10月斜拉桥与悬索桥的构造设计及结构计算

斜拉桥与悬索桥的构造设计及结构计算桥梁工程语音答疑2第一部分第一部分 斜拉桥斜拉桥1.1 1.1 总体布置总体布置1.2 1.2 斜拉桥的构造斜拉桥的构造 1.3 1.3 斜拉桥的计算斜拉桥的计算31.1.1 1.1.1 概述n一、斜拉桥的组成（见下图）斜拉桥由斜拉索、塔柱和主梁组成n二、斜拉桥的主要特点4斜拉桥简图 边跨L1边跨L1主跨L2端锚索桥塔桥塔端锚索边墩（或桥台）边墩（或桥台）(a)双塔（三跨式）桥塔端锚索边墩（或桥台）边墩（或桥台）(b)独塔（双跨式）边跨L1主跨L256二、斜拉桥的主要特点1、斜缆是主梁的弹性支座，使主梁跨度减小，节约材料并增大了桥梁的跨越能力2、斜缆的水平分力相当于混凝土梁的预压力，可提高抗裂性能3、建筑高度小，可增大桥下净空4、结构轻巧美观5、高次超静定结构，设计计算复杂6、拉索两端的连接构造复杂7、施工控制要求严格（张拉程度要求相同）71.1.2 1.1.2 孔跨布局一、双塔三跨式可跨越较大河流，为了在视觉上清楚地表现主跨，边跨L1与主跨L2与比例应小于0.5。1231.3318二、独塔双跨式一般采用不对称形式，主跨和边跨之比为0.50.6，但多数接近于0.66倍。跨度较小时，也可采用单跨。锚碇地下梁15322.59三、三塔四跨和多塔多跨式斜拉桥和悬索桥一样，很少采用三塔四跨和多塔多跨式。原因就是多塔多跨式斜拉桥中间塔塔顶没有端锚索来有效限制它的位移，已经是柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式使结构柔性进一步增大，变形过大。如必须采用多塔多跨式斜拉桥时，可将中间塔做成刚性索塔。10三塔斜拉桥（湖南洞庭湖大桥）11四、辅助墩和边引跨121.1.3 1.1.3 索塔布置一、索塔的形式1、纵向形式（见附图）单柱形、倒V形或A形、倒Y形。2、横向形式（见附图）（1）单索面桥：单柱形、倒V形或A形、倒Y形。（2）双索面桥：双柱式、门式、H形、倒V形、倒Y形13 桥塔的纵向形式(a)单柱形(b)倒V形(c)倒Y形14索塔的横向形式-1(a)主梁索塔吊索主梁(b)(c)(a)索塔吊索主梁(b)(c)(d)(e)索塔吊索索塔吊索主梁索塔吊索主梁索塔吊索主梁索塔吊索主梁索塔吊索主梁15索塔的横向形式-2(a)主梁索塔吊索主梁(b)(c)(a)索塔吊索主梁(b)(c)(d)(e)索塔吊索索塔吊索主梁索塔吊索主梁索塔吊索主梁索塔吊索主梁索塔吊索主梁16二、塔的高跨比双塔：H/l2=1/41/7，单塔：H/l2=1/2.71/4.7辐射式或扇式：260300，竖琴式:210300。171.1.4 1.1.4 拉索布置一、索面位置（1）双索面平行双索面：作用在桥梁上的扭矩可由拉索轴力来抵抗，主梁可采用抗扭刚度较小的截面斜向双索面：两个索平面的上端均向内侧倾斜。（对桥面梁体抵抗风力扭振特别有利）（2）单索面（拉索对抗扭不起作用，主梁采用抗扭刚度较大的截面）设置在桥梁纵轴线上。18索面布置形式(a)(b)(c)19二、索面形状（1）辐射式拉索上端锚固于塔柱同一位置，成辐射状。特点：拉索倾角大，受力较小；但塔身自由长度大，对塔身受力不利；且塔顶锚头拥挤。（2）平行式（竖琴式）各斜索相互平行，但倾角相同特点：与塔柱的连接点分散，连接构造易处理；但斜索倾角小，对其受力不利，且斜索用量较大。20（3）扇形（用的较多）外形与受力特点介于以上两者之间，应用最为广泛。（4）星式 斜索下端合并锚于边跨梁端与桥台上，可减小跨中挠度，但斜索倾角最小，采用较少。索面形状22三、索距的布置（1）稀索 对钢梁 间距约3060m对混凝土梁 间距约1530m（2）密索 间距约515m优点：索间距小，可使主梁弯矩减小目前斜拉桥大多采用密索布置。23稀索和密索（b）密索(a)稀索241.1.5 1.1.5 主要结构体系斜拉桥的结构体系，可以有几种不同的划分方式：（1）按照塔、梁、墩相互结合方式：漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系；（2）按照主梁的连续方式：连续体系和T构体系；（3）按照斜拉索的锚固方式：自锚体系、部分地锚体系和地锚体系；（4）按照塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系。