第八章 斜拉桥

第八章斜拉桥第八章斜拉桥第一节斜拉桥的发展第二节总体布置及结构体系第八章斜拉桥第一节斜拉桥的发展1.国外的发展2.斜拉桥在我国发展3.斜拉桥的发展阶段及示例第八章斜拉桥1.国外的发展第一座现代化钢斜拉桥主跨182m20世纪30年代提出1955年在瑞典建成第一座混凝土斜拉桥，主跨为160＋5×235＋1601962年建成的马拉开波桥斜拉桥得到迅速发展建成300多座主跨856m混合型斜拉桥1994年建成法国诺曼底桥主跨890m钢斜拉桥1998年日本建成多多罗大桥第八章斜拉桥排序桥名主跨(m)建成年主梁1南京长江二桥6282001钢2武汉长江三桥6182001混合3青州闽江大桥6052001结合4上海杨浦大桥6021993结合5上海徐浦大桥5901997混合6汕头岩石大桥5181999混合7湖北荆沙长江大桥5002002P．C．8湖北鄂黄长江大桥48020029湛江海湾大桥480200710香港汀九桥4751997结合2.斜拉桥在我国发展第八章斜拉桥主跨排世界前十名的斜拉桥第八章斜拉桥3.斜拉桥的发展阶段及示例稀索布置第八章斜拉桥密索布置第八章斜拉桥南浦大桥（1991），全长8346米，主桥长846米，采用双塔双索面钢与混凝土结合梁斜拉桥，主跨跨径423米。第八章斜拉桥杨浦大桥(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，上部结构为纵向飘浮体系，主桥全长1178米，过渡孔45+边孔（99+144）+主孔602+边孔（144+99）+45m。第八章斜拉桥SunnibergBridges(Swiss)第八章斜拉桥第八章斜拉桥OresundBridge第八章斜拉桥Themainbridge，aharpcable-stayedbridgewithtwosidespans第八章斜拉桥ApproachBridgeMainBridge第八章斜拉桥AyunoseBridge（日本1990）峡谷深140m，宽300m，总长390m，主跨200m第八章斜拉桥LaPortad’EuropaBasculeBridge(Spain)109m，Rotation75°第八章斜拉桥AlamilloBridge(Spain1992)第八章斜拉桥MarianBridge(theCzechRepublic)span=123.3m，pylon=75m第八章斜拉桥Bridgeandtowerelevations第八章斜拉桥SunshineSkywayBridge(USA1987)span=366m第八章斜拉桥Chesapeake&DelawareCanalBridge(USA1995)span=229m第八章斜拉桥Pylonandmainspanduringconstruction第八章斜拉桥中国（2008年），苏通大桥，主跨1088m第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥第二节总体布置及结构体系1.总体布置２.结构体系３.斜拉桥构造4.斜拉索在塔梁上的锚固5.斜拉桥的计算第八章斜拉桥总体布置塔索布置跨径布置拉索及主梁的关系塔高与跨径关系1.总体布置第八章斜拉桥1.1跨径布置双塔三跨：边跨l1/中跨l2=0.2～0.5；单塔二跨：边跨l1/中跨l2=0.5～1.0；多塔多跨：第八章斜拉桥独塔双跨第八章斜拉桥双塔三跨第八章斜拉桥多塔多跨第八章斜拉桥辅助墩及外边孔第八章斜拉桥1.2索塔高度索塔高度主跨跨径索面形式（辐射式、竖琴式或扇式）拉索的索距和拉索的水平倾角双塔：H/l2=0.18～0.25；单塔：H/l2=0.34～0.45第八章斜拉桥１.3拉索布置空间布置形式单索面双索面竖直双索面倾斜双索面第八章斜拉桥单索面斜拉桥在横桥方向只有单个支撑点，结构抗扭刚度低，不利于承受偏心活载，抗风性能以及施工稳定性差，依靠主梁自身的抗扭刚度承受扭矩，因此宜采用扭转刚度较大的主梁，一般为箱形截面。这种结构体系特别合适设有中央分隔带的桥梁，可以利用分隔带布置索面，桥面的有效宽度大，桥墩布置灵活，视觉效果好。