第四篇-斜拉桥与悬索桥18-19章

第第44篇篇斜拉桥与悬索桥斜拉桥与悬索桥第18章斜拉桥第19章悬索桥1、斜拉桥的组成斜拉索主梁索塔第第1818章章斜斜拉拉桥桥18.118.1概概述述属组合体系桥梁2、力学特点（1）主梁（压弯构件）a、多点弹性支承，弯矩和挠度显著减小b、斜拉索水平分力，提供“免费”预应力——属高次超静定结构（2）斜索（受拉）a、为主梁提供弹性支承b、调整其索力、间距和数量，可调整桥梁内力分布及刚度对斜拉索进行预张拉（3）索塔（受压为主）：承受索力18.2斜拉桥的总体布置与构造18.2.1孔跨布置 考虑全桥刚度、拉索疲劳强度、锚固墩承载能力等 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，也可布置成独塔单跨式、双塔单跨式或混合式。1.双塔三跨式：适用：最常用，跨越较大的河流、海口及海面分为两边跨相等的对称式和非对称式L1L2L12.独塔双跨式适用：常见，跨越中、小河流、谷地和城市道路或较大河流的主航道杭州湾大桥南航道桥（3）单跨式¾地锚式：独塔单跨式双塔单跨式¾无背索式：长沙洪山大桥跨径206m（2006）MarianBridge（theCzechRepublic）span=123.3m，pylon=75m4.多塔多跨式（≥3塔）（≥4跨）由于中间塔没有端锚索有效地限制其变位，柔性太大，很少用。改进措施：a、做中间刚性塔b、拉索加劲中间塔c、增加主梁梁高d、矮塔部分斜拉桥体系辅助墩：减少边跨主梁弯矩，缓和端锚索应力集中，减小拉索应力变幅，提高桥梁总体刚度，增加施工期安全。5.辅助墩和外边孔边引孔：将斜拉桥的主梁向两侧再连续延伸一孔或数孔，使斜拉桥的主梁与引桥的上部结构形成连续梁形式。减少端锚索应力集中，缓和端支点负反力，减小主梁和索塔内力和位移，增强全桥总体刚度。1.拉索空间的布置型式按其在空间所组成的平面，通常分为单索面、双索面，其中双索面又可分为竖直双索面和倾斜双索面两种。18.2.2.1斜拉索的布置18.2.2斜拉索的布置与构造2.索面内的布置型式（索面形状）竖琴形：竖琴形：优点：连接构造简单，易于处理，顺桥向刚度增大，简洁美观。缺点：拉索倾角小，支承效果差，拉索用量多，无法形成漂浮体系，抗风、抗震不利，难于控制跨中挠度。辐射形：辐射形：优点：各拉索都具有可能的最大倾角，垂直分力对主梁的支承效果好，索用量最省，索塔弯矩小，高度低。缺点：拉索集中锚固到塔顶，局部构造复杂，应力集中现象突出；由于倾角不等，锚具、垫板复杂；索塔内力、刚度、桥梁总体稳定不如竖琴式。扇形：扇形：优点：兼有前两种的优点，又可灵活布置。美，坦帕弯阳光大桥索面内的其它布置形式索面内的其它布置形式星式分叉式混合式早期：稀索15~30m（混凝土斜拉桥）30~60m（钢斜拉桥）3.斜拉索的间距及倾角莱茵河上最早的斜拉桥（德）现代：密索4~12m（混凝土斜拉桥）8~24m（钢斜拉桥）上海南浦大桥斜拉索的倾角指拉索与梁轴线间的夹角辐射式或扇式：210~300竖琴式:260~380分类：①平行钢丝索；②平行钢铰线索18.2.2.2斜拉索的构造1.钢索的构造2.钢索的防护最广泛使用的措施是用热挤法在钢丝束上包一层聚氯乙烯套管（简称PE套管）。18.2.3索塔的形式与构造18.2.3.1索塔的结构形式1.顺桥向布置2.横桥向布置18.2.3.2索塔的高度高跨比——决定整桥刚度和经济性双塔：H/L2=1/4~1/6单塔：H/L2=1/3~1/418.2.4主梁的构造与尺寸18.2.4.1主梁的布置主梁一般有两种布置型式：连续体系、非连续体系。