桥梁工程第5章1

1、2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系1上一页 下一页第第5 5章章 其它类型桥梁简介其它类型桥梁简介5.1刚构桥的类型、构造及计算要点 5.1.1刚构桥的类型与构造特点5.1.2刚构桥的计算要点 5.2 斜拉桥的类型、构造及计算要点5.2.1斜拉桥的类型及构造特点 5.2.2 斜拉桥的计算要点 5.3 悬索桥的类型、构造及计算要点5.3.1 悬索桥的类型及其构造特点 5.3.2 悬索桥的计算要点返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系2上一页 下一页5.1.15.1.1刚构桥的类型与构造特点刚构桥的类型与构造特点1.1.刚架桥的类型刚架桥的类型v刚架桥是由梁

2、式桥跨结构与墩台(支柱或板墙)刚性连接而形成整体的结构体系。v按结构体系可分为单跨或多跨的刚架桥；多跨刚架桥将主梁做成连续式或非连续式；若每跨中均设铰或悬挂简支梁，则形成T形刚架桥或带挂梁T形刚架桥。按结构支承可分为铰支承刚架桥和固定支承刚架桥。 v刚架桥的支柱为直柱式称门形刚架桥，为斜柱式称斜腿刚架。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系3上一页 下一页2.2.刚架桥的受力特点刚架桥的受力特点v在荷载作用下，刚架桥的支承处会产生较大的水平推力，当采用固端支承时，其支柱要承受较大的弯矩，基础不仅要承受较大推力，还要承受固端弯矩，各种因素引起的附加内力较大 ，但其主梁的弯矩较小；

3、采用铰支承虽然可免除固端弯矩，减小附加内力，但铰的构造和施工复杂，养护麻烦。v为了抵抗水平反力，可用拉杆连接两根支柱的底端，或做成封闭式刚架。 v对于单跨刚架桥，可采用其主梁两端外伸悬臂，或外伸悬臂端简支在桥台上的结构方式，以减小支柱承受的弯矩和水平反力；v对于多跨刚架桥，应尽量采用等跨布置，使相邻跨的水平推力相互抵消，在边跨采用与单跨刚架桥相同的结构方式，以达到同一目的；v刚架桥可以全部采用钢筋混凝土或预应力混凝土建造，也可以采用预应力混凝土的主梁和钢筋混凝土的支柱。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系4上一页 下一页T T形刚架桥形刚架桥vT形刚架桥实际上是一种具有悬臂受

4、力特点的梁式桥，是非推力体系，与一般刚架桥的受力体系根本不同，带挂梁的T形刚架桥还是静定结构。vT形刚架桥特别适宜采用双悬臂平衡施工。 v在施工过程中和恒载作用下，其两侧悬臂的弯矩近似相等，支柱仅承受压力，柱底也仅有竖向反力，只是在活载作用时才产生弯矩。v主梁跨中设铰或悬挂简支梁会有效地减小或免除各种因素引起的附加内力，但使桥面接缝增多，车辆通过时易引起对桥梁的冲击作用，不利于高速行车；且剪力铰的结构复杂，养护麻烦。因此将主梁做成连续梁更为合理，或每隔数跨设一孔跨中带悬挂简支梁的主梁，以此作为较长的多跨刚架桥的伸缩缝。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系5上一页 下一页 斜腿

5、刚架桥斜腿刚架桥v斜腿刚架桥的受力更接近于拱式桥，通常做成悬臂式，其主梁外伸并简支于桥台上，使主梁特别是斜支柱所受的弯矩比门形刚架桥大为减小，但增大了支承处的推力；由于其斜支柱较长，主梁跨度缩短了，但较小的主梁跨度可跨越更大距离。v单跨斜腿刚架桥多用于跨越深谷和其它道路的立交。v采用多跨斜腿刚架桥时，相邻跨的斜腿构成V形支承并与主梁刚结，刚架桥的主梁通常则是连续的。v多跨斜腿刚架桥宜采用等跨布置，以便相邻跨的水平反力可相互抵消，减轻水平推力对基础的作用；其边跨为外伸主梁简支于桥台上。vV形支承式桥墩可固结，也可铰结在墩基础上。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系6上一页 下一

