斜拉桥受力状态优化及理论计算分析PPT课件
斜拉桥施工技术ppt课件
(a) 平行形 （b） 辐射形 （c） 扇形（半扇形）
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
稀索和密索
(a) 稀索
（b） 密索
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索
塔
与
塔
索
的
固定
联
结
形
式
滚动支座
（c） 摆动支座
独塔单跨式（日本秩父桥）
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22.5 锚碇 地下梁
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采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
三塔斜拉桥（湖南洞庭湖大桥）
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采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
索塔施工可以分为以下几种： 现浇施工 预制吊装 滑模施工
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采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
混凝土主塔施工要点
1．下塔柱、中塔柱、上塔柱的施工 混凝土下塔柱、中塔柱、上塔柱一般可采用支架法、
(a)单柱形
(b)倒V形
(c)倒Y形
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采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
索塔的横向形式-1
斜拉桥计算
第二章 斜拉桥的计算第一节 结构分析计算图式斜拉桥是高次超静定结构，常规分析可采用平面杆系有限元法，即基于小位移的直接刚度矩阵法。
有限元分析首先是建立计算模型，对整体结构划分单元和结点，形成结构离散图，研究各单元的性质，并用合适的单元模型进行模拟。
对于柔性拉索，可用拉压杆单元进行模拟，同时按后面介绍的等效弹性模量方法考虑斜索的垂度影响，对于梁和塔单元，则用梁单元进行模拟。
斜拉桥与其它超静定桥梁一样，它的最终恒载受力状态与施工过程密切相关，因此结构分析必须准确模拟和修正施工过程。
图2-1是一座斜拉桥的结构分析离散图。
图2-1斜拉桥结构分析离散图第二节 斜拉索的垂度效应计算一、等效弹性模量斜拉桥的拉索一般采用柔性索，斜索在自重的作用下会产生一定的垂度，这一垂度的大小与索力有关，垂度与索力呈非线性关系。
斜索张拉时，索的伸长量包括弹性伸长以及克服垂度所带来的伸长，为方便计算，可以用等效弹性模量的方法，在弹性伸长公式中计入垂度的影响。
等效弹性模量常用Ernst 公式，推导如下：如图2-2所示，为斜索自重集度，q m f 为斜索跨中的径向挠度。
因索不承担弯矩，根据处索弯矩为零的条件，得到：m m 22111cos 88m T f q l ql α⋅==⋅2cos 8m ql f Tα= （2-1）图2-2 斜拉索的受力图式索形应该是悬链线，对于m f 很小的情形，可近似地按抛物线计算，索的长度为：lf l S m238⋅+= (2-2)223228cos 324m f q l l S l l TαΔ=−=⋅= 2323cos 12d l q l dT TαΔ=− (2-3) 用弹性模量的概念表示上述垂度的影响，则有：()3322321212cos f dT l lT E d l A Aq l L σαγ=⋅==Δ (2-4)式中：/T A σ=，q A γ=，cos L l α=⋅为斜索的水平投影长度， f E ：计算垂度效应的当量弹性模量。
斜拉桥4-1
LG
结构计算
稳定方面
PT J
——概述
斜拉桥构件局部计算内容主要是横梁及桥面板的计算
《桥梁工程》（下）_LGP版
斜拉桥的主梁及塔柱都是偏心受压构件，必须考虑成 桥后和施工阶段的稳定性 跨度不大时可按规范结合弹性稳定分析方法进行验算 超大跨径时应按实际受力情况进行第二类稳定分析
《桥梁工程》（下）_LGP版
令vi＝0、取v＝y，代入梁的近似弯曲微分方程
PT J
——静力分析
EIy M Qi x Ny M i
求解得到
M Qi x N (v vi ) M i
《桥梁工程》（下）_LGP版
x sin 1 M l 1 y i N sin
《桥梁工程》（下）_LGP版
PT J
——静力分析
《桥梁工程》（下）_LGP版
13
结构计算
——静力分析
几何非线性影响的计入_主梁、塔柱的几何非线性
主梁、塔柱单元考虑位移影响后的平衡方程为
Mi Ni ui
Qi
i
M v x
Mj
Qj
j
vi
Nj
vj uj
