橋梁工程之斜拉橋講義（PPT77頁）

1、斜拉橋組成：主梁、索塔和斜拉索。主梁：一般采用混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。索塔：大都采用混凝土結(jié)構(gòu)。斜拉索：采用高強(qiáng)材料（高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線）荷載傳遞路徑：斜拉索的兩端分別錨固在主梁和索塔上，將主梁的恒載與車輛荷載傳遞至索塔，再通過索塔傳至地基。與連續(xù)梁的比較主梁在斜拉索的各點(diǎn)支承下，像多跨彈性支承的連續(xù)梁。同跨數(shù)的斜拉橋與連續(xù)梁橋相比，彎矩值大大降低。斜拉橋主梁尺寸大大降低，梁高一般為跨度的1/501/200，甚至更小，從而自重顯著減輕，既節(jié)省了材料，又能大幅度地增大橋梁的跨越能力。主跨排前十的斜拉橋孔跨布局雙塔三跨：主跨跨徑較大，適用于跨越較寬的河流及海面。邊主跨之比應(yīng)考慮全橋的

2、剛度、拉索的疲勞強(qiáng)度等因素。對(duì)于公路橋梁，合理的邊主跨之比為0.40.45，鐵路橋梁宜為0.20.25.獨(dú)塔雙跨：主孔跨徑一般比雙塔三跨式的小，特別適用于跨越中小河流、谷地及作為跨線橋。邊主跨之比為（0.50.8），但大多數(shù)為0.66。三塔四跨式和多塔多跨式：很少采用。因?yàn)橹虚g塔沒有端錨索來有效限制它的變位。采用增加主梁剛度和索塔剛度增加了工程量。如必須采用多塔多跨，可將中間塔做成剛性索塔，或用長(zhǎng)拉索將中間塔頂分別錨固在兩個(gè)邊塔的塔頂或塔底，還有一種方法是加粗尾索并在錨固尾索的梁段上壓重。輔助墩與邊引跨：活載往往在邊跨梁端附近區(qū)域產(chǎn)生很大的正彎矩，并導(dǎo)致梁體轉(zhuǎn)動(dòng)，伸縮縫易受損，一般設(shè)置輔助墩加

3、以解決。設(shè)輔助墩也可減小拉索應(yīng)力變幅，提高主跨剛度，緩和端支點(diǎn)負(fù)反力。索塔布置索塔：索力傳至基礎(chǔ)的關(guān)鍵構(gòu)件。恒載作用下，索塔應(yīng)盡可能處于軸心受壓狀態(tài)。橫橋向布置單索面：在橫橋方向只有單個(gè)支撐點(diǎn)，抗扭剛度低，不利于承受偏心活載，抗風(fēng)性能以及施工穩(wěn)定性差，主梁一般采用箱型截面。適用：具有中央分隔帶的橋梁，利用分隔帶布置索面。優(yōu)點(diǎn)：橋面有效寬度大，橋墩布置靈活，視野寬闊。索面布置雙索面：結(jié)構(gòu)抗扭剛度大，動(dòng)力抗風(fēng)性能好。因此對(duì)主梁的抗扭剛度要求小，但是為了結(jié)構(gòu)抗風(fēng)要求以及懸臂施工中的安全考慮，主梁截面的扭轉(zhuǎn)剛度也不宜設(shè)置太小。索面形狀輻射形：沿主梁均勻分布，而在索塔上集中于塔頂一點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：由于斜拉索與

4、水平面的的平均交角較大，故拉索的垂直分力對(duì)主梁的支承效果也大。缺點(diǎn)：?豎琴形：斜拉索平行排列，索少時(shí)顯得比較簡(jiǎn)潔，并可簡(jiǎn)化斜拉索與索塔的連接構(gòu)造，塔上錨固點(diǎn)分散，對(duì)索塔受力有利。缺點(diǎn)：?扇形：斜拉索不相互平行，兼有輻射形與豎琴形的優(yōu)點(diǎn)，故獲得廣泛應(yīng)用。索距的布置索距的的布置分為“稀索”與“密索”。在早期的斜拉橋中都為“稀索”，現(xiàn)代斜拉橋多為“密索”。密索優(yōu)點(diǎn)：（1）索距小，主梁彎矩??；（2）索力小，錨固點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單；（3）錨固點(diǎn)附近應(yīng)力流變化小，補(bǔ)強(qiáng)范圍??；（4）利于懸臂架設(shè)與換索。主要結(jié)構(gòu)體系按塔、梁、墩相互結(jié)合方式，可劃分為漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結(jié)體系和剛構(gòu)體系；按主梁的連續(xù)方式，有連