第八章斜拉桥双索面结构抗扭刚度大，动力抗风性能好，因此主梁的抗扭刚度要求小些，可用闭口箱形截面，也可用开口截面，但是，从结构抗风性要求以及悬臂施工过程中的安全性要求考虑，主梁截面的扭转刚度也不宜设计得过小。第八章斜拉桥拉索在立面内的布置型式辐射式竖琴式扇式星形第八章斜拉桥辐射形布置时拉索的倾角大，传递竖向荷载的效率高，而且张力水平分力也比较小，可以减轻主梁的轴向压力。缺点是塔顶锚固过于集中，构造处理非常困难，因此，除拉索数量不多的小跨斜拉桥以外很少采用。第八章斜拉桥竖琴形拉索布置是平行布置拉索的结构体系，最大特点是避免拉索之间相互交叉的视觉效应，拉索长度变化有韵律，景观效果较好，而且对主梁的轴向变形约束刚度大。缺点是竖向的传力效果比较差。当拉索布置对斜拉桥经济性影响不大时（中等跨度的钢桥）或者从景观需要考虑，设计可采用竖琴形的拉索布置形式。第八章斜拉桥扇形布置的拉索在索塔锚固分散到一定的高度范围，其分布范围由锚固构造要求确定，一般两个锚固点的间距为3～4m左右。这种布置方式索力传递接近于最合理，构造也能满足施工要求，是斜拉桥普遍采用的一种结构形式。第八章斜拉桥拉索间距早期：稀索混凝土达15m～30m钢斜拉桥达30m～50m现代：密索混凝土达4m～12m钢斜拉桥达8m～24m第八章斜拉桥拉索倾角（边索）辐射式或扇式：260～300竖琴式:210～300第八章斜拉桥在斜拉桥中，经常用端锚索来约束索塔的变形。端锚索是最上端的背索，张力比其他拉索大，设计时一般采用截面较大的拉索。端锚索第八章斜拉桥１.4主梁的布置第八章斜拉桥第八章斜拉桥２.结构体系按梁体与塔墩的连接漂浮体系半漂浮体系塔梁固结体系刚构体系第八章斜拉桥第八章斜拉桥漂浮体系是指主梁在顺桥向变形不受索塔约束，主梁水平荷载不直接传递到索塔的结构形式，这种结构体系具有索塔在顺桥向负担小和主梁弯矩分布均匀的优点，而且结构的纵向周期长，可以减轻地震作用。不足之处是结构刚度小，顺桥向变形较大，施工期间稳定性差。第八章斜拉桥支承体系（包括半漂浮体系）指塔梁之间有竖向支承、并在顺桥向有一定水平约束的结构形式，其中半漂浮体系在顺桥向无约束。由于主梁支承在桥塔的横梁上，整体刚度比漂浮体系大。这种结构体系中索塔对主梁的纵向水平约束刚度需根据结构受力要求通过试算确定，一般约束刚度越小，结构受到的水平地震作用也就越小，但顺桥向的水平变形增大。不足之处是刚度较大的支点使得主梁在出现比较大的负弯矩。第八章斜拉桥塔梁固结体系是指塔梁之间固结，但塔与墩之间用支座传递荷载的结构形式。其优点是索塔的弯矩小、主梁受力比较均匀，整体升降温引起的结构温度应力较小。缺点是结构的刚度小，在荷载作用下变形比较大，塔下的支座承受比较大的反力，需要采用大吨位的支座，在跨度比较大的斜拉桥中不宜采用。第八章斜拉桥刚构体系是指塔、梁、墩三者之间固结的结构，这种结构体系的刚度比较大，结构变形小，索塔部位不需要设置支座，结构维护容易，施工过程中结构稳定性比较好。不足之处是支点处主梁弯矩大，索塔还需要承受很大的温度应力以及水平地震作用，故一般适用于结构温度应力不大的小跨度独塔斜拉桥。第八章斜拉桥拉索的锚拉体系自锚式斜拉桥地锚式斜拉桥部分地锚式斜拉桥自锚式第八章斜拉桥地锚式部分地锚式第八章斜拉桥３.斜拉桥构造3.1桥塔3.1.1桥塔结构形式顺桥向：柱型、A字型、倒V形、倒Y形横桥向：单柱、双柱、门型、V型、倒Y型第八章斜拉桥适用于单索面的索塔第八章斜拉桥适用于双索面的索塔第八章斜拉桥3.1.2塔柱截面形式（1）钢塔柱第八章斜拉桥（2）混凝土塔柱第八章斜拉桥第八章斜拉桥3.2主梁斜拉桥主梁根据制作材料不同有钢梁、混凝土梁、组合梁和混合梁四种形式，分别称之钢（梁）斜拉桥、混凝土（梁）斜拉桥、组合（梁）斜拉桥和混合（梁）斜拉桥。跨度在400m以下的双塔斜拉桥宜采用混凝土主梁；主跨600m以上的斜拉桥宜采用钢主梁或混合主梁；其他跨径的桥梁可通过多方案比选确定。钢主梁、组合主梁的拉索锚固间距宜设计成8～16m，混凝土主梁为6～12m。第八章斜拉桥3.2.1钢梁钢主梁有板梁和桁架梁两种形式。