6、页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造主梁截面类型主梁截面类型v刚架桥的主梁截面形式与梁式桥相同，可采用(图5-2)所示的各种型式。v主梁在纵向的变化可采用等截面、变宽截面和变高截面等。v为了适应内力的变化和施工方便，主梁可分段采用几种不同的截面型式。例如，主梁跨中段采用肋式，支承段采用箱形截面。跨度较小时宜采用等高的主梁，以方便施工；跨度较大时多采用变高度主梁，其底缘线型可以是直线形、折线形、曲线形和曲线加直线等；根据梁内力的分布情况，按等强度原则选定。在底缘线转折处，一般宜设置横隔板(图5-3)。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系7上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥

7、的构造支柱支柱v刚架桥的支柱有薄壁式和柱式(图5-4a、b)。v柱式又分单柱式和多柱式。多柱式的顶部通常都用横梁相连，形成横向刚架，以承受横向的作用力。当支柱较高时，尚应在其中部用横撑将各柱连接起来。当桥梁很高时为了增加横向刚度，可将支柱做成横向斜支柱（图5-4c)。v支柱的横截面可以采用实体矩形、工字形或箱形等，但应与主梁截面相配合，其腹板也应与主梁腹板布置相一致，以便直接传力。 图54刚架桥支柱类型 a)薄壁式支柱；b)柱式支柱；c)斜柱式支柱 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系8上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造节点节点受力受力v刚架桥支柱与主梁相连接处称

8、为节点。v节点必须具有强大的刚度，以保证主梁和支柱的刚性连接，门形刚架的端节点和主梁(或支柱)相连接的截面承受很大的负弯矩，因此在节点内缘混凝土承受很大的压应力。v节点外缘由钢筋承担很大的拉力。如图5-5所示，压力和拉力形成一对强大的对角压力和拉力，使节点承受劈裂作用。因此节点的构造布置和钢筋配置应格外注意防止劈裂发生。图55 隅节点受力示意图 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系9上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造节点梗胁节点梗胁v板式刚架桥,可在节点内缘加梗胁(图5-6),并适当配筋,以改善其受力状况,便利施工。v肋梁式主梁的刚架桥,其端结点常采取以下方式加梗

9、胁(图5-7)： a.仅桥面板加梗胁； b.仅梁肋加梗胁； c.两者均加梗胁。v必要时主梁底缘可加设底板，使结点附近的主梁变为箱形截面(图5-7d)。v支柱采用与主梁相同的方法处理。图56 板式刚架桥隅节点处的梗胁 图57 刚架桥肋梁式主梁加梗胁的类型 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系10上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造箱形截面节点箱形截面节点v当主梁和支柱都是箱形截面时，节点常采用三种型式(图5-8)： a.仅在箱形截面内设置斜隔板，斜隔板传力直接，抵抗对角压力最为有效， 虽施工简单，但主筋较难布置； b.设支柱隔板和主梁隔板，其传力间接，受力状况较差，但

10、构造布置和施工较简单； c.设支柱隔板、主梁隔板和斜隔板,这样的节点刚强可靠。v有时节点做成实体的,以保证其强大的刚性,并简化施工。 图58 刚架桥箱形截面主梁节点类型 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系11上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造中柱节点中柱节点v多跨刚架桥的中柱和斜腿刚架桥的斜支柱与主梁相交的节点，根据截面型式的不同，可以采用多种类型。图5-9所示为常用的几种类型。 图59 刚架桥支柱与主梁相交节点的类型2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系12上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造节点配筋节点配筋v关于节点的配筋，若采用普

11、通钢筋混凝土，必须要有足够的连续钢筋绕过节点外缘(图5-10a)，对于受力较大的节点，在对角力的方向要设置受压钢筋，在与对角力相垂直的方向要设置防劈裂钢筋，避免节点混凝土出现劈裂和节点外缘产生过宽的受拉裂缝。如果是预应力混凝土刚架桥，与节点相邻截面的预应力钢筋宜贯穿节点，并在节点内交叉后锚固在梁顶和端头上(图5-10b)。图510 刚架桥梁柱节点钢筋和预应力筋设置 a)边支柱与主梁相交节点；b)斜支柱与主梁相交节点 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系13上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造主梁与支柱配筋主梁与支柱配筋v为了承受预应力钢筋锚头下面的局部应力，钢筋锚头

