斜拉桥

33
a)漂浮体系
b)半漂浮体系
c)塔梁固结体系
d)刚构体系
图1-9 结构体系按支承分
34
（1）飘浮体系
斜拉索是不能对梁提供有效的横向支承的，为了抵抗由于风力等引起 主梁横向水平位移，一般应在塔柱和主梁之间设置一种用来限制侧向变位 的板式或聚四氟乙烯盆式橡胶支座，简称侧向限位支座。
斜拉索 钢板 塔 身 限位块 橡胶块 主梁
43
（1）实体梁式和板式主梁
构造简单和施工方便的优点；一般仅适用于双索面斜拉桥；
梁高较矮时，截面空气阻力小，在空气动力性能方面是合理与有效的，特 别当桥面宽度增大到整个截面近似于一块平板时。
但抗弯、抗扭能力较小，截面效率较低。跨径不大。
3060 30 100 50
1.0%
1125
1.5%
150
1125
36
（2）半飘浮体系
半漂浮体系的特点是塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支承，成为具有多 点弹性支承的三跨连续梁。 一个固定支座，三个活动支座；也可以是四个活动支座，但一般均设活动 支座，以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变位，水平位移将由斜拉 索制约。 半漂浮体系若采用一般支座来处理则无明显优点，因为当两跨满载时，塔 柱处主梁有负弯矩尖峰，温度、收缩、徐变次内力仍较大。 若在墩顶设置一种可以用来调节高度的支座或弹簧支承来替代从塔柱中心 悬吊下来的拉索（一般称“零号索”），并在成桥时调整支座反力，以消 除大部分收缩、徐变等的不利影响，这样就可以与漂浮体系相媲美，并且 在经济和减小纵向漂移方面将会有一定好处。
上海杨浦大桥（L=602m,1993年），当时最大跨径的“钢－混”结 （叠）合梁斜拉桥
9
法国Normandy桥(L=856m,1995年) ，当时世界最大跨径的“钢-混” 混合梁斜拉桥
10
日本多多罗桥（L=890m,1999年），当时跨径最大的斜拉桥，为混 合梁斜拉桥。
11
江苏苏通（苏州-南通）大桥 （L=1088m，2008），目前世界第二
里程碑式意义：
3
现代斜拉桥里程碑：
第一座现代化斜拉桥－瑞典Stromsund桥（斯特罗姆海峡桥），德国DEMAG 公司迪辛格设计（L=182.6m, 1955年）
4
1952年,德国莱昂哈特（Leonhardt）教授在世界上第一个设计出现代化斜拉桥 －－德国杜塞尔多夫（Dusseldorf）跨过莱因河的Theodore-Heuss桥，但该桥直到 1958年才建成。
放射形
竖琴形
扇形
图1-8 斜拉索立面布置方式
30
（a）辐射形
布置的斜拉索沿主梁为均匀分布，而在索塔上则集中于塔顶一 点。由于其斜拉索与水平面的平均交角较大，故斜拉索的垂直分力 对主梁的支承效果也大，但塔顶上的锚固点构造复杂；
（b）竖琴形
布置中的斜拉索成平行排列，在索数少时显得比较简洁，并可简化 斜拉索与索塔的连接构造，塔上锚固点分散，对索塔的受力有利，缺 点是斜拉索的倾角较小，索的总拉力大，故钢索用量较多。
3400
30 0
250
280
中腹板间距较小，有利于 单索面的传力，边腹板倾
角更小，对抗风更有利。 图2-3 长沙湘江北大桥三室箱梁截面
47
双索面箱形截面主梁
2650 17 5 115 0 115 0 17 5
拉 索
1%
3 00
1% 1.5 % 1.5 %
图2-4 武汉长江二桥双箱形主梁 分离式的两个箱体各自锚固于拉索，两箱之间则以横梁和桥面板连结。双箱梁 的典型截面为倒梯形。
42
1 主梁的构造
主梁的作用：
1、将恒、活载分散传给拉索。梁的刚度越小，则承担的弯矩越小； 2、与拉索及索塔一起成为整个桥梁的一部分，主梁承受的力主要是拉索的 水平分力所形成的轴压力，因而需有足够的刚度防止压屈； 3、抵抗横向风载和地震荷载，并把这些力传给下部结构。
主梁的型式：
1、实体梁、板式；2、箱型截面梁；3、叠合梁；4、钢桁梁
37
（3）塔梁固结体系
塔梁固结体系的特点是将塔梁固结并支承在墩上，斜拉索变为弹性支承。 这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固定支座，而其余均为纵向可以 活动的支座。
优点： 显著减小主梁中央段的轴向拉力，且在索塔和主梁中的温度内力极小。 缺点： 主梁在墩顶处转角位移导致塔柱倾斜，使塔顶产生较大水平位移，增大 主梁跨中挠度和边跨负弯矩； 需要设置很大吨位的支座，万吨级。
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（4）刚构体系
塔梁墩相互固结，形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。
