斜拉桥介绍

斜拉桥组成：主梁、索塔和斜拉索。主梁：一般采用混凝土结构、钢-混凝土组合结构或钢结构。索塔：大都采用混凝土结构。斜拉索：采用高强材料（高强钢丝或钢绞线）荷载传递路径：斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的恒载与车辆荷载传递至索塔，再通过索塔传至地基。与连续梁的比较主梁在斜拉索的各点支承下，像多跨弹性支承的连续梁。同跨数的斜拉桥与连续梁桥相比，弯矩值大大降低。斜拉桥主梁尺寸大大降低，梁高一般为跨度的1/50~1/200，甚至更小，从而自重显著减轻，既节省了材料，又能大幅度地增大桥梁的跨越能力。主跨排前十的斜拉桥孔跨布局双塔三跨：主跨跨径较大，适用于跨越较宽的河流及海面。边主跨之比应考虑全桥的刚度、拉索的疲劳强度等因素。对于公路桥梁，合理的边主跨之比为0.4~0.45，铁路桥梁宜为0.2~0.25.独塔双跨：主孔跨径一般比双塔三跨式的小，特别适用于跨越中小河流、谷地及作为跨线桥。边主跨之比为（0.5～0.8），但大多数为0.66。三塔四跨式和多塔多跨式：很少采用。因为中间塔没有端锚索来有效限制它的变位。采用增加主梁刚度和索塔刚度增加了工程量。如必须采用多塔多跨，可将中间塔做成刚性索塔，或用长拉索将中间塔顶分别锚固在两个边塔的塔顶或塔底，还有一种方法是加粗尾索并在锚固尾索的梁段上压重。辅助墩与边引跨：活载往往在边跨梁端附近区域产生很大的正弯矩，并导致梁体转动，伸缩缝易受损，一般设置辅助墩加以解决。设辅助墩也可减小拉索应力变幅，提高主跨刚度，缓和端支点负反力。索塔布置索塔：索力传至基础的关键构件。恒载作用下，索塔应尽可能处于轴心受压状态。横桥向布置单索面：在横桥方向只有单个支撑点，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，主梁一般采用箱型截面。适用：具有中央分隔带的桥梁，利用分隔带布置索面。优点：桥面有效宽度大，桥墩布置灵活，视野宽阔。索面布置双索面：结构抗扭刚度大，动力抗风性能好。因此对主梁的抗扭刚度要求小，但是为了结构抗风要求以及悬臂施工中的安全考虑，主梁截面的扭转刚度也不宜设置太小。索面形状辐射形：沿主梁均匀分布，而在索塔上集中于塔顶一点。优点：由于斜拉索与水平面的的平均交角较大，故拉索的垂直分力对主梁的支承效果也大。缺点：?竖琴形：斜拉索平行排列，索少时显得比较简洁，并可简化斜拉索与索塔的连接构造，塔上锚固点分散，对索塔受力有利。缺点：?扇形：斜拉索不相互平行，兼有辐射形与竖琴形的优点，故获得广泛应用。索距的布置索距的的布置分为“稀索”与“密索”。在早期的斜拉桥中都为“稀索”，现代斜拉桥多为“密索”。密索优点：（1）索距小，主梁弯矩小；（2）索力小，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）利于悬臂架设与换索。主要结构体系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；按主梁的连续方式，有连续体系与T构体系；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；按塔的高度不同，有常规斜拉桥与矮塔部分斜拉桥体系。特点：塔墩固结、塔梁分离。主梁除两端有支承外，其余部分全用拉索悬吊，属于一种在纵向可稍作浮动的多跨弹性支承连续梁。为了抵抗由风力等引起主梁的横向水平位移，一般在塔柱与主梁之间设置侧向限位支座。漂浮体系优点：（1）主跨满载时，塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值；（2）温度、收缩和徐变次内力均较小；（3）可以吸震消能。缺点：当采用悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，成桥后解除临时固结时，主梁会发生较大纵向摆动。半漂浮体系特点：塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支承。接近于在跨度内具有弹性支承的三跨连续梁。缺点：主梁内力在塔墩支点处产生急剧变化，出现了负弯矩尖峰，通常须加强支承区段的主梁截面。在墩顶设置弹簧支撑或零号索,可与漂浮体系媲美，且在经济与减小纵向漂移方面有一定好处。塔梁固结体系特点：塔梁固结并支承在墩上。一般只在一个塔柱处设置固定支座，其余均为纵向可以活动的支座。优点：主梁受力比较均匀，整体升降温引起的温度应力比较小。缺点：上部结构重量与活载反力都需支座传给桥墩，这就需要设置很大吨位的支座，这样给日后的养护、更换均带来较大的困难。刚构体系特点：塔、梁、墩相互固结，行成跨内具有多点弹性支承的刚构。为消除温度应力，需要墩具有一定的柔性，常用高墩。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，主梁挠度小。