桥梁工程之斜拉桥讲义

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.独塔双双跨：：主孔跨跨径一一般比比双塔塔三跨跨式的的小，，特别别适用用于跨跨越中中小河河流、、谷地地及作作为跨跨线桥桥。边主跨跨之比比为（（0.5～0.8），但但大多多数为为0.66。三塔四四跨式式和多多塔多多跨式式：很少采采用。。因为为中间间塔没没有端端锚索索来有有效限限制它它的变变位。。采用用增加加主梁梁刚度度和索索塔刚刚度增增加了了工程程量。。如必必须采采用多多塔多多跨，，可将中间间塔做做成刚刚性索索塔，或用长拉拉索将将中间间塔顶顶分别别锚固固在两两个边边塔的的塔顶顶或塔塔底，还有有一种种方法法是加粗尾尾索并并在锚锚固尾尾索的的梁段段上压压重。辅助墩墩与边边引跨跨：活载往往往在在边跨跨梁端端附近近区域域产生生很大大的正正弯矩矩，并并导致致梁体体转动动，伸伸缩缝缝易受受损，，一般般设置置辅助助墩加加以解解决。。设辅助墩墩也可可减小小拉索索应力力变幅幅，提提高主主跨刚刚度，，缓和和端支支点负负反力力。索塔布布置索塔：：索力力传至至基础础的关关键构构件。。恒载载作用用下，，索塔应应尽可可能处处于轴轴心受受压状状态。。横桥向向布置置单索面面：在横桥桥方向向只有有单个个支撑撑点，，抗扭扭刚度度低，，不利利于承承受偏偏心活活载，，抗风性性能以以及施施工稳稳定性性差，主梁梁一般般采用用箱型型截面面。适用：：具有有中央央分隔隔带的的桥梁梁，利利用分分隔带带布置置索面面。优点：：桥面有有效宽宽度大大，桥桥墩布布置灵灵活，，视野野宽阔阔。索面布布置双索面面：结构抗扭刚刚度大大，动动力抗抗风性性能好好。因此此对主主梁的的抗扭扭刚度度要求求小，，但是是为了了结构构抗风风要求求以及及悬臂臂施工工中的的安全全考虑虑，主主梁截截面的的扭转转刚度度也不不宜设设置太太小。。索面形形状辐射形形：沿主梁梁均匀匀分布布，而而在索塔上上集中中于塔塔顶一一点。。优点：：由于于斜拉拉索与与水平平面的的的平平均交交角较较大，，故拉索的的垂直直分力力对主主梁的的支承承效果果也大大。缺点：：?竖琴形形：斜拉索索平行行排列列，索索少时时显得得比较较简洁洁，并并可简简化斜斜拉索索与索索塔的的连接接构造造，塔塔上锚固点点分散散，对对索塔塔受力力有利利。缺点：：?扇形：：斜拉拉索不不相互互平行行，兼兼有辐辐射形形与竖竖琴形形的优优点，，故获获得广广泛应应用。。索距的的布置置索距的的的布布置分分为“稀索索”与与“密密索””。在早早期的的斜拉拉桥中中都为为“稀稀索””，现现代斜斜拉桥桥多为为“密密索””。密索优点：：（1）索距小，，主梁弯矩矩小；（2）索力小，，锚固点构构造简单；；（3）锚固点附附近应力流流变化小，，补强范围围小；（4）利于悬臂架架设与换索索。主要结构体体系按塔、梁、、墩相互结结合方式，，可划分为为漂浮体系、、半漂浮体体系、塔梁梁固结体系系和刚构体体系；按主梁的连连续方式，，有连续体系与与T构体系；按斜拉索的的锚固方式式，有自锚体系、、部分地锚锚体系和地地锚体系；；按塔的高度度不同，有有常规斜拉桥桥与矮塔部部分斜拉桥桥体系。