【桥涵工程(第三版)—郭发忠】第六章 悬索桥、斜拉桥

1、悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点 一、悬索桥构造与力学特点一、悬索桥构造与力学特点 学习目标学习目标 1、认知悬索桥的类型；、认知悬索桥的类型； 2、认知悬索桥的构造组成；、认知悬索桥的构造组成； 3、认知悬索桥的力学特点。、认知悬索桥的力学特点。 学习主要内容学习主要内容 悬索桥的分类；构造组成；力学特点。悬索桥的分类；构造组成；力学特点。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点一、悬索桥的分类一、悬索桥的分类 悬索桥的类型可根据悬吊跨数、主缆锚固方式及悬吊方式等方面加以悬索桥的类型可根据悬吊跨数、主缆锚固方式及悬吊方式等方面加以划分。划分。

2、1按悬吊跨数分类，按悬吊跨数分类， 可分为单跨悬索桥、三跨悬索桥、四跨悬索桥和可分为单跨悬索桥、三跨悬索桥、四跨悬索桥和五跨悬索桥，其中单跨悬索桥和三跨悬索桥最为常用。五跨悬索桥，其中单跨悬索桥和三跨悬索桥最为常用。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点 a)单跨悬索桥；单跨悬索桥；b)三跨悬索桥；三跨悬索桥；c)四跨悬索桥；四跨悬索桥；d)五跨悬索桥五跨悬索桥悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点1）单跨悬索桥）单跨悬索桥单跨悬索桥常用于高山峡谷地区，两岸地势较高，采用桥墩支撑边单跨悬索桥

3、常用于高山峡谷地区，两岸地势较高，采用桥墩支撑边跨更为经济。跨更为经济。2）三跨悬索桥）三跨悬索桥三跨悬索桥是目前国际工程实例中应用最多的桥型，世界上大跨度三跨悬索桥是目前国际工程实例中应用最多的桥型，世界上大跨度悬索桥几乎全采用这种形式，这不仅是因其结构受力特征较为合理悬索桥几乎全采用这种形式，这不仅是因其结构受力特征较为合理，同时其流畅对称的建筑造型也更符合人们的审美观点。，同时其流畅对称的建筑造型也更符合人们的审美观点。3）多跨悬索桥）多跨悬索桥相对于三跨悬索桥而言，四跨或五跨悬索桥又称之为多跨悬索桥。相对于三跨悬索桥而言，四跨或五跨悬索桥又称之为多跨悬索桥。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特

4、点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点 2按主缆的锚固方式分类按主缆的锚固方式分类 按主缆的锚固形式划分，可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。按主缆的锚固形式划分，可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。1）地锚式悬索桥）地锚式悬索桥 通常所讲的绝大多数悬索桥都采用地锚方式锚固主缆，即主缆通过重力通常所讲的绝大多数悬索桥都采用地锚方式锚固主缆，即主缆通过重力式锚碇或岩隧式锚碇将荷载产生的拉力传至大地来达到全桥的受力平衡，式锚碇或岩隧式锚碇将荷载产生的拉力传至大地来达到全桥的受力平衡，这是大跨度悬索桥最佳的受力模式。这是大跨度悬索桥最佳的受力模式。2）自锚式悬索桥）自锚式悬索桥在较小跨度的悬索桥中，也有个别以

5、自锚形式锚固主缆的，这种自锚式悬在较小跨度的悬索桥中，也有个别以自锚形式锚固主缆的，这种自锚式悬索桥的主缆在边跨两端将主缆直接锚固于加劲梁上，主缆的水平拉力由加索桥的主缆在边跨两端将主缆直接锚固于加劲梁上，主缆的水平拉力由加劲梁提供轴压力自相平衡，不需要另外设置锚碇。劲梁提供轴压力自相平衡，不需要另外设置锚碇。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点3根据悬吊方式分类根据悬吊方式分类1）采用竖直吊索并以钢桁架作加劲梁）采用竖直吊索并以钢桁架作加劲梁2）采用三角布置的斜吊索，钢箱梁作加劲梁）采用三角布置的斜吊索，钢箱梁作加劲梁3）混合式，即采用竖直吊索和斜吊索，流线形钢箱梁作

