土木工程專業(yè)橋梁工程之斜拉橋課件T63

橋梁工程主編趙青普通高等學校土木工程專業(yè)精編系列規(guī)劃教材斜拉橋內(nèi)容提要能力要求主要講述斜拉橋的結構類型、構造、計算及施工。教學重點斜拉橋的結構類型及構造；教學難點為斜拉橋的計算及施工。通過學習，應熟悉各種斜拉橋的結構類型及構造，掌握斜拉橋的計算及施工方法。本節(jié)內(nèi)容一、概述二、總體設計三、構造四、計算五、施工六、習題與思考題爪哇（java）的竹斜拉橋老撾（Laos）的竹斜拉橋一、概述（一）斜拉橋的發(fā)展史斜拉橋的雛形我國古代的吊橋世界上第一座現(xiàn)代鋼斜拉橋,是1955年德國DEMAG公司在瑞典修建的斯特倫松德（Stromsund）橋，跨徑74.7+182.6+74.7，梁體為鋼板梁，采用預應力拉索支撐。我國于1975年在重慶云陽建成了第一座試驗性斜拉橋。（1）橋面輕型化（2）主塔結構的多樣化（3）多跨(多塔)斜拉橋（4）拉索新型化（5）部分式斜拉橋（6）結構分析合理化（二）斜拉橋的發(fā)展趨勢（1）抗風設計（2）抗震設計（3）計算模型（4）幾何非線性問題（5）成橋后健康檢測問題（三）發(fā)展面臨的技術問題二、總體設計（一）斜拉橋基本構成斜拉橋由主梁、索塔、斜拉索三種基本構件及基礎等主要部分構成，在邊跨內(nèi)可根據(jù)需要設置輔助墩。（二）斜拉橋橋結構體系按塔、梁、墩相互互結合方式，，分為以下四四種：1、漂浮體系塔梁處不設支座座，多設豎直直拉索（零號索），，邊墩上只設縱縱向滑動支座座，斜拉索在在豎直面內(nèi)布布成輻射形或扇形形不能是豎琴琴形。(1)優(yōu)點：溫度、收縮和徐變變次內(nèi)力均較較小，減小梁梁在塔處負彎彎矩，主梁各各截面受力較較均勻；地震時，全橋橋可作縱擺動動，避免共振振，達到抗震震消能作用，，利于抗震。。適于主跨400米以上大跨斜斜拉橋。(2)缺點：懸臂施工時，，塔梁處主梁梁需臨時固結結，合龍后需需去除臨時固固結作體系轉轉換，此時，，主梁會發(fā)生生縱向擺動。。為防止縱向向產(chǎn)生過大的的擺動，有必必要在斜拉橋橋塔上的梁底底部位設置高高阻尼的主梁梁水平彈性限限位裝置。2、半漂浮體系系（支承體系系）基本同漂浮體體系，但在所所有塔梁處設設縱向滑動支支座，不設豎豎直拉索，同漂浮體系是是采用最多兩兩種，塔梁處設固定支支座的支承體體系，只用于于較小跨徑優(yōu)缺點基本同漂浮體體系，但塔梁梁處負彎矩較大3、塔梁固結體系塔梁固結，墩墩處設支座，適用：軟基易不均勻勻沉降處，在在墩上設可調調節(jié)支座；剛剛度較大矮塔塔斜拉橋優(yōu)點：塔根部彎矩小小，溫度內(nèi)力力小，并且在在索塔和主梁梁中的溫度內(nèi)內(nèi)力極小。缺點：支反力大，支支座復雜，塔梁處負彎矩矩大，主梁跨中撓度度大（主梁在墩頂處處轉角位移導導致塔柱傾斜斜，使塔頂產(chǎn)產(chǎn)生較大的水水平位移，從從而顯著地增增大主梁跨中中撓度和邊跨跨負彎矩），，動力特性不好好，抗風、抗抗震不利4、剛構體系塔梁墩固結。。