25一、漂浮体系塔墩固结，塔梁分离，主梁除两端支承于桥台处，全部用斜索吊起，其结构形式相当于在单跨梁加斜索。特点：可减少主梁在支点的负弯矩，但须施加横向约束。缺点是：悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，成桥后解除临时固结时，主梁会发生纵向摆动。为防止纵向漂浮体系斜拉桥产生过大的摆动，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。二、半漂浮体系塔墩固结，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。26三、塔梁固结体系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。四、连续刚构式（刚构体系形式）主梁与塔、墩固结形成整体，其结构形式是有弹性支承的连续刚构。特点：便于平衡对称施工，抵抗跨中变形的刚度较大27五、T构体系T构体系斜拉桥与刚构体系的区别主要是主梁跨中区域无轴拉力，具体做法两种：在斜拉桥主跨中央部分插入一小跨悬挂结构，以剪力铰代替悬挂结构，这种铰的功能是只传递弯矩、剪力，不传轴力。六、部分地锚体系在主跨很大边跨很小的特殊情况下，少数斜拉桥采用部分地锚式的锚拉体系。28七、矮塔部分斜拉桥 由力学知识可知：在截面相同的情况下，塔的抗水平位移刚度与塔高的三次方成反比，因而塔高降低则塔身刚度迅速提高，但塔高降低后拉索的水平倾角也将减小，拉索对主梁的支撑作用减弱，而水平压力增大，这相当于拉索对主梁施加了一个较大的体外预应力。矮塔部分斜拉桥由于拉索不能提供足够的支撑刚度，故要求主梁的刚度较大。具有以下特点（1）塔较矮，（2）梁的无索区较长，没有端锚索，（3）边跨与主跨的比值较大，一般大于0.5，（4）梁高较大，高跨比为1/301/40，甚至做成高度梁，（5）拉索对竖向恒活载的分担率小于30%，受力以梁为主，索为辅，（6）由于梁的刚度大，活载作用下斜拉索的应力变幅较小，可按体外预应力索设计。2930311.2 1.2 斜拉桥的构造斜拉桥的构造1.2.1 1.2.1 主梁的构造主梁的构造1.2.2 1.2.2 索塔索塔1.2.3 1.2.3 拉索拉索321.2.1 1.2.1 主梁的构造主梁的构造主梁的主要作用有三个方面：（1）将恒、活载分散传给拉索，梁的刚度越小，则承担的弯矩越小；（2）与拉索及索塔一起成为整个桥梁的一部分，主梁承受的力主要是拉索的水平分力所形成的轴压力，因而需要有足够的刚度防止压屈；（3）抵抗横向风载和地震荷载，并把这些力传给下部结构。33主要尺寸拟定主梁高度h：h=1/501/200，主梁宽度B:主梁宽与主跨的比值宜大于1/30，与主梁高的比宜大于8，主梁各细部尺寸：主要根据轴力来确定，截面调试。钢筋布置普通钢筋的配置纵向预应力筋：分段布置，一般在主跨跨中和边跨端部横向预应力筋34一、实体梁式和板式主梁实体梁式和板式截面的主梁一般仅适用于双索面斜拉桥，因为这种截面具有构造简单和施工方便的优点，特别是斜索在实体的边主梁中锚固时，锚固构造非常简单，而且在索面内具有一定的抗弯刚度，在锚固点处可以避免产生大的横向力流。二、箱形截面混凝土箱形截面主梁是现代斜拉桥中经常采用的截面形式，这是因为它的抗弯刚度和抗扭刚度大，能适应稀索、密索、单索面或双索面等不同斜索布置，其组合截面，也可以方便地形成封闭式的单箱形式或分离式的双箱形式，以适应不同桥宽的需要，截面的组合构造，也可以部分预制、部分现场浇筑。35在双索面混凝土斜拉桥中，箱形截面的主梁常以分离式的两个箱体各自锚固于拉索，两箱之间的则以横梁和桥面板拉结，双箱梁的典型截面为倒梯形。在双箱梁的两个分离式箱体之间用底板将其封闭，即成为三室的单箱梁截面。