5、續(xù)體系與T構(gòu)體系；按斜拉索的錨固方式，有自錨體系、部分地錨體系和地錨體系；按塔的高度不同，有常規(guī)斜拉橋與矮塔部分斜拉橋體系。特點(diǎn)：塔墩固結(jié)、塔梁分離。主梁除兩端有支承外，其余部分全用拉索懸吊，屬于一種在縱向可稍作浮動(dòng)的多跨彈性支承連續(xù)梁。為了抵抗由風(fēng)力等引起主梁的橫向水平位移，一般在塔柱與主梁之間設(shè)置側(cè)向限位支座。漂浮體系優(yōu)點(diǎn)：（1）主跨滿載時(shí)，塔柱處的主梁截面無負(fù)彎矩峰值；（2）溫度、收縮和徐變次內(nèi)力均較??；（3）可以吸震消能。缺點(diǎn)：當(dāng)采用懸臂施工時(shí)，塔柱處主梁需臨時(shí)固結(jié)，成橋后解除臨時(shí)固結(jié)時(shí)，主梁會(huì)發(fā)生較大縱向擺動(dòng)。半漂浮體系特點(diǎn)：塔墩固結(jié)，主梁在塔墩上設(shè)置豎向支承。接近于在跨度內(nèi)具有彈性

6、支承的三跨連續(xù)梁。 缺點(diǎn)：主梁內(nèi)力在塔墩支點(diǎn)處產(chǎn)生急劇變化，出現(xiàn)了負(fù)彎矩尖峰，通常須加強(qiáng)支承區(qū)段的主梁截面。在墩頂設(shè)置彈簧支撐或零號(hào)索,可與漂浮體系媲美，且在經(jīng)濟(jì)與減小縱向漂移方面有一定好處。塔梁固結(jié)體系特點(diǎn)：塔梁固結(jié)并支承在墩上。一般只在一個(gè)塔柱處設(shè)置固定支座，其余均為縱向可以活動(dòng)的支座。優(yōu)點(diǎn)：主梁受力比較均勻，整體升降溫引起的溫度應(yīng)力比較小。缺點(diǎn)：上部結(jié)構(gòu)重量與活載反力都需支座傳給橋墩，這就需要設(shè)置很大噸位的支座，這樣給日后的養(yǎng)護(hù)、更換均帶來較大的困難。剛構(gòu)體系特點(diǎn)：塔、梁、墩相互固結(jié)，行成跨內(nèi)具有多點(diǎn)彈性支承的剛構(gòu)。為消除溫度應(yīng)力，需要墩具有一定的柔性，常用高墩。優(yōu)點(diǎn)：既免除了大型支座又

7、能滿足懸臂施工的穩(wěn)定要求。結(jié)構(gòu)的整體剛度比較好，主梁撓度小。缺點(diǎn)：主梁固結(jié)處負(fù)彎矩大，使固結(jié)處附近截面需要加大。T構(gòu)體系T構(gòu)體系與剛構(gòu)體系的區(qū)別是主梁跨中區(qū)域無軸拉力。具體方法：（1）在中跨中央部分插入一小跨懸掛結(jié)構(gòu) （活動(dòng)支座，卸力）。（2）以剪力鉸代替懸掛結(jié)構(gòu)。這種剪力鉸的功能是只傳彎矩、剪力，不傳軸力。部分地錨體系主跨很大，邊跨很小時(shí)采用。矮塔部分斜拉橋體系塔高降低能提高塔身剛度，但拉索的水平傾角也將減小，故矮塔部分斜拉橋拉索不能提供足夠的支承剛度，要求主梁的剛度較大。受力性能介于梁式橋和斜拉橋之間。特點(diǎn)：塔矮。常規(guī)斜拉橋塔高與跨度比為1/41/5,而部分斜拉橋?yàn)?/81/12。梁無索區(qū)

8、較長(zhǎng)，沒有端錨索。邊跨與主跨比值大，一般大于0.5。梁高較大，甚至做成變高梁。受力以梁為主，索為輔。由于梁的剛度大，活載作用下斜拉索的應(yīng)力變幅較小。斜拉橋的主要構(gòu)造（一）主梁作用：將恒、活載分散傳遞給拉索。梁的剛度越小，則承擔(dān)的彎矩越小。與拉索及索塔一起成為整個(gè)橋梁的一部分，主梁承受的力主要是拉索的水平分力所形成的軸壓力，因而需有足夠的剛度防止壓屈。抵抗橫向風(fēng)載與地震荷載，并將力傳給下部結(jié)構(gòu)。主梁設(shè)計(jì)需考慮：拉索間距較大時(shí)，采用彎矩控制設(shè)計(jì)；單索面斜拉橋，采用扭轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)；雙索面密索體系，主要考慮軸壓力和整個(gè)橋的縱向彎曲；需考慮一定的安全儲(chǔ)備。高跨比：對(duì)于雙索面1/1001/150;單索面1/