優(yōu)點：不設支支座，不需轉轉換體系缺點：溫度內(nèi)內(nèi)力大，。適用：獨塔斜拉橋、、較柔高墩大大跨徑斜拉橋橋。二、構造（一）布孔1、單跨式（1）獨塔單跨式式塔后拉索只能能采用地錨形形式。梁體體內(nèi)內(nèi)的的水水平平軸軸力力(由斜斜索索水水平平分分力力引引起起)必須須由由相相應應的的下下部部結結構構來來承承受受。獨塔塔單單跨跨式式示示例例雙塔塔單單跨跨式式示例例無塔塔單單跨跨式示示例例在適適宜宜的的地地形形條條件件下下、、單單跨跨式式斜斜拉拉橋橋可可以以利利用用山山體體巖巖錨錨來來代代替替橋橋塔塔(無論論是是獨獨塔塔或或雙雙塔塔)。宜昌昌夷夷陵陵大大橋橋香港港汀汀九九大大橋橋2、多多跨跨式獨塔塔雙雙跨跨式式、、雙雙塔塔三三跨跨式式、、多多塔塔多多跨跨。。中間間塔塔無無有有效效端端錨錨索索支支承承而而存存在在縱縱向向剛剛度度問題題斜拉拉橋橋的的整整體體剛剛度度、、端端錨錨索索的的應應力力變變幅幅與與跨跨徑徑比比有有著著很很大大的的關關系系。。當當主主跨跨有有活活載載時時邊邊跨跨梁梁端端點點的的端端錨錨索索產(chǎn)產(chǎn)生生正正軸軸力力（（拉拉力力）），，而而當當邊邊跨跨有有活活載載時時端端錨錨索索又又產(chǎn)產(chǎn)生生負負軸軸力力（（拉拉力力松松減減）），，由由此此引引起起較較大大應應力力幅幅而而產(chǎn)產(chǎn)生生疲疲勞勞問問題題。。對于于活活載載比比重重較較小小的的公公路路和和城城市市橋橋梁梁，，一一般般按按恒恒載載平平衡衡的的原原則則確確定定邊邊主主跨跨比比（二二）邊邊主跨跨比比邊中中跨跨比（1）雙雙塔塔三三跨跨斜斜拉拉橋橋邊邊主主跨跨徑徑比比宜宜取取0.33～0.5，鋼鋼主主梁梁宜宜取取0.3～0.4，組組合合梁梁宜宜取取0.4～0.5，混混合合梁梁宜宜取取0.3～0.45，混混凝凝土土主主梁梁宜宜取取0.4～0.45。特特殊殊情情況況，，可可采采用用更更小小邊邊主主跨跨比比或或地地錨錨式式斜斜拉拉橋橋；（2）獨獨塔塔斜斜拉拉橋橋雙雙側側跨跨徑徑比比可可取取0.5～1.0。（3）多多塔塔斜斜拉拉橋橋跨跨徑徑比比可可參參照照雙雙塔塔三三跨跨斜斜拉拉橋橋選選用用（4）而而對對于于活活載載比比重重大大的的鐵鐵路路橋橋梁梁，，邊邊主主跨跨之之比比宜宜為為0.20～0.25，（5）鋼鋼斜斜拉拉橋橋的的邊邊跨跨應應比比相相同同跨跨徑徑混混凝凝土土斜斜拉拉橋橋的的跨跨徑徑小?。ㄈ┬毙崩魉?、斜斜拉拉索索橫橫向向布置置單索面面、、雙雙索索面面、、多多索索面面；空間間索面面、、平平面面索索面：：目錄錄下頁頁上頁頁2、斜斜拉拉索索縱縱向向布布置置3、斜斜拉拉索索標標準準間距距鋼梁梁、、組組合合梁梁斜斜拉拉索索標標準準間間距距宜宜用用8～16m。砼梁梁斜斜拉拉索索標標準準間間距距用用6～12m密索索體體系系優(yōu)優(yōu)點點：：索距距小小，，主主梁梁彎彎矩矩小??