T型钢构桥、悬索桥
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3.3
3.3.1
预应力混凝土T形钢构桥
结构类型
一、体系特点
恒载、活载负弯矩卸载作用基本与连续梁接近 桥墩参加受弯作用，使主梁弯矩进一步减小 弯矩图面积的小，跨越能力大，在小跨径时梁高较低
超静定次数高，对常年温差、基础变形、日照温均较 敏感
均布荷载q
二、刚构桥的主要类型
单跨刚构桥—主要用于中小跨度的跨线桥，建筑高度小。
① 连续刚构桥与带挂孔的T型刚构桥（悬臂梁桥）作比较
恒载作用下,110m带挂孔T型刚构与连续刚构受力的比较
连续刚构与带挂梁T构比较
在混凝土长期收缩徐变作用下，T构悬臂端部会发生下挠 ， 带挂孔的T型刚构桥我国20世纪70～80年代修建较多的一 种桥型，目前已较少采用。
② 连续刚构桥与连续梁桥作比较 相同点： 超静定结构；
柔性墩的分类：
单柱式墩：实体式 、空心式（单箱、双箱）
双柱式薄壁墩：实体式 、空心式（单箱、双箱）
Y、V形墩
用结构力学方法解释当墩顶产生单位水平位移时，
采用分离式桥墩能有效减小桥墩的抗推刚度。
12 EI 12E Bt 3 EBt3 P 2 3 H H H 12 H3
t B 12 EI ' 12E 2 EBt3 ' P 2 2 2 3 12 H H H 4H 3
外形结构形式： 横桥向：桁架式，刚构式，混合式 顺桥向：
1）刚性塔（单柱形或A字形，塔顶变形小，多用于多塔悬索桥） 2）柔性塔（单柱形，塔顶变形较大，多用于一只用于跨度较小的悬索桥）
8、锚碇
功能作用：固定主缆的端头，防止其移动。
分类： ①重力式锚碇（需建造大体积的混凝土锚碇） ②隧道式锚碇（需要坚固的岩壁）
② 预制平行钢丝束股法：工厂预制，单股锚固吨位小，锚固空间相对较大。
桥梁博物馆展示的主缆横截面模型
主缆防锈设备模型
主缆防锈涂层模型 主缆防锈涂层模型 主缆防锈涂层模型
主缆防锈涂层模型
钢绞线、钢丝
2、吊索
作用：将活载和加劲梁恒载通过索夹传递到主缆，上 端与索夹相连，下端与加劲梁相连。 材料：钢丝绳索、平行钢丝索 吊索立面布置： 美式―竖直布置 英式―斜向布置 吊索与索夹的连接方式： 四股骑跨式（只与钢丝绳吊索相配） 双股销铰式
美式悬索桥
英式悬索桥（丹麦大海带桥）
混合式悬索桥
Panay-Guimaras
3.4.2
1、主缆
悬索桥的构造
材料：平行的高强、冷拔、镀锌钢丝。 组成：
由n根钢丝平行编成六边形钢丝束股， 再将多股钢丝束平行编成主缆。
形式：双主缆、多主缆 主缆的编制方法及特点
① 空中编丝组缆法： 现场编制，每束股含钢丝数较多，单股锚固吨位大。
结构形式：钢结构
美式：钢桁梁
英式：钢箱梁
钢桁架梁
某钢箱梁图
钢箱内部施工
6、桥面
钢桥面：防锈和主体铺装两大体系。 混凝土加劲梁桥面 混凝土桥面 沥青混凝土桥面（常用）
7、主塔
作用：
1）分担并传递主缆承受的竖向荷载； 2）承受风荷载及地震荷载，保证全桥整体稳定性。
材料：混凝土、钢
舟山连岛工程的西堠门大桥（世界排名第二）
2009年建成，主跨1650m，钢箱加劲梁
3.4.1
悬索桥的分类
1、按悬吊跨数