双索面与单索面的三室箱梁截面应有所不同，采用双索面时，应将两个中间竖腹板尽量拉大，使中室大于边室，以期取得较大的横向惯距，对于单索面，则应将其尽量靠拢，以便斜拉索锚固于较小的中室内。混凝土主梁常用截面形式 1520m5060cm2530m29001260380430应变仪9808812 15261526176242151300301030282522507141212472433(b)(d)(f)(h)(g)(e)(c)(a)126020271.21.5m三角形构架21315201523181303403658365888122.08%37斜拉桥的主梁横断面 抑流板细部图护栏带有抑流板的护栏(a)梯形单箱风嘴导流板(b)异形箱(c)扁平多室箱风嘴导流板扰流板(d)超扁平多室箱38三、不同材料主梁的适宜跨径 斜拉桥主梁有下列四种不同的组成方式：（1）预应力混凝土梁称为混凝土斜拉桥，跨径200400m；（2）钢混凝土组合梁称为组合梁斜拉桥，跨径400600m；（3）钢柱梁称为钢斜拉桥，大于600m。另外，当跨径处于400m和600m两个临界区域时，应考虑其他因素分别对两种不同材料主梁作经济比较。第五章 其它体系桥梁391.2.2 1.2.2 索塔索塔一、索塔构件组成40二、混凝土塔的构造混凝土索塔常采用的截面形式见表4-2-2，实心体索塔一般适用于中小跨度的斜拉桥，对于小跨度可采用等截面，对于中等跨度可采用空心截面，矩形截面索塔的构造简单，其四角宜做成倒角或圆角，以利抗风，所有其他多边形截面的索塔均比矩形截面的抗风有利，还能增加桥梁外形的美观，八角形截面有利于配置封闭式环向预应力筋，但构造复杂。各种空心截面包含H截面一般均需在每一层拉索锚头处增设水平隔板。411.2.3 1.2.3 拉索拉索一、拉索的构造 在近代大跨度斜拉桥中，拉索的构造基本上分为整体安装的拉索（平行钢丝索配冷铸锚）和分散安装的拉索（平行钢绞线索配夹片锚）两大类。1、平行钢丝索陪冷铸锚平行钢丝索是把5mm或7mm镀锌钢丝捆扎成股，一般排列成六角形，表层由玻璃丝布包扎定型后用热挤高密塑造成正圆形，这种斜索具有厚镀锌层和厚PE层的双重防腐保护。42432、平行钢绞线索配夹片锚 将平行钢丝索中的钢丝换成等截面的钢绞线即成为平行钢绞线索。钢索丝在索中是平行排列的。二、拉索的锚固1、斜拉索与混凝土梁的锚固44482、拉索在索塔的锚固（1）在实体塔上交错锚固，其具体构造是在塔柱中埋设钢管，再将斜拉索穿入和用锚头锚固在钢管上端的锚垫板上。（2）在空心塔上做非交错锚固，其构造与上述相同，但需要在箱形桥塔的壁板内配置环向预应力筋，以抵抗拉索在箱壁内产生的拉力。（3）采用钢锚固梁来锚固，将钢锚固梁搁置在混凝土塔柱内侧的牛腿上，斜索通过埋设在塔壁中的钢管锚固在钢锚固梁两端的锚块上。（4）利用钢锚梁锚固，整个钢锚箱是由各层的钢锚箱进行上下焊接而成，然后将锚箱用焊钉使之与混凝土塔身连结，另外还要用环形预应力筋将钢锚箱夹在混凝土塔柱内，以增加对拉索水平荷载的抵抗力。52三、拉索的拉力 拉索的应力控制需要考虑三个因素，有效弹性模量、破断强度和疲劳。若拉索的应力过低，则斜索的垂度大，索的有效模量就小，这也反应了斜拉索必须采用高强度钢材的直接原因。322121ElEEeq53四、拉索的减振1、气动控制法将斜拉索原来的光滑表面做成带有螺旋凸纹、条形凸纹、V形凸纹或圆形凹点的非光滑表面。2、阻尼减振法作用机理就是通过安装阻尼装置，提高拉索的阻尼比从而抑制拉索的振动。3、改变拉索动力特性法采用联结器（索夹）或辅助索将若干根索相互联结起来，辅助索可以采用直径比主要索小的多的索，作用机理：通过联结将长索转换成为相对较短的短索，使拉索的振动基频提高，从而抑制索的振动。54我国第一座斜拉桥简介辐射型拉索辐射型拉索云阳汤溪河桥位于四川省云阳县，是我国第一座试验性斜拉桥，建于云阳汤溪河桥位于四川省云阳县，是我国第一座试验性斜拉桥，建于1975年。双塔斜拉桥的孔跨布置为年。双塔斜拉桥的孔跨布置为34.9175.8434.91(），全长），全长153.12。每塔有三对斜拉索，由钢芯缆索组成，呈辐射形布置。每塔有三对斜拉索，由钢芯缆索组成，呈辐射形布置。