承受荷载之前需要对斜拉索进行预张拉。
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• 斜拉桥属于高次超静定结构，包含较多的设计 变量，桥型方案和寻求合理设计较为困难。
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2.平行钢绞线配夹片锚。
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• 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；钢索线在索中平行排列，故 称为平行钢绞线索。
• 采用夹片锚的原因：现场施工中难以将 15mm的钢铰线镦头和保证其质量。
• 钢绞线的逐根张拉中，须使最终斜索中的各根 钢绞线拉力相等。此张拉工艺称为“等值张拉 法”。
• 现代斜拉桥的发展：
第一阶段：稀索布置，主梁较高，主梁以受弯 为主，拉索更换不方便；
第二阶段：中密索布置，主梁较矮，主梁承受 较大轴力和弯矩；
第三阶段：密索布置，主梁更矮，并广泛采用 梁板式开口断面。
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稀索布置
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密索布置
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第二节 孔跨布局
一、双塔三跨式
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四、辅助墩和边引跨
活载作用时，往往边 跨梁段附近区域产生 很大的正弯矩，并导 致梁体转动。解决这 个问题，常用：
边引跨：形成负弯矩。
辅助墩：减小拉索应 力变幅，缓和端支点 负反力。
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边引跨 辅助墩
第三节 索塔布置
一、索塔的形式
美学观点 适合拉索布置 传力简单，恒载作用下，
塔高降低能提高塔身刚度，但拉索的水平倾角也将减小， 故矮塔部分斜拉桥拉索不能提供足够的支承刚度，要求主 梁的刚度较大。受力性能介于梁式桥和斜拉桥之间。
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特点：
（1）塔较矮； （2）梁的无索区较长，没有端锚索； （3）边主跨之比较大； （4）梁高较大； （5）受力以梁为主，索为辅； （6）活载作用下斜拉索的应力变幅较小。
（4）地震时允许全梁纵向摆荡，成为长周期运动，从而 抗震消能，因此地震烈度较高地区可考虑选择这类体 系。
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该体系缺点：
（1）当采用悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结。 （2）斜拉索不能对梁提供有效的横向支承，为抵抗由于
风力等所引起的横向摆动，必须增加一定的横向约束。
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• 早期为稀索：超静定次数少 • 现代斜拉桥多为密索：超静定次数高，必须利用计算
机计算。 密索有如下优点： （1）索距小，主梁弯矩小； （2）索力较小，锚固构造简单； （3）锚固点附近应力流变化小，补强范围小； （4）利于悬臂架设； （5) 易于换索
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第五节 主要结构体系
• 按索塔、梁、墩相互结合方式，可分为： 漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系