9、501/100,且高寬比不宜小于1/10。截面形式實(shí)體梁式和板式主梁：適用于雙索面斜拉橋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，空氣動(dòng)力性能合理。箱形截面：抗彎和抗扭剛度大，能適應(yīng)稀索、密索、單索面或雙索面等不同斜索布置。主梁據(jù)材料組合有如下方式：預(yù)應(yīng)力混凝土梁，稱混凝土斜拉橋鋼-混凝土組合梁，稱組合梁斜拉橋鋼主梁，稱鋼斜拉橋主跨為鋼主梁或鋼-混凝土組合梁，邊跨為混凝土梁，稱為混合式斜拉橋。（二）索塔組成：塔柱、橫梁以及其他聯(lián)結(jié)構(gòu)件。橫梁一般分為承重橫梁與非承重橫梁。前者為設(shè)置主梁支座的受彎?rùn)M梁，以及塔柱轉(zhuǎn)折處的壓桿橫梁或拉桿橫梁；后者為塔頂橫梁和塔柱無轉(zhuǎn)折的中間橫梁。索塔截面實(shí)心體索塔一般適用于中小跨度，對(duì)于

10、小跨度可以采用等截面，對(duì)于中等跨度用空心截面。矩形截面宜將四角做成倒角或圓角。種空心截面包括H形截面，一般均在每一層拉索錨頭處增設(shè)水平隔板。（三）拉索整體安裝拉索：平行鋼絲索配冷鑄錨。分散安裝拉索：平行鋼絞線索配夾片錨。拉索的錨固：拉索與混凝土梁的錨固、拉索在索塔上的錨固。索與梁的錨固形式頂板錨固塊：以箱梁頂板為基礎(chǔ)，向上下兩個(gè)方向延伸加厚。拉索水平分力傳至梁截面，垂直分力由加勁肋斜桿平衡。適用：箱內(nèi)具有加勁斜桿的單索面斜拉橋。箱內(nèi)錨固塊：錨固塊位于頂板之下和兩個(gè)腹板之間，并與它們固結(jié)在一起。垂直分力通過錨固塊左右的腹板傳遞。適用范圍：兩個(gè)分離式單箱梁的雙索面斜拉橋和帶有中間箱室的單索面斜拉橋

11、。斜隔板錨固：錨頭設(shè)在梁底外面。垂直分力由斜隔板兩側(cè)的腹板以剪力形式傳遞。適用范圍：兩個(gè)分離式單箱梁的雙索面斜拉橋和帶有中間箱室的單索面斜拉橋。梁底兩側(cè)設(shè)錨固塊：設(shè)在風(fēng)嘴實(shí)體之下或邊腹板之下。適用于雙索面斜拉橋。梁兩側(cè)設(shè)錨固塊錨塊設(shè)在梁底。適用于雙主梁或板式截面斜拉橋。拉索在索塔上的錨固在實(shí)體塔上交錯(cuò)錨固。在塔柱中埋置鋼管，再將斜拉索穿入和用錨頭錨固在鋼管上端的錨墊板上。在空心塔上作非交錯(cuò)錨固。在箱形橋塔的壁內(nèi)配置環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，以抵抗拉索在箱壁內(nèi)產(chǎn)生的拉力。采用鋼錨固梁錨固。將鋼錨固梁擱置在混凝土塔柱內(nèi)側(cè)的牛腿上，斜索通過埋設(shè)在塔壁中的鋼管錨固在鋼錨固梁兩端的錨塊上。利用鋼錨箱錨固。整個(gè)鋼錨箱

12、是由各層的鋼錨箱進(jìn)行上下焊接而成，然后將錨箱用焊釘使之與混凝土塔身連結(jié)，用環(huán)形預(yù)應(yīng)力筋將錨箱夾在混凝土的塔柱內(nèi)，以增加對(duì)拉索水平荷載的抵抗力。拉索的減振氣動(dòng)控制法：將拉索的光滑表面做成帶有螺旋凸紋、條形凸紋、V形凹紋或圓形凸點(diǎn)的非光滑表面。優(yōu)點(diǎn)：提高拉索表面的粗糙度，使氣流經(jīng)過拉索時(shí)在表面邊界層形成湍流，從而避免渦激共振的產(chǎn)生；拉索表面的凹凸紋能阻礙下雨時(shí)拉索上、下緣迎風(fēng)面雨水線的形成，從而防止雨振的產(chǎn)生。缺點(diǎn)：對(duì)塔、梁在外界激勵(lì)下導(dǎo)致索兩端的支座激振沒有減振作用；會(huì)增大拉索對(duì)風(fēng)的阻力。 阻尼減振法：作用機(jī)理是通過安裝阻尼裝置，提高拉索的阻尼比從而抑制拉索的振動(dòng)?？煞譃榘卜旁谔淄矁?nèi)的內(nèi)置式阻尼器與附著于拉索之上的外置式阻尼器。改變拉索動(dòng)力特性法：采用輔助索將若干索相互聯(lián)結(jié)起來，將長(zhǎng)索轉(zhuǎn)換成相對(duì)較短的索，使拉索的振動(dòng)基頻提高，從而抑制索的振動(dòng)。斜拉橋的施工前面所介紹的梁式橋與拱橋的施工方法大體可歸