12、的区段内需设置相应的箍筋或钢筋网。v对于加设梗胁的节点，需设置与梗胁外缘相平行的钢筋。v主梁的配筋与连续梁相似，支柱的配筋应考虑轴向压力和弯矩的影响 。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系14上一页 下一页3.3.刚架桥的构造刚架桥的构造铰支承铰支承v若刚架桥采用铰支承，需设置铰支座。v常用的铰支座有：铅板铰、钢铰和混凝土铰。v铅板铰利用铅容易产生变形的特点实现铰的转动作用，其承压强度不高，一般仅容许承受100150Nmm2的压应力。其造价比混凝土铰高，养护也较费事。v钢铰支座通常用铸钢制成，其构造与梁桥固定支座相同。v混凝土铰是在需要设置铰的位置将混凝土截面陡然减小(称为颈

13、缩)，使该截面刚度很小，抗弯能力很低，结构在该处可出现转动，以此实现铰的作用。v其转动能力有限，转角过大时会在铰颈截面产生裂缝。通常铰颈截面仅设置细直径的纵向钢筋或斜放的纵向钢筋，以分担剪力，阻止产生的铰颈裂缝延伸；铰颈截面两侧的支柱和基础内需设置钢箍状、炉篦状、螺旋状或网状防劈裂钢筋，使混凝土铰能充分发挥其抗压能力。返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系15上一页 下一页5.1.25.1.2刚构桥的计算要点刚构桥的计算要点 1.刚架桥的主要结构尺寸v刚架桥的主要结构尺寸包括主梁跨度和高度、支柱高度和其截面高度，以及桥的横向宽度。v主梁和支柱的刚度比决定了刚架结构的变形特征

14、与内力分布。当主梁和支柱的刚度比很大时，支柱相对柔细，故支柱承担的弯矩和主梁端部负弯矩均很小，主梁跨中正弯矩则很大，趋于简支梁的情况；v如果此刚度比很小，则支柱承担的弯矩和主梁端部负弯矩增大，跨中正弯矩减小，趋于固端梁情况。v刚度比还影响对基础的水平推力和结构附加内力的大小。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系16上一页 下一页1.1.刚架桥的主要结构尺寸刚架桥的主要结构尺寸v主梁或支柱的刚度主要与其梁高或支柱截面高度有关。刚架桥的主梁高度一般取其跨度的1/71/30，大跨度预应力刚架桥多采用其跨度的130140。当采用变高度梁时，梁柱节点处梁高可为跨中梁高的1.22.5倍

15、，甚至更高。加大节点处梁高，可使正弯矩和正弯矩区减小，主梁大部分承受负弯矩，使大多数预应力筋布置在梁的顶部，构造和施工均较简单。v支柱在纵向的截面高度采用其高度的18115，支柱较高时用较小的比值，较矮时用较大的比值。支柱在桥横向的尺寸要和主梁相配合，并考虑桥的横向刚度和稳定后确定。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系17上一页 下一页1.1.刚架桥的主要结构尺寸刚架桥的主要结构尺寸v刚架桥主梁和支柱截面的其它尺寸需考虑普通钢筋和预应力筋的布筋要求、预应力筋的锚固及其它构造要求确定，可参考梁式桥结构的截面尺寸选用。 v若刚架桥两端带悬臂，其悬臂长可取其中跨的0.20.5倍。悬

16、臂可减小支柱弯矩和梁跨中正弯矩，使中跨主梁弯矩有较大变化。三跨连续刚架桥，边跨一般为中跨的0.7倍或相等，个别预应力混凝土桥边跨仅为中跨的0.2。斜腿刚架桥的边跨通常为中跨的约0.5倍，斜柱的倾斜角度在4060之间。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系18上一页 下一页2.2.刚架桥的内力计算刚架桥的内力计算 （1 1）计算刚架桥的内力通常遵循以下原则和假定： (1)计算图式的轴线取支柱截面高度的中分线和平分主梁跨中截面高度的水平线。对于截面高度变化较大的刚架桥，则以各截面高度中分点的连线作为计算图式的理论轴线。(2)截面刚度按混凝土全截面计算(包括受拉区)，不考虑钢筋。对