任意截面弯矩为
LG
结构计算
几何非线性影响的计入_主梁、塔柱的几何非线性
LG
结构计算
折减作用
基本要素_几何非线性
斜拉桥的几何非线性主要体现：
斜拉索的垂度（重力引起的拉索下垂）对其轴向刚度的 主梁、塔柱的P－Δ效应（变形导致的偏心距增大效应）
PT J
斜拉桥讲义
三、索塔高度
• 定义 ：索塔高度—般应从桥面以上算起，不包括由于建筑造 型或观光等需要的塔顶高度。
• 影响因素：与斜拉桥的主跨跨径有关，还与拉索的索面型式 (辐射式、竖琴式或扇式)、拉索的索距和拉索的水平倾角有 关。
• 1、在主跨跨径相同的情况下，索塔高度低，拉索的水平倾 角就小，则拉索的垂直分力对主梁的支承作用就小，会导致 拉索的钢材用量增加。 • 2、 反之，索塔高度愈大，拉索的水平倾角愈大，拉索对主 梁的支承效果也愈大，但索塔和拉索的材料用量也要增加， 还会增加施工难度。
• 2）边孔加两个辅助墩，上述这些内力和位移虽然继续降低，但变 化幅度不大；
• 3）加三个辅助墩后，刚上述内力和位移不再有明显变化。但当边 孔设在岸上或浅滩，基础工程施工难度及费用不高时，还是可以考 虑加设辅助墩。 • 总之，无论斜拉桥属哪种结构体系，在边孔加设辅助墩的个数， 应综合考虑结构需要和全桥的整体经济性确定。
斜拉桥属高次超静定结构，与其他体系桥梁相 比，包含着更多的设计变量，全桥总的技术经济 合理性不易简单地由结构体积小、重量轻、或者 满应力等概念准确地表示出来，这就使选定桥型
方案和寻求合理设计带来一定困难。
第二节 斜拉桥总体布置
一、孔跨布局 1、双塔三跨式
由于它的主跨跨径较 大，一般适用于跨越 较大的河流。
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和纵向剪力，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，应予注意。可设置阻尼器。
为了防止纵向飓风和地震荷载使漂浮体系斜拉桥产 生过大的摆动，影响安全，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。
3、索距的布置
索距的布置，可以分为“稀索”与“密索”。
(完整版)斜拉桥施工索力张拉控制及优化
斜拉桥施工索力张拉控制及优化研究背景：随着经济和技术的发展，以及斜拉桥合理的结构形式，我国修建了大量的斜拉桥。
因此该类桥梁的施工控制就显得尤为重要。
国内外学者及工程技术人员对斜拉桥的施工控制进行了许多研究，提出了卡尔曼滤波法、最小二乘误差控制法、自适应控制法、无应力状态控制法等许多实用控制方法。
这些方法的实质都是基于对施工反馈数据的误差分析，通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。
施工控制的方法必须与各类斜拉桥设计、施工的特点相结合才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。
目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对常规的混凝土斜拉桥进行的，其相应的控制方法也是针对常规混凝土斜拉桥的施工特点提出来的，本文着重阐述对于常规混凝土斜拉桥的施工控制过程中的索力张拉控制及优化方法。
斜拉索施工过程：斜拉索安装完毕，即进行张拉工作。
张拉前对千斤顶、油泵、油表进行编号、配套，张拉设备定期进行标定。
斜拉索正常状态按设计指令分2次张拉，第1次张拉按油表读数控制，张拉时4根索严格分级同步对称进行；第2次张拉是在监控利用频率法测完索力后，以斜拉索锚头拔出量进行精确控制。
施工监控包括对索力、应力、应变、线形、温度、主塔偏位的监控。
施工监控在凌晨气温相对稳定时进行，保证在凌晨5点前完成。
索力测试采用应变仪捕捉索自振频率，当测出索力误差超过2时，应对索力进行调整，直到满足要求。
索力调整完毕立即对应力、应变、线形、温度、主塔偏位进行测量。
可分阶段地进行张拉、调索。
在牵索挂篮悬浇时，在控制好挂篮底模标高后，在节段砼灌注过程中，当砼灌注至1/4、2/4、3/4，及砼灌注完后，均需进行调整索力及挂篮底模标高。
当主塔施工至与边跨合拢前、中跨合拢前和合拢后、二期恒载安装后均需按设计要求对全桥斜拉索进行统一检测调整，使全桥线型满足设计要求。
并在对每节段主梁悬浇进行监控时，对主梁最前端的5～6对拉索的索力进行测定，观察其变化幅度是否在设计范围内。
斜拉桥设计计算参数分析
斜拉桥设计计算参数分析摘要: 在斜拉桥的设计中，除对塔、梁、索的构造形式及尺寸的选取外，主要的总体设计参数有主梁的中边跨跨径比、跨高比、跨宽比、宽高比和主塔的有效跨高比以及主梁的温度变化、混凝土收缩徐变，这些参数将直接对斜拉桥的结构性能产生影响，故有必要通过统计已建斜拉桥的设计资料，对上述参数的选用给出一总体认识。
关键词:斜拉桥;设计参数;1 概述斜拉桥属高次超静定结构,所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主梁线形、结构内力有着密切的联系。