6、加劲梁。）混合式，即采用竖直吊索和斜吊索，流线形钢箱梁作加劲梁。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点4按支承结构分类按支承结构分类如果按加劲梁的支承结构来分的话，又可分为单跨两铰加劲梁悬索如果按加劲梁的支承结构来分的话，又可分为单跨两铰加劲梁悬索桥、三跨两铰加劲梁悬索桥及三跨连续加劲梁悬索桥等桥、三跨两铰加劲梁悬索桥及三跨连续加劲梁悬索桥等 悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点二、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点二、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 悬索桥的上部结构由悬索桥的上部结构由主缆、加劲梁和吊索主缆、加劲梁和吊索组成，下部结构由组成，

7、下部结构由塔塔、支、支撑着塔的撑着塔的桥墩桥墩、锚固着主缆的、锚固着主缆的锚碇锚碇组成，这种基本结构形式是大跨度组成，这种基本结构形式是大跨度桥梁结构最适合的形式。桥梁结构最适合的形式。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点 1.上部结构的主要构造及特点上部结构的主要构造及特点 1）主缆）主缆 主缆是以桥塔及支墩为支承，两端锚固于锚碇，并通主缆是以桥塔及支墩为支承，两端锚固于锚碇，并通过吊索悬挂加劲梁的缆索，是悬索桥的主要承重构件。过吊索悬挂加劲梁的缆索，是悬索桥的主要承重构件。主主缆除承受自重恒载、索夹、吊索、加劲梁等恒载外，还承缆除承受自重恒载、索夹、吊索、加劲梁等恒

8、载外，还承受索夹、吊索传来的活载。另外，主缆还承担一部分横向受索夹、吊索传来的活载。另外，主缆还承担一部分横向风力以及温度变化的影响，并直接传到桥塔顶部。风力以及温度变化的影响，并直接传到桥塔顶部。 悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点（1）主缆的材料）主缆的材料 悬索桥的主缆材料必须具有强度高、弹性模量大、耐腐蚀悬索桥的主缆材料必须具有强度高、弹性模量大、耐腐蚀等性能，故现代长大悬索桥都选用高强镀锌钢丝及镀锌钢等性能，故现代长大悬索桥都选用高强镀锌钢丝及镀锌钢丝绳。主缆先后经历了钢结构眼杆式缆链、钢丝绳缆、封丝绳。主缆先后经历了钢结构眼杆式缆链、钢丝绳缆、封闭钢绞索缆

9、，最终发展为现在的平行钢丝主缆。闭钢绞索缆，最终发展为现在的平行钢丝主缆。 （2）主缆的类型）主缆的类型 钢丝绳主缆：钢丝绳主缆：多用于中、小跨悬索桥。多用于中、小跨悬索桥。 平行丝股主缆：平行丝股主缆：主要用于大跨悬索桥。主要用于大跨悬索桥。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点（3）主缆的形式）主缆的形式大多数悬索桥都采用双面主缆，但也有用单面主缆。大多数悬索桥都采用双面主缆，但也有用单面主缆。至于主缆的根数至于主缆的根数，一般为，一般为2根主缆，即一侧布置一根。根主缆，即一侧布置一根。（4）主缆的截面组成）主缆的截面组成主缆常见的截面类型有由高强钢丝组成的圆形截面（

10、图主缆常见的截面类型有由高强钢丝组成的圆形截面（图a）和由钢丝）和由钢丝绳组成的主缆其它截面如图绳组成的主缆其它截面如图b、c，主缆的截面组成一般是由，主缆的截面组成一般是由=5mm左右的镀锌钢丝组成的钢丝束股，然后再由若干束钢丝索股构成一根左右的镀锌钢丝组成的钢丝束股，然后再由若干束钢丝索股构成一根主缆。主缆。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点2）吊索）吊索 吊索是连接主缆和加劲梁的构件，它通过索夹把加劲梁悬挂于主缆上吊索是连接主缆和加劲梁的构件，它通过索夹把加劲梁悬挂于主缆上。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特

