斜拉桥主梁截面斜锁及索塔构造特点

斜拉桥主梁截面、斜锁及索塔构造特点一、斜拉桥的特点

斜拉桥是由主梁、塔柱和斜拉索三部分组成的一种组合体系结构。利用由塔柱伸出的斜拉索为钢筋混凝土主梁的弹性支承，以代替中间支墩，借以降低主梁的截面弯矩，减轻自重，显著得增大了跨越能力。同时，斜拉索拉力的水平分力对主梁起着轴向预应力作用，可以增强主梁的抗裂性能，节减了主梁高强钢材的用量。

从其力学特性分析，与传统的梁式桥比较，斜拉桥除斜拉索的水平分力所产生的轴向力影响外，大体上具有弹性支承连续梁的性能；和悬索桥相比，作用在斜拉桥主梁上的荷载通常是由锚固点直接传给斜拉索的；预应力混凝土斜拉桥更能充分发挥材料的性能；斜拉桥中，因斜拉索被张拉成直线形状，不发生大的位移，故斜拉桥整体刚度要比悬索桥大的多。

斜拉桥充分利用斜拉索的刚性，巧妙地将索与梁结合起来。因此，斜拉桥这一桥式属于梁式桥与悬索桥之间的大跨度桥梁，它可有效的用于100—600m之间的跨度。

根据以上特点，预应力混凝土斜拉桥具有下列显著的优越性：

1．跨越能力大；

2．具有良好的结构刚度和抗风稳定性；

3．依靠斜拉索的应力调整，能设计的很经济；

4．结构轻巧，适应性强；

5．利用斜拉索，发挥无支架施工的优越性。二、斜拉桥的总体布置（一）孔跨布置

1.双塔三跨式这是一种最常见的斜拉桥孔跨布置方式。由于它的主跨跨径较大，一般可适用于跨越较大的河流。如下图所示。

主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关系根据统计资料为：

钢斜拉桥：L1＝(0.40-0.45)L2；

其他斜拉桥：L1＝(0.33—0.50)L2；一般接近于L1＝0.4L2。国内统计资料显示：上海杨浦大桥(钢)：L2＝602m，L1＝243m，L1＝0.40L2；武汉长江二桥(混凝土)：L2＝400m，L1＝l80m，L1＝0.45L2；山东东营黄河大桥(钢)：L2＝288m，L1＝136．5m，L1＝0.47L2；广西红水河铁路桥(混凝土)：L2＝96m，L1＝48m，L1＝0.5L2。

解决较大应力幅产生疲劳问题的办法：使边跨伸出一悬臂端(端支点内移)，由此对端支点产生预压，减小端支点上抬倾向，以减小端锚索的应力幅。如下图所示的武汉长江二桥就是这样做的。

2.独塔双跨式

这也是一种常见的斜拉桥孔跨布置方式，如下图所示。由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，适用于跨越中小河流和城市通道。

独塔双跨式斜拉桥的主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关系一般为L1＝（0.5—0.8）L2，但多数接近于L1＝0.66L2。国内资料统计为：重庆石门桥(混凝土)：L2＝230m，L1＝200m，L1＝0.87L2；广东南海西樵桥(混凝土)：L2＝125m，L1＝110m，L1＝0.88L2；武汉汉水月湖桥(混凝土)：L2＝232m，L1＝138m，L1＝0.59L2；

重庆石门嘉陵江桥

武汉汉水月湖桥

3.三塔四跨式和多塔多跨式

斜拉桥很少采用三塔四跨式或多塔多跨式，因为中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位。因此，柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式将使结构柔性进一步增大，随之而来的是变形过大。

三塔四跨式（洞庭湖大桥）

在必须采用多塔多跨式斜拉桥时，可将中间做成刚性索塔，或用拉索对中间塔顶加劲，如香港汀九大桥。

三塔四跨式（香港汀九大桥）

多塔多跨式（MillauViaduct）

（二）斜索布置1.索面布置索面布置一般有3种类型，即单索面、竖向双索面和斜向双索面。

单索面双索面斜向双索面

单索面（钱江三桥）

从力学角度来看，采用单索面时，拉索对抗扭不起作用。因此，主梁应采用抗扭刚度较大的截面。采用双索面时，作用于桥梁上的扭矩可由拉索的轴力来抵抗，主梁可采用较小抗扭刚度的截面。至于斜向双索面，它对桥面梁体抵抗风力扭振特别有利。

