斜拉桥的构造及设计

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早期:稀索
拉索间距 现代:密索 混凝土达6m~12m 钢梁(或组合梁)斜拉桥达8m~16m 混凝土达15m~30m
钢斜拉桥达30m~50m
拉索倾角(边索)
辐射式或扇式:260~380 竖琴式:220~300
角控制在250~450
2013-7-13
桥梁工程
图a)主梁下挠量为:
Pb Pb3 tan 2 EA sin cos 3EI
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二、索塔布置
1. 索塔的形式
索塔的纵向布臵形式
索塔的横向布臵形式
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2. 塔的高度 定义:一般应从桥面以上算起,也不包括由于建筑造型或观 光等需要的塔顶高度。
影响因素:与主跨跨径有关,还与拉索的索面型式(辐射式、竖琴式或扇 式)、拉索的索距和拉索的水平倾角有关。 索 主跨跨径 双塔:H/L2=1/4~1/7 ① 索塔高度低,拉索的水平倾角就小,则拉索的垂直分力对主梁的 塔 索面形式(辐射式、竖琴式、扇式或星式) 支承作用就小,会导致拉索的钢材用量增加。 单塔:H/L2=1/2.7~1/3.7 高 ② 索塔高度愈大,拉索的水平倾角愈大,拉索对主梁的支承效果也 度 拉索的索距和拉索的水平倾角(≥22°) 愈大,但索塔和拉索的材料用量也要增加,还会增加施工难度。
Sunshine Skyway Bridge (USA 1987) span=366 m
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桥梁工程
圣地亚哥· 卡拉特拉瓦 (Santiago Calatrava)
Alamillo Bridge (Spain 1992), 跨度200米,高142米 2013-7-13 桥梁工程
Marian Bridge (the Czech Republic)
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2. 按拉索的锚拉体系分类
自锚式斜拉桥 地锚式斜拉桥 部分地锚式斜拉桥
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第三节 一、主梁的构造
斜拉桥的构造与设计
应综合考虑斜拉桥纵、横向受力情况,合理选择截面形 式和梁高。 1. 主梁的高跨比 双 塔 三 跨 斜 拉 桥 :混 凝土主 梁 1/100~ 1/220;组 合 梁 1/125~1/200;钢主梁 1/180~1/330; 独塔斜拉桥:梁高视主跨长度、索面数、截面形式等变 化较大,可略低于同跨径的双塔式梁高。
在双塔三跨式斜拉桥的主跨中央部分,带有一个简支挂 孔或剪力铰。
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五、结构体系
1.按梁体与塔墩的连接划分 常用的结构体系包括:飘浮体系、支承体系(半飘浮体 系)、塔梁固结体系、刚构体系,如图示:
飘浮体系宜用于跨度较大、索距较密或在有抗震要求的地区修建的 斜拉桥;缺点:悬臂施工,需临时固结,解除临时固结时,主梁会发 生纵向摆动。 支承体系(或半飘浮体系)宜用于跨度较小的斜拉桥;缺点:须采 用能调节高度和支座反力的特殊支座,否则主梁在塔柱处有较大负 弯矩,同时温度、收缩、徐变次内力也较大。 塔梁固结体系宜用于塔根弯矩小和温度内力小的斜拉桥;缺点:主 梁转角位移导致塔柱倾斜,塔顶水平位移较大,增大主梁跨中挠度 和边跨负弯矩,需设大吨位支座。 刚构体系宜用于独塔或双塔高墩和对变形要求较高的斜拉桥;缺点: 固结处负弯矩大,为消除温度应力,要求墩身有一定的柔性,适合 于独塔斜拉桥。
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第二节 一、跨径布置与分孔
斜拉桥的总体布置
斜拉桥的跨径布臵与分孔,除了考虑桥位处的地形、 地质、水文条件、通航要求以及技术条件,还要考虑桥跨变 化的韵律感与连续性。一般而言,斜拉桥跨径控制在300m~ 1000m之间是较为合适的。 分为双塔三跨式、独塔双跨式和多塔多跨式等三种形式。 在特殊情况下,也可布臵成独塔单跨式或混合式。
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1. 双塔三跨式 适用:跨越较大的河流、海口及海面;最常用,分对称式和 非对称式。
边跨L1与中跨L2之比: 一般宜为0.33~0.50 钢主梁宜为0.30~0.40;组合梁宜为0.40~0.50;混合梁 宜为0.30~0.45;混凝土主梁宜为0.40~0.45。但在特殊的 地形条件下,可采用更小的跨径比或采用地锚式斜拉桥。
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二、索塔的构造
1. 索塔的形式和截面 纵向形式:
