斜拉桥结构体系
斜拉桥设计概念及结构分析
总工办
一、斜拉桥概述 2.1 稀索体系的斜拉桥
2 斜拉桥技术演变
Knie桥纤细的桥塔和主梁（钢结构）
中铁大桥勘测设计院有限公司
总工办
一、斜拉桥概述 2.1 稀索体系的斜拉桥
2 斜拉桥技术演变
技术特色： 1）非对成的单塔斜拉桥 2）A型桥塔 3）扇形缆索体系
德国科隆 Severins桥
希腊Evripos 桥 1993 , 矩形板厚度 45 cm
中铁大桥勘测设计院有限公司
总工办
一、斜拉桥概述 主梁柔、薄化
2 斜拉桥技术演变
法国的Bourgogne 桥
中铁大桥勘测设计院有限公司
总工办
一、斜拉桥概述
2 斜拉桥技术演变
技术特色： 1）目前最大跨度的PC斜拉桥 2）三角形单箱双室箱梁，景观、结构特
中铁大桥勘测设计院有限公司
总工办
一、斜拉桥概述
斜拉桥和斜腿刚构力学对比
中铁大桥勘测设计院有限公司
总工办
一、斜拉桥概述
斜拉桥和悬索力学对比
中铁大桥勘测设计院有限公司
总工办
一、斜拉桥概述
2 斜拉桥技术演变
2 斜拉桥技术演变
斜拉桥的技术演变大致可以分为四个阶段：
1）稀索体系的斜拉桥
1956年开始，主梁大部分采用钢主梁，斜拉索较少，但拉索的直径较大，钢箱 梁索距大约30－60米，混凝土梁的索距大约15－30米。
中铁大桥勘测设计院有限公司
总工办
一、斜拉桥概述
2 斜拉桥技术演变
德国桥梁工程师Hellmut Homberg 则提出了密索体系的斜拉桥和单索面斜拉桥。
技术特色：第一座密索体系的钢斜拉桥，单索面
斜拉桥受力特点及结构体系
斜拉桥受力特点及结构体系
哎呀，我的天呐！说起斜拉桥，这可真是个超级厉害的东西！
你想啊，我们平常走的桥，要么就是那种平平的石桥，要么就是弯弯的拱桥。
可斜拉桥就不一样啦！它就像是一个巨大的钢铁巨人，横跨在江河湖海之上。
斜拉桥的受力特点那叫一个神奇！就好像有好多好多的大力士在两边一起用力拉着桥身。
那些又粗又长的钢索，就像是大力士的手臂，紧紧地拉住桥，让桥能够稳稳地站在那里。
我给你打个比方哈，斜拉桥的受力就像是我们拔河的时候，两边的人都在用力拉，而中间的绳子就承担着两边的力量。
斜拉桥的钢索不就是这样嘛，把桥身的重量分散到两边的塔柱上。
再说这结构体系，那也是相当复杂但又超级巧妙的！桥塔高高地立在那里，像不像一个坚强的卫士？它们可是承受着大部分的力量呢！还有那主梁，就是桥的主体部分，就像是一条巨龙的脊背，承载着来来往往的车辆和行人。
有一次，我和小伙伴们一起去看斜拉桥。
“哇，这桥也太酷啦！”小明瞪大了眼睛说。
“就是就是，那些钢索看起来好结实啊！”小红也跟着喊。
“我觉得这桥修起来一定很难，得花好多好多的功夫。
”我忍不住说道。
你说，如果没有斜拉桥这样厉害的设计，我们要过河得多不方便呀！想想看，要是没有它，可能我们就得绕好远好远的路，浪费好多好多的时间。
所以呀，斜拉桥真的是人类智慧的结晶！它不仅让我们的出行更方便，还让我们看到了科技的力量和建筑的魅力。
斜拉桥简直太棒啦，难道不是吗？。
斜拉桥的分类
斜拉桥的总体布置与结构体系总体布置主要有跨径布置、拉索及主梁的布置、索塔高度与布置。
一、跨径布置主要有下面三种类型（1）双塔三跨式。
为目前应用最广泛的跨径布置方式。
下面是立面图与其荷载作用不同位置时发生的索塔与主梁的形变。
（2）独塔双跨式。
这也是应用较为广泛的一种跨径布置，但由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的小，故特别适用于跨越中小河流、谷地及作为跨线桥，或用于跨越较大河流的主航道部分，也可用主跨跨越河流，索塔及边跨布置在河流一岸的方式。
独塔双跨式斜拉桥立面图（3）多塔多跨式。