特点：塔墩墩固结、塔塔梁分离。主梁除两端有支支承外，其其余部分全全用拉索悬悬吊，属于于一种在纵纵向可稍作作浮动的多跨弹性性支承连续续梁。为了抵抗由由风力等引引起主梁的的横向水平平位移，一一般在塔柱柱与主梁之之间设置侧向限位支支座。漂浮体系优点：（1）主跨满载载时，塔柱处的主主梁截面无无负弯矩峰峰值；（2）温度、收缩缩和徐变次次内力均较较小；（3）可以吸震消消能。缺点：当采用悬臂施施工时，塔塔柱处主梁梁需临时固固结，成桥桥后解除临临时固结时时，主梁会会发生较大大纵向摆动动。半漂浮体系系特点：塔墩固结，，主梁在塔塔墩上设置置竖向支承承。接近于在跨跨度内具有有弹性支承承的三跨连连续梁。缺点：主梁梁内力在塔塔墩支点处处产生急剧剧变化，出现了负弯弯矩尖峰，通常须加强支承承区段的主主梁截面。。在墩顶设置弹簧支支撑或零号号索,可与漂浮体体系媲美，，且在经济济与减小纵纵向漂移方方面有一定定好处。塔梁固结体体系特点：塔梁固结并并支承在墩墩上。一般只在一一个塔柱处处设置固定定支座，其其余均为纵纵向可以活活动的支座座。优点：主梁受力比比较均匀，，整体升降降温引起的的温度应力力比较小。。缺点：上部部结构重量量与活载反反力都需支支座传给桥桥墩，这就就需要设置很很大吨位的的支座，这样给日日后的养护护、更换均均带来较大大的困难。。刚构体系特点：塔、梁、墩墩相互固结结，行成跨内内具有多点点弹性支承承的刚构。。为消除温温度应力，，需要墩具具有一定的的柔性，常用高墩。优点：既免免除了大型型支座又能能满足悬臂施施工的稳定定要求。结构的整体体刚度比较较好，主梁梁挠度小。。缺点：主梁梁固结处负负弯矩大，，使固结处处附近截面面需要加大大。T构体系T构体系与刚刚构体系的的区别是主梁跨中区区域无轴拉拉力。具体方法法：（1）在中跨中中央部分插入一小跨跨悬挂结构构（活动支座座，卸力））。（2）以剪力铰代替替悬挂结构构。这种剪力力铰的功能能是只传弯矩、、剪力，不不传轴力。部分地锚体体系主跨很大，，边跨很小小时采用。。矮塔部分斜斜拉桥体系系塔高降低能能提高塔身身刚度，但拉索的的水平倾角角也将减小小，故矮塔塔部分斜拉拉桥拉索不不能提供足足够的支承承刚度，要求主梁的的刚度较大大。受力性能介介于梁式桥桥和斜拉桥桥之间。特点：塔矮。常规斜拉桥桥塔高与跨跨度比为1/4~1/5,而部分斜拉拉桥为1/8~1/12。梁无索区较较长，没有有端锚索。。边跨与主跨跨比值大，，一般大于于0.5。梁高较大，，甚至做成成变高梁。。受力以梁为为主，索为为辅。由于梁的刚刚度大，活活载作用下下斜拉索的的应力变幅幅较小。斜拉桥的主主要构造（一）主梁作用：将恒、活载载分散传递递给拉索。梁的刚度度越小，则则承担的弯弯矩越小。。与拉索及索索塔一起成成为整个桥桥梁的一部部分，主梁承受的的力主要是是拉索的水水平分力所所形成的轴轴压力，因而需有有足够的刚刚度防止压屈。抵抗横向风风载与地震震荷载，并并将力传给下下部结构。主梁设计需需考虑：拉索间距较较大时，采采用弯矩控控制设计；；单索面斜拉拉桥，采用用扭转控制制设计；双索面密索索体系，主主要考虑轴轴压力和整整个桥的纵纵向弯曲；；需考虑一定的的安全储备备。