试论述斜拉桥的漂浮结构体系及其特点
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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
31
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
21
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。
斜拉桥基本内容
2、半封闭箱形截面
加厚以锚固索
三角形箱 整体桥面板 优点： 1）有良好的抗风动力性能； 2）采用悬臂法施工较方便； 使用： 风载较大的双索面密索体系宽桥（天津永河桥）
风
3、板式双主梁截面 优点： 1）较简单； 2）风嘴抗风性能好；
嘴 板梁
梁
： 双主梁截面 较 板式 惊
4、闭合箱形截面 优点： 1）有较大的抗弯、抗扭 刚度； 2）外侧腹板倾斜改善风 动力性能，也减小墩台 宽度； 缺点：节段重量较大 使用： 1）使用在单索面时，应将中间两个竖腹板尽量靠近， 便于拉索锚固在较窄的中室内； 2）使用在双索面时，应将中间两个竖腹板尽量拉开， 使中室大于边室，以获得较大的截面横向惯性矩。
2）竖琴形 优点： （1）索倾角相同— 锚具、垫板不复杂 （构造相同）； （2）外形最美观（无视觉交叉感）； （3）塔中压力逐段向下加大—稳定性提高——索塔连接易 处理。 缺点： （1）塔身M较大（∵水平分力大，两侧索力不等） （2）索倾角小—索用量大； （3）结构成几何可变体—变形、内力不利； （4）无法形成飘浮体系(∵竖向分力小) 。 使用：中、小跨斜拉桥
二）、主梁高度 一般L/100 L/300 L/100～L/300 L/100 L/300，等高。
十、 主塔 一）、主塔的型式与布置 受力：N（主要）、M RC压弯构件 1、纵向布置形式：
2、横向布置形式
桥面较高时索塔的横向布置形式（增加横梁)
二）、塔高 塔高：桥面以上算起 塔高增加—塔、斜索材料用量增加 塔高降低—索倾角小，索垂直分力减少
1）活载内力占总内力较小； 2）活载作用时斜索已有相当大的拉力，斜索的非线 性小。 2、材料非线性 混凝土在恒载作用下的徐变作用，使斜拉桥这一 不同材质组成的混合结构及施工过程的结构体系不 断变化引起附加内力。 关于混凝土徐变内力的计算尚待进一步研究及完 善。因此国外有的资料建议只须将预应力加大4～ 5MPa，即可对付此项影响，而不作复杂的计算。
第八章斜拉桥
半悬浮体系
§ 8.1 斜拉桥的受力特点与结构体系
斜拉桥的分类——塔、梁、墩连接条件
（3）塔梁固结体系：塔梁固结，梁墩分离 • 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。
交异性钢桥面板。 相对钢主梁：节约钢材、刚度和抗风稳定性更好。 适宜跨径：一般在300～600m。 结合梁一般都采用钢双主梁，只适用于双索面斜拉桥。
§ 8.2 斜拉桥的构造
主梁
➢（4）混合梁斜拉桥 混合梁斜拉桥，是指沿着桥纵向主梁截面由两种不同的材
料组成，中跨大部分或全部为钢主梁、边跨部分或全部为混凝 土主梁的组合结构。
§ 8.2 斜拉桥的构造
斜拉索
➢2、锚具——冷铸锚 工作原理：将钢丝束穿入冷铸
锚，钢丝尾镦头后锚定在冷铸锚的 后锚板上，再在锚体内分段常温浇 灌环氧树脂加铁丸等混合填料，使 锚体与钢丝束之间的刚度均匀变化， 最后将冷铸锚头放入加热炉中养生， 加热温度为150度，由于这种锚是在 常温下浇铸填料，因此称为冷铸锚。
悬浮体系
§ 8.1 斜拉桥的受力特点与结构体系
斜拉桥的分类——塔、梁、墩连接条件
（2）半悬浮体系（或支承体系） • 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。
§ 8.2 斜拉桥的构造
主梁
➢ 斜拉桥主梁按材料不同分：
§ 8.1 斜拉桥的受力特点与结构体系
斜拉桥的分类——塔、梁、墩连接条件
（3）塔梁固结体系：塔梁固结，梁墩分离 • 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。
交异性钢桥面板。 相对钢主梁：节约钢材、刚度和抗风稳定性更好。 适宜跨径：一般在300～600m。 结合梁一般都采用钢双主梁，只适用于双索面斜拉桥。
§ 8.2 斜拉桥的构造
主梁
➢（4）混合梁斜拉桥 混合梁斜拉桥，是指沿着桥纵向主梁截面由两种不同的材
料组成，中跨大部分或全部为钢主梁、边跨部分或全部为混凝 土主梁的组合结构。
§ 8.2 斜拉桥的构造
斜拉索
➢2、锚具——冷铸锚 工作原理：将钢丝束穿入冷铸
锚，钢丝尾镦头后锚定在冷铸锚的 后锚板上，再在锚体内分段常温浇 灌环氧树脂加铁丸等混合填料，使 锚体与钢丝束之间的刚度均匀变化， 最后将冷铸锚头放入加热炉中养生， 加热温度为150度，由于这种锚是在 常温下浇铸填料，因此称为冷铸锚。
悬浮体系
§ 8.1 斜拉桥的受力特点与结构体系
斜拉桥的分类——塔、梁、墩连接条件
（2）半悬浮体系（或支承体系） • 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。