；；索力力較較小小，，錨錨固固點點構構造造簡簡單單；；錨固固點點附附近近應應力力流流變變化化小小，，補補強強范范圍圍小??；；利于于伸伸臂臂架架設設；；易于于換換索索。4、斜斜拉拉索索細細節(jié)節(jié)構造造（1）斜斜拉拉索索與與主主梁梁、、索索塔塔不不能能固固結結，，以以便便于于張張拉拉與與換換索索（2）斜斜拉拉索索索索端端鋼鋼護護筒筒內(nèi)內(nèi)應應設設減減振振裝裝置置，，并并采采取取防防水水、、防防潮潮措措施施（3）橋橋面面上上斜斜拉拉索索應應高高度度不不小小于于2m的豎豎向向防防護護，，以以防防人人為為損損壞壞（4）應應采采用用平平行行鋼鋼絲絲或或鋼鋼絞絞線線斜斜拉索索（四四））主主梁梁1、可可采用用鋼鋼梁梁、、砼砼梁梁、、組組合合梁梁、、混混合合梁梁鋼梁梁：：跨跨徑徑大大于于600m使用用經(jīng)經(jīng)濟濟砼梁梁：：跨跨徑徑為為200m～400m使用用經(jīng)經(jīng)濟濟組合合梁梁（（結結合合梁梁）：：由由兩種種不不同同材材料料結結合合或或不不同同工工序序結結合合而而成成的的梁梁（（鋼鋼梁梁上上加加設設混混凝凝土土橋橋面面板板的的）），，400m～600m使用用經(jīng)經(jīng)濟濟混合合梁：：多指指主主跨跨用用鋼鋼梁梁，，次次跨跨用用砼砼梁梁2、主主梁梁宜宜在在全全長長范范圍圍內(nèi)內(nèi)布布置置成成連連續(xù)續(xù)體體系系3、主主梁梁截截面面形形式式（1）砼砼主主梁梁：：a.實心心板板截截面面：：用用于于跨跨徑徑200m以下下b.邊箱箱梁梁截截面面、、肋肋板板式式截截面面：：用用于于雙雙索索面面斜斜拉拉橋橋c.箱形形截截面面、、帶帶斜斜撐撐箱箱形形截截面面：：用用于于單索索面面斜斜拉拉橋橋d.橋面面很很寬寬時時，，多用用單箱箱多多室室、、肋肋板板式式、、邊邊箱箱梁梁截截面面，，必必要要時時可可在在中中間間增增加加梁梁肋肋數(shù)數(shù)流線線形形箱箱形形截截面面小邊邊箱箱板板式式截截面面（2）鋼鋼梁梁：：箱形形截截面面、、分分離離式式邊邊箱箱梁梁截截面面、、鋼鋼板板梁梁截截面面分離式式邊箱箱梁截截面鋼板梁梁截面目錄下頁上頁工字鋼主梁梁截面邊鋼箱梁截截面：用于于跨徑較大大（3）組合梁：：a.組合梁宜采采用雙索面面飄浮體系系b.鋼筋砼、預預應力砼橋面板厚度度宜≥250mm，砼強度宜≥C40，預制板需需存放4～6個月才能使用c.砼板間接縫縫、鋼梁頂頂面剪力鍵鍵（如下圖圖）與鋼梁梁頂面應有有效結合為為一體4、主梁橫向向連接（1）砼主梁：：靠加厚或或施加預應應力的橫隔隔梁（板））；橫隔板板人洞應加加強角隅處處配筋，加加強防裂措措施；輕型型開口截面面主梁橫隔隔板間距宜宜6～10m，厚度宜≥≥180mm（2）鋼梁：鋼鋼梁橫隔板板宜采用鋼鋼板梁，鋼鋼桁架主梁梁橫向連系系宜采用桁桁架斜撐形形式；橫隔隔板梁應采采用工廠焊焊接，鋼板板厚宜≥10mm（3）組合梁：：橫向連接接宜采用鋼鋼板梁，鋼鋼板厚宜≥≥10mm5、主梁縱向向連接（1）砼主梁：：采用分段懸澆時，分段處處縱向預應應力筋接頭頭不應超過