斜向双索面（海口世纪大桥）

2.索面三形状索面三形状三主要三有3种基三本类三型，三即放射三形、三扇形三和竖三琴形。放射三形三竖琴三形三扇形PA三SC三O-三KE三NN三EW三IC三K（放三射形三）竖琴三形（三西樵三山桥三）扇形三（海三印桥三）根据三力学三观点三，以放三射形三较优。原三因是三：(1三)斜索三与水三平面三的平三均交三角较三大，三斜索三垂直三分力三对梁三的支三承效三果较三大，三而对三主梁三产生三的轴三力较三小；(2三)因斜三索的三水平三分力三在塔三顶基三本平三衡，三塔的三弯矩三较小三。但三放射三形的三斜索三集中三汇交三于塔三顶，三塔顶三构造三细节三较为三复杂三。反三之，竖琴三形由于三所有三斜索三的倾三角相三同，三锚固三点结三构可三以单三一化三，塔三上锚三固点三的间三距大三，对三索塔三的受三力有三利。扇形布置三则介三于两三者之三间，三它的三斜索三垂直三分力三小于三放射三形但三大于三竖琴三形，三而水三平分三力大三于放三射形三小于三竖琴三形。三塔上三锚固三点的三间距三也同三样介三于放三射形三和竖三琴形三之间三。3.索距三的布三置索距三的布置，可三以分三为“三稀索三”与三“密三索”三。现三代斜三拉桥三则多三为“三密索三”密索三优点如下三：(1三)索距三小，三主梁三弯矩三小；(2三)索力三较小三，锚三因点三构造三简单三；(3三)锚固三点附三近应三力流三变化三小，三补强三范围三小；(4三)便于三伸臂三架设三；(5三)易于三换索三。稀索密索三（法三国诺三曼底三大桥三）（三三）梁三体布三置1.连续三体系在斜三拉桥三的全三长范三围内三，梁三体布三置成三连续三的形三式，如图三：连续三的梁三体（三湖北三荆州三长江三大桥三）在某三些场三合下三，由三于结三构受三力的三需要三，还三可将三梁体三的连三续延三伸至三斜拉三桥以三外部三分，三即斜三拉桥三的梁三体还三与其三边跨三或主三跨以三外部三分的三引桥三跨或三其他三跨的三梁体三相连三。梁体三连续三的延三伸（三日本Ay三un三os三e三Br三id三ge）斜拉三与连三续混三合（三招宝三山桥三）2.非连三续体三系一是三在斜三拉桥三主跨三中央三部分三插入三一小三跨简三支结三构。三二是三以“三剪力三铰”三代替三简支三结构三，这三种剪三力铰三的功三能是三只传三轴力三、剪三力，三不传三弯矩三。3.主梁三的跨三高比主梁三的跨高三比是指三主跨L2与梁三高H的比三值。三现代三密索三式斜三拉桥三主梁三的跨三高比三一般三在10三0—三15三0之间三。至三于铁三路、三公铁三两用三斜拉三桥。三特别三是主三梁为三钢桁三架梁三的，三其主三梁的三跨高三比不三足30，如三下图三的芜三湖长三江大三桥。（四三）索三塔布三置1.塔架三的形三式单索三面斜三拉桥三和双三索面三斜拉三桥索三塔塔三架的三纵向三布置三形式三如图三所示三：倒Y形（三济南三黄河三桥）图中三的(a三)为单三柱形三，(b三)为双三柱形三，(c三)为门三形，(d三)为H形，(f三)为斜三腿门三式，(h三)为A形，(i三)为倒V形，(j三)为倒Y形；(k三)为宝三石式三。双柱三形及三门形三塔架三的面三内刚三度最三小，三适用三于中三小跨三径的三斜拉三桥。三对较三大跨三径的三斜拉三桥，三从改三善扭三振的三角度三出发三，一三般倾三向采三用A形的三或倒Y形的三索塔三。H形（三东营三黄河三桥）斜腿三门式三（天三津永三和桥三）倒Y形（三杨浦三大桥三）2.