§ 8.2 斜拉桥的构造
主梁
➢ 斜拉桥主梁按材料不同分：
斜拉桥概述
拉 优越性：
桥 1．跨越能力大； 概 2．具有良好的结构刚度和抗风稳定性； 述 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。
桥 梁 工 程
二、斜拉桥的总体布置
斜 （一）孔跨布置
拉 1、 双塔三跨式
桥 概
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。
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。
桥 梁 工 程
一、斜拉桥的特点
斜 拉 桥 概 述
斜拉桥充分利用斜拉索的刚性，巧妙地将索与梁结合 桥
起来。因此，斜拉桥这一桥式属于梁式桥与悬索桥之间的 梁
大跨度桥梁，它可有效的用于1000—600m之间的跨度。
工 程
一、斜拉桥的特点
斜
根据以上特点，预应力混凝土斜拉桥具有下列显著的
拉 2、 独塔双跨式
桥
这也是一种常见的斜拉桥孔跨布置方式，如下图所示。
概 述
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。
桥 梁 工 程
二、斜拉桥的总体布置
斜 （一）孔跨布置
拉 2、 独塔双跨式 桥 概 述 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：
述
桥 梁 工 程
二、斜拉桥的总体布置
斜 （一）孔跨布置
拉 1、 双塔三跨式 桥
概 述
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；
斜拉桥简介 PPT
谢谢聆听
静力分析 1.斜拉桥的分析 稳定性分析
动力分析
整体分析 局部分析
抗风分析 抗震分析
2.内力计算的基本要素
非线性因素
几何非线性 材料非线性
Hale Waihona Puke 混凝土收缩徐变温度影响
活载内计力算
2.斜拉索合理索力的确定
力学概念方法 优化方法
3.塔、梁、索截面计算
4.斜拉桥的稳定分析 5.斜拉桥的抗风问题
风力静态的效应 风力动态的效应 斜拉桥的风振及减振措施
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
钢构体系
1.漂浮体系主梁除 两端有支座外，其 余位置均有拉索支 撑，成为在纵向可 自由漂移的多点弹 性支撑连续梁，次 内力较小，受力均 匀。具有很好的抗 震消能作用。塔梁 之间要设横向约束。
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
2.主梁的截面尺寸
主梁高度 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
协部作多分体塔斜系 斜斜拉拉拉桥桥桥
部分 斜拉桥
其他体系 斜拉桥
多塔 斜拉桥
除端载弯度顶刚主改的索比斜其这城将边锚下曲和水度梁远于支梁或利矩离弯变初与例拉他就矮斜塔索塔，弯平的的离拉撑与连用卸塔矩塔张主关索荷是塔拉外 的柱 使 矩 位 同 自索索效变续连载柱。柱力梁系只载部斜索，锚向荷大移时由塔倾率截钢续作处高，承。承仍分拉称中固荷载增和保伸的角低面构梁用主度可担塔担由斜桥超塔作载跨。提证缩主很，连相的减梁和以的柱部主拉，剂均用作主控高温式梁小将续连负少的斜改外较分梁桥国量没，用梁制全差关由，主梁，弯远负拉变荷低荷承。外预有活跨挠塔桥下键索拉载时载担也也应。，，， 力。
斜拉桥总体布置、受力特点及结构体系
13
➢ 桥塔结构形式和布置
桥塔布置——特殊布置形式的斜拉桥
塔跨混合式
14
➢ 跨径布置
双塔三跨
1）全桥刚度、拉索疲劳强度、锚 墩承载力和施工等 ； 2）边跨l1/中跨l2=0.25~0.5 3）端锚索
独塔双跨
边跨l1/中跨l2=0.5~1.0
15
➢ 跨径布置
多塔多跨式
16
多塔多跨式
17
➢ 跨径布置
斜拉桥总体布置、受力特点及结构体系
一、受力特点
斜拉桥的传力路径 主梁与斜拉索相互作用特点 桥塔与斜拉索相互作用特点 主梁、桥塔和索相互耦合特点
二、结构体系
依据支承体系划分的结构体系类型 （按梁、索、塔和墩的不同结合方式） 依据锚拉体系划分的结构体系类型
1
二、斜拉桥的结构体系
➢ 部分斜拉桥（矮塔）
辅助墩及外边孔
18
➢ 拉索布置
抗扭、桥面利用以及美观和维护
斜拉索横向布置
单索面
空间布置形式
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
19
➢ 拉索布置
拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式
20
➢ 拉索布置
拉索倾角（边索）
辐射式或扇式：210~300 竖琴式:260~300
21
➢ 拉索布置
索面内的其它布置型式
7
拉索索鞍
8
斜拉桥总体布置、拉索构造与防护
一、总体布置
总 体 布 置
桥塔布置 跨径布置 斜索布置 主梁布置
9
一、总体布置
➢ 桥塔布置 桥塔的高度 桥塔的布置
10
桥塔高度 (从桥面以上算起，不包括建筑造型或观光等需要的塔顶高度)
➢ 桥塔结构形式和布置
桥塔布置——特殊布置形式的斜拉桥