缺点：主梁固结处负弯矩大，使固结处附近截面需要加大。T构体系T构体系与刚构体系的区别是主梁跨中区域无轴拉力。具体方法：（1）在中跨中央部分插入一小跨悬挂结构（活动支座，卸力）。（2）以剪力铰代替悬挂结构。这种剪力铰的功能是只传弯矩、剪力，不传轴力。部分地锚体系主跨很大，边跨很小时采用。矮塔部分斜拉桥体系塔高降低能提高塔身刚度，但拉索的水平倾角也将减小，故矮塔部分斜拉桥拉索不能提供足够的支承刚度，要求主梁的刚度较大。受力性能介于梁式桥和斜拉桥之间。特点：塔矮。常规斜拉桥塔高与跨度比为1/4~1/5,而部分斜拉桥为1/8~1/12。梁无索区较长，没有端锚索。边跨与主跨比值大，一般大于0.5。梁高较大，甚至做成变高梁。受力以梁为主，索为辅。由于梁的刚度大，活载作用下斜拉索的应力变幅较小。斜拉桥的主要构造（一）主梁作用：将恒、活载分散传递给拉索。梁的刚度越小，则承担的弯矩越小。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。抵抗横向风载与地震荷载，并将力传给下部结构。主梁设计需考虑：拉索间距较大时，采用弯矩控制设计；单索面斜拉桥，采用扭转控制设计；双索面密索体系，主要考虑轴压力和整个桥的纵向弯曲；需考虑一定的安全储备。高跨比：对于双索面1/100~1/150;单索面1/50~1/100,且高宽比不宜小于1/10。截面形式实体梁式和板式主梁：适用于双索面斜拉桥，结构简单，施工方便，空气动力性能合理。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。主梁据材料组合有如下方式：预应力混凝土梁，称混凝土斜拉桥钢-混凝土组合梁，称组合梁斜拉桥钢主梁，称钢斜拉桥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。（二）索塔组成：塔柱、横梁以及其他联结构件。横梁一般分为承重横梁与非承重横梁。前者为设置主梁支座的受弯横梁，以及塔柱转折处的压杆横梁或拉杆横梁；后者为塔顶横梁和塔柱无转折的中间横梁。索塔截面实心体索塔一般适用于中小跨度，对于小跨度可以采用等截面，对于中等跨度用空心截面。矩形截面宜将四角做成倒角或圆角。种空心截面包括H形截面，一般均在每一层拉索锚头处增设水平隔板。（三）拉索整体安装拉索：平行钢丝索配冷铸锚。分散安装拉索：平行钢绞线索配夹片锚。拉索的锚固：拉索与混凝土梁的锚固、拉索在索塔上的锚固。索与梁的锚固形式顶板锚固块：以箱梁顶板为基础，向上下两个方向延伸加厚。拉索水平分力传至梁截面，垂直分力由加劲肋斜杆平衡。适用：箱内具有加劲斜杆的单索面斜拉桥。箱内锚固块：锚固块位于顶板之下和两个腹板之间，并与它们固结在一起。垂直分力通过锚固块左右的腹板传递。适用范围：两个分离式单箱梁的双索面斜拉桥和带有中间箱室的单索面斜拉桥。斜隔板锚固：锚头设在梁底外面。垂直分力由斜隔板两侧的腹板以剪力形式传递。适用范围：两个分离式单箱梁的双索面斜拉桥和带有中间箱室的单索面斜拉桥。梁底两侧设锚固块：设在风嘴实体之下或边腹板之下。适用于双索面斜拉桥。梁两侧设锚固块锚块设在梁底。适用于双主梁或板式截面斜拉桥。拉索在索塔上的锚固在实体塔上交错锚固。在塔柱中埋置钢管，再将斜拉索穿入和用锚头锚固在钢管上端的锚垫板上。在空心塔上作非交错锚固。在箱形桥塔的壁内配置环向预应力筋，以抵抗拉索在箱壁内产生的拉力。采用钢锚固梁锚固。将钢锚固梁搁置在混凝土塔柱内侧的牛腿上，斜索通过埋设在塔壁中的钢管锚固在钢锚固梁两端的锚块上。利用钢锚箱锚固。整个钢锚箱是由各层的钢锚箱进行上下焊接而成，然后将锚箱用焊钉使之与混凝土塔身连结，用环形预应力筋将锚箱夹在混凝土的塔柱内，以增加对拉索水平荷载的抵抗力。拉索的减振气动控制法：将拉索的光滑表面做成带有螺旋凸纹、条形凸纹、V形凹纹或圆形凸点的非光滑表面。优点：提高拉索表面的粗糙度，使气流经过拉索时在表面边界层形成湍流，从而避免涡激共振的产生；拉索表面的凹凸纹能阻碍下雨时拉索上、下缘迎风面雨水线的形成，从而防止雨振的产生。缺点：对塔、梁在外界激励下导致索两端的支座激振没有减振作用；会增大拉索对风的阻力。阻尼减振法：作用机理是通过安装阻尼装置，提高拉索的阻尼比从而抑制拉索的振动。可分为安放在套筒内的内置式阻尼器与附着于拉索之上的外置式阻尼器。改变拉索动力特性法：采用辅助索将若干索相互联结起来，将长索转换成相对较短的索，使拉索的振动基频提高，从而抑制索的振动。斜拉桥的施工前面所介绍的梁式桥与拱桥的施工方法大体可归纳为有支架施工法、悬臂施工法、顶推施工法、转体施工法。虽然这几种方法同样可以用在斜拉桥的建造上，但是最适宜的方法是悬臂施工法，其余三种方法一般只能用在河水较浅或修建在旱地上的中、小跨径斜拉桥。施工顺序基础——下塔柱——中塔柱——上塔柱——主梁、拉索混凝土索塔施工塔座施工塔座的砼浇筑在承台浇筑后立即进行（一般在承台结束后5天完成）,塔座的混凝土体积小、标号高，砼收缩大，受承台的约束影响，易产生收缩裂缝。