11、点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点3）索夹）索夹 索夹是紧箍主缆索股并连接主缆与吊索的构件。主缆和吊索夹是紧箍主缆索股并连接主缆与吊索的构件。主缆和吊索的连接一般采用刚性索夹把主缆箍紧，使主缆在受拉时索的连接一般采用刚性索夹把主缆箍紧，使主缆在受拉时，产生收缩变形时也不致滑动。，产生收缩变形时也不致滑动。 4）索鞍）索鞍 索鞍是为主缆提供支承并使主缆平顺地改变方向的构件。索鞍是为主缆提供支承并使主缆平顺地改变方向的构件。5）加劲梁）加劲梁 加劲梁是提供桥面直接承受荷载的梁体结构。加劲梁是提供桥面直接承受荷载的梁体结构。 主要功能是直接承受和传递车辆荷载、风荷载、温度荷载主要功能是直接承受和传递车

12、辆荷载、风荷载、温度荷载和地震荷载。和地震荷载。 结构形式有结构形式有钢板梁、钢桁梁、钢箱梁、钢筋混凝土箱梁。钢板梁、钢桁梁、钢箱梁、钢筋混凝土箱梁。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点7）桥面）桥面钢桥面钢桥面钢桥面铺装是个多结构的组合体，一般包括防锈和主体铺装两大体系钢桥面铺装是个多结构的组合体，一般包括防锈和主体铺装两大体系。防锈体系由防锈层、防水层、粘结防护层、粘结层或致密层构成。防锈体系由防锈层、防水层、粘结防护层、粘结层或致密层构成。主体铺装层由上层和下层主体铺装层由上层和下层(又称保护层和面层又称保护层和面层)组成。主体铺装层的混组成。主体铺装层的混合料类

13、型主要有三种，即沥青玛蹄脂碎石混合料合料类型主要有三种，即沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA混合料混合料)、浇注、浇注式沥青混合料式沥青混合料(GA混合料混合料)和密级配沥青混合料和密级配沥青混合料(AC混合料混合料)。混凝土加劲梁桥面混凝土加劲梁桥面混凝土加劲梁的桥面铺装可以采用混凝土桥面混凝土加劲梁的桥面铺装可以采用混凝土桥面(包括普通水泥混凝土包括普通水泥混凝土、钢纤维混凝土、连续配筋混凝土、钢纤维混凝土、连续配筋混凝土)和沥青混凝土桥面。长大悬索桥和沥青混凝土桥面。长大悬索桥桥面多采用沥青混凝土铺装。桥面多采用沥青混凝土铺装。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点三、悬

14、索桥的受力特点三、悬索桥的受力特点 悬索桥的活载和永久载（包括桥面、加劲梁、吊索、主缆悬索桥的活载和永久载（包括桥面、加劲梁、吊索、主缆及其附属构件如索夹等重量）通过吊索和索夹传递至主缆及其附属构件如索夹等重量）通过吊索和索夹传递至主缆，再经过鞍座传至桥塔（主塔）顶，经桥塔传递到下部的，再经过鞍座传至桥塔（主塔）顶，经桥塔传递到下部的塔墩和基础。塔墩和基础。 主揽除承受活载和加劲梁（包括桥面）的永久载外，它还主揽除承受活载和加劲梁（包括桥面）的永久载外，它还分担一部分横向风荷载并将它直接传到塔顶。分担一部分横向风荷载并将它直接传到塔顶。 悬索桥的设计顺序一般可以分为两部分考虑，先考虑主缆悬索桥

15、的设计顺序一般可以分为两部分考虑，先考虑主缆及加劲梁的设计，然后根据已决定的主缆及加劲梁体系来及加劲梁的设计，然后根据已决定的主缆及加劲梁体系来考虑桥塔的设计。考虑桥塔的设计。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点二、二、斜拉桥构造与力学特点斜拉桥构造与力学特点 学习目标学习目标1、认知斜拉桥的类型；、认知斜拉桥的类型；2、认知斜拉桥的构造组成；、认知斜拉桥的构造组成；3、认知斜拉桥的力学特点。、认知斜拉桥的力学特点。学习主要内容学习主要内容 斜拉桥的类型；斜拉桥的构造组成；斜拉桥的力学特点。斜拉桥的类型；斜拉桥的构造组成；斜拉桥的力学特点。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点