塔跨混合式
14
➢ 跨径布置
双塔三跨
1）全桥刚度、拉索疲劳强度、锚 墩承载力和施工等 ； 2）边跨l1/中跨l2=0.25~0.5 3）端锚索
独塔双跨
边跨l1/中跨l2=0.5~1.0
15
➢ 跨径布置
多塔多跨式
16
多塔多跨式
17
➢ 跨径布置
斜拉桥总体布置、受力特点及结构体系
一、受力特点
斜拉桥的传力路径 主梁与斜拉索相互作用特点 桥塔与斜拉索相互作用特点 主梁、桥塔和索相互耦合特点
二、结构体系
依据支承体系划分的结构体系类型 （按梁、索、塔和墩的不同结合方式） 依据锚拉体系划分的结构体系类型
1
二、斜拉桥的结构体系
➢ 部分斜拉桥（矮塔）
辅助墩及外边孔
18
➢ 拉索布置
抗扭、桥面利用以及美观和维护
斜拉索横向布置
单索面
空间布置形式
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
19
➢ 拉索布置
拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式
20
➢ 拉索布置
拉索倾角（边索）
辐射式或扇式：210~300 竖琴式:260~300
21
➢ 拉索布置
索面内的其它布置型式
7
拉索索鞍
8
斜拉桥总体布置、拉索构造与防护
一、总体布置
总 体 布 置
桥塔布置 跨径布置 斜索布置 主梁布置
9
一、总体布置
➢ 桥塔布置 桥塔的高度 桥塔的布置
10
桥塔高度 (从桥面以上算起，不包括建筑造型或观光等需要的塔顶高度)
斜拉桥设计概念及结构分析
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
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
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一、斜拉桥概述 主梁柔、薄化
2 斜拉桥技术演变
法国的Bourgogne 桥
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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
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一、斜拉桥概述
斜拉桥和斜腿刚构力学对比
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一、斜拉桥概述
斜拉桥和悬索力学对比
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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
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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
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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）
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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
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一、斜拉桥概述 主梁柔、薄化
2 斜拉桥技术演变
法国的Bourgogne 桥
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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
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一、斜拉桥概述
斜拉桥和斜腿刚构力学对比
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斜拉桥和悬索力学对比
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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。
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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
斜拉桥简介
边跨 主跨 索塔 端锚索 边跨
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
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