优点： 既免除了大型支座又能满足悬臂施工的稳定要求；结构的 整体刚度比较好，主梁挠度又小。 缺点： 主梁固结处负弯矩大； 应用于双塔斜拉桥中时要求墩身具有一定的柔性； 比较适合于独塔斜拉桥。
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（5）部分地锚体系
按照斜拉索的锚固方式分类：自锚式、地锚式
45
单索面箱形截面主梁
（a）法国布鲁东纳（Brotonne）桥
（b）美国日照（Sunshine Skyway）桥
单箱单室： 采用斜腹板，可以改善抗风性能，又可减小墩台的宽度，且箱形截面的抗 扭刚度也大。
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单箱三室：
30100
1.5% 1.5%
300
4900
2650
15000
2650
4900
宽达30-35m，悬臂施工时， 须将截面分成三榀，先施 工中间箱，待挂完拉索后， 再完成两侧边箱的施工， 呈品字形前进，将截面构 成整体。
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图2-5
美国P—K桥三角形双箱梁（PK断面）
其纵肋可以传递轴力，且其离索很近，传力性能好，故底板可以省了。同时， 这种截面施工时需要内模。
抗风性能良好，中部无底板，可减轻结构自重。
49
13000 2500 7000
230
图2-6 挪威Skarnsunddet桥主梁
三角形截面对抗风最有利
50
2150
Hale Waihona Puke Baidu15 0
图2-7 南京长江二桥扁平多室钢箱梁（正交异性板）
51
图2-8 岩黑岛桥主梁节段（双层钢桁梁）
52
图2-9 杨浦大桥叠合梁主梁断面
53
（3）不同主梁的适宜跨径
斜拉桥主梁有下列四种不同的组成方式： 1、预应力混凝土梁，称为混凝土斜拉桥，经济跨径400m以下。 2、钢－混凝土组合梁，称为组合梁斜拉桥，经济跨径400～ 600m。 3、全钢主梁，称为钢斜拉桥，经济跨径600m以上。 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，经济跨径600m以上。
德国Theodore-Heuss桥（1958年)
5
马拉开波桥（L=5×235m, 1962年），第一座混凝土斜拉桥
6
美国P-K桥（L=299m, 1978年），第一座密索体系混凝土斜拉桥
7
挪威Skarnsundet桥(L=530m,1992年)斯卡恩圣特桥，保持混凝土斜拉桥最大 跨径的记录。
8
(c)
倒Y 型
(d ) ( e) (f ) (g ) (h) ( i)
纵桥向
图1-5 索塔形式布置示意图
27
横桥向
（2）塔的高跨比
索塔的高度H决定着整个桥梁的刚度和经济性
图1-6 索塔高跨比范围
28
4 拉索布置
（1）索面位置
单索面 竖向双索面 斜向双索面、多索面
图1-7 索面布置
29
（2）索面形状
14
Millau米洛高架桥
多跨连续高墩单索面斜拉桥 (L=342m) ， 2# 墩高 245 米，加 90 米塔高，总高 343 米。 流线形带风嘴桥面，3米高风障。顶推法 施工。
204＋6×342＋204m,2004年
15
K.C.鲁克桥（林同炎），岩锚索曲线梁斜拉桥，平曲线 R=458m—因故未建
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5 主要结构体系
斜拉桥的结构体系，可以有以下几种不同的划分方式：
（1）按塔、梁、墩相互结合方式，可划分为漂浮体系、半漂浮体系、塔 梁固结体系和刚构体系。
（2）按主梁的连续方式，有连续体系和T构体系等。
（3）按斜拉索的锚固方式，有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。
（4）按塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系。
（c）扇形
布置的斜拉索是不相互平行的，它兼有上面两种布置方式的优点，在 设计中获得广泛应用。
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（3）索距的布置
“稀索”与“密索” 密索体系优点如下： 1、索距小，主梁弯矩小（主梁上索距一般混凝土梁是4-10m，钢梁是1220m）； 2、索力较小，锚固点构造简单； 3、锚固点附近应力流变化小，补强范围小； 4、利于伸臂架设； 5、易于换索。 6、斜拉桥采用悬臂法架设时，索间距宜为5～15m。
图1-10 主梁侧向限位支座
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优点：