多塔多跨式斜拉桥适用于需要多个大通航孔的大江大河、宽阔湖泊或海峡上，但这种结构一般采用较少，主要原因是中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位，使结构柔性及变形增大，整体刚度差。
多塔多跨式斜拉桥示意图二、拉索的布置，拉索的布置分为空间上的布置与索面内的布置。
（1）拉索索面在空间可布置成单索面和双索面，而双索面又可分为竖直双索面和倾斜双索面。
单索面斜拉桥（临海大桥）竖直双索面斜拉桥倾斜双索面斜拉桥（2）拉索在索面内的布置形式主要有以下三种：辐射形、竖琴形及扇形。
辐射形：拉索与水平面的平均交角较大，拉索的垂直分力较大，故拉索的用量最省。
由于在拉索的水平分力在塔顶基本平衡，故索塔的弯矩较小，索塔高度也较小，但由于拉索都固定在塔顶，所以塔顶的结构复杂，集中应力现象突出，给施工和养护带来困难。
竖琴形：所有拉索的倾角完全相同，且拉索与索塔的锚固点分散布置，使拉索与索塔、拉索与主梁的连接构造简单，易于处理。
竖琴形布置拉索加强了索塔的顺桥向刚度，对减少索塔的弯矩和提高索塔的稳定性都有利。
但是其拉索的倾角与水平方向的交角较小故所需的拉索数量大，布置密集，一般都用于中小跨径的斜拉桥中。
扇形：扇形兼有辐射形和竖琴形索的特点，又可灵活布置，与索塔的各种构造形式相配合。
扇形是采用最多的一种索型。
三、索塔与主梁的布置（1）索塔的布置主要在于高度的确定，矮塔斜拉桥为桥塔高度与主跨长度的比值在1/8~1/13之间的斜拉桥。
超大跨度斜拉桥结构与结构体系PPT[详细]
![超大跨度斜拉桥结构与结构体系PPT[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/ef23ddda58fafab069dc02f4.png)
如果设置的塔梁约束拉杆自身没有随温度变化而产生的变形， 则此纵向约束既改变了斜拉桥纵向传力途径，又不会产生温度附加力！
结构体系研究 Research on Structural System
半漂浮体系
（塔梁纵向无约束）
中铁大桥勘测设计院集团有限公司
China RailwayMajor Bridge Reconnaissance&Design Institute Co., Ltd
塔梁纵向约束
塔梁纵向约束可以改变结构的传力路径，有效减少纵向风荷载作用下主塔 弯矩和梁端位移。 塔梁纵向约束 ： 限制了体系温度变形的释放，产生巨大的温度附加力！
China RailwayMajor Bridge Reconnaissance&Design Institute Co., Ltd
一级公路
车道数：双向4车道 设计速度：80km/h
铁路
铁路等级：城际铁路 正线数目：双线 设计速度：时速200km/h
预留250km/h行车条件
主航道桥总体布置 Layout of Main Channel Bridge
非 对 称 布 置 接 线
对
称
布
置
普通公路
接
线
立面与断面布置 Layout of Main Bridge & Typical Girder Section
中铁大桥勘测设计院集团有限公司
China RailwayMajor Bridge Reconnaissance&Design Institute Co., Ltd
斜拉桥简介
二、斜拉桥的结构体系
（一）斜拉索的不同锚固体系
1.自锚式斜拉桥 拉索全部锚固在主梁与塔柱之间，竖向荷载通过塔柱递到桥墩 及基础中，拉索的水平分立由主梁的轴来力平衡。 2.地锚式斜拉桥 拉索一端锚固在主梁上，另一端锚固在山岩上。 3.部分地锚式斜拉桥 边跨部分锚索锚固在主梁上，部分拉索布置成地锚式。
2）塔柱的截面尺寸：考虑塔柱受力、锚固区构造、 张拉设备所需空间等因素。
3.斜拉索的锚固区构造
1.实心塔柱的交叉锚固 2.空心塔柱上的对称锚固
塔柱上直接锚固
钢锚梁锚固
钢锚箱锚固
（四）主梁的构造与截面尺寸
1.主梁的横截面布置
主梁高度