桁架梁的截面高、刚度大，特别适用于双层桥面的桥梁（如公铁两用），但用钢量大。第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥钢梁斜拉桥的桥面系一般采用正交异性板，顶板板厚度一般不低于14mm，底板以及腹板厚度满足结构承载能力与构造要求。梁宽根据桥面布置要求确定，梁高需要考虑结构的屈曲稳定性、抗风性等安全要求，设计时可参考过去同类结构设计通过多方案比较和优化确定。主梁的高跨比较小，我国设计规范建议钢主梁高跨比采用1/180～1/330。钢主梁由于结构刚度小，变形容易引起铺装的损坏，在设计时对桥面铺装结构应予以重视。第八章斜拉桥3.2.2混凝土梁斜拉桥主梁是受压构件，采用混凝土结构可以发挥材料抗压强度的优势，在中小跨径的斜拉桥中混凝土主梁比钢主梁经济，我国跨度小于500m的斜拉桥主要采用这类结构。第八章斜拉桥（a）板式截面构造简单，迎风面积小。为了锚索需要，边缘厚度适当加厚。在索距较密而桥跨度、宽度不大的情况下，可采用这种形式的主梁。（b）双主梁截面，施工方便。第八章斜拉桥（c）板式边主梁截面为双主梁截面的一种改进形式，构造简单，施工方便，用料较省。（d）半封闭箱形截面是经过风洞试验分析得到的一种空气动力性能良好的截面形式，截面两侧为三角形封闭箱，端部加厚以锚固斜拉索。有良好的抗风动力性能，特别适合索距较密的宽桥。第八章斜拉桥（e）、（f）闭合箱形截面有较大的抗弯和抗扭能力，将外侧腹板做成倾斜式，既可改善空气动力性能，又可减小墩台宽度。其缺点是节段重量较大。第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥3.2.3结合梁钢－混凝土组合梁（迭合梁、结合梁）兼具钢和混凝土结构的优点，比混凝土主梁自重轻，构件工厂制造化程度较高，施工方便，混凝土桥面板比钢主梁耐磨耗，且造价低。第八章斜拉桥第八章斜拉桥3.2.4混合梁混合梁斜拉桥的主梁一部分采用钢主梁，而另一部分采用混凝土主梁，主要适用在钢斜拉桥中主跨跨度比较大、边跨主梁不能平衡主跨重量的结构，边跨采用混凝土主梁以平衡主跨的结构自重。混合梁斜拉桥设计时，要合理确定结合部位置：（1）结构整体平衡性，（2）截面内力较小，（3）施工方便。结合部的构造必须慎重处理，力的传递合理，结合可靠。第八章斜拉桥整体式填充混凝土直接式第八章斜拉桥填充混凝土整体式承压板式第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥3.3斜拉索斜拉索主要由钢索、两端的锚具、减振装置和保护措施组成。拉索可划分为两端的锚固段、过渡段和中间段三个部分，其中锚固段用来将拉索分别固定在索塔和主梁上，分为固定端和张拉端两种；过渡段包括锚垫板、导索管和减振器、填充材料；中间段即为索体。第八章斜拉桥第八章斜拉桥3.3.1斜拉索分类刚性索和柔性索刚性索：钢索外包预应力混凝土而形成的刚性构件；柔性索：平行钢丝索、钢绞线索、平行钢筋索、卷制钢绞线索、卷制钢丝索、封闭式卷制钢索第八章斜拉桥第八章斜拉桥刚性索第八章斜拉桥3.3.2斜拉索的锚具钢丝斜拉索锚具有热铸锚、镦头锚、冷铸镦头锚等多种形式。第八章斜拉桥第八章斜拉桥3.3.3斜拉索防护和减振措施钢丝索的防护分钢丝防护和拉索外层防护两级，钢丝防护一般采用表面镀锌的办法，要求锌层附着量大于300g/m2，避免钢丝在外层防护措施实施前发生锈蚀。第八章斜拉桥第八章斜拉桥4.斜拉索在塔梁上的锚固4.1斜拉索与钢塔梁锚固第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥第八章斜拉桥4.2斜拉索与混凝土梁锚固a.顶板锚固块b.箱内锚块c.斜隔板锚固d.梁底两侧设锚固块e.梁底锚固式第八章斜拉桥（a）顶板锚固块第八章斜拉桥（b）箱内锚固块（d）梁底两侧锚固块第八章斜拉桥（c）斜隔板锚固（e）梁底锚固块第八章斜拉桥第八章斜拉桥4.3斜拉索与混凝土桥塔的锚固a.交错锚固b.非交错锚固c.用钢锚固梁锚固d.用钢锚箱锚固第八章斜拉桥第八章斜拉桥5