第八讲 斜拉桥总体布置与结构体系
斜拉桥和悬索桥的总体布置和结构体系
主跨跨径
索 塔 高 度
索面形式（辐射式、竖琴式或扇式） 双塔：H/l2=0.18~0.25
拉索的索距
单塔：H/l2=0.30~0.45
拉索的水平倾角
6
拉索布置
斜拉索横向布置
空间布置形式
单索面
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
7
拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式
拉索间距
早期：稀索
混凝土达 15m~30m 钢斜拉桥达 30m~50m
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1）斜拉桥施工的理论计算
斜拉桥施工的理论计算方法主要有以下几种：1、倒拆法；2）正算法
倒拆法从斜拉桥成桥状态出发（即理想的恒载状态出发）用与实际施工 步骤相反的顺序，进行逐步倒退计算来获得各施工节段的控制参数，根据 这些参数对施工进行控制与调整，并按正装顺序施工。
正算法是按斜拉桥的施工顺序，依次计算出各施工节段架设时的内力和 位移。并依据一定的计算原则，选定相应的计算参数作为未知变量，通过 求解方程得到相应的控制参数。
1)主梁的边跨和主跨比 2) 主梁端部处理 3) 主梁高度沿跨长的变化
混凝土主梁横截面形式
1）实体双主梁截面；2）板式边主梁截面；3）分 离双箱截面；4）整体箱形截面；5）板式梁截面
双索面钢主梁横截面形式
双主梁、单箱单室钢梁、两个单箱单室钢梁、 多室钢梁和钢桁梁
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3、主梁构造特点（续）
主要尺寸拟定
混凝土斜拉桥的拉索一般为柔性索，高强钢丝外包的索套仅作为保护材 料，不参加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度对索的受拉性能有影 响，同时索力大小对垂度也有影响。 为了简化计算，在实际计算中索一般采 用一直杆表示，以索的弦长作为杆长。关健 问题是考虑索垂度效应对索的伸长与轴力的 关系影响，这种影响采用修正弹性模量来考 虑。
斜拉桥整体介绍及实例分析(90页)
1.2.2 索塔布置
横向布置形式
从横桥向，索塔的布置方式主 要有柱型(单或双)、门型或H型、 A型、倒Y型及菱型等，如图 19．5所示。柱型塔构造简单， 但承受横向水平力的能力低。较 单柱型而言，门型塔抵抗横向水 平荷载的能力较强。A型和倒Y 型主塔具有较大的横向刚度，但 其构造及受力复杂，施工难度较 大。
单索面类型兼具美学与结构的优势，但拉索不起抗扭的作用，主梁 要采用抗扭刚度较大的截面。这种体系不适合太宽的桥
平行双索面类型对主梁截面抗扭有利，主梁可采用较小抗扭刚度的 截面并且具有较好的抗风稳定性，
斜向双索面对桥面梁体抵抗风力扭振十分有利，尤其适合于特大跨 径的桥梁，倾斜的双索面应采用倒Y型、A型或双子型索塔。若跨径 过小，考虑视野问题，不宜采用。
1.2.2 索塔布置
普通索
拉索锚点处荷载P作用下， 主梁 下挠量：
Pb
EAsin2
பைடு நூலகம்
cos
Pb3 3EI
tan
sin2 cos 值最大，拉索的支承刚度最大， α 为55°最大；tanα越小，塔的
支承刚度越大。
1.2.2 索塔布置
端锚索
中跨布载时，水平力F作用下，塔顶水平位移为：
F H
EAsin cos2
α为35°时，Δ最小，端锚索提供的支承刚度最大
综合考虑索和塔的共同影响，对于 每座斜拉桥存在一个最佳高度H， 使得索和塔对主梁的支承刚度达到 最大。
1.2.3拉索布置
1、索面布置
索面布置主要有单索面、平行双索面、空间斜向双索面等类型，如图 19．6所示。
1.2.3拉索布置
密索布置
第三阶段：密索布置，主梁更矮，并广泛采用梁板式开口断面。
斜拉桥的总体布置构造施工及工程实例[详细]
![斜拉桥的总体布置构造施工及工程实例[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/6d1d6dc201f69e31433294cb.png)
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（3）多塔多跨式
图1-4 三塔四跨式斜拉桥
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由于多塔多跨式斜拉桥(或悬索桥）的中间塔顶没有端锚索限制它 的变位，使结构柔性进一步增大，可能导致变形过大。
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3 索塔布置
