混凝土斜拉桥

第四篇混凝土斜拉桥

第一章概述

第一节斜拉桥的发展

一、国外的发展

20世纪30年代，德国工程师迪辛格（Dischinger）首先认识到斜拉桥结构上的优越性，建成第一座现代斜拉桥――主跨182m的新斯特雷姆伍特桥（Stromsumd）于1955年在瑞典建成。

1962年建成的马拉开波桥是第一座混凝土斜拉桥，主跨为160＋5×235＋160，采用稀索布置，索塔两侧仅一对预应力拉混凝土拉索。

此后斜拉桥得到迅速发展，全球建成300多座。

1994年建成法国诺曼底桥，主跨为856m，是目前世界上最大跨径的混合型斜拉桥。1998年底日本建成的主跨为890m的多多罗大桥，是20世纪最大跨径的钢斜拉桥。

二、斜拉桥在我国发展（19座，L>400m）

我国在1993年建成了上海杨浦大桥，主跨为603m，是20世纪世界上最大跨径的结合梁斜拉桥。

三、斜拉桥的发展阶段

第一阶段：稀索布置，主梁基本上是弹性支承连续梁

第二阶段：中密索，既是弹性支承连续梁，又承受较大的轴向力

第三阶段：密索布置承受强大的轴向力，同时又是一个受弯构件

20年的发展中，混凝土斜拉桥的发展异常迅速，除了跨径不断增加外，主梁高不断减小，主梁的高跨比从1/40左右发展到1/254，索距从60m-70m减少到10m以下，截面型式从梁式桥截面型式发展到扁平的板式梁截面，最大跨径已达530m。

根据国内外桥梁专家的研究分析，混凝土斜拉桥的最大跨径可达700m，钢斜拉桥跨径可达1300m，结合梁斜拉桥（主梁为钢－混凝土结合梁）最大跨径可达1000m。经济跨径在200m-500m之间。

第二节总体布置及结构体系

一、总体布置

总体布置主要解决塔索布置，跨径布置，拉索及主梁的关系，塔高与跨径关系。

1、跨径布置

现代斜拉桥最典型的跨径布置有两种：双塔三跨和单塔二跨，特殊情况下也可以布置成独塔单跨式、双塔单跨式及多塔多跨式。

?双塔三跨

是斜拉桥最常见的一种布置方式。主跨根据通航要求、水文、地形、地质和施工条件定。考虑简化设计、方便施工，边跨常成相等的对称布置。也可采用不对称布置。

边跨比中跨，经济跨径为0.4。应考虑全桥的刚度、拉索的疲劳度、锚固墩承载能力多种因素。如：主跨有荷载会增加端锚索的应力，而边跨上有活载时，端锚索应力会减少。拉索的疲劳强度是边跨与主跨跨径允许比值的判断标准。当跨径比为0.5时，可对称悬臂施工到跨中进行合拢。小于0.5时，一段悬臂是在后锚的情况下施工的。

?单塔二跨

可采用两跨对称布置或两跨不对称布置。

两跨对称布置，由于一般没有端锚索，不能有效约束塔顶位移，故在受力和变形方面不能充分发挥斜拉桥的优势。而如果用增大桥塔的刚度来减少塔顶变位则不经济。

两跨布置可设置端锚索控制桥塔顶的位移。故常采用两跨不对称布置。边跨比上主跨。采用不对称布置时，注意悬臂端部的压重和锚固。

?辅助墩及外边孔

当斜拉桥的边孔设在岸上或浅滩，边孔高度不大或不影响通航时，在边孔设置辅助墩，可以改善结构的受力状态。当辅助墩受压时，减少了边孔主梁弯矩，而受拉时则减少了中跨主梁的弯矩和挠度，从而大大提高全桥的刚度。边孔设置一个辅助墩后，塔顶水平位移、主梁跨中挠度、塔根弯矩和边跨主梁弯矩都大大减少，加两个辅助墩，内力和位移虽然下降幅度减少，三个辅助墩，内力和弯矩没有明显变化。

当设置辅助墩困难或造价较高时，可采用外边孔的构造型式，将斜拉桥的主梁向前后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。但主梁与引桥的上部结构相连，地震时将增加斜拉桥的水平惯性力。

2、索塔高度

索塔高度不仅与斜拉桥的主跨径有关，还与拉索的索面型式（辐射式，竖琴式或扇式）、拉锁的索距和拉索的水平倾角有关。

一般在主跨相同的情况下，索塔高度底，拉索的水平倾角就小，则拉索的垂直分力对主梁的支承效果小，导致拉索的钢材用量增加。拉索的高度应由经济比较来确定。双塔：，单塔：3、拉索布置