三跨悬索桥―最常用 单跨悬索桥―跨度较小 双跨悬索桥―跨度适中 多跨悬索桥―跨度较大
2、按主缆锚固方式
地锚式
主缆拉力由梁端锚碇传递给地基。 适用于地基具有良好的持力岩层，大跨度桥梁。
连续刚构桥适用于：大跨径、高墩、 桥下净空较大和建 筑高度受到限制的场合； 同等跨度连续刚构桥与连续梁桥相比，造价降低约10％。
3.4 悬索桥
定义：是以受拉主缆为主要承重构件的桥梁。 组成： 桥塔、主缆、加劲梁、锚碇、吊索、鞍座、桥面等 受力特征： 荷载由由吊索传至主缆，主缆再传至锚墩及塔。
3、索夹
作用：位于吊索与主缆连接节点上，是其连接件。
4、索鞍
作用：是塔顶上承受主缆的重要构件，安放主缆，将主缆 拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均匀传给塔顶。 另外：
散索鞍―置于锚碇的前墙。
作用：支承转向和分散大缆股束。
索鞍
散索鞍
5、加劲梁
主要功能：提供桥面、防止桥面发生过大挠曲变形和扭曲 变形。 要求：有足够抗扭刚度或自重，良好的气动稳定性。
ROSENSTEIN BRIDGE
跨度68 m，跨中梁高1.65 m
斜腿刚构桥—受力形式接近拱桥，可获得较大跨度或较小的梁高。
安康汉江桥 主跨为176m，中孔跨中64m
连续刚构桥——用于柔性墩或大跨度高墩桥梁
虎门大桥辅航道桥
跨径：150+270+150m，1997年建成。
Raftsundet Bridge 跨径：86+202+298+125m
2、截面形式 单跨刚构桥——矩形截面 斜腿刚构——箱型截面、多肋式 连续刚构——大跨度：变高度箱梁 小跨度：多室扁箱梁 V型墩刚构——箱型截面、多肋式
3、节点构造 角点受力特点
4、铰的构造 钢铰
混凝土铰
5、预应力配索特点 三向预应力体系 腹板、顶底板 —— 纵向预应力 顶 腹 板 —— 横向预应力 板 —— 竖向预应力
V型墩刚构——内部高次超静定，外部接近连续梁
连续钢构桥小结
连续刚构桥整体性好，内力分布更均匀，桥面线型连续 性好； 连续刚构桥边中跨比一般为0.5～0.7，其中以比值 0.54～0.58居多；
连续刚构桥是墩梁固结的超静定结构，为减少次内力影 响，通常采用抗压刚度较大，抗推刚度较小的双柱薄壁 柔性墩；
整体性好，内力分布均匀，桥面线型连续。
不同点：
悬臂施工时连续梁桥的中墩需要临时固结，连续刚构
桥的中墩则是永久固结； 连续梁桥墩顶需要设置支座，连续刚构桥省去支座。
对三跨连续刚构与连续梁的受力分析比较图
连续钢构桥与连续梁桥作受力比较
连续刚构根部的恒载、活载弯矩略小于连续梁； 两者跨中的恒载、活载弯矩在墩高达到40m时相差小于 10%，连续梁 偏大； 连续刚构桥墩根部恒载、活载弯矩随着桥墩加高而减小，但墩高达 40m以上时减少的速率很小。
3
P P 4
'
抗推刚度减小 双柱式薄壁墩是柔性墩
双柱式薄壁墩构造要求 桥墩纵向厚度 t：
t 1 / 8 ~ 1 / 15H
t 1/ 70 ~ 1/ 80L
墩柱横向宽度B: 一般与根部箱梁底板同宽 墩中距 b：
b 1/ 20 ~ 1/ 25L
MAIN RIVER BRIDGE 82-135-82m main span
6、桥墩布置