（1）索塔的形式：纵向、横向；斜拉桥个性，视觉效果
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
单柱式
(a)
(b)
A字型
(c)
纵桥向
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5 主要结构体系
斜拉桥的结构体系，可以有以下几种不同的划分方式：
（1）按塔、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）按主梁的连续方式，有连续体系和T构体系等。 （3）按斜拉索的锚固方式，有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。 （4）按塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系。
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长沙洪山庙大桥
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香港昂船洲大桥,全长1614米，主跨1018米，为圆形独柱分离流线型双箱斜拉桥，
塔高298米。大桥于2003年动工，2009年竣工。
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斜拉桥：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、钢结构或钢和 混凝土混合结构；
索塔：
采用混凝土、钢－混凝土组合或钢结构；大部分1104,2012）成为全世界第三座跨度超过千米的
斜拉桥，全球主跨最长的斜拉桥。
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（ 286+560+560+560+286m ,2003年）
2003年建成的希腊Rion-Antirion桥（安蒂 里奥大桥）跨越科林斯海湾，水深达65米， 岩床深500米，2000年重现期的地震最大峰 加速度1.2g，半岛以每年8-11mm速度漂离大 陆，五跨连续全漂浮斜拉桥的抗震体系 (L=560m)，可滑动的加筋土隔震基础 (2530m钢管桩加固，3m垫层)
斜拉桥设计要素与结构特性
斜拉桥设计要素与结构特性斜拉桥是一种现代化的桥梁结构，具有独特的设计要素和结构特性。
在桥梁工程中，斜拉桥被广泛应用于跨越河流、峡谷等地形复杂的区域，其设计要素和结构特性对桥梁的安全性、稳定性和美观性起着至关重要的作用。
本文将从斜拉桥的设计要素和结构特性两个方面进行探讨。
设计要素1. 主塔斜拉桥的主塔是支撑桥梁主梁和索塔的重要构件，承担着桥梁荷载的传递和分配功能。
主塔的高度、形状和布置位置直接影响着桥梁的整体结构和外观。
设计主塔时需要考虑地质条件、风载、桥梁跨度等因素，确保主塔具有足够的承载能力和稳定性。
2. 主梁主梁是斜拉桥的承载结构，连接主塔和桥面，承担车辆荷载的传递和分布。
主梁的截面形状、材料和截面尺寸是设计中的关键要素，需要根据桥梁跨度、荷载情况和美学要求进行合理选择，确保主梁具有足够的刚度和强度。
3. 斜拉索斜拉桥的斜拉索是连接主塔和主梁的重要构件，承担着桥梁荷载的传递和支撑功能。
斜拉索的数量、布置方式和张拉力大小直接影响着桥梁的受力性能和稳定性。
设计时需要考虑索塔的位置、索带的倾角和索带的材料等因素，确保斜拉索具有良好的受力性能和耐久性。
4. 桥面桥面是斜拉桥上行车的部分，承载着车辆荷载和行人荷载。
桥面的结构形式、材料和铺装方式需要根据交通流量、使用功能和美学要求进行设计，确保桥面具有良好的耐久性和舒适性。
结构特性1. 刚度斜拉桥具有较高的整体刚度，能够有效抵抗外部荷载引起的变形和振动。
斜拉桥的主塔、主梁和斜拉索等构件之间通过刚性连接，形成一个整体稳定的结构系统，具有良好的抗风、抗震性能。
2. 强度斜拉桥具有较高的承载能力和抗弯强度，能够承受车辆荷载和自重荷载引起的各种受力情况。
主塔和主梁采用钢结构或混凝土结构，具有良好的抗压和抗拉性能，能够确保桥梁的安全运行。
3. 稳定性斜拉桥具有良好的整体稳定性，能够有效抵抗外部环境引起的各种不利影响。
通过合理设计主塔和斜拉索的布置方式，可以有效减小桥梁的振动和变形，确保桥梁在各种工况下都能保持稳定。
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。
桥梁工程课件-斜拉桥
四、斜拉桥的支承