拉索对主梁有弹性支承作用，对整个斜拉桥的结构刚度和经济合理性起着重要的作用。拉索一般采用抗拉强度高、疲劳强度好和弹性模量较大的高强钢丝、钢绞线及高强粗钢筋等。?拉索在空间的布置型

可布置成单索面和双索面。双索面又分为竖直双索面和倾斜双索面。

单索面时，对抗扭不起作用，因此要求主梁应采用抗扭刚度较大的截面，跨度也不宜过大，目前单索面混凝土斜拉桥的最大跨径是法国的艾龙河（Elon），主跨为400m，双索面时，两个拉索面能加强结构的抗扭刚度，不需要强调主梁采用抗扭刚度大的箱型截面。倾斜双索面抗风效果好。

较窄的双车道桥梁不宜采用单索面布置。中央要设中央分隔带。

?拉索在索面内的布置型式

具体有辐射式、竖琴式、扇式。

（1）辐射式

拉索与水平面的平均交角大，拉索垂直分力对主梁的支承效果好，拉索用量省。

拉索的水平分力在塔顶平衡，索塔的弯具小，索塔高度比另外两种布置型式低。

所有拉索锚固于塔顶，使塔顶的构造比较复杂，局部应力集中现象突出。

目前应用较少。

（2）竖琴式

所有拉索的倾角相同，拉索和桥塔的锚固点分散布置，连接构造简单。

加强了索塔的顺桥向刚度，对减少索塔的弯矩和提高稳定性有帮助。

如将中间拉索用边孔内设置的辅助墩锚固，可大大减少索塔的弯矩和变形。

拉索倾角小，拉索对主梁的支承效果差，拉索用量大。

无法形成漂浮体系，于抗风、抗震不利，难于控制跨中弯矩。

一般用于中小跨径的桥

（3）扇型

兼有辐射形和竖琴形的优点，式采用得最多得一种桥型。

具有很好得抗扭刚度以及抗风振动稳定性和抗地震稳定性。

对拉索的锚固位置、构造要求及施工工艺要求高。

?拉索间距

早期采用拉索很少而刚性大的稀索布置，索距达15m－30m（混凝土主梁），30m－50m （钢主梁），拉索索力容易控制在设计预期值。索距大，主梁的弯矩和剪力大，要求较高的主梁高度。拉索内力大，锚固区需要进行补强，施工困难。

现代采用密索布置，使主梁弯矩减小，轴力增大。梁高降低，可做成梁板式截面，改善了动力性能，提高了结构的抗风、抗震能力。多索布置与悬臂平衡施工方法相似，有利于施工控制。可在行车时更换拉索。可能产生分振问题，边跨主梁可能产生较大负弯矩及端锚索刚度较小问题。索距：混凝土达4m－12m