采用柔性墩的必要性： 为减少由混凝土收缩徐变、温度变化及基础变位等在梁体 上引起的次内力，故采用抗推刚度较小的柔性墩；
利用桥墩的柔性来适应桥梁的变形，提高桥梁的抗震性能。
柔性墩和刚性墩的区别： 刚性墩：桥墩的抗推刚度较大，与梁根部的抗弯刚度相当。 柔性墩：在顺桥向的墩身很薄，在外力作用下能产生一定的 水平位移，并能借助上部结构传递水平力的桥墩。
自锚式
主缆拉力由梁端传递给加劲梁。 适用于承载力较差的软土地基，中、小跨度桥梁。
地锚式悬索桥
自锚式悬索桥
自锚式悬索桥
3、按悬吊方式
美国式悬索桥―竖直吊索、钢桁架加劲梁。 英国式悬索桥―三角布置斜吊索、高度较小扁平流线型钢 箱梁作加劲梁。
混合式悬索桥―竖直吊索、扁平流线型钢箱梁作加劲梁， 有的还设有若干加强用的斜拉索。
海沧大桥锚碇模型
海沧大桥的东锚碇设计成桥梁博物馆
悬索桥锚碇的施工
3.4.3
悬索桥设计要点
悬索桥三种静力计算理论比较（具体内容略）
悬索桥构造简单、受力明确、跨越能力大、充分发挥材料的强度、抗震 性能好、轻型美观、成为特大跨度(超1000m）桥梁首选桥型。
世界最大跨度悬索桥，1998年，日本，明石海峡大桥，三跨悬索桥 （960m+1991m+960m） 。
汕头海湾大桥，1995年建成，主跨452m，预应力砼加劲梁
江阴长江大桥， 1999年建成， 主跨1385m， 扁钢箱加劲梁
连续刚构桥适用于：大跨径、高墩的桥梁
3.3.2
1、合理跨径比
构造特点
三跨连续刚构边中跨比
国内外已建成桥梁
大部分桥梁
0.5～0.7
0.54～0.58
跨径布置原则： 受力合理，由于墩梁固结，边跨的长短对中跨恒载弯矩 调整影响很小；
满足施工要求：尽量使得在施工过程中，中墩内没有恒 载偏心弯矩。
3.3.1
预应力混凝土T形钢构桥
结构类型
一、体系特点
恒载、活载负弯矩卸载作用基本与连续梁接近 桥墩参加受弯作用，使主梁弯矩进一步减小 弯矩图面积的小，跨越能力大，在小跨径时梁高较低
超静定次数高，对常年温差、基础变形、日照温均较 敏感
均布荷载q
二、刚构桥的主要类型
单跨刚构桥—主要用于中小跨度的跨线桥，建筑高度小。
① 连续刚构桥与带挂孔的T型刚构桥（悬臂梁桥）作比较
恒载作用下,110m带挂孔T型刚构与连续刚构受力的比较
连续刚构与带挂梁T构比较
在混凝土长期收缩徐变作用下，T构悬臂端部会发生下挠 ， 带挂孔的T型刚构桥我国20世纪70～80年代修建较多的一 种桥型，目前已较少采用。
② 连续刚构桥与连续梁桥作比较 相同点： 超静定结构；
柔性墩的分类：
单柱式墩：实体式 、空心式（单箱、双箱）
双柱式薄壁墩：实体式 、空心式（单箱、双箱）
Y、V形墩
用结构力学方法解释当墩顶产生单位水平位移时，
采用分离式桥墩能有效减小桥墩的抗推刚度。
12 EI 12E Bt 3 EBt3 P 2 3 H H H 12 H3
t B 12 EI ' 12E 2 EBt3 ' P 2 2 2 3 12 H H H 4H 3
外形结构形式： 横桥向：桁架式，刚构式，混合式 顺桥向：
1）刚性塔（单柱形或A字形，塔顶变形小，多用于多塔悬索桥） 2）柔性塔（单柱形，塔顶变形较大，多用于一只用于跨度较小的悬索桥）
8、锚碇
功能作用：固定主缆的端头，防止其移动。