横向形式:
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2. 索塔的细部构造要求 混凝土索塔:应根据施工需要在索塔内配 臵型钢作为劲性骨架。 索塔受力钢筋和普通箍筋应符合下列条件: 斜拉桥钢索塔:宜设计成矩形空心箱截面 形式,根据工程实际也可将其设计成T形 ① 竖向受力钢筋的直径不宜小于20mm; 或准十字形空心箱形式。 ② 竖向受力钢筋的截面积不应小于混凝土截面积
主跨1088m混合梁斜 拉桥
桥梁工程
2. 国内的发展 学习阶段:
60年代初传入我国; 1975年四川、上海先后建成试验性钢筋混凝土斜拉桥 (75.8m云阳汤溪河桥, 54m新五桥); 1977年改革开放;1982年建成220m济南黄河大桥
推广阶段(80年代,30余座斜拉桥)
1987年天津永河大桥(260m)、东营黄河桥(288m 我国第 一座钢斜拉桥),1988年广州海印桥(单索面,175m)、重庆石门大 桥(230m不对称独塔)
多塔斜拉桥,具有两个以上索塔的斜拉桥。
混凝土梁斜拉桥,主梁为钢筋混凝土或预应力混凝土结构 的斜拉桥。
钢梁斜拉桥,主梁与桥面板均为钢结构的斜拉桥。
组合梁斜拉桥,主梁为钢结构,桥面板为混凝土结构,主 梁与桥面板组合共同承载的斜拉桥。
混合梁斜拉桥,边跨的一部分或全部采用混凝土梁,主跨 的大部分或全部采用钢梁或组合梁的斜拉桥。
高潮 (90年代)
1991年上海南浦大桥(423m),1993年上海杨浦大桥(602m) 2001年南京长江二桥(628m) ,2005年的南京长江三桥(648m),2008 年苏通长江大桥(世界第一,主跨1088米)
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三、斜拉桥的种类
矮塔斜拉桥,又称部分斜拉桥。塔高较低,梁体刚度较大, 斜拉索对承载力的贡献相对较小。
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2. 独塔双跨式 适用:跨越中、小河流、谷地和城市道路或较大河流的主航 道。
边跨L1与中跨L2之比: 一般宜为0.5~1.00
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3. 多塔多跨式(≥3塔)(≥4跨)
缺点:由于中间塔没有端锚索有效地限制其变位,柔性太大。 改进措施: 做中间刚性塔(如马拉开波桥); 拉索加劲中间塔(如香港汀九桥); 加粗尾索并在锚固尾索的梁段上压重, 以增加索的刚度(如洞庭湖大桥)。 边跨L1与中跨L2之比: 可参照双塔三跨斜拉桥
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三、拉索布置
1. 索面位臵
单索面 空间布臵形式
竖直双索面 双索面
倾斜双索面(空间双索面)
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2. 索面形状 斜拉索纵桥向布臵宜采用扇形,也可采用竖琴形、辐射 形、星形等。
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3. 索距的布臵
可以分为“稀索”与“密索”:在早期的斜拉桥中都为 “稀索”(超静定次数少),现代斜拉桥则多为“密索”(必 须利用电子计算机计算) 。
已建成300多座
20世纪30年代德国工程师迪辛格(Dischinger)提出
第一座混凝土斜拉桥,主 跨为160+5×235+160
斜拉桥得到 迅速发展
1995年建成法国诺曼底桥
1999年日本建成多多罗桥
主跨856m混合型斜拉桥
主跨890m钢斜拉桥
2008年中国建成苏通大桥 老挝的竹斜拉桥 爪哇的竹斜拉桥 纽伦堡萨尔河桥(德国,1824) 泰晤士河Albert桥(英国,1873) 2013-7-13
span=123.3m,pylon=75m
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苏通大桥,2008年建成,主跨1088米,混合梁
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2005年建成的南京长江三桥,主跨648米,钢箱梁
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2001年建成的南京长江二桥,主跨628米,钢箱梁
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第一节
斜拉桥概述
一、斜拉桥 (cable-stayed bridge ) 的简介
定义:由梁、索、塔三类构件组成的一种桥面体系以加 劲梁受压(密索)或受弯(稀索)为主,支承体系以斜 拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。 特点:与吊桥相比

它是一种自锚体系,不需昂贵的地锚基础; 防腐技术要求较低,还可在通车情况下换索; 刚度较大,抗风能力较好; 用钢量较少; 采用悬臂施工不防碍通航。