钢斜拉桥达8m－24m。

?拉索倾角（边索）

拉索的倾角与拉索受力情况有关。当索与梁之间的倾角增大，则拉索索力减小，蛋塔的高度与索的长度都要增加，索塔截面可减小。

如图：假设索塔高度H及主跨水平力为常数，锚索倾角及边跨跨径为可变数。此时拉索轴力和截面积与值成反比，拉索长度与值成反比，则拉索重力可用下式表示：

：拉索重力

：拉索材料的单位体积重力

：比例常数

由上式可知，为时，为最小，材料最经济。

另外如图所示，塔索的轴力和主梁端支点的负反力均为，当不变时，越小，则索塔的轴力和主梁端支点负反力就越小。而梁的轴力与相等，与无关。根据上述分析，角应小于较经济。

角控制在，竖琴形布置较多取，辐射形或扇形布置，范围，最为普遍。

4、主梁的布置

连续体和非连续体

?主梁为连续体系

主梁为连续梁或连续刚构（拉索为跨内的弹性支承），为改善受力布置外边孔时，斜拉桥主梁梁体还与边跨或引桥的上部结构主梁相连续。

?主梁为非连续体系

在双塔三跨式斜拉桥的主跨中央部分，带有一个简支挂孔或剪力绞。

（1）带有挂孔

带有挂孔的主梁布置型式简化了结构体系，减少了结构的超静定次数

较好的解决了两个塔拄不均匀沉降。

主梁的非连续破坏了桥梁的整体性。

（2）带有剪力绞

剪力绞可以只传递剪力和轴向力，不传递弯矩。

可以缓解温度内力的影响，但也破坏了桥面的整体稳定。

剪力绞设计、施工和养护困难，尽量避免采用。

二、结构体系

斜拉桥的结构体系可以根据主梁、拉索、索塔和桥墩的不同结合方式形成结构体系，也可根据拉索的锚拉体系来形成斜拉桥的不同结构体系。

（一）由梁、索、塔、墩的不同结合构成的四种不同的结构体系。

1、塔墩固结、塔梁分离－－漂浮体系

主梁除两端有支承外，其余全部由拉索作为支承，成为在纵向可稍作浮动的一根具有多点弹性支承的单跨梁。现代大跨度混凝土斜拉桥大多采用。

优点：满载时，塔柱处主梁不出现负弯矩峰值

温度积混凝土收缩、徐变内力均小

在密索情况下，主梁各截面的变形和内力的变化较平缓，受力均匀。

地震时允许全梁纵向摆动，从而起抗震的作用

缺点：当采用悬臂施工时，塔柱处梁段需临时固结，以抵抗施工过程中的不平衡弯矩和纵向剪力。

拉索不能对主梁提供有效的横向支承，所以对漂浮体系必须施加一定的横向约束，提高振动频率以改善动力性能。一般在塔柱和主梁之间设置板式橡胶支座或聚四氟乙烯盆式支座，对主梁在横向形成较为柔性的约束。如图：

2、塔墩固结、塔梁分离，在塔墩处主梁下设置竖向支承－－半漂浮体系

半漂浮体系的主梁成为在跨内具有多点弹性支承的连续梁或悬臂梁。

半漂浮体系的主梁内力在塔墩支承处出现负弯矩峰值，通常须加强支承区段的主梁截面。温度及混凝土收缩、徐变内力也较大。但在墩顶设置可调节高度的支座或弹簧支承来代替从塔柱中心悬吊下来的拉索（0＃索），并在成桥时调整支座反力，以消除大部分收缩、徐变的不良影响。

3、塔梁固结、塔墩分离――塔梁固结体系

塔梁固结并支承在桥墩上，主梁相当于顶面用拉索加强的一根连续梁或悬臂梁。

取消了承受很大弯矩的梁下塔柱部分，使塔柱和主梁的温度内力极小，并可显著减小主梁中央段承受的轴向拉力。

当中跨满载时，由于主梁在墩顶处转角位移导致塔柱倾斜，使塔顶产生较大的水平位移，显著增大了主梁的跨中挠度和边跨的负弯矩。

对于大跨径的桥，上部结构反力大，可能需要设置上万吨的支座，使支座构造复杂，且动力特性不理想，于抗风、抗震不利，固不宜采用。

4、主梁、索塔、桥墩三者互为固结――刚构体系

梁、塔、墩固结，主梁成为在跨内有多点弹性支承的刚构。

结构刚度大，主梁和塔柱的挠度均较小，不需要大吨位的支座，最适合悬臂施工。

刚构体动力性能差，尤其在窄桥时。应认真进行动力性能研究。

在固结处主梁负弯矩极大，在此段内主梁截面必须加大。

为了消除固结点处及墩脚处产生的温度附加弯矩，可在双塔三跨式主梁跨中设置可以允许水平位移的剪力绞或挂梁。但这样对行车不利。

在塔墩很高的双塔三跨式斜拉桥中，若采用双薄臂柔性墩，适应由于温度、混凝土收缩、徐变和活载引起主梁的水平位移，形成连续刚构桥。既能保持刚构体系的优点，又能使行车平顺。

（二）按拉索的锚拉体系不同而形成的三种结构体系

1、自锚式斜拉桥

塔前拉索分散锚固在主梁梁体上，而塔后侧的拉索除了最后边的锚固在主梁端支点处以外，其余拉索则分散锚固在边跨主梁上或将一部分拉索集中锚固在端支点附近的主梁上。拉索的水平分力由主梁的轴力来平衡。