55大型斜拉桥实例介绍铜陵长江大桥，桥型为预应力钢筋混凝土双塔索面斜拉桥，全长2592米，主桥长1152米，最大跨径为432米，桥面宽度23米，其中4车道15米，人行道5米，通航净高24米。56湘桂铁路湘桂铁路线红水河桥是我国修建的第一座预应力混凝土铁路线红水河桥是我国修建的第一座预应力混凝土铁路斜拉桥。全长斜拉桥。全长398m，主跨，主跨48+96+48(m)，采用双塔竖琴型、塔，采用双塔竖琴型、塔梁固结、塔墩分离的结构形式。主梁截面为单箱双室，梁高梁固结、塔墩分离的结构形式。主梁截面为单箱双室，梁高3.2m，箱宽，箱宽4.8m，索塔高，索塔高29m，有两个塔柱组成，底部通过强，有两个塔柱组成，底部通过强大的箱形横梁与主梁组成整体。支座全部采用国内首次研制成大的箱形横梁与主梁组成整体。支座全部采用国内首次研制成功的盆式橡胶支座。功的盆式橡胶支座。57 南京长江第二大桥，位于现南京长江下游11公里处，2001年建成，桥全长21.197公里，由南、北汊大桥和南岸、八卦洲及北岸引线组成。其中：南汊主桥为钢箱梁斜拉桥，桥长2938米，主跨为628米，该跨径目前居同类桥型中国内第一，世界第三。58上海南浦大桥，该桥全长上海南浦大桥，该桥全长8346m，主桥长，主桥长846m，浦东引桥长，浦东引桥长3746m,浦西引桥长浦西引桥长3754m。主桥采用双塔双索面钢与混凝土结合梁斜拉桥。主跨跨径。主桥采用双塔双索面钢与混凝土结合梁斜拉桥。主跨跨径423m，一跨过江，一跨过江，通航净空通航净空46m。主桥塔高。主桥塔高150m，采用折线，采用折线H型钢筋混凝土塔柱，双索面呈扇形布置。型钢筋混凝土塔柱，双索面呈扇形布置。591999年建成，主跨年建成，主跨890m，主钢塔高，主钢塔高176m，主梁高，主梁高2.7m601.3 1.3 斜拉桥的计算斜拉桥的计算1.3.1 1.3.1 结构分析计算图式结构分析计算图式1.3.2 1.3.2 斜拉索的垂度效应计算斜拉索的垂度效应计算1.3.3 1.3.3 索力的初拟和调整索力的初拟和调整1.3.4 1.3.4 温度和徐变次内力计算温度和徐变次内力计算1.3.5 1.3.5 非线性问题的计算非线性问题的计算611.3.1 1.3.1 结构分析计算图式结构分析计算图式v主梁内力简化图式（例图）：由1个中间支座和4个索提供弹簧支承的连续梁，以这5个反力为多余力，建立力法方程。v解力法方程求得多余力，将多余力和荷载作用在基本结构上，可求得结构的内力。v将单位荷载作用在结构上，通过移动单位荷载，可求得结构的内力影响线。弹性支承连续梁(a)计算模型-0.12520.12520.40.072k=kk=0111(b)弯矩图63斜拉桥简化计算模型 E ITTE ATTP=1(a)原斜拉桥P=10123456(b)计算模型64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法考虑斜索的垂度影响，对梁和塔单元，则用梁单元进行模拟。斜拉桥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。斜拉桥截面内力影响线(a)M(弯矩)(b)M(C)M(d)M(e)T(索力)(f)T(g)N(索塔轴力)(h)W(挠度)(i)W661.3.2 1.3.2 斜拉索的垂度效应计算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。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。aHqLfqqaqllqTfmmcos8coscos.818121221索的伸长与垂度的关系索的几何形状为悬链线，如近似按抛物线考虑，则索在自重作用下的长度为：2232224cos)(38TLqlSllflSm则索的伸长为：cosFH 232323)(12cos12LlAqlFldlAdTEflldAdTeeefeefeefeffeegEELEEEEEEEEEEE3212)(1169二、斜拉索两端倾角修正 斜拉索两端的钢导管安装时，必须考虑垂度引起的索两端倾角的变化量，否则将造成导管轴线偏位，一般情况下，可按抛物线计算，即：当索的水平投影长度很长时，按抛物线计算会带来一定的误差，因而应采用精确的悬链线方程求解。)