16、悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点一、斜拉桥的分类一、斜拉桥的分类 斜拉桥的主要组成部分为主梁、索塔及拉索。由于主要组成部分的不斜拉桥的主要组成部分为主梁、索塔及拉索。由于主要组成部分的不同构造形式，构成不同类型的斜拉桥。同构造形式，构成不同类型的斜拉桥。 悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点法国米卢大桥：世界最高的大桥法国米卢大桥：世界最高的大桥悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点1.按索塔布置方式分按索塔布置方式分1）单塔式斜拉桥）单塔式斜拉桥当跨越宽度不大或基础、桥墩工程数量不是很大时

17、，可当跨越宽度不大或基础、桥墩工程数量不是很大时，可采用图采用图 a）的单塔式斜拉桥。）的单塔式斜拉桥。2）双塔式斜拉桥）双塔式斜拉桥桥下净空要求较大时，多采用图桥下净空要求较大时，多采用图 b）所示的双塔式斜拉）所示的双塔式斜拉桥。桥。 3）多塔式斜拉桥）多塔式斜拉桥在跨越宽阔水面时，由于桥梁长度大，可采用图在跨越宽阔水面时，由于桥梁长度大，可采用图c)所示所示的多塔斜拉桥。的多塔斜拉桥。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点2按主梁的支承条件分按主梁的支承条件分1）连续梁式斜拉桥）连续梁式斜拉桥2）单悬臂式斜

18、拉桥）单悬臂式斜拉桥3）T形刚架式斜拉桥形刚架式斜拉桥悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点二、斜拉桥构造二、斜拉桥构造 预应力混凝土斜拉桥的拉索布置、塔柱型式和主梁截面是多种多样的，在此介绍常见预应力混凝土斜拉桥的拉索布置、塔柱型式和主梁截面是多种多样的，在此介绍常见的斜拉桥构造。的斜拉桥构造。1.拉索的布置拉索的布置1）辐射式：辐射式：这种方法是将全部拉索汇集到塔顶，使各根拉索都具有可能的最大倾角。这种方法是将全部拉索汇集到塔顶，使各根拉索都具有可能的最大倾角。2）竖琴式竖琴式：斜索与塔柱的连接点分散，斜索倾角相同，这就使连接构造易于处理，塔柱受力：斜索与塔柱的连接点

19、分散，斜索倾角相同，这就使连接构造易于处理，塔柱受力较有利。较有利。3）扇式扇式：介于辐射式和竖琴式之间，能兼有上述两式的大部分优点。：介于辐射式和竖琴式之间，能兼有上述两式的大部分优点。4）星式：星式：将分散锚固在塔柱上的斜索合并锚在边跨梁端与桥台上，或锚在边跨的桥墩上。将分散锚固在塔柱上的斜索合并锚在边跨梁端与桥台上，或锚在边跨的桥墩上。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点 拉索在横截面上的布置拉索在横截面上的布置：竖直双平面索竖直双平面索、倾斜的双平面索、单平面索倾斜的双平面索、单平面索和和单平面索偏离中线单平面索偏离中线的布置方式（仅用于人行桥上）。的布置方式（仅用于人行桥上）。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点2塔柱塔柱 从桥梁的立面看，塔柱主要有独柱式、从桥梁的立面看，塔柱主要有独柱式、A型和倒型和倒Y型三种，如图型三种，如图6-23a）b）c）所示。）所示。从桥梁的横断面看，塔柱主要有独柱型式、双柱式、门式、斜腿门式、从桥梁的横断面看，塔柱主要有独柱型式、双柱式、门式、斜腿门式、倒倒V式、宝石式和倒式、宝石式和倒Y式，如图式，如图ah所示。所示。悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点悬索桥、斜拉桥的构造与力学特点3主梁主梁 斜拉桥常用的主梁形式