《斜拉桥与悬索桥》

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稀索和密索
(a) 稀索
（b） 密索
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§4.1.5 主要结构体系
斜拉桥的结构体系，可以有几种不同的划分方式：
（1）按照塔、梁、墩相互结合方式：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：连续体系和T构体系； （3）按照斜拉索的锚固方式：自锚体系、部分地锚体系
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§4.2.2 索塔
一、索塔构件组成
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二、混凝土塔的构造
混凝土索塔常采用的截面形式见表4-2-2，实心体 索塔一般适用于中小跨度的斜拉桥，对于小跨 度可采用等截面，对于中等跨度可采用空心截 面，矩形截面索塔的构造简单，其四角宜做成 倒角或圆角，以利抗风，所有其他多边形截面 的索塔均比矩形截面的抗风有利，还能增加桥 梁外形的美观，八角形截面有利于配置封闭式 环向预应力筋，但构造复杂。各种空心截面包 含H截面一般均需在每一层拉索锚头处增设水平 隔板。
(e)
(f)
8812 2.08%
8812 15261526 17624
3658
三角形构架
(g)
(h)
斜拉桥的主梁横断面
抑流板
细部图
带有抑流板的护栏 护栏
(a)梯形单箱 风嘴
(c)扁平多室箱
风嘴
(b)异形箱
导流板 导流板
扰流板 (d)超扁平多室箱
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三、不同材料主梁的适宜跨径
斜拉桥主梁有下列四种不同的组成方式：（1） 预应力混凝土梁称为混凝土斜拉桥，跨径 200～400m；（2）钢—混凝土组合梁称为组 合梁斜拉桥，跨径400～600m；（3）钢柱梁 称为钢斜拉桥，大于600m。另外，当跨径处 于400m和600m两个临界区域时，应考虑其他 因素分别对两种不同材料主梁作经济比较。
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在双索面混凝土斜拉桥中，箱形截面的主梁常以 分离式的两个箱体各自锚固于拉索，两箱之间 的则以横梁和桥面板拉结，双箱梁的典型截面 为倒梯形。在双箱梁的两个分离式箱体之间用 底板将其封闭，即成为三室的单箱梁截面。双 索面与单索面的三室箱梁截面应有所不同，采 用双索面时，应将两个中间竖腹板尽量拉大， 使中室大于边室，以期取得较大的横向惯距， 对于单索面，则应将其尽量靠拢，以便斜拉索 锚固于较小的中室内。
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§4.2 斜拉桥的构造
§4.2.1 主梁的构造 §4.2.2 索塔 §4.2.3 拉索
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§4.2.1 主梁的构造
主梁的主要作用有三个方面： （1）将恒、活载分散传给拉索，梁的刚度越小，
则承担的弯矩越小； （2）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，因而需要有足够的刚度防止压屈； （3）抵抗横向风载和地震荷载，并把这些力传 给下部结构。
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七、矮塔部分斜拉桥
由力学知识可知：在截面相同的情况下，塔的抗水平位移 刚度与塔高的三次方成反比，因而塔高降低则塔身刚度迅 速提高，但塔高降低后拉索的水平倾角也将减小，拉索对 主梁的支撑作用减弱，而水平压力增大，这相当于拉索对 主梁施加了一个较大的体外预应力。矮塔部分斜拉桥由于 拉索不能提供足够的支撑刚度，故要求主梁的刚度较大。
2、阻尼减振法
作用机理就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。
3、改变拉索动力特性法
采用联结器（索夹）或辅助索将若干根索相互联结起来， 辅助索可以采用直径比主要索小的多的索，作用机理： 通过联结将长索转换成为相对较短的短索，使拉索的 振动基频提高，从而抑制索的振动。
辐射式或扇式：260~300，竖琴式:210~300。
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§4.1.4 拉索布置
一、索面位置
（1）双索面 平行双索面：作用在桥梁上的扭矩可由拉索轴力来抵抗，
主梁可采用抗扭刚度较小的截面 斜向双索面：两个索平面的上端均向内侧倾斜。（对桥
面梁体抵抗风力扭振特别有利） （2）单索面（拉索对抗扭不起作用，主梁采用抗扭刚度
（2）在空心塔上做非交错锚固，其构造与上述相同，但需 要在箱形桥塔的壁板内配置环向预应力筋，以抵抗拉索在 箱壁内产生的拉力。
（3）采用钢锚固梁来锚固，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。
（4）利用钢锚梁锚固，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， 另外还要用环形预应力筋将钢锚箱夹在混凝土塔柱内，以 增加对拉索水平荷载的抵抗力。
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三、拉索的拉力
拉索的应力控制需要考虑三个因素，有效弹性 模量、破断强度和疲劳。
E
Eeq
2l 2E
1
12 3
若拉索的应力过低，则斜索的垂度大，索的有 效模量就小，这也反应了斜拉索必须采用高强 度钢材的直接原因。