•连续体系•非连续体系18.2.4.2主梁的截面形式与尺寸（1）主梁截面（2）主梁的高跨比绝大多数采用等高度梁，h/L2=1/100~1/200《公路斜拉桥设计规范》（试行）（JTJ027-96）规定：斜拉桥梁高与主跨的比值一般为1/50~1/100，对于密索体系大跨径斜拉桥，比值可小于1/200，而单索面斜拉桥高跨比应按抗扭刚度确定。（3）主梁材料钢材、混凝土、结合梁、混合梁18.3斜拉桥的结构体系与分类18.3.1按梁、塔、墩之间的不同结合方式分类1.漂浮体系（或悬浮体系）：塔墩固结，塔梁分离，常用2.半漂浮体系（或支承体系，铰支体系）塔墩固结，塔梁分离，主梁在塔墩上设置竖向支3.塔梁固结体系：塔梁固结，并支承在墩上，塔墩分离。4.刚构体系：塔、梁、墩固结18.3.2按拉索的不同锚固方式分类1.自锚式斜拉桥2.地锚式斜拉桥3.部分地锚式斜拉桥18.3.3按斜拉桥索塔的高度不同分类1.一般斜拉桥2.矮塔部分斜拉桥18.4斜拉桥的计算要点18.4.1斜拉桥的计算图式常规分析：将空间结构简化为平面结构，采用平面杆系有限元法将结构离散化；计算机计算：可以考虑双索面及塔和主梁的共同作用，直接按空间结构进行分析。18.4.2斜拉桥的非线性问题包括材料非线性和几何非线性18.4.3斜拉索的垂度效应计算斜拉桥的斜拉索一般采用柔性材料，拉索在自重作用下会产生一定的垂度，垂度的大小受索力影响，索力与垂度之间呈非线性关系。这种非线性影响一般可以用修正（或有效）弹性模量来考虑拉索瞬时刚度的方法来解决，使问题线性化。18.4.4斜拉桥的静力分析18.4.4.1斜拉桥恒载内力计算恒载内力计算应按施工程序分阶段来考虑，并将各阶段的内力和变形逐次累加，以得到最终的恒载内力和变形。18.4.4.2斜拉桥活载内力计算按平面杆系来分析斜拉桥时，其活载内力计算仍是先作出内力及挠度影响线，然后进行影响线加载，并以计入横向分布系数的办法来考虑空间影响。18.4.4.3斜拉桥次内力计算（1）温度次内力（2）徐变次内力18.5斜拉桥施工技术简介18.5.1索塔施工要点18.5.1.1塔柱的施工一般采用就地浇注，模板和脚手平台常用：支架法、滑模法、爬模法、翻转模板法或大型模板构件法塔吊的布置形式：鄂黄长江大桥18.5.2主梁施工方法（1）支架法（2）顶推法适用于桥下净空较低，修建临时支墩造价不高，且不影响桥下交通，抗拉和抗压能力相同，能承受反复弯矩的钢斜拉桥的施工。（3）平转法（3）悬臂施工（悬臂浇筑、悬臂拼装）悬臂法施工斜拉桥杨浦大桥(1993)长挂篮（前支点挂篮或牵索挂篮）（每节7~8m）18.5.3斜拉索的施工1）斜拉索的引架（挂索）2）斜拉索的张拉•张拉斜拉索思考题思考题1.斜拉桥的主要受力特点是什么？2.常用的斜拉桥孔跨布置有哪几种?各有何优缺3.斜拉桥中密索体系与稀索体系各有何优缺点？斜拉桥主梁上索的间距如何确定？4.斜拉索立面布置形式有哪些？各有何优缺点？5.斜拉桥根据塔、梁、墩之间的结合关系不同，分为哪几种体系？各有何特点？6.斜拉桥的非线性因素有哪些？考虑非线性影响后，结构的内力和变形有何影响？7.斜拉桥主梁施工的常用方法有哪些？斜拉桥施工的主要特点是什么？第19章悬索桥19.119.1概概述述组成：主缆、加劲梁、吊索、索塔、鞍座、锚碇（下部）及桥面结构主缆加劲梁索塔吊索鞍座桥面结构悬索桥基本组成19.219.2悬索桥的基本类型悬索桥的基本类型19.2.1按主缆的锚固形式分类地锚式：主缆的拉力由桥梁端部的重力式锚碇或隧道式锚碇传递给地基自锚式：主缆拉力直接传递给它的加劲梁。19.2.2按孔跨布置形式分类11.311.3悬索桥的总体布置悬索桥的总体布置总体布置时，需考虑的结构特性：跨度比、垂跨比、宽跨比、高跨比、加劲梁的支承体系等要素。19.3.1跨度比边跨与主跨跨度之比（L1/L）一般为0.25~0.5。