锚固在端支点处的拉索索力最大，需要较大截面，对控制塔顶的变位起重要作用。

2、地锚式斜拉桥

单跨式斜拉桥一般采用地锚式。

由拉索的水平分力引起的梁内水平轴力必须由相应的下部结构（地锚）来承担。

3、部分地锚式斜拉桥

边跨相对于主跨很小时，可以将边跨部分拉索锚固在主梁上，而部分拉索布置成地锚式。（三）锚拉体系与主梁轴力的关系

拉索作为斜拉桥的弹性支承，减少了梁内弯矩，拉索所里的水平分力时主梁产生轴向力。其分布和正负号随斜拉桥拉索的锚拉体系和主梁的支承条件不同变化。

如图a,主梁两端可自由活动，梁体轴力为正（受拉），跨中轴力大于两端压力。

b图，主梁两端固定，跨中设置伸缩绞，轴力为负（受压），跨中压力小于两端压力。

三跨斜拉桥的轴力分布随支承条件变化图。

a图，固定支座布置在中间一个塔墩上，其余均为活动支座。

b图，为部分地锚式，桥两端设固定支座，主梁在塔墩处设伸缩绞。

c图，主梁轴力有正有负，且轴力最小。

第二章混凝土斜拉桥的构造

第一节拉索的种类、构造及防护

拉索是混凝土斜拉桥的重要组成部分，必须具备抗疲劳性能、耐久性和良好的抗腐蚀性。拉索的造价约占全桥总造价的25％－30％。

一、拉索种类与构造

每一根拉索都包括钢索和锚具两大部分。钢索承受拉力，设置在钢索两端的锚具用来传递拉力。

钢索作为斜拉索的主体主要有如下几种形式。

1、平行钢筋索：

由高强钢筋平行布置组成，标准强度不低于1470MPa，每根钢筋在截面中的位置由带孔定位板来保持和隔离。全部钢筋穿在一根粗大的聚乙烯套管中，待索力调整完整后，在套管内压注水泥砂浆，对钢筋进行保护。

施工操作过程繁杂，由于钢筋出厂一般均小于拉索长度，使索中钢筋都有接头，对拉索的疲劳强度有影响，目前很少使用。

2、钢丝索

1）平行钢丝股索（简称PWS）

将一定根数的镀锌钢丝平行地捆扎成股，每根钢丝都是顺直而无扭转的。股索截面成六角形。大型的平行钢丝股索可直接单独用作拉索，大多数情况是每根拉索由多股平行钢丝股索组成。

由于钢丝未经旋扭，抗拉强度和弹性模量均无损减，与单根镀锌钢丝相同。

2）平行钢丝索（PWC）

将若干根预应力钢丝平行并拢、扎紧、整体穿入聚乙烯套管中，张拉结束后压注水泥砂浆。性质和平行钢丝股索相同。

3）半平行钢丝索

将若干根预应力钢丝平行并拢，且同心同向作轻度扭绞，扭绞角约为20－40，（其弹性模量和疲劳性能不受影响）再用包带扎紧，最外层直接挤裹聚乙烯索套防护，就成为半平行钢丝索，也称为新型PWS、螺旋形PWC。或称为半平行钢丝股索。采用镀锌高强钢丝，其标准强度不低于1600MPa，常采用f5或f7镀锌钢丝制造。

2、钢绞线索

钢绞线的标准强度可达1860Mpa，用钢绞线制成钢索可以进一步减轻拉索重力。

1）平行钢绞线索

将7丝钢绞线平行排列，布置成六脚形截面。

用若干根钢绞线制成拉索后，穿入预制的聚乙烯套管、钢管或玻璃纤维加筋的塑料管，然后压注水泥砂浆，或将每一根钢绞线涂防锈油脂后挤裹聚乙烯护套，再将带有护套的钢绞线穿入大的聚乙烯套管中，压注水泥砂浆。

2）半平行钢绞线索

制作方法相同，在索中钢绞线集中排列后再轻度扭绞而成。钢索中钢绞线的扭绞方向应与单根钢绞线中的钢丝扭转方向相反。

4、封闭式钢缆

核心部分是由多层圆形钢丝组成的单股钢绞缆，外面逐层绞裹梯形截面的钢丝，接近外层时绞裹Z形截面的钢丝，相邻各钢丝的旋钮方向相反。

使用镀锌钢丝制作，还可在钢丝上涂防锈脂，最外层再涂防锈涂料防护。

5、单股钢绞线

以一根钢丝为缆心，逐层增加钢丝，同一层钢丝直径相同，但逐层钢丝的扭绞方向相反，以抵抗张拉时的扭矩。现很少采用

二、拉索端部的锚具

锚具必须能顺畅地将索力传递给索塔和主梁。常用的拉索锚具有热铸锚、镦头锚、冷铸锚及夹片群锚等。前三种是拉锚式锚具。配装夹片式群锚的拉索，张拉千斤顶直接拉钢索，结束后锚具才发挥作用。成为拉丝式锚具。

1、热铸锚

第二节主梁构造特点

一、主梁的总体布置

（一）立面布置

1、结构体系

斜拉桥由梁、塔、索、墩四种构件的不同组合构成飘浮体系、半飘浮体系、塔梁固结、钢构体系。主梁为多点支承的单跨、连续、悬臂或刚构；对于自锚体系斜拉桥，混凝土主梁受压；半自锚体系（部分地锚式）中主梁主要受压；密索自锚式斜拉桥主梁为受压为主的压弯构件。图示一座主跨330m、两边跨为135m的混凝土斜拉桥，用相同尺寸，分别采用飘浮体系、半飘浮体系、塔梁固结、钢构体系时主梁弯矩、挠度和轴力图。