A 塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值； B 温度、收缩和徐变次内力均较小；
C 主梁各截面的变形和内力的变化较平缓，受力较均匀；
D 地震时允许全梁纵向摆荡，作长周期运动，从而吸震消能。斜拉桥主 跨400米以上多采用此种体系 。
缺点：
A 悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，成桥后解除临时固结时，主梁 会发生纵向摆动，应予注意。 B 纵向飓风和地震荷载使漂浮体系斜拉桥产生过大的摆动，影响安全。 （梁底部位设置高阻尼水平弹性限位装置）。
斜拉桥多数是自锚体系。只有在主跨很大边跨很小时，少 数斜拉桥才采用部分地锚体系。
图1-11 西班牙卢纳桥
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（6）矮塔/部分斜拉桥体系
按塔高分类：常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥 矮塔部分斜拉桥受力性能介于梁式桥和斜拉桥之间。
图1-12 矮塔部分斜拉桥
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二 斜拉桥的构造
1 主梁的构造
2 索塔
3 拉索
斜拉桥概论
一 总体布置 二 斜拉桥构造 三 斜拉桥施工 四 工程实例
1
一 总体布置
1 概 述
2 孔跨布局
3 索塔布置
4 拉索布置
5 结构体系
2
1 概述
斜拉桥的发展：
step1：稀索布置，主梁较高，主梁以受弯为主，拉索更换 不方便。
step2：中密索布置，主梁较矮，主梁承受较大轴力和弯矩。
step3：密索布置，主梁更矮，并广泛采用梁板式开口断面， 主梁承受轴力为主，弯矩为辅。
1.5%
50100
30
150
150
1.0%
140 180 230
2420 2600
260 140 230
图2-1 实体梁、板梁截面示意图
270
44
（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； 其组合截面，也可以方便地形成封闭式的单箱形式或分离式的双箱形式，以 适应不同桥宽的需要； 截面的组合构造，也可以部分预制、部分现场浇筑为桥梁施工方案提供了更 多的选择。
索塔：
采用混凝土、钢－混凝土组合或钢结构；大部分采用混凝土结构；
斜拉索：
采用高强材料（高强钢丝或钢绞线）制成，或其他新材料（碳纤 维）等。
20
斜拉桥基本力学特点：
斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的恒载和车辆荷载传递至索塔， 再通过索塔传至基础（地基）。 主梁在斜拉索的支承下，呈多跨弹性支承的连续梁受力，梁内弯矩大大地降低， 使主梁尺寸大幅度减小（梁高一般为跨度的1/50～1/200），减轻结构自重，增大了 桥梁的跨越能力（如图1-1）。高次超静定。
12
海参崴俄罗斯岛跨海大桥（L=1104,2012）成为全世界第三座跨度超过千米的 13 斜拉桥，全球主跨最长的斜拉桥。
（ 286+560+560+560+286m ,2003年）
2003 年建成的希腊 Rion-Antirion 桥（安蒂 里奥大桥）跨越科林斯海湾，水深达65米， 岩床深 500 米， 2000 年重现期的地震最大峰 加速度1.2g，半岛以每年8-11mm速度漂离大 陆，五跨连续全漂浮斜拉桥的抗震体系 (L=560m) ，可滑动的加筋土隔震基础 (2530m钢管桩加固，3m垫层)
图1-1 三跨连续梁和三跨斜拉桥的恒载内力对比
21
2 孔跨布局
（1）双塔三跨式
主跨跨径较大，一般适用于跨越大江、大河。
图1-2
双塔三跨式斜拉桥
22
0.303
南京长江二桥（单位：m）
23
0.486
（2）独塔双跨式
由于它的主孔跨径一般比双塔三 跨式的主孔跨径小，适用于跨越 中小河流和城市通道。
图1-3 独塔斜拉桥
16
鹿特丹的超现代伊拉斯缪斯大桥
17
长沙洪山庙大桥
18
香港昂船洲大桥,全长1614米，主跨1018米，为圆形独柱分离流线型双箱斜拉桥， 塔高298米。大桥于2003年动工，2009年竣工。
19
斜拉桥：主梁、索塔和斜拉索
主梁：
一般采用混凝土结构、钢－混凝土组合结构、钢结构或钢和 混凝土混合结构；
24
（3）多塔多跨式
图1-4
三塔四跨式斜拉桥
25
由于多塔多跨式斜拉桥(或悬索桥）的中间塔顶没有端锚索限制它 的变位，使结构柔性进一步增大，可能导致变形过大。
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3 索塔布置
（1）索塔的形式：纵向、横向；斜拉桥个性，视觉效果
(a)
( b)
(c)
(d )
( e)
(f )
单柱式
(a) ( b)
A字型