2.主梁的截面尺寸
主梁宽度 横梁
3.斜拉索与主梁的锚固构造
四、斜拉桥的设计计算
整体分析
静力分析 局部分析 1.斜拉桥的分析 稳定性分析 抗风分析 动力分析 抗震分析
几何非线性
非线性因素
材料非线性 混凝土收缩徐变 2.内力计算的基本要素 温度影响
活载内计力算
力学概念方法
2.斜拉索合理索力的确定
优化方法
3.塔、梁、索截面计算 4.斜拉桥的稳定分析 风力静态的效应 5.斜拉桥的抗风问题 风力动态的效应 斜拉桥的风振及减振措施
简支挂梁
主梁连续体系
主梁非连续体系
（三）塔、梁、墩之间的不同结合关系
1.塔墩固结、塔梁分离——漂浮体系
2.塔墩固结、塔梁分离但塔墩处主梁下 设竖向支座——半漂浮体系 3.塔梁固结、塔墩分离——塔梁固结系 4.主梁、索塔、桥墩三者互为固结——钢构体系
漂浮体系
半漂浮体系
塔梁墩 的不同结合
塔梁固结体系
斜拉桥第一 PPT
(5)在一座桥上,常以多根索同时出现风雨激振 。
辅助墩 1) 依边孔高度、通航要求、施工安全、全桥刚度及
经济和使用而定 2) 作用:减小塔顶水平位移、主梁跨中挠度、塔根弯
矩、边跨主梁弯矩,增强施工期安全。 3) 受力:a)受拉时:减小主跨弯矩和挠度;b)受压时:减
小边跨主梁弯矩 4) 设置位置:由跨中挠度影响线确定,同时考虑索距和
施工要求; 5) 数量:1根最有效;2根以上不明显。
法国,诺曼底大桥,主跨856m,主跨钢梁/边 跨混凝土梁
斜拉桥得发展(国内)
20世纪70年代,1975,1976建成两座混凝 土试验桥
1993年,上海杨浦大桥,L=602m,结合梁斜 拉桥
1996,重庆长江二桥,L=444m,混凝土斜拉 桥
2006:苏通长江大桥,L=1088m
混凝土斜拉桥得发展阶段
拉索得风雨振及减震措施
日本研究人员Hikami首先观察到拉索得风雨激 振。实际得拉索结构得风雨激振有如下特点:
(1)在大、中、小雨状况下皆可能发生拉索得风 雨激振,发生大幅振动得风速一般为8-15m/s 。
(2)长索发生风雨激振得可能性较大,而靠近塔 柱处得短索发生这一振动得可能性较小;
(3)一般发生在PE包裹得拉索,拉索直径一般为 140mm～200mm;
拉索得风雨振及减震措施
1984年,日本Hikami观察到直径140mm得 斜拉索在14m/s风速下振幅值达到275mm 。Aratsu桥在建造时就时有强烈得索振动, 观测到得最大幅值为300mm,大约就是直径 得二倍。法国得布鲁东桥、泰国得RamaIX 桥、日本得名港西大桥报道得拉索振幅甚至 大到相邻拉索发生碰撞得程度。国内杨浦大 桥尾索在风雨共同作用下也曾发生强烈振动 ,其最大振幅超过1米。
第八章 斜拉桥
（3）部分地锚式斜拉桥 • 部分地锚式斜拉桥是将边跨部分斜拉索锚固在主梁上、 另一部分锚固桥台上的斜拉桥。 • 桥台要求大，一般会做重力式桥台，由桥台重力平衡拉 索索力。 特殊地形才会建设。
§ 8.2 斜拉桥的构造
8.2.1 主梁
斜拉桥主梁是以承受压力和弯矩为主的偏心受压构 件，具有以下特点： 1、跨越能力大。斜拉索是主梁的弹性支座，使主梁跨度 减小，节约材料并增大了桥梁的跨越能力 2、建筑高度小。斜拉桥主梁均等高，可增大桥下净空。 3、主梁为压弯构件，斜拉索的水平分力相当于混凝土梁 的预压力，可提高抗裂性能。 4、通过调整索力，对主梁内力进行调整，可以得到最优 恒载内力状态。 5、可以采用传统施工方法，如悬臂施工等。
斜拉桥设计构思应根据工程的经济性、适用性，同时兼顾 美学效果，内容包括：
（1）结构体系比选；
（2）跨径划分； （3）主梁的结构形式；
（4）主塔的结构形式；
（5）拉索的布置； （6）构造细节设计。 根据塔梁墩连接形式进行结构体系选定 悬浮体系、半悬浮体系、塔梁固结体系和刚构体系。
§ 8.3 斜拉桥的设计构思
§ 8.2 斜拉桥的构造
8.2.3 斜拉索