19.3.1垂跨比指大缆在主孔内的垂度与主孔的跨度L之比。应结合对刚度的要求和大缆用钢量来选取，一般1/10左右。19.3.3宽跨比指桥梁上部结构的梁宽（或主缆中心距）W与主孔跨度L的比值。设计中主要根据抗风理论分析和风洞试验来验证所取的宽跨比是否具备优良的动力特性。世界大跨度悬索桥的宽跨比大部分在1/60~1/40之间。19.3.4高跨比指悬索桥加劲梁的高度h与主孔跨径L的比值。通常桁架式加劲梁梁高一般为8~14m，箱型加劲梁的梁高一般为2.5~4.5m。19.3.5加劲梁的支承体系一般三跨悬索桥中的加劲梁绝大多数是非连续的（称为三跨双铰加劲梁）。加劲梁采用连续支承体系近期正在增多，尤其在公铁两用的大跨度悬索桥中。19.419.4悬索桥的构造悬索桥的构造19.4.1桥塔（1）作用：支承主缆，分担大缆所受的竖向力，在风力和地震力作用下，对总体稳定提供保证。（2）形式：香港青马大桥明石海峡大桥19.4.2主缆（1）作用：主要承重构件（2）布置形式：一般为平行的两根，个别4根（3）材料：高强度平行钢丝束（4）钢丝束股编织方法：空中编丝组缆（AS法）预制平行钢丝束股法（PS法或PWS法或PPS法）19.4.3吊索（1）作用：将加劲梁的恒载和活载传到主缆（2）布置形式：——等间距，等截面（3）材料：要求有抗拉强度和一定的柔性一般用：钢丝绳、钢绞线、平行钢丝束、刚性吊杆（少）（4）与主缆的连接19.4.4加劲梁（1）作用：提供桥面系并防止桥面发生过大的挠曲和扭曲变形。（2）材料：多为钢结构（3）形式：钢桁梁（早期多用，美）扁平钢箱梁（今多用，英）19.4.5锚碇（1）作用：主缆的锚固体，是支承主缆的重要部分，将主缆的拉力传给地基（2）形式：重力式锚碇（重力锚）隧道式锚碇（岩洞锚）海沧大桥锚碇构造鹅公岩大桥的锚碇19.4.6鞍座（1）塔顶鞍座（主索鞍）作用：支承主缆，并将主缆传来的竖直力均匀分布到主塔材料：钢材组成：上、下座底板（2）主缆支架鞍座（散索鞍）作用：改变主缆方向，并将主缆钢丝束箍在水平和竖直方向分散开，引入各自的锚固位置结构形式：摇柱式和滑移式两种基本类型。西陵大桥束股在锚碇中的分布19.519.5悬索桥计算理论简介悬索桥计算理论简介19.5.1悬索桥的非线性问题除了材料非线性、几何非线性之外，悬索桥的主缆与鞍座之间往往还存在接触非线性问题。悬索桥分析非线性影响因素：（1）荷载作用下的结构大位移。（2）缆索自重垂度的影响。（3）初始内力的影响。（4）混凝土收缩徐变的影响。19.5.2悬索桥计算理论的发展19.5.2.1弹性理论基于结构小变形假设，不考虑荷载变形对内力大小与方向的影响，采用结构力学中超静定结构的分析方法进行计算。19.5.2.2挠度理论假定结构在荷载作用下的变形不可忽略，结构的内力平衡建立在变形之后的位置上。19.5.2.3有限位移理论有限位移理论将整个悬索桥全部考虑在内，可以综合考虑吊杆的倾斜和伸长、缆索节点的水平位移、加劲梁的水平位移及剪切变形等非线性的影响和任意边界条件。19.619.6悬索桥施工技术简介悬索桥施工技术简介19.6.1桥塔及锚碇施工（1）塔柱施工钢桥塔一般采用预制吊装的施工方法。混凝土塔柱一般以就地浇筑为主，采用滑模、爬模等技术连续浇筑。（2）锚碇施工锚碇一般是大体积混凝土结构。19.6.2主缆的架设（1）准备工作（2）架设导索（3）架设牵引索（4）架设猫道（5）主缆架设（6）将猫道转载于主缆后拆除抗风索，并架设吊索19.6.3加劲梁的制造与架设主缆架设思考题1.悬索桥的受力机理与斜拉桥有何不同?2.为什么说悬索桥是一种最适合大跨度的桥梁?3.悬索桥有哪些主要构件？其设计特点是什么？4.悬索桥的弹性理论适用范围如何?5.简述悬索桥的主要施工步骤。