斜拉桥的支承体系包括主梁的支承和索塔的支 承。支承的不同布置对斜拉桥的结构受力性能影响 很大，在全桥的总体布置及构造设计中应予以充分 考虑。斜拉桥的支承除应满足正常使用阶段的各种 受力情况外，还应考虑其在环境条件较差时保持良 好的工作性能，并在正常运行条件下需易于更换拉 索或支座。
2. 零位移法
零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜 拉索交点的位移为零。对于采用满堂支架一次落架的斜拉桥体系， 其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。
应当指出的是，以上这两种方法用于确定主跨和边跨对称的 单塔斜拉桥的索力是最为有效的，对于主跨和边跨几乎对称的三 跨斜拉桥次之，对于主跨和边跨的不对称性较大的斜拉桥，几乎 失去了作用。因为这两种方法必然导致比较大的塔根弯矩，失去 了索力优化的意义。
5. 内力平衡法
内力平衡法的基本原理是设计适当或合理的斜拉索初张力，以使 结构各控制截面在恒载和活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料 允许应力之比等于下冀缘的最大应力和材料容许应力之比。
内力平衡法假设斜拉索的初张力为未知数，各截面特性以及初张 力以外的恒载内力和活载内力为已知数。
二、斜拉桥的平面分析
以全飘浮体系的斜拉桥为例，拆除过程一般由下列步骤组成： 1．移去二期恒载。 2．拆除中间合龙段。 3. 在桥塔和主梁交接处增加临时固结约束。 4．拆除斜拉索、主梁单元。 5．增加支架现浇梁段的临时支承。 6．拆除斜拉索、梁单元到桥塔为止。
4. 无应力状态控制法
无应力状态法分析的基本思路是：不计斜拉索的非线性 和混凝土收缩徐变的影响，采用完全线性理论对斜拉桥解体， 只要保证单元长度和曲率不变，则无论按照何种程序恢复还 原后的结构内力和线形将与原结构一致。应用这一原理，建 立斜拉桥施工阶段和成桥状态的联系。
斜拉桥的总体布置-多塔斜拉桥
跨径布置
274.3m+185.3m 143.5m+320m+143.5m 164.6m+365.8m+164.6m 101.7m+440m+101.7m 123.9m+299m+123.9m 198.17m+396.34m+198.17m 190m+530m+190m 160m+5×235m+160m
索塔高度
(m)
边跨 l1 / 主跨 l2
49.97
0.95
113.00
0.87
48.2
0.88
51.6
0.87
77.5
1.00
53.72
0.50
57.40
0.49
44.00
0.43
52.00
0.46
51.27
0.43
53.75
0.51
57.00
0.49
74.8
0.43
100.8
0.42
91.00
0.45
索塔高度 (m) 85.2 70.5 73.9 90.0 57.0 92.2 101.5 42.5
边跨 l1 / 主跨 l2
0.68 0.45 0.45 0.23 0.41 0.5 0.36 0.68
高跨比 H / l2
0.31 0.22 0.20 0.20 0.19 0.23 0.19 0.18
辅助墩 附 注
为提高中跨主梁竖向 刚度、减小端锚索的 应力幅，大跨度斜拉 桥常在边跨设置辅助 墩(backspan pier)
拉索锚固在设辅助墩 截面，起到了锚索的 作用，也降低了端锚 索的应力变化幅
斜拉桥的构造
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）
三塔四跨式（香港汀九大桥）
（3）拉索 • 索面布置：单索面、竖向双索面和斜向双索面
• 索面形状：放射形、扇形和竖琴形
三、斜拉桥的孔跨布置
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。
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。
（2）主梁 • 分离的双箱截面 • 外侧斜腹板、内侧竖腹板的倒梯形箱型截面 • 三角形边箱梁 • 板式截面主梁 • 单箱多室截面
红岩村长江大桥
（3）拉索 • 斜索的构造分为整体安装的斜索和分散安装的斜索两大类。 • 前者的代表为平行钢丝索和冷铸锚，后者的代表为平行钢绞线索和夹片锚。
一、概念
斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上，由承压 的索塔、受拉的斜拉索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
二、斜拉桥的主要构造
（1）索塔 • 纵桥向：索塔在纵桥向的形式有单柱型，A型及倒Y型等。 单柱型索塔构造简单，外形轻盈美观，施工方便，是常用的桥型。A型和倒Y型，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，并有更好的抗震能力。