并且在施工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载状态的断变化,主梁线形和结构内力亦随之不断发生变化。
因此,需对斜拉桥的每一施工阶段进行详尽的分析、验算,从而求得斜拉索张拉吨位和主梁挠度、主塔位移等施工控制参数,并依此对施工的顺序做出明确的规定,并在施工中加以有效的管理和控制。
2 设计参数分析2.1 主梁的中、边跨跨径比主梁的中、边跨跨径比反映了结构体系的变形特性和锚索的抗疲劳性能：从图1、图2可见，三跨钢斜拉桥的中边跨跨径比较多地位于2．0～3．5之间，集中在2．5处；三跨混凝土斜拉桥的相应数值则为1．5～3．0，较集中于2．2处。
就一般而言，中、边跨跨径的比值大于2．0，将能控制锚索的应力幅度在一定的范围内，并提高结构体系的总体刚度。
在许多斜拉桥中，虽然中、边跨跨径的比值较小，但边跨中往往采用设置辅助墩或将主梁与引桥连接形成组合体系以提高结构刚度，适应结构的变形要求。
2.2 主梁自重分析选取某斜拉桥桥5号、9号梁段(见图3)，各自增重5 %(其它参数取理论值) ,分别计算得到在浇筑完5号、9号梁段后各控制点挠度及主梁控制截面弯矩变化情况，见图3 、图4 。
图3：主梁自重增大5 %的梁段挠度影响图4：主梁自重增大5 %的梁段弯矩影响从图3 、图4可见,梁段自重对控制点挠度的影响较大,且悬臂越大,影响越明显。
梁段自重对控制点弯矩的影响更加不容忽视, 9 号梁段自重增大5 %,导致6 号梁段的弯矩值增加至1 200 kN ·m ,达到合理成桥状态下该截面弯矩值的7 %。
斜拉桥设计与计算
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
2、主梁的支承体系
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
4、索塔的布置—横向
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
4、索塔的高度
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
5、总体设计流程
主桥跨径、断面布置确定
确定边跨长度
塔高确定
斜拉桥设计与计算
完成图纸、计算书 稳定、动力、抗风、局部等计算 施工阶段、运营阶段计算
塔梁构造确定，主梁节段 长度，索塔拉索间距确定
成桥索力计算
三、结构计算
斜拉桥设计与计算
2、静力计算-刚性支撑连续梁法
三、结构计算
斜拉桥设计与计算
2、静力计算-施工阶段计算
由于施工过程中，结构体系和荷载状态的不断变化，结构 内力和线形不断变化，通过优化施工阶段索力，使得结构 的应力及线形能够达到合理成桥状态，该组施工阶段即为 合理施工状态，施工阶段索力仍是关键，主要确定方法： （1）倒拆法； （2）倒装-正装迭代法；（倒拆法的优化） （3）无应力状态控制法；（结构弹性，单元长度曲率不变） （4）正装迭代法；（最小二乘法缩小假定与合理状态差距）
二、结构设计
2、索塔
斜拉桥设计与计算
二、结构设计
2、索塔-构造尺寸
斜拉桥设计与计算
《斜拉桥简介》PPT课件
2021/5/27
桥梁工程
第五节 主要构造体系
• 按索塔、梁、墩相互结合方式，可分为： • 漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系 • 按主梁的连续方式，可分为： • 连续体系和T构体系 • 按斜拉索的锚固方式，可分为： • 自锚体系、局部地锚体系和地锚体系 • 按塔的高度，可分为： • 常规斜拉桥和矮塔局部斜拉桥
EAsiF nH cos2
α为35°时，Δ最小，端锚索 提供的支承刚度最大
拉索轴力N与倾角α有关， 经推导， α取值45 °。
综合考虑索和塔的共同影响， 对于每座斜拉桥存在一个最 正确高度H，使得索和塔对 主梁的支承刚度到达最大。
端锚索：塔高与索长、倾 角的关系
2021/5/27
桥梁工程
2021/5/27
• 第三阶段：密索布置，主梁更矮，并广泛采 用梁板式开口断面。
•
2021/5/27
桥梁工程
稀索布置
2021/5/27
密索布置
桥梁工程
第二节 孔跨布局
一、双塔三跨式
主跨跨径大，一般适用于跨越较大的河流。 跨径分割比：边跨与主跨合理而均衡比为1：2：1 • 主 跨 经 济 性 跨 径 ： 400m ～ 500m 。 超 长 斜 拉 桥
桥梁工程
2021/5/27
桥梁工程
三、三塔四跨式和多塔多跨式
很少采用。因为中间塔没有端锚索来有效限制它的变 位。采用增加主梁刚度和索塔刚度增加了工程量。
2021/5/27
桥梁工程
2021/5/27
桥梁工程
四、辅助墩和边引跨
活载作用时，往往边 跨梁段附近区域产生 很大的正弯矩，并导 致梁体转动。解决这 个问题，常用：
和拉索的线刚度EA/l。 拉索锚点处荷载P作用下，