桥梁工程 (Bridge Engineering)
授课人:王智超
土木工程与力学学院
第四篇 斜拉桥与悬索桥
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第一章 斜拉桥的构造及设计
---------------------------------------------------------§1-1 斜拉桥概述 §1-2 斜拉桥的总体布臵 §1-3 斜拉桥的构造与设计 ----------------------------------------------------------
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二、斜拉桥的发展历史
1. 国外的发展 斜拉桥雏形 斜拉桥的失败(18世纪下半叶至19世纪初) 失败原因: 1955年在瑞典建成 1962年在委内瑞拉建成 桥梁结构的力学理论缺乏 马拉开波桥 “Stromsund桥” 拉索材料的强度不足
第一座现代化钢 斜拉桥主跨182m
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4. 辅助墩和外边孔
辅助墩适用条件:当边孔设在岸上或浅滩,边孔高度不大或不影响通 航时 优点:可以改善结构的受力状态,增加施工期的安全。当辅助墩受压 时,减少了边孔主梁弯矩,而受拉时则减少了中跨主粱的弯矩和挠度, 从而大大提高了全桥刚度。实践证明:设一个辅助墩后,塔顶水平位 移、主梁跨中挠度、塔根弯矩和边跨主梁弯矩都大大减少,一般约为 原来的40%~65%。
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2. 主梁横截面 主梁横截面宽度B,取决于行车道、人行道宽、拉索布臵、 横断面布臵、抗风稳定性等,B/L≥1/30, B/h≥8。 混凝土斜拉桥主梁截面:实心板截面、边箱梁截面、箱 形截面、带斜撑箱形截面和肋板式截面。
实心板截面适用于跨径≤200m斜拉桥;肋板式截面及边箱梁截面适 用于双索面斜拉桥;带斜撑的箱形截面适用于单索面斜拉桥。 当桥面很宽时,箱梁截面可考虑设为单箱多室截面、肋板式及边箱 梁截面,必要时在中ห้องสมุดไป่ตู้板的部分适当增加梁肋数。
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钢梁斜拉桥主梁截面:箱形截面、板板截面、分离式边 箱截面和钢板梁截面,当采用双层桥面的主梁时,宜采 用桁架形式。
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组合梁斜拉桥主梁截面:用两工字形钢主梁其间加小纵 梁截面形式,跨径较大时也可采用边钢箱梁截面形式。
宜采用双索面,飘浮体系。 采用钢筋混凝土或预应力混凝土桥面板,其厚度≥250mm,混凝土强 度等级≥C40,需存放4~6个月后才能使用,混凝土板间接缝、钢梁 顶面的剪力键与钢梁顶面应有效地结合成整体。
图b)塔顶水平位移为:

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F H EA sin cos 2
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四、主梁的布置
1. 主梁为连续体系 主梁为连续梁或连续刚构(拉索为跨内的弹性支承), 为改善受力布臵外边孔时,斜拉桥主梁梁体还与边跨或引桥 的上部结构主梁相连续。
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2.主梁为非连续体系
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1999年建成的日本多多罗大桥,主跨890米,钢箱梁
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诺曼底大桥(Normandy Bridge), 1995建成,主跨856米,为混合梁,其 中624米为钢梁,其它为混凝土梁。 2013-7-13 桥梁工程
厄勒海峡大桥(Oresund Bridge),总长约16公里,连接丹麦哥本 哈根和瑞典第三大城市马尔默,于1995年动工,2000年通车。 2013-7-13 桥梁工程
杨浦大桥 (1993)
主桥为双塔空间双索面钢—混凝土结合梁斜拉桥结构,塔墩固结,上部结构为纵向悬浮体 系,主桥全长1178米,过渡孔45+边孔(99+144)+主孔602+边孔(144+99)+45
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2005年建成的长沙浏阳河洪山大桥,主跨206米,斜塔垂直高度136.8米, 塔身倾斜角58度。 桥梁工程
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