分类： ①重力式锚碇（需建造大体积的混凝土锚碇） ②隧道式锚碇（需要坚固的岩壁）
② 预制平行钢丝束股法：工厂预制，单股锚固吨位小，锚固空间相对较大。
桥梁博物馆展示的主缆横截面模型
主缆防锈设备模型
主缆防锈涂层模型 主缆防锈涂层模型 主缆防锈涂层模型
主缆防锈涂层模型
钢绞线、钢丝
2、吊索
作用：将活载和加劲梁恒载通过索夹传递到主缆，上 端与索夹相连，下端与加劲梁相连。 材料：钢丝绳索、平行钢丝索 吊索立面布置： 美式―竖直布置 英式―斜向布置 吊索与索夹的连接方式： 四股骑跨式（只与钢丝绳吊索相配） 双股销铰式
美式悬索桥
英式悬索桥（丹麦大海带桥）
混合式悬索桥
Panay-Guimaras
3.4.2
1、主缆
悬索桥的构造
材料：平行的高强、冷拔、镀锌钢丝。 组成：
由n根钢丝平行编成六边形钢丝束股， 再将多股钢丝束平行编成主缆。
形式：双主缆、多主缆 主缆的编制方法及特点
① 空中编丝组缆法： 现场编制，每束股含钢丝数较多，单股锚固吨位大。
结构形式：钢结构
美式：钢桁梁
英式：钢箱梁
钢桁架梁
某钢箱梁图
钢箱内部施工
6、桥面
钢桥面：防锈和主体铺装两大体系。 混凝土加劲梁桥面 混凝土桥面 沥青混凝土桥面（常用）
7、主塔
作用：
1）分担并传递主缆承受的竖向荷载； 2）承受风荷载及地震荷载，保证全桥整体稳定性。
材料：混凝土、钢
舟山连岛工程的西堠门大桥（世界排名第二）
2009年建成，主跨1650m，钢箱加劲梁
3.4.1
悬索桥的分类
1、按悬吊跨数
三跨悬索桥―最常用 单跨悬索桥―跨度较小 双跨悬索桥―跨度适中 多跨悬索桥―跨度较大
2、按主缆锚固方式
地锚式
主缆拉力由梁端锚碇传递给地基。 适用于地基具有良好的持力岩层，大跨度桥梁。
连续刚构桥适用于：大跨径、高墩、 桥下净空较大和建 筑高度受到限制的场合； 同等跨度连续刚构桥与连续梁桥相比，造价降低约10％。
3.4 悬索桥
定义：是以受拉主缆为主要承重构件的桥梁。 组成： 桥塔、主缆、加劲梁、锚碇、吊索、鞍座、桥面等 受力特征： 荷载由由吊索传至主缆，主缆再传至锚墩及塔。
3、索夹
作用：位于吊索与主缆连接节点上，是其连接件。
4、索鞍
作用：是塔顶上承受主缆的重要构件，安放主缆，将主缆 拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均匀传给塔顶。 另外：
散索鞍―置于锚碇的前墙。
作用：支承转向和分散大缆股束。
索鞍
散索鞍
5、加劲梁
主要功能：提供桥面、防止桥面发生过大挠曲变形和扭曲 变形。 要求：有足够抗扭刚度或自重，良好的气动稳定性。
ROSENSTEIN BRIDGE
跨度68 m，跨中梁高1.65 m
斜腿刚构桥—受力形式接近拱桥，可获得较大跨度或较小的梁高。
安康汉江桥 主跨为176m，中孔跨中64m
连续刚构桥——用于柔性墩或大跨度高墩桥梁
虎门大桥辅航道桥
跨径：150+270+150m，1997年建成。
Raftsundet Bridge 跨径：86+202+298+125m
2、截面形式 单跨刚构桥——矩形截面 斜腿刚构——箱型截面、多肋式 连续刚构——大跨度：变高度箱梁 小跨度：多室扁箱梁 V型墩刚构——箱型截面、多肋式
3、节点构造 角点受力特点