2(tan22cos844tan12LLLTqaTqlllfm701.3.3 1.3.3 索力的初拟和调整索力的初拟和调整一、恒载平衡法索力初拟 对于主跨，忽略主梁抗弯刚度的影响，则Wm为第i号索所支承的恒载重力，根据竖向力的平衡可得：iimibibiimimiibibiimimimiimmiWTWWFFTWTFWTtantansincostancos/cos/tan/cossin/71二、可行域法调索计算在斜拉桥设计中，通常先要确定一个合理成桥状态，然后根据拟定的施工工序确定各合理施工状态。所谓合理成桥状态是指斜拉桥在施工完成后，在所有恒载作用下，各构件受力满足某种理想状态，如梁、塔中弯曲应变能最小。斜拉桥合理成桥状态确定的过程实际上就是按施工过程确定各索初张力的过程。合理成桥状态的确定通常可以先不考虑施工过程，只根据成桥状态的受力图式来计算，然后按施工过程将索的张拉程序逐个细化。分析方法有简支梁法、刚性支承连续梁法、可行域法。1、简支梁法选择一个合适的斜拉索初始张拉力，使主梁结构的恒载内力与主梁以拉索的锚固点为简支支承的简支梁内力一致。722、刚性支承连续梁法 所谓刚性支承连续梁法就是求一组恒载索力值，使主梁在恒载和索力作用下，成桥后索梁连接点处的位移为零。这时主梁的恒载弯矩即为刚性支承连续梁的弯矩。3、可行域法三、悬臂施工时合理施工状态的确定731.3.4 1.3.4 温度和徐变次内力计算温度和徐变次内力计算一、温度次内力计算1、年温差2、日照温差二、徐变次内力计算超静定结构在长期荷载作用下，因混凝土徐变产生的变形受到约束而引起次内力，造成结构内力重分布，在混凝土斜拉桥的梁、塔、索三个构件中，梁和塔会发生徐变，而拉索一般为钢构件，没有徐变问题。徐变的影响将造成主梁缩短和下扰，塔柱缩短和偏移，并造成拉索的倾角和内力发生变化。ecet),(1 741.3.5 1.3.5 非线性问题的计算非线性问题的计算平面杆系有限元法（直接刚度法）计算斜拉桥内力和变形：国内对于中小跨度斜拉桥一般采用平面杆系有限元计算斜拉桥的内力和变形，分析时主梁和塔采用梁单元，而索采用直杆单元，杆单元的弹性模量采用前面推导的修正弹性模量考虑垂度效应。杆单元和梁单元的单刚矩阵分别为：第五章 其它体系桥梁75杆单元：梁单元：斜拉桥的主梁和塔都是同时存在压力和弯矩。轴力和弯矩相互作用（如下图），考虑轴力和弯矩相互作用后弯矩平衡方程为：000000000000lAElAElAElAEKegegegegeijQMNQMNMxvuvvuiiiiiijjjjjj第五章 其它体系桥梁76任意截面弯矩：在实际中采用稳定函数的概念来考虑弯矩和轴力的相互作用，考虑弯矩和轴力相互作用后的单刚矩阵为：iiiMvvNxQM)(3662654632622561552531525445414362353332322261252231225145110000000000000000SKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKSKKeij77第二部分第二部分 悬索桥悬索桥2.1 概述（见附图）组成：主要由主缆、加劲梁、塔柱和锚碇构成，此外还有吊杆、桥面板等2.2 悬索桥的结构与构造78 悬索桥 塔刚性梁主索（大缆）吊杆（索）锚碇吊杆（索）792.2 2.2 悬索桥的结构与构造悬索桥的结构与构造一、悬索桥的结构体系 二、悬索桥的总体布置三、悬索桥的主要构造四、大型悬索桥简介80一、悬索桥的结构体系1、按加劲梁的构造分类（见附图）可分为以下三种形式：单跨、三跨简支加劲梁、三跨连续加劲梁2、其他类型（1）地锚式与自锚式：主缆锚固于锚碇者称地锚式；主缆锚固于加劲梁断部者称自锚式（见附图）（2）带斜拉索的悬索桥，以悬索桥为住 斜拉索加强悬索桥的刚度（3）斜拉悬索混合形式塔柱附近主要靠斜拉索受力，跨中主要靠悬索81悬索桥的构造形式 fL(a)单跨LL2L1f(b)三跨简支(c)三跨连续fL1L2L182自锚式悬索桥 主缆斜单杆主缆与主梁固结83带斜拉索的吊桥84斜拉悬吊混合式悬索桥 85 美式悬索桥 86英国式吊桥87二、悬索桥的总体布置二、悬索桥的总体布置(1)跨径(2)主索矢高及塔高(3)吊杆间距(4)锚索倾角(5)加劲梁(6)横截面布置88（1）跨径 根据地形、地质条件确定桥塔和桥台位置，通常取中跨：边跨=2：1 4：1。