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四、拉索的减振
1、气动控制法
将斜拉索原来的光滑表面做成带有螺旋凸纹、条形凸纹、 V形凸纹或圆形凹点的非光滑表面。
具有以下特点（1）塔较矮，（2）梁的无索区较长，没有端
锚索，（3）边跨与主跨的比值较大，一般大于0.5，（4）
梁高较大，高跨比为1/30～1/40，甚至做成高度梁，（5）
拉索对竖向恒活载的分担率小于30%，受力以梁为主，索
为辅，（6）由于梁的刚度大，活载作用下斜拉索的应力
变幅较小，可按体外预应力索设计。
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§4.2.3 拉索
一、拉索的构造
在近代大跨度斜拉桥中，拉索的构造基本上分 为整体安装的拉索（平行钢丝索配冷铸锚）和 分散安装的拉索（平行钢绞线索配夹片锚）两 大类。
1、平行钢丝索陪冷铸锚
平行钢丝索是把φ5mm或φ7mm镀锌钢丝捆扎成股， 一般排列成六角形，表层由玻璃丝布包扎定型 后用热挤高密塑造成正圆形，这种斜索具有厚 镀锌层和厚PE层的双重防腐保护。
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四、辅助墩和边引跨
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§4.1.3 索塔布置
一、索塔的形式 1、纵向形式（见附图） 单柱形、倒V形或A形、倒Y形。 2、横向形式（见附图） （1）单索面桥：单柱形、倒V形或A形、倒Y形。 （2）双索面桥：双柱式、门式、H形、倒V形、
倒Y形
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桥塔的纵向形式
(a)单柱形
(b)倒V形
(c)倒Y形
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215 71
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1.2～1.5m
混凝土主梁常用截面形式
2250
20
213
15～20
15～20m 50～60cm
(a) 25～30m
1260
(c) 2900
380
1260
430
340
27 181 412
1247 2433
(b) 3010
30
30
(d) 1300
25 28
23
应变仪 980
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和地锚体系； （4）按照塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉
桥体系。
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一、漂浮体系 塔墩固结，塔梁分离，主梁除两端支承于桥台处，全部用斜
索吊起，其结构形式相当于在单跨梁加斜索。 特点：可减少主梁在支点的负弯矩，但须施加横向约束。缺
点是：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，主梁会发生纵向摆动。为防止纵向漂浮体系 斜拉桥产生过大的摆动，十分有必要在斜拉桥塔上的梁底 部位设置高阻尼的主梁水平弹性限位装置。 二、半漂浮体系 塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支撑（固定铰和活动铰， 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，但一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致 不均衡温度变位，水平位移将由斜拉索制约），其结构形 式属于有弹性支承的连续梁 特点：具有连续梁的优点。
边墩（或桥台）
(a)双塔（三跨式）
(b)独塔（双跨式）
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二、斜拉桥的主要特点
1、斜缆是主梁的弹性支座，使主梁跨度减小，节 约材料并增大了桥梁的跨越能力
2、斜缆的水平分力相当于混凝土梁的预压力，可 提高抗裂性能
3、建筑高度小，可增大桥下净空 4、结构轻巧美观 5、高次超静定结构，设计计算复杂 6、拉索两端的连接构造复杂 7、施工控制要求严格（张拉程度要求相同）
特点：便于平衡对称施工，抵抗跨中变形的刚度较大
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五、T构体系
T构体系斜拉桥与刚构体系的区别主要是主梁跨 中区域无轴拉力，具体做法两种：在斜拉桥主 跨中央部分插入一小跨悬挂结构，以剪力铰代 替悬挂结构，这种铰的功能是只传递弯矩、剪 力，不传轴力。
六、部分地锚体系
在主跨很大边跨很小的特殊情况下，少数斜拉桥 采用部分地锚式的锚拉体系。
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（3）扇形（用的较多）
外形与受力特点介于以上两者之间，应 用最为广泛。
（4）星式
斜索下端合并锚于边跨梁端与桥台上， 可减小跨中挠度，但斜索倾角最小，采 用较少。
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索面形状
三、索距的布置
（1）稀索
对钢梁 间距约30～60m 对混凝土梁 间距约15～30m （2）密索
间距约5～15m 优点：索间距小，可使主梁弯矩减小 目前斜拉桥大多采用密索布置。
实体梁式和板式截面的主梁一般仅适用于双索面斜拉桥， 因为这种截面具有构造简单和施工方便的优点，特别 是斜索在实体的边主梁中锚固时，锚固构造非常简单， 而且在索面内具有一定的抗弯刚度，在锚固点处可以 避免产生大的横向力流。