17、于T形和箱形截面，不论其顶板和底板厚度如何，均应全部计入计算截面。(3)计算变形时，一般略去轴向力和剪力的影响，仅计弯矩的影响。但在计算张拉力作用所产生的次内力时，则必须计入轴向力对变形的影响。(4)采用变截面的主梁和支柱时，如果在同一构件中最大截面惯性矩超过最小截面惯性矩的两倍，则应考虑此项变化的影响。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系19上一页 下一页2.2.刚架桥的内力计算刚架桥的内力计算 （2 2）(5)在主梁与支柱相交接的区域，其截面惯性矩与其它地方相比要大得多，可视为无限大，因此计算内力时，可不考虑此区域变形的影响。(6)刚架桥支柱基于压缩性甚小的土壤中时，支柱

18、底端可认为是固定的；若基于中等坚实的土壤中时，则仅在基础有足够大的尺寸使基础底面一边的土压应力与另一边相比不大于其三倍的情况下，支柱底端也可认为是固定的。此外支柱底端应按弹性支承计算,或把基础也作为结构的一部分按整体结构计算。(7)关于混凝土的弹性模量Eh，根据现行规范规定，截面刚度按0.8EhI计，其中惯性矩I的计算规定为：对于静定结构，不计混凝土受拉区，计入钢筋；对于超静定结构，计入包括全部混凝土截面，不计钢筋。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系20上一页 下一页2.2.刚架桥的内力计算刚架桥的内力计算 （3 3）v根据上述原则和假定可确立刚架桥的计算图式和相关计算参数

19、；其结构的内力计算通常采用结构力学的理论和方法，可按空间结构进行分析，但更多的是简化为平面结构进行计算。v刚架桥通常为超静定结构，其内力计算不仅要考虑荷载的作用，还要考虑各种因素引起的附加内力。v这些附加内力包括：a.预应力作用引起的附加内力。b.混凝土收缩和徐变引起的附加内力。c.温度变化引起的附加内力。d.基础沉降和水平位移引起的附加内力。v目前刚架桥的内力计算大多采用电算结构程序进行，其相关的计算理论、模型和方法可参阅计算结构力学的有关书籍，在此不再赘述。 返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系21上一页 下一页5.2.1 5.2.1 斜拉桥的类型及构造特点斜拉桥的类

20、型及构造特点 斜拉桥是由主梁、拉索及索塔组成的组合结构体系。 v主梁直接承受车辆及各种荷载的作用；v拉索为主梁提供跨间弹性支承，并承受由此传来的由荷载引起的巨大拉力；拉索的拉力通过对索塔的压力传至基础和地基，同时其水平分力对主梁产生强大的轴向压力。对于采用预应力混凝土材料的主梁，拉索的水平拉力可视为一种体外预应力，对主梁受力尤为有利。1.1.斜拉桥的类型斜拉桥的类型2.2.混凝土斜拉桥的构造特点混凝土斜拉桥的构造特点 返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系22上一页 下一页1.1.斜拉桥的类型斜拉桥的类型v不同塔数的斜拉桥不同塔数的斜拉桥根据桥址的水文地质条件和需要跨越的空

21、间距离的不同，斜拉桥可采用如下形式： 独塔斜拉桥；双塔斜拉桥；多塔斜拉桥。v斜拉桥的结构体系斜拉桥的结构体系根据主梁与索塔和桥墩的连接或支承方式不同，又可分为四种结构体系： 悬浮体系；支承体系； 塔梁固结体系；刚架体系。v斜拉桥结构体系的比较与选用斜拉桥结构体系的比较与选用返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系23上一页 下一页独塔斜拉桥独塔斜拉桥v独塔形式斜拉桥多用于跨越距离相对较小的桥位。当独塔两侧跨度相差较多时，桥塔通常采用后倾式斜塔设置。根据力学和经济方面的对比分析，独塔式斜拉桥稍占优势。目前世界上最大跨度的独塔式斜拉桥是俄罗斯乌里扬诺夫斯克的伏尔加河桥，独塔两侧主

