第十二章 斜拉桥简介

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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。
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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。
第二阶段：中密索布臵，主梁较矮，主梁承受较大轴 力和弯矩； 第三阶段：密索布臵，主梁更矮。
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稀索布臵
密索布臵
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第二节 孔跨布局
一、双塔三跨式

主跨跨径大，一般适用于跨越较大的河流。 跨径分割比：边主跨之比应ห้องสมุดไป่ตู้于0.5.
• 主跨经济性跨径：400m～500m。超长斜拉桥1000m。
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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。 1.平行钢丝索配冷铸锚。
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，正常情况下镦头不受力，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。
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2.平行钢绞线配夹片锚
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（2）上部结构重力和活载反力都需由支座传给 桥墩，这就需要设臵很大吨位的支座。在大跨径斜拉 桥中，这种结构体系可能要设臵上万吨级的支座，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。
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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臵活动支座，在横桥 方向亦须在桥台和塔墩处设臵侧向水平约束。 （3）墩顶设臵可调节高度的支座或弹簧支承。
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三、塔梁固结体系
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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 • 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 柱和主梁之间设臵侧向限位支座。
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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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四、辅助墩和边引跨
活载往往在边跨梁段 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
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。 辅助墩
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第三节 索塔布置
一、索塔的形式

美学观点 适合拉索布臵 传力简单，恒载作用下， 索塔尽可能处于轴心受压 状态。
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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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 Pb3 tan 2 EA sin cos 3EI
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边主跨之比的重要性
• 受力上看，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。 • 主跨有活载，端锚索产生正轴力（拉力）；边跨有活 载时，端锚索又产生负轴力（拉力松减），由此引起 较大应力变幅而产生疲劳问题。 • 边跨较小时，边跨主梁的刚度较大，边跨拉锁较短， 刚度也相对较大，此时，边跨对索塔的锚固作用就大， 主跨的刚度也就相应增大。 • 边主跨之比小于0.5，活载越大，边主跨之比越小。
（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 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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sin 2 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。
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普通索：塔高与索长、倾 角的关系
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：
F H EA sin cos 2
α为35°时，Δ最小，端锚索 提供的支承刚度最大 经推导， α取值45 °。 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。
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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， 解联时须注意主梁的纵向摆动；
（2）须在塔的梁底底部设臵高阻尼的主梁水平弹性
限位装臵，防止产生过大纵向摆动。
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二、半漂浮体系
• 该体系塔墩固结、塔梁分离，主梁在塔墩上设臵竖向
支承，接近于在跨度内具有弹性支承的三跨连续梁。
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，兼有上述两种布臵方式的优点。 故广泛采用。
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3.索距的布臵
• 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
桥梁工程概论
主讲人：杨果岳
第十章 斜拉桥简介
• • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 孔跨布局 索塔布臵 拉索布臵 主要结构体系 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。
（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（Svensson）： 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。 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。
弹性支撑的连续梁，弯矩值得以大大地降低，可
以减小主梁尺寸，减轻结构自重，节省结构材料， 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。 • 现代斜拉桥的发展： 第一阶段：稀索布臵，主梁较高，主梁以受弯为主，
拉索更换不方便；
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。
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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。
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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
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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端锚索：塔高与索长、倾 角的关系
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第四节 拉索布置
1.索面位臵
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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
• 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） 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。 • 力学特性：主梁在斜拉索的多点支承下，像多跨
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该体系优点：
（1）主跨满载时，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； （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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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。

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
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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;采用长拉索将中 间塔顶分别锚固在两边塔塔顶或塔底加劲，但长索下
垂量大，刚度小；加粗尾索并在锚固尾索的梁段上压
重，增加索的刚度。
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亚洲首座不等高三塔双斜索面预应力混凝土 漂浮体系斜拉桥
• 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。 • 支座布臵：只在一个塔柱处设臵固定支座，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 柱倾斜，显著增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩；
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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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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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• 按截面形式： 1.实体梁式和板式主梁
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 现代斜拉桥中经常采用的截面形式，抗弯和抗 扭刚度大，能适应稀索、密索、单索面或双索 面等不同斜索布臵。

具体见表4-2-1
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主梁的主要组合方式（材料决定）：