塔的三高跨三比塔的三高跨三比范三围如三下图三所示三。索三塔的三适宜三高度H要由三经济三比较三来决三定。H/三l2=1三/4～1/三7H/三l2=1三/2三.7～1/三4.三7（五三）斜三拉桥三的锚三拉体三系一般三来说三，悬三索桥三的主三缆多三数是三地锚三体系三；而三斜拉三桥的三斜索三则相三反，三多数三是自三锚体三系。自锚三体系三斜拉三桥的三端锚三索地锚三式斜三拉桥地锚三式斜三拉桥三、三主梁三截面（一三）钢三梁1.工字三形钢三主梁如下三图所三示，三一般三采用三两根三工字三形钢三主梁三的“三双主三梁”三布置三。工字三形钢三主梁三（汀三九大三桥）斜索三下端三一般三直接三锚固三在钢三主梁三上，三其锚三固细三节如三下图三所示三。汀九三大桥三的锚三固2.钢箱三梁截三面主三梁钢箱三梁截三面，三可以三采用三相当三于工三字形三双主三梁的三布置三方式三，只三是将三工字三形钢三梁换三成钢三箱梁三。在三现代三斜拉三桥中三，钢三主梁三更多三地采三用整三体构三造的三流线三型扁三平钢三箱梁。南京三长江三二桥三钢箱三梁截三面南京三长江三三桥三钢箱三梁截三面（三钢箱三梁）3.钢桁三梁斜拉三桥采三用钢三桁梁三，主三要是三由于三布置三双层三桥面三的需三要。在我三国，三有两三座著三名的三公铁三两用三钢桁三梁斜三拉桥三，分三别是三芜湖三长江三大桥三和武三汉天三兴洲三长江三大桥三。芜湖三长江三大桥武汉三天兴三洲长三江大三桥4.单索三面斜三拉桥三中的三钢梁三截面由于三单索三面斜三拉桥三的斜三索对三桥梁三抗扭三不起三作用三，因三此一三般都三采用三抗扭三刚度三较大三的整三体构三造的三箱梁三。湄南三河桥三单索三面桥三钢梁三截面三单位三（mm）（二三）混三凝土三梁1.实体三边主三梁和三板式三梁实体三边主三梁是三混凝三土斜三拉桥三中比三较简三单的三一种三截面三形式三。下三图所三示为三宜宾三中坝三金沙三江大三桥的三主梁三形式三，采三用双三主肋三加小三纵肋三型式三，与三横隔三梁一三起形三成正三交异三型混三凝土三板，三有效三减小三剪力三滞效三应。实体三边主三梁和三板式三梁的三截面三形式三，具三有在三结构三上有三效和三施工三简便三的优三点。2.箱形三截面混凝三土斜三拉桥三主梁三采用三箱形三截面三，在三现代三斜拉三桥中三是经三常采三用的三截面三形式三。这三是因三为它三的抗三弯和三抗扭三刚度三大，三能适三应稀三索、三密索三、单三索面三或双三索面三等不三同斜三索布三置；三其组三合截三面，三也可三以方三便地三形成三封闭三式的三单箱三形式三或分三离式三的双三箱形三式，三以适三应不三同桥三宽的三需要三；截三面的三组合三构造三，也三可以三部分三预制三、部三分现三场灌三筑，三为桥三梁施三工方三案提三供更三多选三择单三索面三布置三的箱三形截三面。在双三索面三混凝三土斜三拉桥三中，三箱形三截面三的主三梁常三以分三离式三的两三个箱三体各三自锚三固于三斜索三，两三箱之三间则三以横三梁和三桥面三板连三结。三双箱三梁的三典型三截面三为倒三梯形三，如下三图所三示济三南黄三河桥三和武三汉长三江二三桥三：泸州三泰安三长江三大桥三的单三箱三三室截三面与三分段三现浇三施工三方案三（单三位cm）泸州三泰安三长江三大桥三主桥三跨度20三8+三27三0+三35三+3三0m，PC单箱三三室三箱梁三，PC索塔三，不三对称三独塔三双索三面斜三拉桥三。单三箱三三室流三线形三梁段三，梁三宽29三.5三m，梁三高3m。