主梁采用何种结构体系和布置应根据桥位处地质、地形条件、支座吨位、施工方法、行车平顺型、抗风、抗震等因素分析确定。

2、主梁的边跨和主跨比

一般来说，对于独塔双跨式斜拉桥，边跨与主跨比可取0.5－1.0；对于双跨三跨式斜拉桥，边跨与主跨比值，可取0.25－0.5，从经济性考虑可取0.4

3、主梁端部处理

主梁边跨/主跨≤0.5的双塔三跨式斜拉桥，为使索塔两侧的主梁断面能尽可能保持一致，宜将背索集中锚固在局部加厚的端部主梁上。

在边跨端横梁上压重，并将临孔引桥搁置在边跨端部牛腿上作为平衡重，抵消主梁端支点负反力。

4、主梁高度沿跨长的变化

混凝土斜拉桥由于采用密索布置及扁平的横断面形式，主梁受弯为主转变为受轴向力为主。

图所示为连续梁桥和斜拉桥主梁恒载弯矩对比示意图。在拉索的弹性支承作用下，斜拉桥主梁的恒载弯矩显著减小。

斜拉桥的主梁高度不象其他体系桥梁梁高随跨径正比例增大，与索塔刚度、索距、索型、拉索刚度、主梁的结构体系及截面型式等密切相关。与索距大小有直接关系。通常主梁做成等高度型式。

（二）横截面形式

应充分考虑抗风稳定性，特别是大跨径斜拉桥的风振问题。同时要考虑扭矩的传递、主梁对拉索索力的传递问题。

常用的截面型式：

◎实体双主梁截面（a）：适用于双索面体系的混凝土主梁截面。主梁之间由混凝土桥面板及横梁连接，拉索可直接锚固在主梁中心处，也可以锚在伸臂横梁的端部。

◎板式边主梁截面（b）：边主梁梁高相对于桥宽很小，两主梁之间的连接横梁底部与主梁齐平，形成底部挖有一个个空槽的板式梁底。低高度边主梁的截面带有风嘴尖角，以适应大跨径斜拉桥的抗风要求。

◎分离双箱截面：c为带有竖腹板的矩形箱型截面。最大的优点是采用悬臂施工方便。由于斜拉桥主梁截面尺寸较小，采用挖空的箱形截面节省的混凝土数量不多，而引起内模板、横隔梁钢筋布置、拉索锚固等复杂，已经很少采用。

d、e为倒梯形箱形截面和三角形箱形截面，两箱梁之间做成整体桥面板，横截面外侧做成风嘴状以减少迎风阻力，端部加厚以锚固拉索。

◎整体箱形截面：f、g、h、i，具有较大的抗弯及抗扭刚度。

◎板式箱形截面：j、k其构造简单，梁高小，施工方便且抗风性能好，适用双索面密索体系斜拉桥主梁。是混凝土斜拉桥中梁体最纤细的一种，也是近年来混凝土斜拉桥发展的新动态