（大于4：1且边跨跨径较小时，边跨可不设吊杆，边索成普通锚索即单跨悬索桥）（2）主索矢高及塔高 矢高f越大，主索内力越小，但塔高和悬索的长度都要增加，从受力的角度看，较有利的矢跨比是1/61/7；塔高=桥面标高+吊杆最小高度+矢高89（3）吊杆间距 吊杆间距涉及到桥面构造和材料用量，应进行经济比较，一般取58m（跨径增大间距应相应增大）。（4）锚索倾角 原则是锚索倾角1与主索在桥塔处的倾角0相等或接近。（5）加劲梁的高度 根据刚度条件和材料用量确定，为了保证四分点处的刚度要求，梁高应取（L/40 L/60）L/12090（6）横截面布置（见附图）横截面内通常布置两根缆索，吊杆与主索在同一铅直面内，当荷载较大时，可布置四根缆索。1）加劲梁是箱梁，行车道可布置在上下层 2）加劲梁是桁梁 车道较少时，人行道布置在加劲梁范围内 车道较多时，人行道悬挑在加劲梁外侧加劲梁横截面布置 31.391.0311.29.2211.21.0311.290.9120.7315.030.916.2523.776.257.323.057.323.0511.58(a)(b)(c)92三、三、悬索桥的主要构造悬索桥的主要构造(1)大缆(2)桥塔(3)鞍座(4)锚碇(5)加劲梁93（1）大缆（见附图）大缆是悬索桥的主要受力构件，它通过吊索（或吊杆）与加劲梁相连，其形式有以下两种：1）钢丝绳：一般用于中小跨度（500m以下）的 悬索桥 2）平行钢丝束：适用于各种跨度94主缆内丝股的排列紧缆后丝股的截面变形状态用紧缆机将主缆挤成圆形主缆表面用腻构缝软质镀锌钢丝缠绕表面防腐涂装(a)尖顶型(b)平顶型95(2)桥塔桥塔的作用是支承大缆。1）按材料分类（见附图）圬工桥塔：用石料砌筑，用于早年悬索桥钢桥塔：有桁架式、刚构式或混合式钢筋混凝土塔：做成刚构式，适用于大跨度桥2）按结构受力分类 由于鞍座与大缆之间不允许发生相对位移，可把塔柱做成以下几种形式（见附图）刚性塔：在鞍座与塔顶之间设辊轴，使鞍座可沿纵向移动 柔性塔：鞍座固定于塔顶，由于塔的弹性变形来适应线位移，这种方式构造较简单，容易维修 摆柱塔：在塔底设铰，施工困难，已很少采用96悬索桥桥塔的形式(a)桁架式(b)刚架式(c)混合式97塔与索鞍的联结形式 固定铰滑动支座索塔固定铰固定（a)（c)（b)索索塔塔98(3)鞍座1）主鞍（见附图）设在塔顶的鞍座称主鞍，其作用是支承大缆，并把荷载传递给桥塔 由于大缆的弯曲应力和大缆对鞍座的接触压力均与主塔的弯曲半径成反比，所以，通常主鞍的弯曲半径是大缆直径的812倍。2）副鞍（需要改变大缆的方向才设副鞍）设在边跨靠岸一端墩台上的鞍座称副鞍，其作用是改变大缆在竖直面的方向。若边跨较大，则大缆在边跨靠岸一端的坡度就平缓，为了使大缆的倾角变陡，以便进入锚碇，就需要设副鞍。993）展索鞍（见附图）设在锚碇前墙处的鞍座称展索鞍，其作用是改变锚碇前方缆索的方向，以便进入锚碇，并把大缆的丝股在水平和竖直方向分散开，引入锚固位置。100塔顶鞍座示例（侧面图）主索02003072213224010384400R=5,2001104531218101展束鞍的构造示意 截面A-A侧面图正面图摇臂箱铸钢制鞍座扩展点盖板AA102 锚碇的形式 锚固鞍座索股锚碇架锚块主缆支架(a)重力式(b)隧洞式103(4)锚碇1）什么是锚碇？