顶三板厚40三~2三0c三m，底三板厚70三~2三5c三m，腹三板厚50三~2三5c三m，斜三腹板三厚23三cm，斜三拉索三外侧三设宽三度2.三4m的人三行道三悬臂三。梁三顶设2%双向三桥面三横坡三。主三梁截三面宽三高比B/三h=三9.三83三3:三1，高三跨比h/三L=三1/三90，跨三宽比L/三B=三9.三15三3:三1。黑龙三江省三绥芬三河市三新华三街立三交桥三的主三桥为10三0m三+1三00三m双孔三独塔三单索三面斜三拉桥三，跨三越绥三芬河三铁路三站场三。主三梁横三断面三为全三预应三力混三凝土三单箱三三室三。梁三底平三齐，三梁高三由外三至内1.三8m～1.三92三m。梁三顶宽23三.5三m，底三宽11三.5三m，两三侧悬三臂各三长3.三0m三,外腹三板倾三斜。混凝三土单三箱三三室（三绥芬三河市三新华三街立三交桥三的主三桥三单位三：m）（三三）结三合梁结合三梁斜三拉桥三是指三钢主三梁的三上翼三缘与三设置三其上三的混三凝土三桥面三板之三间用三剪力三键结三合共三同受三力的三梁体三结构三。结三合梁三一般三只适三用于三双索三面斜三拉桥三。结三合梁三斜拉三桥在80年代三后才三得到三发展三。其三代表三作首三推加三拿大三的安三那西三斯(A三nn三ac三is三)桥其三结合三梁主三梁截三面如三图所三示。（四三）混三合梁混合三梁斜三拉桥三是指三其主三跨为三钢梁三而边三跨为三混凝三土梁三的斜三拉桥三。钢三梁与三混凝三土梁三的连三接点三一般三设在三索塔三附近三，可三以在三边跨三侧，三也可三以在三主跨三侧。三斜拉三桥边三跨采三用混三凝土三梁的三构思三，是三取其三梁的三自重三大，三有利三于边三跨发三挥其三锚固三跨的三作用三。混凝三土梁三与钢三梁的三连接三点选三择在三索塔三附近三，原三因是三该处三梁的三弯矩三最小三，梁三的轴三力为三最大三。对三混凝三土梁三与钢三梁连三接的三细节三构造三而言三，传三递轴三力的三构造三要比三传递三弯矩三的构三造容三易处三理得三多。19三94年底三法国三建成三的诺三曼底三大桥三是混三合梁三斜拉三桥，三主孔三跨度三为85三6m。诺曼三底大三桥主三梁截三面（三单位m）诺曼三底大三桥主三梁截三面（五三）斜三拉桥三三种三主梁三截面三形式三的比三较斜拉三桥的三三种三主梁三截面三，即三钢梁三、混三凝土三梁和三结合三梁，三其各三自的三特点三可以三通过三下表三来说三明。三表中三混凝三土斜三拉桥三与钢三斜拉三桥、三结合三梁斜三拉桥三的比三较(表中三的A、B、C、D表示三优劣三等级)。项目钢斜拉桥结合梁斜拉桥混凝土斜拉桥性能要求预制拼装就地浇注恒载ABCC减轻桥梁自重质量CBAA空气动力质量材料阻尼CBAA改善空气动力徐变ABCD尺寸线形的稳定性收缩ABCD尺寸线形的稳定性耐久性CBAA最佳耐久性改造的难易ABCC易于改造施工的难易BACD易于施工路面造价BAAA降低路面的造价斜索的连结CBAA连结的难易斜索疲劳CBAA降低活载恒载比值基本造价CABB与跨度及地区有关四、三斜三索（一三）斜三索的三构造在近三代大三跨度三斜拉三桥中三，斜三索的三构造三基本三上分三为整三体安三装的三斜索三和分三散安三装的三斜索三两大三类。三前者三的代三表为三平行三钢丝三索和三冷铸三锚，三后者三的代三表为三平行三钢绞三线索三和夹三片锚三。1.平行三钢丝三索和三冷铸三锚平行三钢丝三索的三截面三组成三和冷三铸锚三如图三所示三：平行三纲丝三索和三冷铸三锚的三斜索三，整三体在三工厂三制造三。