總總數(shù)的50%；懸拼施工工時，分段段端面應設設計成企口縫形式，并預預埋定位件件；跨徑不不大時，接接縫采用膠接縫，跨徑較大大時，采用用濕接縫（2）鋼梁：鋼鋼梁段應工廠焊接，節(jié)段段連接可采采用高強螺螺栓連接或或焊接，頂頂板應采用用焊接；縱縱向隔板宜宜設橋面車車道分界線線位置（3）組合梁：：節(jié)段長度度以能布置置1～2斜拉索或2～4橫梁為宜；；鋼梁節(jié)段段應采用工工廠焊接，，節(jié)段連接接可采用高高強螺栓連連接或焊接接（4）混合梁：：不同材料料梁連接處處，宜設在在彎矩最小處處，可布在主主跨或邊跨跨內(nèi)，連接接處應設橫隔板；兩段梁的的重心高度宜設置一致致；縱向連連接可采用用施加預應應力或抗剪剪栓釘連接接，通過逐逐漸變高加加勁肋緩解解兩種梁體體剛度的突突變6、主梁高跨跨比：（1）雙塔三跨跨斜拉橋主主梁高跨比比：1）砼梁宜取取1/100～1/2202）組合梁宜宜取1/125～1/2003）鋼主梁宜宜取1/180～1/330(2)獨塔斜拉橋橋主梁高跨比比變化較大大，受索面面數(shù)、截面面形式影響響大，一般般低于雙塔塔三跨斜拉拉橋單柱式（（等截面面）單柱式（（向下加加寬）單柱式（（向上加加寬）A形式倒Y形式（五）索索塔1、索塔形式(1)縱向形式單柱式雙柱式花瓶式A式倒Y式門式A式倒Y式寶塔式鉆石式(2)橫向布置置目錄下頁上頁2、索塔細細部構造造（1）砼索塔（鋼鋼筋砼、、預應力力砼）1）豎向受受力筋直直徑宜≥≥20mm；面積配配筋率應應≥1%2）箍筋直直徑應≥≥12mm；間距應應≤豎向向受力筋筋直徑10倍，且≤≤200mm3)橫截面形形式如下下：（2）鋼索塔塔1）截面形形式：矩矩形空心心箱截面面、帶T、十字形形空心箱箱形式2）箱室四四周主壁壁板應設設置豎向向加勁肋肋(二者板厚厚宜≥20mm)、橫向隔隔板，橫橫隔板間間距宜≤≤4m3、索塔高跨比雙塔、多多塔斜拉拉橋橋面面以上索索塔的高高度與主主跨跨徑徑比宜為為1/4～1/6；獨塔斜斜拉橋塔塔高通過過外索控控制，橋橋面以上上的高度度與跨徑徑之比宜宜為1/2.7～1/3.7，外索的的水平傾傾角不宜宜小于22°。已建成的的大跨度度斜拉橋橋，橋面面以上塔塔高與中中跨跨徑徑之比位位于1/4～1/7之間，多多為0.25左右。錨固在頂頂板上用于箱內(nèi)內(nèi)采用加加勁斜桿桿的單索索面橋（六）錨錨固系統(tǒng)統(tǒng)1、斜拉索索與砼梁梁錨固b)、c）用于兩兩個分離離單箱雙雙索面橋橋錨固在箱箱內(nèi)錨固在斜斜隔板上上錨固在梁梁體兩側側用于雙索索面橋錨固在梁梁底用于截面面高度小小的雙主主梁或板板式梁2、斜拉索索與鋼梁梁錨固（1）錨箱式式該式錨固固斜拉索索錨固在在錨固梁梁上，錨錨固梁與與主梁通通過高強強螺栓或或焊接連接a)耳板式錨錨固該式錨固固在主梁梁的腹板板上伸出出一塊節(jié)節(jié)點板，，斜拉索索通過鉸鉸與節(jié)點點板連接接b)錨管式錨錨固該式錨固固在主梁梁的腹板板上安裝裝一鋼管管，斜拉拉索錨固固于鋼管管側壁