22、跨各为407m；v天津海河大桥主桥为独塔斜拉桥，全长2650米，主跨310米为钢箱梁结构；边跨190米为砼箱梁结构，主塔高168米；桥面按四车道标准设计，宽23米，通航净空为37.5米。 天津海河大桥返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系24上一页 下一页双塔斜拉桥双塔斜拉桥v双塔、多塔式斜拉桥适用于水流断面宽阔，桥下需要宽阔净空的桥位；v目前世界上最大跨度的双塔式斜拉桥是日本1999年建成的主跨为890m的双塔式斜拉桥多多罗大桥；法国跨越赛纳河的诺曼底桥，主跨为856m居第二位；南京长江二桥以628 m居第三位。我国设计的苏通长江公路大桥为主跨 1088米的双塔斜拉桥，桥

23、面宽 34米，六车道，2008年建成后将是世界上跨径最大的斜拉桥。南京长江二桥返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系25上一页 下一页多塔斜拉桥多塔斜拉桥v双塔、多塔式斜拉桥适用于水流断面宽阔，桥下需要宽阔净空的桥位；v斜拉桥一般不采用多塔形式(图1)，其主要原因是多塔式斜拉桥的中间塔没有端锚索来有效地限制它(或它们)的塔顶纵向水平位移。因此，已经是柔性结构的斜拉桥采用多塔式将使结构的柔性更大，随之而来的是造成变形过大。而采用多塔式斜拉桥时，通常是将中间塔作成纵向刚度很大的刚性塔，但其造价昂贵，因而经济上常常又不划算。 v香港的汀九桥(图2)是一座已经建成的三塔四跨式斜拉桥

24、，跨度为127448475127m，总长1177m。中间塔采用两道独立的长斜索来增加塔的纵向刚度。 v郑州黄河公路二桥：五塔六跨的形式(图3)，中间跨径为200m，边跨为90m。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系26上一页 下一页图图1 1、图、图2 2、图、图3 3返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系27上一页 下一页(1)(1)悬浮体系悬浮体系v这一体系用拉索将主梁全部吊起，主梁两端置于桥台支座上，类似于具有弹性支承的单跨梁。拉索多采用密索布置，主梁各截面的内力和变形变化较为平缓，但索塔受力较大。空间动力计算表明，体系在纵向可允许一定摆动，在横向

25、须施加一定的横向约束，以改善其结构动力性能，提高其抗震能力。体系采用悬臂法施工时，在索塔处梁段需设置临时支架。返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系28上一页 下一页(2)(2)支承体系支承体系v主梁除两端支承在支座上外,在塔墩上也设有支点,类似于跨内有弹性支承的连续梁。这种体系的主梁内力在塔墩支点处会出现较大负弯矩,通常须加强支承梁段的主梁截面。主梁支点处宜设置活动支座,以避免不均衡的温度变位或其它因素导致主梁和索塔内产生较大的附加弯矩。在横桥方向也须在桥台和塔墩处设置某些横向约束来改善体系的抗震性能。体系采用悬臂施工时,不需设置临时支架,施工较为方便。返回2021-12

26、-30南京工业大学土木工程学院交通工程系29上一页 下一页(3)(3)塔梁固结体系塔梁固结体系v相当于主梁、索塔和拉索构成一根特殊加强的连续梁。主梁与索塔的内力以及变形，直接同主梁与索塔的弯曲刚度以及索拉力有关。结构体系整体受力类似于连续梁。必须指出，当相邻桥跨荷载作用不够均衡时，如仅中跨满载时，主梁在支点处的转角位移会使索塔倾斜，导致塔顶出现较大水平位移，主梁的跨中挠度和边跨的负弯矩明显增大，设计时应给予重视。此外，其墩顶支座反力巨大，需设置大吨位支座。 返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系30上一页 下一页(4)(4)刚架体系刚架体系v主梁、索塔和桥墩在连接处形成整体

27、十字固结,类似于跨内有弹性支承的T形刚架和连续刚架结构。这一体系结构整体刚度较大,主梁和索塔变形均较小。但梁与塔固结处结构构造和受力均较复杂,固结处的主梁要承受很大的负弯矩,其截面要有足够强度。这一结构形式不需任何支座,非常适于悬臂平衡对称施工。但温度变化在固结处引起的附加弯矩极大,为减少和消除极大的温度内力,有时在主梁跨中设置剪力铰或挂梁。返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系31上一页 下一页斜拉桥的结构体系的比较与选用斜拉桥的结构体系的比较与选用v斜拉桥体系的选用应充分考虑各体系的构造和受力特点以及施工等各种因素，应满足结构构造简洁，受力合理，动力性能良好，施工方便等