锚碇是对锚块基础、锚块、大缆锚固系统及防护结构的总称 在锚碇范围内，大缆的丝股从缠紧状态变为散开，其拉力通过锚固传力系统分散到锚块内2）作用 固定大缆的端头，防止其走动3）锚固方式的类型（见附图）地锚式：绝大多数悬索桥采用地锚式重力式：凭借混凝土锚块的重量（以及锚碇上的土重和配重）来固定大缆遂洞式：在山体岩石中开凿斜洞，把大缆埋入自锚式：锚固在加劲梁上，不设锚碇，适用于小跨度104(5)加劲梁 加劲梁的作用是支承和传递荷载，它对悬索桥的刚度影响很大1）扁平钢箱梁由带加劲肋的钢板焊接而成，箱内还设有横隔板优点：建筑高度小，自重轻，抗风性能好2）钢桁架式加劲梁适用于双层桥面的公铁两用桥3）加劲梁的高度 由抗风性能决定，与结构受力关系不大，由于桁架式的加劲梁的抗扭刚度小，所以其梁高远大于箱梁高度105四、大型悬索桥简介西陵长江大桥西陵长江大桥1996年年8月月10日建成。是三峡工程项目之一，位于三峡大坝下游日建成。是三峡工程项目之一，位于三峡大坝下游4.5km，全焊钢箱加劲梁悬索桥结构。全长，全焊钢箱加劲梁悬索桥结构。全长1118.66m，主跨，主跨900m，桥宽，桥宽18.5m，常水位净空常水位净空30m，塔高，塔高187.5m，每条缆由，每条缆由10010根直径根直径5mm镀锌钢丝编成。镀锌钢丝编成。106中国第二世界第五中国第二世界第五,建于建于19991999年年,桥面宽桥面宽33.833.8米米,主塔高主塔高193m193m107 该桥建于该桥建于1937年。大桥颜色为桔红色，主跨为年。大桥颜色为桔红色，主跨为1280m，坐落于旧金山，坐落于旧金山海湾入口处，尽管旧金山先后发生两次大地震，该桥安然无恙。海湾入口处，尽管旧金山先后发生两次大地震，该桥安然无恙。108109第五章 其它体系桥梁110该桥将跨越意大利大陆与西西里岛之间的一条宽该桥将跨越意大利大陆与西西里岛之间的一条宽3.3km的海峡。大桥从的海峡。大桥从1968年就开始酝酿，年就开始酝酿，到到1992年才提出最终设计方案，其间历时年才提出最终设计方案，其间历时24年。大桥采用悬索桥方案，全桥长年。大桥采用悬索桥方案，全桥长5070m，主，主跨跨3300m，大陆侧和西西里岛侧的边跨分别为，大陆侧和西西里岛侧的边跨分别为810m和和960m。边跨只在近塔段布置吊杆，。边跨只在近塔段布置吊杆，前无先例。桥面总宽前无先例。桥面总宽60.4m，主缆直径，主缆直径1.2m，钢桥塔总高，钢桥塔总高358m.1112.3 2.3 悬索桥施工方法简介悬索桥施工方法简介 v基本施工步骤先修建基础、锚碇、桥塔；利用桥塔架设施工便道（称为猫道）；利用猫道来架设大缆；安装吊缆、拼装加劲梁。112韦拉扎诺桥的送丝工艺示意 平衡重（动滑轮）卷筒铜丝锚杆靴跟正在输送的丝送丝轮猫道无端牵引绳 猫道、牵引索和支承索示例 送丝轮“活头”4丝牵引绳导滑轮电灯支承索细钢丝绳“死头”4丝正在编制的丝股丝股间分隔片传输信号的电缆扶手绳及钢丝网栅栏电力线钢横梁(每30.5m设1根)“死头”4钩“活头”4套滑轮大缆成形器猫道承重绳及其上的钢丝网细钢丝绳(抗风系统竖向绳)支承牵引绳的横梁悬索桥施工步骤示意-1 SS1N1N1 导索架设2 猫道承重索架设3 猫道面铺装架设4 主缆钢丝束拽拉 系统的安装 及线形调整 5 主缆钢丝束拽拉架设 6 索夹、吊索安装 7 加劲梁吊装 154m452m154m8 悬索桥全图 SSSSSSSS1S1S1S1S1S1S1N1N1N1N1N1N1N1NNNNNNN悬索桥施工步骤示意-2 SS1N1N1 导索架设2 猫道承重索架设3 猫道面铺装架设4 主缆钢丝束拽拉 系统的安装 及线形调整 5 主缆钢丝束拽拉架设 6 索夹、吊索安装 7 加劲梁吊装 154m452m154m8 悬索桥全图 SSSSSSSS1S1S1S1S1S1S1N1N1N1N1N1N1N1NNNNNNN江阴长江大桥主桥总体布置图（a）立面图（单位：m）336.5336.5336.5（b）钢箱横截面构造图（单位：mm）主缆中心线主缆中心线2%1.5%95517503cm沥青混凝土铺装5cm沥青混凝土铺装2%1.5%29500/2=1475036900/2=1845036900/2=1845029500/2=14750150022002200150075075032500/2=1625032500/2=162504780114701147047800.0717锚碇布置图片石注浆砂水砂水水沉井中心里程：1K+250.92沉井封底22.75842.5引桥T梁1K+265散索鞍中心1K+253.5江阴3.0%P231K靖江20.700CC36.67234.50032.5042.400-55.600200183010070058003427.23018.417810130019275001013008006920118厦门海沧大桥总体布置图 