2）斜拉索的布置 索距布置分为稀索和密索两种形式。 • 早期：稀索
莱茵河上最早的斜拉桥（德）
15~30m（混凝土斜拉桥） 30~60m（钢斜拉桥）
§ 8.2 斜拉桥的构造
8.2.3 斜拉索
2）斜拉索的布置 索距布置分为稀索和密索两种形式。 • 现代：密索 4~12m（混凝土斜拉桥） 8~24m（钢斜拉桥） 上 海 南 浦 大 桥
冷铸锚： 斜拉索常采用整体安装与分散安装两种形式。 整体安装主要采用平行钢丝配冷铸锚的形式。
斜拉桥的设计
斜拉桥的设计斜拉桥是一种结构体系独特的桥梁，是斜拉索（索梁组合）和桥塔（梁体组合）共同组成的一个整体。
它是由索塔、主梁和斜拉索组成的一种三跨或多跨连续体系。
斜拉桥的主要特点是桥塔高、跨径大、主梁自重轻、受力明确、刚度大，在交通量大的地方和对抗震要求较高的地方都能使用，并且具有良好的景观效果。
斜拉桥具有以下特点：1.具有良好的景观效果；2.桥塔可以承受较大的水平推力；3.桥塔处梁端负弯矩小，结构刚度大；4.拉索锚固在塔上，可以承受很大的水平力；5.主梁恒载弯矩和扭矩均很小。
斜拉桥具有明显的优点，但其设计也是一项复杂而又困难的工作，因此，要做到技术上可靠、经济上合理，并具有良好的外观效果。
设计概述该工程位于某城市，为一座主跨为150m的预应力混凝土斜拉桥，由北桥台、南跨、东跨及南引桥组成。
北桥台位于主跨150m的跨径上，桥台后接既有引桥。
南跨和东跨分别为70m和25m。
南主梁采用预应力混凝土箱形结构，北主梁采用钢结构。
北桥台位于主跨150m的跨径上，桥台后接既有引桥，北主梁采用预应力混凝土箱形结构，南引桥桩位于北主梁边跨的中心附近，桥桩与主梁的锚固均为单根悬臂。
全桥共设置4道横梁，其中主梁上的2道横梁均设于边墩上，边跨设1道横梁与中墩横梁连接；北引桥桩的上、中、下各设1道横梁，其中下横梁设于主梁的腹板处。
南引桥的上、中、下各设1道横梁。
引桥的边、中、中塔柱之间均设横隔板。
引桥桥墩均采用实心墩，基础均为重力式桥墩。
边、中墩均采用双柱式墩，边墩两侧各设2道横隔板。
计算分析斜拉桥计算分析的主要内容包括：1.静力分析；2.动力分析；3.结构稳定性分析。
静力分析是计算结构在各种荷载作用下的内力与变形，并通过相应的安全系数进行校核；动力分析是在静力分析结果的基础上，进行结构动力特性研究，并对结构体系及其动力性能做出评价；结构稳定性分析是计算结构在各种荷载作用下的稳定安全系数，以评定其是否满足规范要求。
在设计中，由于斜拉桥主梁多采用悬索式体系，故需要对斜拉索的内力分布、索力及拉索与主梁之间的关系进行计算；同时由于斜拉索的受力复杂，一般要采用通用有限元程序对斜拉桥进行分析计算；最后，在静力、动力和稳定性计算结果的基础上对结构进行稳定性评价。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
斜拉桥结构体系
一、结构体系的分类
1、按照塔、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。
2、按照主梁的连续方式，有连续体系和T构体系等。
3、按照斜拉桥的锚固方式，有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。
4、按照塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔斜拉桥体系。
二、结构体系介绍
1、漂浮体系：漂浮体系的特点是塔墩固结、塔梁分离。
主梁除两端有支承外，其余全部用拉索悬吊，属于一种在纵向可稍作浮动的多跨柔性支承类型梁。
一般在塔柱和主梁之间设置一种用来限制侧向变位的板式活聚四氟乙烯盘式橡胶支座，简称侧向限位支座。