高跨比：对对于双索面面1/100~1/150;单索面1/50~1/100,且高宽比不不宜小于1/10。截面形式实体梁式和和板式主梁梁：适用于于双索面斜斜拉桥，结结构简单，，施工方便便，空气动动力性能合合理。箱形截面：：抗弯和抗抗扭刚度大大，能适应应稀索、密密索、单索索面或双索索面等不同同斜索布置置。主梁据材料料组合有如如下方式：：预应力混凝凝土梁，称称混凝土斜斜拉桥钢-混凝土组合合梁，称组组合梁斜拉拉桥钢主梁，称称钢斜拉桥桥主跨为钢主主梁或钢-混凝土组合合梁，边跨为混凝凝土梁，称称为混合式式斜拉桥。。（二）索塔塔组成：塔柱柱、横梁以以及其他联联结构件。。横梁一般分分为承重横梁与非承重横梁梁。前者为设置主梁支支座的受弯弯横梁，以及塔柱柱转折处的的压杆横梁或或拉杆横梁梁；后者为塔塔顶横梁和和塔柱无转折折的中间横横梁。索塔截面实心体索塔塔一般适用用于中小跨跨度，对于于小跨度可可以采用等等截面，对对于中等跨跨度用空心心截面。矩形截面宜宜将四角做做成倒角或或圆角。种空心截面面包括H形截面，一一般均在每每一层拉索索锚头处增增设水平隔板。。（三）拉索索整体安装拉拉索：平行钢丝索索配冷铸锚锚。分散安装拉拉索：平行钢绞线线索配夹片片锚。拉索的锚固固：拉索与与混凝土梁梁的锚固、、拉索在索索塔上的锚锚固。索与梁的锚锚固形式顶板锚固块块：以箱梁顶板板为基础，，向上下两两个方向延延伸加厚。。拉索水平平分力传至至梁截面，，垂直分力力由加劲肋斜杆杆平衡。适用用：箱内具具有加劲斜斜杆的单索索面斜拉桥桥。箱内锚固块块：锚固块位于于顶板之下下和两个腹腹板之间，，并与它们们固结在一一起。垂直分力通通过锚固块块左右的腹腹板传递。。适用范围：：两个分离离式单箱梁梁的双索面面斜拉桥和和带有中间间箱室的单单索面斜拉拉桥。斜隔板锚固固：锚头设在梁梁底外面。。垂直分力由由斜隔板两两侧的腹板板以剪力形形式传递。。适用范围：：两个分离离式单箱梁梁的双索面面斜拉桥和和带有中间间箱室的单单索面斜拉拉桥。梁底两侧设设锚固块：：设在风嘴实实体之下或或边腹板之之下。适用于双索索面斜拉桥桥。梁两侧设锚锚固块锚块设在梁梁底。适用于双主主梁或板式式截面斜拉拉桥。拉索在索塔塔上的锚固固在实体塔上上交错锚固固。在塔柱中埋埋置钢管，，再将斜拉拉索穿入和和用锚头锚锚固在钢管管上端的锚锚垫板上。。在空心塔上上作非交错错锚固。在箱形桥塔塔的壁内配配置环向预预应力筋，，以抵抗拉拉索在箱壁壁内产生的的拉力。采用钢锚固固梁锚固。。将钢锚固梁梁搁置在混混凝土塔柱柱内侧的牛牛腿上，斜斜索通过埋埋设在塔壁壁中的钢管管锚固在钢钢锚固梁两两端的锚块块上。利用钢锚箱箱锚固。整个钢锚箱箱是由各层层的钢锚箱箱进行上下下焊接而成成，然后将将锚箱用焊焊钉使之与与混凝土塔塔身连结，，用环形预预应力筋将将锚箱夹在在混凝土的的塔柱内，，以增加对对拉索水平平荷载的抵抵抗力。拉索的减振振气动控制法法：将拉索的光光滑表面做做成带有螺螺旋凸纹、、条形凸纹纹、V形凹纹或圆圆形凸点的的非光滑表表面。优点：提高拉索表表面的粗糙糙度，使气气流经过拉拉索时在表表面边界层层形成湍流流，从而避避免涡激共振的产生；拉拉索表面的的凹凸纹能阻阻碍下雨时时拉索上、、下缘迎风风面雨水线线的