之一。跨径200m以内，桥宽15m-20m的混凝土斜拉桥板式梁高仅为50cm-60cm。

二、主要尺寸拟定

确定了主梁截面型式及横截面布置、主梁高度沿跨长的变化规律后，主要尺寸的拟定就是确定梁高及主梁截面尺寸、横梁截面尺寸及桥面板尺寸、拉索锚固点局部构造要求等。

1、确定主梁高度h

通常采用等高度梁。

梁高与拉索的索距有直接关系。对于密索体系，梁高与主跨的比值可取

从提高主梁横向抗风稳定性考虑，主梁全宽B与主梁高度h的比值宜大于等于8。

2、主梁宽度B

与行车道、人行道宽度、拉索的布置、横截面布置及抗风稳定性有关。

从提高主梁横向抗风稳定性考虑，主梁全宽B与主梁高度h的比值宜大于等于8，梁宽B 和主跨的比值宜大于等于1/30。

3、确定横梁、桥面板尺寸、主梁截面各细部尺寸

一般可以根据桥面局部荷载按常规方法确定横梁和桥面板尺寸。

由主梁所承受轴向力来确定主梁截面面积大小。

式中：：拉索的拉力（KN）：主梁每延米重力（10－2KN/m）

：拉索的水平倾角：拉索在主梁上锚固点之间的水平距离（m）

4、截面调试

（1）初步拟定的截面尺寸是否满足强度、刚度及稳定性要求

（2）由验算主梁的抗扭刚度来确定梁高及主梁细部尺寸

图a表示双索面有抗扭刚度的主梁体系，偏心力P产生的扭矩为Pe一部分由主梁承受，一部分由拉索承受。由于主梁抗扭刚度的影响，使P力分布比较均匀。

图b表示双索面但无抗扭刚度的主梁体系，偏心力P直接按杆杠原理分配给两个索面，梁中不产生扭矩，但P力分配不如图a均匀。

图c表示单索面有抗扭刚度的主梁体系，活载P引起的扭矩Pe及横向风荷载引起的扭矩全部必须由主梁单独承受，所以采用箱形截面。首先初步拟定箱形截面尺寸，并根据主梁扭矩计算各部件（箱形截面顶板、底板及腹板）的扭转剪应力，并与整体截面调试中由恒载、活载等产生的剪应力相叠加，并计算出主拉应力，满足桥规要求。

三、钢筋的布置

混凝土斜拉桥的主梁，是一个既受轴向力又受弯受剪的构件。主梁除了设置非预应力钢筋外，还需配置各种受力的预应力束筋。

1、纵向预应力束布置

根据主梁的应力包络图配置。

由于拉索水平分力对主梁产生的轴向压力作用（自锚体系及部分地锚式斜拉桥），纵向预应力采用分段布置。

如在双跨式混凝土斜拉桥的中跨跨中附近及边跨端部等区段，由于拉索水平分力对主梁产生的轴向压力逐渐减少当其不能抵消由弯矩产生的拉应力时，需配置纵向预应力筋来承受此压力。

纵向预应力束筋沿横向的布置，板式梁截面：沿板宽布置，中间稀，靠板两侧布置密。实体双主梁截面：抵抗正弯矩的下缘预应力束筋布置在主梁内，抵抗负弯矩的上缘预应力束筋可布置在主梁上缘和桥面板内。箱形截面：因抗弯刚度大，截面内正、负弯矩大，布置在箱梁底板或顶板内。

2、横向预应力束筋的布置

在拉索锚固区及横隔梁设置处，有较大局部应力，需配置横向或竖向预应力束筋。特别在边跨端部拉索布置较集中区段，为克服拉索的横向张力，须设置横向及竖向预应力束筋。对于较宽的斜拉桥，必须设置横向预应力束筋。

对于单索面布置的箱形截面主梁，为了防止截面开裂而降低抗扭刚度，宜配置纵向、横向、竖向三向预应力束筋。

3、预应力度

（1）对于单索面箱形截面主梁，为了防止混凝土开裂降低抗扭刚度而造成不利，宜采用全预应力结构，或在主要组合作用下为全预应力结构，在附加组合作用下混凝土允许出项少许拉应力。这样可加大预应力束筋的索界范围，可更合理布置预应力束筋，还可降低束筋用量，提高主梁混凝土延性。

（2）双索面布置的斜拉桥，由于在双主梁下缘布置正弯矩预应力束筋的位置有限，同时偏心荷载产生的扭矩基本上是由两索面承受。因此可采用部分预应力结构。

（3）预应力度与施工方法的关系，如采用悬臂拼装施工，一般无纵向钢筋贯通接缝，需要

较高的预应力度，如采用悬臂浇注施工，由于分段处有搭接的纵向预应力钢筋，提高了极限状态下的安全度，并有助有克服意外情况下出现的裂缝，预应力度可适当降低。

四、钢－混凝土结合梁的构造特点

结合梁斜拉桥又称为叠合梁斜拉桥。由钢主梁、钢横梁及钢纵梁等组合钢梁桥，与混凝土桥面板通过连接构件形成一个整体结合梁。

第三节塔结构形式和截面尺寸

索塔上的作用力除了索塔自身的重力外，还有拉索索力的垂直分力引起的轴向力、拉索的水平分力引起的弯矩和剪力，此外，温度变化、日照温差支座沉降、风荷载、地震力、混凝土收缩和徐变等都将对索塔轴向力、剪力、扭矩和顺、横桥向的弯矩产生影响。