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乌江大桥（1997，288m）
第六章 斜拉桥概述
斜拉—悬索体系
第2节 孔跨布置
布鲁克林桥（1883年，l=487m）
第六章 斜拉桥概述
斜拉—悬索体系
第2节 孔跨布置
Khor Al Bath（2010年， 主跨138m，阿曼）
Livron（1891年，法）
第六章 斜拉桥概述
第2节 孔跨布置 斜拉—刚构体系
第六章 斜拉桥概述
概况、构造、设计、计算、施工
第六章 斜拉桥概述
作为辅助受力体系出现
美国Wheeling悬索桥（1849年，308m）
第六章 斜拉桥概述
第1节 设计概述 桥面系受压，支承体系受拉的桥梁
第一代： 稀索体系
马拉开波大桥（1962年）
青岛胶州湾大桥（2008）
第六章 斜拉桥概述
第1节 设计概述
密索优点：
(1)
索间距较短，主梁中的弯矩小。
(2)
每索的拉力较小，锚固点的构造简单。
(3)
锚固点附近的应力流变化较小，补强范围也小。
(4)
伸臂施工时所需辅助支撑较少，甚至可不要。
(5)
每根斜索的截面较小，有可能每索只用一根在工厂制造外套PE保护管
的钢索。
(6)
斜索更换较容易。
缺点：刚度小、风振问题突出
第六章 斜拉桥概述
多塔斜拉桥
第2节 孔跨布置
台北光复大桥
马拉开波大桥（委内瑞拉，1962 ） 夷陵长江大桥
第六章 斜拉桥概述
第2节 孔跨布置 斜拉—悬索协作体系
第六章 斜拉桥概述
第2节 孔跨布置 斜拉—悬索协作体系
爪哇—巴厘岛大桥
方案桥（主跨1100m）
第六章 斜拉桥概述
斜拉—悬索体系
第2节 孔跨布置
第六章 斜拉桥概述
独塔斜拉桥
第2节 孔跨布置
第六章 斜拉桥概述
独塔斜拉桥
第2节 孔跨布置
单跨无背索 最早出现在1992年，巴塞罗那
第六章 斜拉桥概述
第2节 孔跨布置
第六章 斜拉桥概述
多塔斜拉桥
第2节 孔跨布置
嘉绍大桥（2013,桥面宽55.6m）
越南日新大桥（河内，2012,300m）
洞庭湖大桥（1996,310m）
第二代 密索体系
德国Mein河二桥
苏通大桥（2008,1088m）
第六章 斜拉桥概述
第1节 设计概述
第三代 柔薄主梁
第六章 斜拉桥概述
第1节 设计概述 斜拉桥发展趋势： 桥面纤细——矮塔——多塔 混凝土塔 倒Y型桥塔
第六章 斜拉桥概述
第1节 设计概述 第四代—大跨及超大跨
Rossky大桥（2012,1104m）
第六章 斜拉桥概述
第6节 锚固、支承体系 2、桥塔支承体系 1）塔墩固结，塔梁分离 2）塔梁固结，梁墩分离 3）铰支桥塔 4）塔、梁、墩固结
第六章 斜拉桥概述
第6节 锚固、支承体系 2、梁体支承体系 1）竖向的支承体系 2）横向支承 3）纵向支承
竖向支承
竖向支承
纵向支承
第六章 斜拉桥概述
设计考虑的因素 静力分析——施工阶段
考虑拉索垂度、结构 非线性 抗风、抗震 砼收缩徐变 稳定 疲劳 局部受力分析——锚固区等 施工控制分析
插入剪切铰
西班牙卢纳桥
郧阳汉江桥
第六章 斜拉桥概述
非连续体系
第4节 梁体布置
第六章 斜拉桥概述
第5桥塔形式和布置
桥塔的纵向形式 (a)单柱形；(b)倒V形；(c)倒Y形
桥塔的横向形式
第六章 斜拉桥概述
第5桥塔形式和布置
桥塔高度
从桥面以上算起
桥塔的形式
第六章 斜拉桥概述
第6节 锚固、支承体系 1、斜拉索锚固体系 1）自锚式——大多数斜拉桥 2）地锚式——单跨斜拉桥 3）部分地锚式——卢纳桥
第六章 斜拉桥概述
第3节 斜拉索布置 斜索截面布置
单股 双股，前后、左右排量 四股，对称排列 六股，三排，每排两股
第六章 斜拉桥概述
连续体系
第4节 梁体布置
（a）塔梁固结，梁墩分离；(b)塔墩固结，塔梁分离；(c)塔梁墩固结
梁体连续的延伸
第六章 斜拉桥概述
非连续体系
第4节 梁体布置
上海泖港桥
三台涪江桥
广珠城际轨道西江特大桥（2009年，210m）
第六章 斜拉桥概述
第2节 孔跨布置 斜拉—拱协作体系
湖南湘潭湘江四桥
第六章 斜拉桥概述
第3节 斜拉索布置 空间布置形式：单索面、竖向双索面、斜向双索面
索面内布置：放射形、扇形、竖琴形
第六章 斜拉桥概述
第3节 斜拉索布置 索面内布置：星形、分叉形
索距布置——稀索、密索
沪通铁路长江大桥 （2012,1092m）
苏通大桥（2008,1088m）
第六章 斜拉桥概述
第1节 设计概述
国内外发展历程表明：计算分析技术、施工方法、材料、防 腐技术等的进步是斜拉桥进步的关键性因素。
第六章 斜拉桥概述
双塔三跨
第2节 孔跨布置
诺曼底大桥（1994,856m）
多多罗大桥（1999,890m）