漂浮体系的优点：主跨满载时，塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值；由于主梁可以随塔柱的缩短而下降，所以温度、收缩和徐变内力均较小。
密索体系中主梁各截面的变形和内力的变化较平缓，受力较均匀；地震时允许全梁纵向摆荡，成为长周期运动，从而吸震消能。
目前，大跨斜拉桥多采用此种体系。
漂浮体系的缺点：当采用悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，以抵抗施工过程中的不平衡弯矩纵向剪力。
由于施工不可能做到完全对称，成桥后解除临时固结时，主梁会发生纵向摆动。
2、半漂浮体系：半漂浮体系的特点是塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支承，成为具有多点弹性支承的三跨连续梁。
可以是一个固定支座，三个活动支座；也可以是四个活动支座，一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变化。
水平位移将由斜拉索制约。
3、塔梁固结体系：塔梁固结体系的特点是将塔梁固结并支承在墩上，斜拉索变为弹性支承。
主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度比值有关。
这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固定支座，而其余均为纵向乐意活动的支座。
塔梁固结体系的优点是显著减少主梁中央段承受的轴向拉力，索塔和主梁的温度内力极小。
缺点是中孔满载时，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，从而显著地增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩。
4、刚构体系：刚构体系的特点是塔梁墩相互固结，形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。
种体系的优点是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，主梁挠度又小。
缺点是主梁固结处负弯矩大，使固结处附近截面需要加大；。
再则，为消除温度应力，应用于双塔斜拉桥中时要求墩身具有一定的柔性，常用语高墩的场合，以避免出现过大的附加内力。
三、斜拉桥桥例
[Theodor-Huess桥]：德国、1957年，跨径108+260+108（m），塔高41m。
斜索：竖琴式；塔柱：双柱式；结构体系：塔梁固结体系。
[加弗莱厄桥]：Fiehe桥跨越莱茵河，远处眺望倒Y型塔柱与中央的单索面，造型简洁舒展，令人愉悦。
斜索：竖琴式、扇式；塔柱：倒Y式；结构体系：悬浮体系。
[武汉长江二桥]：双塔双索面，主跨400m，是一座造型优美的桥梁。
斜索：扇式；塔柱：宝石式；结构体系：悬浮体系。
[广东南海西樵桥]：大桥位于广东省南海县境内，跨越北江，是连接著名西樵风景区与广州、佛山等城市的一座预应力混凝土斜拉桥。
主孔跨径110+124.58(m)，竖琴式索型。
塔高67m，在塔顶设置有370平米的观赏厅，是我国首座交通功能与旅游观赏融为一体的桥梁。
斜索：竖琴式；塔柱：门式；结构体系：刚构体系。
[上海南浦大桥]：南浦大桥位于上海市南码头，是振兴上海开发浦东的起步工程。
1991年建成通车，了却了几代上海人民在黄浦江上架桥的夙愿。
该桥主桥跨径为171+423+171(m)，双塔双索面，扇形拉索，H型塔身，钢与混凝土结合梁，悬浮体系。
[上海杨浦大桥]：杨浦大桥，跨径602m，为当时世界最大跨径。
双塔双索面，主塔高208m，采用钻石型塔形，以提高抗风能力。
拉索扇形布置，钢主梁采用箱形断面。
它的建成，标志着中国的斜拉桥建设进入世界领先水平。
悬浮体系。