28、要求。v上述四种结构体系均有实际桥例。其中悬浮体系主梁受力均匀合理，结构整体抗风、抗震性能较好，且施工方便，是采用较多的斜拉桥结构型式。塔梁固结体系结构内力分布较合理，可当作特殊的连续梁体系，可采用普通桥梁下部结构。v斜拉桥的桥塔数对斜拉桥各跨之间的跨径比影响较大。对于独塔体系斜拉桥边跨与主跨的比一般取为0.501.0，而双塔体系一般取为0.250.50。v斜拉桥的跨径比主要由全桥刚度、拉索疲劳强度、边跨拉索锚固方式及施工方法等因素综合考虑确定，对独塔体系还需考虑桥位的地形和地质条件。 返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系32上一页 下一页2 2. 混凝土斜拉桥的构造特点

29、混凝土斜拉桥的构造特点 v混凝土斜拉桥的拉索、主梁和索塔各有不同的构造形式和相互连接方式。 (1)(1)拉拉 索索 v拉索是斜拉桥的主要承重构件，多采用抗拉强度高、疲劳性能好和弹性受力范围大的优质钢材制成。一般拉索的造价约占全桥的2530。v目前采用较多的有平行钢丝束，钢绞线束和封闭式钢索，在某些桥上还有采用高强钢筋和型钢的。v平行钢丝束平行钢丝束目前使用非常普遍，我国绝大多数斜拉桥均用这种在预应力混凝土桥中常用的钢丝索(图513a)。其特点是弹性模量和疲劳强度较高，比较容易按设计要求改变截面大小，但其防腐和安装较麻烦且费用较高。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系33上一页

30、 下一页钢绞线束和封闭式钢索钢绞线束和封闭式钢索v用高强钢丝扭结的钢绞线也是一种用于斜拉桥的拉索，通常采用若干股平行捆绑成索束，这种索多在工厂预制。其特点与平行钢丝束类似，但其弹性模量较低，非线性变形较大。v封闭式钢索由异形钢丝轧制而成(图5-13b)。特点是内部结构紧密，表面封闭，运输、安装和防腐较容易，但其弹性模量较低，非线性变形较大,不适应于对斜缆索的伸长非常敏感的斜拉桥。钢绞线束和封闭式钢索用于斜拉桥逐步在减少。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系34上一页 下一页拉索在桥梁纵向的布置拉索在桥梁纵向的布置 v辐射式布置辐射式布置是将全部拉索的一端集中于塔顶，另一端以不

31、同的角度沿梁分散锚固，使各根拉索都具有尽可能大的倾角，使其能充分发挥作用。但当拉索数量较多时，塔顶处拉索过于集中，使锚头拥挤，构造处理和安装均较困难和复杂。v竖琴式布置竖琴式布置是各拉索彼此平行，并沿主梁和索塔分散锚固，适用于拉索较少的情况。其外形较简洁，连接构造较易处理。v扇式式布置扇式式布置是介于辐射式和平行式之间的形式，拉索在索塔和主梁上均按等间距布置，但各索并不相互平行，其兼有以上两种形式的优点，因此较多的斜拉桥采用这种形式。v星式布置星式布置是将拉索一端集中在梁的一点上，另一端沿索塔分散布置。这种布置使索梁连接构造复杂，又不符合连接点沿梁纵向分散以减小跨径的原则，实际工程中较少采用。

32、2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系35上一页 下一页拉索在桥梁拉索在桥梁横向横向的布置的布置v单面索单面索一般设置在桥梁纵轴线上，通常作为桥面分车带，并具有最小的桥墩尺寸、简洁的构造形式和最佳的视线。但单面索只能支承竖向荷载，主梁横截面宜采用闭合箱梁，以便增强其抗扭刚度。(法国布罗托讷桥)v双面索双面索一般设置在桥面两侧，可布置为垂直索面或相向倾斜索面。垂直双面索适用于门式和双柱式索塔；倾斜双面索适用于A形、菱形和倒V形索塔，并能提高斜拉桥的抗风稳定性、抗扭能力，同时使主梁横向受压，有利于主梁受力，特别适用于大跨度斜拉桥。(南京长江二桥)2021-12-30南京工业大学土木

