10月：斜拉桥与悬索桥的构造设计及结构计算

1、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 3 1.1.1 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L2 5 6 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

2、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） 7 1.1.2 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。 12 31.33 1 8 二、独塔双跨式 一般采用不对称形式，主跨和边跨之比为0.5 0.6，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 153 22.5 9 三、三塔四跨和多塔多跨

3、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 12 1.1.3 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

4、)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:21

5、0300。 17 1.1.4 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

6、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 24 1.1.5 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

7、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。

8、 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

9、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

10、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。 29 30 31 1.2 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 3

11、2 1.2.1 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

12、 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

13、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 1520m 5060cm 2530m 2900 1260380 430 应变仪 980 8812 1526152617624 215 1300 3010 30 2825 2250 71 4121247 2433 (b) (

14、d) (f) (h) (g) (e) (c) (a) 1260 20 27 1.21.5m 三角形构架 213 1520 15 23 181 30 340 3658 3658 8812 2.08% 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

15、。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39 1.2.2 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

16、板。 41 1.2.3 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。 42 43 2、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 44 48 2、拉索在索塔的锚固 （1）在

17、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

18、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。 3 22 12 1 El E Eeq 53 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

19、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

20、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

21、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

22、呈扇形布置。型钢筋混凝土塔柱，双索面呈扇形布置。 59 1999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2.7m 60 1.3 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 61 1.3.1 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

23、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 -0.125 2 0.125 2 0.4 0.07 2 k = k k =0 1 1 1 (b) 弯矩图 63 斜拉桥简化计算模型 E I TT E A TT P=1 (a) 原斜拉桥 P=1 0123456 (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

24、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) W 66 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 一、等效弹性模量 斜拉桥

25、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。 a H qL f qq aqllqTf m m cos 8 cos cos. 8 1 8 1 2 1 22 1 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： 2 232 2 24 cos )( 3 8 T Lq lSl l f lS m 则索的伸长为： cosFH 2 3 232

26、3 )( 12 cos 12 LlAq lF ld l A dT Ef l ld A dT e e e f e e fe ef ef fe eg E E L E E E E EE EE EE E 3 2 12 )( 1 1 69 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 (tan 22 cos 8 44 tan 1 2 L L L T q a T ql ll f m 70 1.3.3 1

27、.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： i i mibib ii m imiibibi imimimi immi WTW W FFT WTF WT tan tan sin costan cos/cos/ tan/cos sin/ 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

28、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。 72 2、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 73 1.3.4 1.3.

29、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。 ece t),(1 74 1.3.5 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

30、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： 0000 00 0000 00 l AE l AE l AE l AE K egeg egeg e ij Q M N Q M N M x v u v v u i i i i i i j j j j j j 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，

31、考虑弯矩和轴力相互作用后的单刚矩 阵为： iii MvvNxQM)( 366265463262 256155253152 544541 436235333232 226125223122 514511 00 00 0000 00 00 0000 SKSKSKSK SKSKSKSK SKSK SKSKSKSK SKSKSKSK SKSK K e ij 77 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） 79 2.2 2.

32、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 f L (a)单跨 LL2L1 f (b)三跨简支 (c)三跨连续 f L1L2L1 82

33、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

34、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/120 90 （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

35、 31.39 1.03 11.29.2211.2 1.03 11.29 0.91 20.73 15.03 0.91 6.2523.776.25 7.323.05 7.32 3.05 11.58 (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

36、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(

37、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。 99 3）展索鞍（见附图） 设在锚碇前墙处的鞍座称

38、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 0 200307 221322 401038 4400 R=5,200 110 4531218 101 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 A A 102 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

39、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

40、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193m193m 107 该

41、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。 108 109 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33

42、00m，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. 111 2.3 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

43、 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 S S1N1 N1 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 154m452m154m 8 悬索桥全图 S S S S S S S S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 N

44、1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N N N N N N N 悬索桥施工步骤示意-2 S S1N1 N1 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 154m452m154m 8 悬索桥全图 S S S S S S S S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N1 N N N N N N N 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%

45、 1.5% 9551750 3cm沥青混凝土铺装 5cm沥青混凝土铺装 2% 1.5% 29500/2=14750 36900/2=1845036900/2=18450 29500/2=147501500220022001500 750750 32500/2=1625032500/2=16250 478011470114704780 0.0717 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 22.758 42.5 引桥T梁 1K+265 散索鞍中心 1K+253.5 江阴 3.0% P23 1K 靖江 20.700 CC 36.672 34.500 32.504 2.400 -55.600 200 1830 100 700 5800 3427.2 3018.4 178 10 13001927 500 10 1300 800 6920 118 厦门海沧大桥总体布置图 通航净空45055m 设计通航水位：4.178 6174.4 厦门海沧 5.000 54.000 1.0003.50 W1+2 F12 F11 3.5