二、箱形截面
混凝土箱形截面主梁是现代斜拉桥中经常采用的截面形 式，这是因为它的抗弯刚度和抗扭刚度大，能适应稀 索、密索、单索面或双索面等不同斜索布置，其组合 截面，也可以方便地形成封闭式的单箱形式或分离式 的双箱形式，以适应不同桥宽的需要，截面的组合构 造，也可以部分预制、部分现场浇筑。
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§4.1.2 孔跨布局
一、双塔三跨式 可跨越较大河流，为了在视觉上清楚地表现主跨，
边跨L1与主跨L2与比例应小于0.5。
3
1.3
3
1
2
1
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6
二、独塔双跨式 一般采用不对称形式，主跨和边跨之比为0.5～
0.6，但多数接近于0.66倍。跨度较小时，也 可采用单跨。
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22.5 锚碇 地下梁
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7
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40
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2、平行钢绞线索配夹片锚
将平行钢丝索中的钢丝换成等截面的钢绞线即 成为平行钢绞线索。钢索丝在索中是平行排列 的。
二、拉索的锚固
1、斜拉索与混凝土梁的锚固
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2、拉索在索塔的锚固
（1）在实体塔上交错锚固，其具体构造是在塔柱中埋设钢 管，再将斜拉索穿入和用锚头锚固在钢管上端的锚垫板上。
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三、塔梁固结体系
塔梁固结并支撑在墩上。
特点：主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度 比有关，这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固 定支座，而其余均为纵向活动支座。优点是显著减小 主梁中央段承受的轴向拉力，并且索塔和主梁的温度 力极小。
四、连续刚构式（刚构体系形式）
主梁与塔、墩固结形成整体，其结构形式是有弹性支承 的连续刚构。
三、三塔四跨和多塔多跨式
斜拉桥和悬索桥一样，很少采用三塔四跨和多塔 多跨式。原因就是多塔多跨式斜拉桥中间塔塔 顶没有端锚索来有效限制它的位移，已经是柔 性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式使结 构柔性进一步增大，变形过大。如必须采用多 塔多跨式斜拉桥时，可将中间塔做成刚性索塔。
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三塔斜拉桥（湖南洞庭湖大桥）
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索塔的横向形式-1
索塔
索塔
索塔
吊索
吊索
吊索
主梁
主梁 主梁
索塔 吊索 主梁
(a)
(b)
(c)
(a)
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索塔的横向形式-2
索塔 吊索 主梁 (a)
索塔 索塔
吊索 主梁 吊索 主梁
索塔 吊索
吊索 主梁
索塔 主梁
(b)
(c)
(d)
(e)
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二、塔的高跨比
双塔：H/l2=1/4～1/7，单塔：H/l2=1/2.7～1/4.7
较大的截面） 设置在桥梁纵轴线上。
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索面布置形式
(a)
(b)
(c)
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二、索面形状
（1）辐射式
拉索上端锚固于塔柱同一位置，成辐射状。
特点：拉索倾角大，受力较小；但塔身自由长度 大，对塔身受力不利；且塔顶锚头拥挤。
（2）平行式（竖琴式）
各斜索相互平行，但倾角相同
特点：与塔柱的连接点分散，连接构造易处理； 但斜索倾角小，对其受力不利，且斜索用量较 大。
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主要尺寸拟定 主梁高度h：h=1/50～1/200， 主梁宽度B:主梁宽与主跨的比值宜大于1/30，与
主梁高的比宜大于8， 主梁各细部尺寸：主要根据轴力来确定， 截面调试。 钢筋布置 普通钢筋的配置 纵向预应力筋：分段布置，一般在主跨跨中和边
跨端部 横向预应力筋
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一、实体梁式和板式主梁
§4 斜拉桥
§4.1 总体布置 §4.2 斜拉桥的构造 §4.3 斜拉桥的计算
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§4.1.1 概述
一、斜拉桥的组成（见附图）
斜拉桥由斜拉索、塔柱和主梁组成
二、斜拉桥的主要特点
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斜拉桥简图
边跨L1 端锚索
主跨L2
桥塔
桥塔
边跨L1 端锚索
主跨L2 桥塔
边跨L1 端锚索
边墩（或桥台）
边墩（或桥台） 边墩（或桥台）