通航净空45055m设计通航水位：4.1786174.4厦门海沧5.00054.0001.0003.50W1+2F12F113.501.0005.00054.000110800648002300023000133.525131.425 第三部分第三部分 斜拉桥和悬索桥施工斜拉桥和悬索桥施工斜拉桥的结构组成：主梁、桥塔、和斜拉索斜拉桥的结构组成：主梁、桥塔、和斜拉索主梁施工方法主梁施工方法悬臂灌筑、悬臂拼装悬臂灌筑、悬臂拼装 支架法、顶推法、平转法支架法、顶推法、平转法控制内力控制内力施工阶段、施工阶段、运营阶段运营阶段 涪陵长江大桥涪陵长江大桥 悬索桥的结构组成：悬索桥的结构组成：主缆、桥塔、吊索、加劲梁、锚碇主缆、桥塔、吊索、加劲梁、锚碇主缆架设方法主缆架设方法空中纺线法（空中纺线法（ASAS）、预制平行丝股法（）、预制平行丝股法（ppspps）加劲梁架设加劲梁架设预制拼装预制拼装3.1 3.1 桥塔的施工桥塔的施工1.1.钢桥塔的施工钢桥塔的施工 施工方法施工方法浮式吊机施工、塔式吊机施工、爬升式吊机施工浮式吊机施工、塔式吊机施工、爬升式吊机施工 爬升式吊机施工法的施工顺序爬升式吊机施工法的施工顺序 2.2.混凝土桥塔的施工混凝土桥塔的施工 施工方法施工方法滑模法、爬模法、翻转模板法、滑模法、爬模法、翻转模板法、提升支架法提升支架法 、普通支架法、普通支架法塔吊的布置形式：塔吊的布置形式：鄂黄长江大桥鄂黄长江大桥3.2 3.2 悬索桥锚碇的施工悬索桥锚碇的施工 大体积混凝土大体积混凝土重力式锚总体结构示意图重力式锚总体结构示意图 海沧大桥锚碇构造海沧大桥锚碇构造鹅公岩大桥的锚碇鹅公岩大桥的锚碇西陵大桥束股在锚碇中的分布西陵大桥束股在锚碇中的分布3.3 3.3 斜拉桥主梁的施工斜拉桥主梁的施工1.1.主梁施工的常用方法主梁施工的常用方法 顶推法顶推法 平转法平转法支架法支架法悬臂法悬臂法 自由悬臂法架设斜拉桥自由悬臂法架设斜拉桥 长江二桥南汉主桥长江二桥南汉主桥2.2.主梁施工特点主梁施工特点单索面斜拉桥单索面斜拉桥 双索面斜拉桥双索面斜拉桥扁平双主肋截面扁平双主肋截面 3.4 3.4 斜拉桥斜拉索的施工斜拉桥斜拉索的施工基本工序：基本工序：设置锚固部件、架设斜拉索、张拉斜拉索、设置锚固部件、架设斜拉索、张拉斜拉索、防护防护架设斜拉索架设斜拉索 斜拉索的基本类型斜拉索的基本类型张拉斜拉索张拉斜拉索索力的量测索力的量测压力表测定法、压力传感器测定法、频率振动法压力表测定法、压力传感器测定法、频率振动法 3.5 3.5 悬索桥主缆的施工悬索桥主缆的施工 3.5.1 3.5.1 工程概要工程概要（1）准备工作：）准备工作：安装塔顶吊机、塔顶主鞍座、支架副鞍安装塔顶吊机、塔顶主鞍座、支架副鞍 座、散索鞍座、驱动装置座、散索鞍座、驱动装置 （2）架设导索）架设导索：海底拽拉法海底拽拉法 、浮子法、浮子法 、自由悬挂法、自由悬挂法 、直升飞机牵引法直升飞机牵引法 （3）架设曳拉索及猫道）架设曳拉索及猫道 猫道截面与布置猫道截面与布置（单位：（单位：mm）（5）架设吊索）架设吊索（4）架设主缆）架设主缆门架式牵引系统门架式牵引系统轨道小车牵引系统轨道小车牵引系统 架空索道牵引系统架空索道牵引系统（2）主缆成形夹及压紧梁）主缆成形夹及压紧梁（3）丝股整形）丝股整形（4）丝股线形调整）丝股线形调整3.5.2 3.5.2 主缆紧缆主缆紧缆3.5.3 3.5.3 索夹、吊索安装和缠丝索夹、吊索安装和缠丝 3.6 3.6 悬索桥加劲梁的架设悬索桥加劲梁的架设 1.1.架设方法架设方法2.2.钢桁梁式加劲梁架设钢桁梁式加劲梁架设 谢 谢！