4、铰的构造 钢铰
混凝土铰
5、预应力配索特点 三向预应力体系 腹板、顶底板 —— 纵向预应力 顶 腹 板 —— 横向预应力 板 —— 竖向预应力
V型墩刚构——内部高次超静定，外部接近连续梁
连续钢构桥小结
连续刚构桥整体性好，内力分布更均匀，桥面线型连续 性好； 连续刚构桥边中跨比一般为0.5～0.7，其中以比值 0.54～0.58居多；
连续刚构桥是墩梁固结的超静定结构，为减少次内力影 响，通常采用抗压刚度较大，抗推刚度较小的双柱薄壁 柔性墩；
整体性好，内力分布均匀，桥面线型连续。
不同点：
悬臂施工时连续梁桥的中墩需要临时固结，连续刚构
桥的中墩则是永久固结； 连续梁桥墩顶需要设置支座，连续刚构桥省去支座。
对三跨连续刚构与连续梁的受力分析比较图
连续钢构桥与连续梁桥作受力比较
连续刚构根部的恒载、活载弯矩略小于连续梁； 两者跨中的恒载、活载弯矩在墩高达到40m时相差小于 10%，连续梁 偏大； 连续刚构桥墩根部恒载、活载弯矩随着桥墩加高而减小，但墩高达 40m以上时减少的速率很小。
3
P P 4
'
抗推刚度减小 双柱式薄壁墩是柔性墩
双柱式薄壁墩构造要求 桥墩纵向厚度 t：
t 1 / 8 ~ 1 / 15H
t 1/ 70 ~ 1/ 80L
墩柱横向宽度B: 一般与根部箱梁底板同宽 墩中距 b：
b 1/ 20 ~ 1/ 25L
MAIN RIVER BRIDGE 82-135-82m main span
6、桥墩布置
采用柔性墩的必要性： 为减少由混凝土收缩徐变、温度变化及基础变位等在梁体 上引起的次内力，故采用抗推刚度较小的柔性墩；
利用桥墩的柔性来适应桥梁的变形，提高桥梁的抗震性能。
柔性墩和刚性墩的区别： 刚性墩：桥墩的抗推刚度较大，与梁根部的抗弯刚度相当。 柔性墩：在顺桥向的墩身很薄，在外力作用下能产生一定的 水平位移，并能借助上部结构传递水平力的桥墩。
自锚式
主缆拉力由梁端传递给加劲梁。 适用于承载力较差的软土地基，中、小跨度桥梁。
地锚式悬索桥
自锚式悬索桥
自锚式悬索桥
3、按悬吊方式
美国式悬索桥―竖直吊索、钢桁架加劲梁。 英国式悬索桥―三角布置斜吊索、高度较小扁平流线型钢 箱梁作加劲梁。
混合式悬索桥―竖直吊索、扁平流线型钢箱梁作加劲梁， 有的还设有若干加强用的斜拉索。
海沧大桥锚碇模型
海沧大桥的东锚碇设计成桥梁博物馆
悬索桥锚碇的施工
3.4.3
悬索桥设计要点
悬索桥三种静力计算理论比较（具体内容略）
悬索桥构造简单、受力明确、跨越能力大、充分发挥材料的强度、抗震 性能好、轻型美观、成为特大跨度(超1000m）桥梁首选桥型。
世界最大跨度悬索桥，1998年，日本，明石海峡大桥，三跨悬索桥 （960m+1991m+960m） 。
汕头海湾大桥，1995年建成，主跨452m，预应力砼加劲梁
江阴长江大桥， 1999年建成， 主跨1385m， 扁钢箱加劲梁
连续刚构桥适用于：大跨径、高墩的桥梁
3.3.2
1、合理跨径比
构造特点
三跨连续刚构边中跨比
国内外已建成桥梁
大部分桥梁
0.5～0.7
0.54～0.58
跨径布置原则： 受力合理，由于墩梁固结，边跨的长短对中跨恒载弯矩 调整影响很小；
满足施工要求：尽量使得在施工过程中，中墩内没有恒 载偏心弯矩。