索塔设计应满足强度、刚度和稳定性要求。

一、索塔的结构形式

在顺桥向的型式有单柱型、A型及倒Y型等。

单柱型：构造简单，外形轻盈美观，施工方便，是最常用的桥型。

A型和Y型在顺桥向索塔刚度大，有利于抵抗索塔两侧拉索的不平衡拉力，能承受较大的顺桥向弯矩，有良好的抗震能力。

在横桥向的型式有单柱型、双柱型、门型、H型、梯形等

顺桥向、横桥向均采用单柱型的索塔仅适用于单索面斜拉桥。这类斜拉桥可采用两种结构体系：塔梁固结、塔墩分离和塔、梁、墩固结。塔梁固结、塔墩分离时，作用在主梁和索塔上的荷载通过塔梁连接处设置在塔梁下的支座传递给下部结构。塔、梁、墩固结时塔梁上的荷载通过桥墩直接传到基础中去。这类斜拉桥的抗扭由主梁提供，因此，主梁多为抗扭刚度大的箱形截面，特别是梯形箱（因地板尺寸小，塔墩和基础的尺寸可相应减小）。

顺桥向单柱型而横桥向双柱型、门型、H型、梯形的索塔适用于双索面斜拉桥。双柱型

对扭曲振动不利，特别是当两根塔柱的塔顶纵向水平位移反向时将增大主梁的扭曲振动振幅。门型增加了横梁，增强了索塔抵抗扭曲振动的能力。门形索塔的优点时可利用塔顶吊机进行预制吊装和挂索施工。

顺桥向为单柱型而横桥向采用A型、倒V型、倒Y型和菱形的索塔。因两塔柱在索塔上部交会，故不可能发生塔顶反向的水平位移，增强了斜拉桥桥的整体抗扭刚度。另一特点是既适用于单索面，又可用于双索面，当拉索布置成空间倾斜双索面时，两个索面与主梁形成一个封闭的稳定结构，抗扭刚度增大，有利于整个斜拉桥结构的抗风稳定性，并减小了活载偏心作用的影响，使主梁可采用抗扭刚度较小的双实体主梁。但是拉索锚固区构造复杂，并且拉索的横桥向水平分力产生的弯矩使塔柱横向尺寸增加。

二、塔的组成

塔墩固结体系：由基础、承台、横梁及塔顶建筑五大部分组成

塔柱：塔顶及竖直塔柱之间的横梁为非承重横梁，只承受自身重力引起的内力。设有主梁支座的受弯横梁、竖塔与斜塔相交点的受压横梁及反向斜塔柱相交点处的受拉横梁图b是承重梁。设计时应区别对待。

三、塔的截面型式

塔柱及横梁的截面型式应根据结构强度、刚度、稳定性计算的要求，结合构造要求和美学来确定。

（一）柱的截面型式

采用实心或空心截面。

一般实心等截面塔柱适用于小跨径斜拉桥；中等跨径可采用实心边截面或变截面。大跨径斜拉桥一般采用空心变截面。截面型式可分为两大类，第一类为矩形，第二类为非矩形。

第一类为矩形

截面长边一般于桥轴线平行，短边与索塔轴线平行。

采用实心矩形截面拉索一般穿过塔柱交错锚固，塔柱上部的拉索锚固区位于塔轴线两侧。H型截面当沿塔高柱截面变化时，一般仅变化长边尺寸L，短边尺寸B保持不变。

矩形空心截面拉索锚固于塔柱箱室中，通常不开槽口，而在箱室内壁增设锚固拉索用的锯齿形凸块，或在箱室内设置锚固钢横梁来锚固拉索。

第二类为非矩形

包括五角形、六角形、八角形等。

（二）横梁及其塔柱连接构件

由塔柱的截面形式决定，多采用矩型、T型、工字型实体截面或矩形空心截面。

第四节拉索锚固结构

拉索和主梁、索塔的连接应考虑拉索的布置（稀索、密索、单索面、双索面、拉索的构造）、主梁和索塔的截面型式与构造、拉索锚具的型式、拉索索力的大小、拉索的张拉工具与方法、梁上张拉或塔上张拉以及主梁和索塔的材料。

索塔是以受压为主的压弯构件，多采用混凝土材料，施工方便、便于调节索塔轴线的偏差、有利于施工控制。

一、拉索与混凝土主梁的锚固构造

主梁上应有刚度很大的锚固实体（锚固块）把拉索锚固在主梁上，并能将锚固点处强大的集中力迅速、简洁地扩散到主梁全截面。

锚固构造按拉索索面布置型式可采用以下几种布置：

1、在主梁顶板设置锚固构造（锚固块）

适用于单索面有加劲斜杆的整体箱主梁。

锚固块以箱梁顶板为基础，向上下两个方向延伸加厚而成，拉索直接锚固在顶板与一对斜拉杆交叉点的锚固块上。

拉索的水平分力通过锚固块传给箱梁顶板后再扩散到主梁全截面，垂直分力则由一对加劲斜杆承受。

2、在箱梁内锚固

用于双索面分离双箱的混凝土主梁，也适用于单索面多室整体箱主梁。

锚固构造位于箱梁顶板下的两个腹板之间，并与顶板、腹板固结在一起。

拉索的水平分力由锚固块以轴压力方式传递给顶板再扩散到主梁全截面，垂直分力则由锚固块传给左右腹板。因此，再锚固块与腹板连接处除了需设置承托外，在腹板内还需设置竖向预应力筋束加强。