平三行钢三丝索三由φ5三mm或φ7三mm高强三度镀三锌钢三丝(抗拉三强度σb＝16三00三MP三a左右)组成三，一三般排三列成三六角三形。平行三钢丝三索和三冷铸三锚，三以其三性能三可靠(承载三能力三、疲三劳强三度和三防腐三措施)从70年代三在欧三洲和三日本三始用三起至三今已三被广三泛使三用。由于三运输三需求三，钢三索必三须盘三绕在三圆筒三上，三为避三免索三的钢三丝产三生过三高的三弯曲三应力三和外三包PE套被三撕裂三，一三般规三定圆三筒直三径不三小于三索径三的20三-2三5倍。2.平行三钢绞三线索三和夹三片锚平行三钢绞三线索三截面三组成三和夹三片锚三如图三所示三。将三平行三纲丝三索中三的钢三丝换三成等三截面三的钢三绞线三即成三为平三行纲三绞线三索。平行三钢绞三线索三和夹三片锚对平三行钢三绞线三索和三夹片三锚体三系，三需要三注意三的问三题是三：(1三)夹片三锚的三疲劳三强度三；(2三)夹片三和锚三孔之三间的三圆锥三度配三合要三精确三，否三则咬三合力三将集三中在三夹片三小端三形成三“切三口效三应”三，成三为疲三劳破三坏之三源；(3三)对夹三片应三设置三防松三脱装三置，三否则三在较三小索三力(小于0.三25三)下受三振动三荷载三时，三夹片三可因三咬合三力不三足而三松脱三导致三事故三；(4三)钢绞三线进三入锚三管内三有两三处转三折，三一在三钢绞三线散三开的三约束三圈处三；二三在钢三绞线三进入三锚孔三处。三在第三二个三转折三处，三亦为三拉索三的锚三固点三，存三在着三固端三挠矩三。由三于轴三向索三应力三和挠三曲应三力的三叠加三，该三处产三生最三大的三应力三幅。三为分三散应三力幅三，需三在锚三管内三加设三一“三支承三圈”三。（二三）斜三索的三锚固1.斜索三在主三梁上三的锚三固斜索三在主三梁上三的锚三固，三可以三分为三“吊三拉”三和“三承托三”两三种形三式。三在工三字形三主梁三上，三大都三采用三“吊三拉”三型式三，如三下图三所示三：在混三凝土三主梁三上，三都采三用“三承托三”型三式，三如下三图所三示：斜索三在混三凝土三主梁三上的三锚固2.斜索三在索三塔上三的锚三固(1三)斜索三在实三体塔三柱上三的交三错锚三固，三如图三所示三：(2三)斜索三在空三心塔三柱上三的非三交错三锚固三，如三下图三所示三：空心三塔柱三非交三错锚三固（三兰州三小西三湖桥三）(3三)采用三钢锚三固梁三锚固三，如三图所三示苏三通大三桥的三钢锚三箱结三构图三：（三三）斜三索防三腐斜索三防腐三是斜三拉桥三设计三的重三要课三题。在现三代斜三拉桥三所广三泛采三用的三两种三斜索—平行三钢丝三索和三冷铸三锚、三平行三钢绞三线索三和夹三片锚三中，三斜索三防腐三的典三型措三施是三这样三的：平行三钢丝三索和三冷铸三锚镀三锌钢三丝为三挤高三密度PE套所三防护三，裸三索埋三于冷三铸锚三的环三氧树三脂混三合料三中。三钢丝三受到三镀锌三层和三高性三能PE套的三保护三。平行三钢绞三线索三和夹三片锚三镀锌三钢绞三线涂三以油(或蜡)层后三，用三双层PE套防三护并三将整三索平三行钢三绞线三索和三夹片三锚三镀三锌钢三绞线三涂以三油(或蜡)层后三，用三双层PE套防三护并三将整三索。弯于PE套内三，套三内灌三以水三泥砂三浆或三其他三有机三防腐三剂，三裸索三埋于三钢套三的防三腐油三脂中三。钢三绞线三受到三镀锌三层、三油层三、PE层和PE套管三的4层保三护。环氧三全涂三