3、在箱梁内设斜隔板锚固

这种锚固构造在箱梁内设斜向隔板，其斜度与拉索一致。拉索通过斜隔板后锚固于箱梁底板。

拉索的水平分力是通过斜隔板四周的箱梁顶板、腹板和底板等共同以轴压力传给主梁，垂直分力由斜隔板两侧的腹板以剪力形式传递，因此，腹板内也需布置竖向预应力筋束加强，加强范围至少为斜隔板的水平投影长度。索力较大时可将斜隔板加强为斜隔梁。

4、在梁体两侧设锚固

双索面布置常采用

锚固块放在主梁梁体横向两侧风嘴形实体块下面，或较厚的倾斜边腹板下面，拉索通过预埋管锚固在风嘴形实体块上或较厚的斜腹板上。

拉索的水平分力通过风嘴形实体或厚实的斜腹板传递，垂直分力则需在斜腹板内设置一定数量的竖向预应力筋束来承受。

5、在梁底设置锚固块

最简单的锚固型式，适用于梁截面较小的实体双主梁或板式梁。在梁中设置与拉索倾角相同的管道，拉索穿过管道后锚固于梁底。

避免锚头外露，一般可采用钢锚箱和增加钢筋的办法，而在近塔柱附近，由于压力过大，还应局部加厚梁肋。

二、拉索与混凝土塔的锚固构造

拉索上拉索的锚固构造是将拉索的锚固集中力安全、均匀地传递到塔柱全截面的重要构造。它与拉索的布置、拉索的根数和形状、索塔的型式与构造、拉索索力的大小、拉索的架设与张拉等多种因素有关。

1、拉索在塔上交叉锚固一般用于实心截面塔柱。先在塔柱中预埋钢管，两侧拉索交叉穿过预埋钢管后锚固在钢管上端的钢板上。它利用塔壁实体上的锯齿形凹槽或凸形牛腿来锚固拉索。

为了避免塔柱受扭，塔柱两侧的拉索应采用横向排列的双股钢索，两侧股距采用能交叉的不同值，或塔柱一侧用横排的双股索，另一侧用纵排的双股索以达到能交叉锚固的目的。

除考虑张拉拉索的施工方便、工艺要求外，还需验证塔柱抗剪，并保证塔柱轴线两侧横桥向布置的对称性。

2、拉索在塔柱上对称锚固

对于大跨度斜拉桥，当混凝土塔柱采用空心截面时，常采用对称锚固的布置型式。

（1）在空心塔柱壁内侧对称锚固

在塔柱的横壁上埋设钢管，拉索穿过钢管锚固在塔柱壁内侧的凸块上，形成对称锚固构造，塔壁中需布置平面预应力筋，用预应力筋产生的外力来平衡拉索在塔壁中产生的内力。当塔柱横桥向尺寸与索力均较小，且拉索为单股索时，只需在塔柱纵壁上设置预应力筋束；当塔柱横桥尺寸较大、拉索为横排的双股钢索时，需在塔柱纵、横壁上都设置预应力筋束；

当塔柱横向尺寸和索力均较大，且拉索为横排的双股钢索时，除在塔柱纵、横壁上都设置预应力筋束外，还应增加纵向中间隔板。

（2）采用钢锚固梁对称锚固

将钢锚固梁支承于空心塔柱横壁内侧的牛腿凸块上，拉索穿过预埋在塔壁中钢管锚固在钢锚固梁两端的锚块上。

钢锚固梁两端的刚性垂直支承可在顺桥向和横桥向作微小的移动和转动，但需在两端设纵桥向和横桥向的限位构造装置。

拉索的垂直分力由钢锚固梁的垂直支承通过牛腿凸块传给塔柱，当塔柱两侧拉索索力不等或索力相等而倾角不等时，塔柱两侧的不平衡水平分力将通过钢横梁下的支承摩阻力或顺桥向两端的限位挡块传给塔壁牛腿，再传给塔壁，使塔壁承受的水平力减小，相应地也减少了塔柱在平面框架内的局部荷载及剪力、弯矩。

（3）利用钢锚箱对称锚固