33、工程学院交通工程系36上一页 下一页斜拉桥拉索的斜拉桥拉索的索距索距布置布置v斜拉桥拉索的索距布置常用两种方式：疏索体系与密索体系。v疏索体系斜拉桥跨径不大时可采用根数少，刚性大的稀索体系。混凝土主梁索距为15 30m，钢主梁索距为30 50m。其优点是索力容易调整；由于索距大，使主梁的弯矩和剪力较大，导致梁高和索力均较大，斜拉索锚固结构复杂，施工维护难度大。v密索体系其拉索沿主梁布置的间距不大，主梁内力较为均匀，可大大降低梁高。每根拉索的拉力相对较小，使拉索的锚固及其锚固装置大大简化，方便了维护和换索；改善了结构的动力特性，提高了结构抗震和抗风能力。v密索体系的索距与施工的吊装能力和悬臂浇筑

34、的节段长度有关，通常混凝土主梁索距宜采用为412m，钢主梁索距宜采用为824m。拉索与主梁的夹角通常为2565，45角为最优角。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系37上一页 下一页斜拉索在索塔上的支承方式斜拉索在索塔上的支承方式v斜拉索在索塔上的支承有两种方式：塔顶设索鞍,拉索不间断地跨越索鞍；这种方式主要用于辐射型拉索体系,索塔主要承受压力,但索鞍构造复杂,造价昂贵。拉索锚固于索塔。这种方式是目前采用最广泛的拉索支承方式,适用于密索体系,其构造简单,施工方便,易于保养、检修和换索,但需考虑索塔两侧拉索拉力不平衡在所索塔中引起的弯矩。v斜拉桥拉索在主梁和索塔上的安装和锚固

35、及锚固部位的构造和锚固装置，是斜拉桥体系能否正常工作的关键，也是比较复杂的。随着桥梁工程技术的发展，出现了许多新型的大吨位的锚固装置和新的拉索安装锚固方法，应根据工程的实际需要合理选用，设计中要考虑其对结构内力的影响及局部的复杂应力状态，采用合理的构造和配筋措施。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系38上一页 下一页（2 2）主）主 梁梁 v 混凝土斜拉桥常用的主梁结构形式有连续梁、悬臂梁、悬臂和连续刚构等。v早期修建的斜拉桥较多采用带挂梁的悬臂梁或悬臂刚架等外部静定结构形式，以避免或减小诸如地基沉陷、混凝土收缩徐变以及温度引起的附加内力；其结构整体性较差，对抗震不利，比较适

36、用于软土地基。v近年来，逐渐趋于采用刚度大，整体性强的连续梁和连续刚架。其抗风、抗震性能较好，且挠曲线平顺，有利于行车。但在设计时应考虑徐变、收缩和温度变化引起的附加内力及对索塔内力的影响。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系39上一页 下一页混凝土斜拉桥主梁的截面型式混凝土斜拉桥主梁的截面型式v混凝土斜拉桥主梁的截面型式一般根据其索面布置和结构受力要求采用不同的形式（图5-16）：a.板式截面；b.分离式单室双箱截面；c.（或e.）封闭式箱形截面d.半封闭箱形截面；f.箱形截面的改进截面2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系40上一页 下一页板式截面、分离

37、式单室双箱截面板式截面、分离式单室双箱截面v板式截面构造简单，建筑高度小，可做成实心或空心板,其抗风性能好，适用于双面密索,且宽度不大的桥；v分离式单室双箱截面将其箱形主梁设置在桥面两侧拉索平面，悬臂施工时,先分段拼装主梁,然后再安装桥面肋板，施工极为方便，但全截面的抗扭刚度较差；2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系41上一页 下一页封闭式箱形截面封闭式箱形截面v封闭式箱形截面具有较大的抗弯、抗扭刚度，既可用于双索面,也可用于单面索布置的斜拉桥，倾斜式边腹板的抗风性能优于竖直腹板,不仅外形美观，还可减小墩台宽度，箱内中间腹板若改为斜撑既可减轻梁体重量又可用于拉索的锚固，此截面

38、施工稍有难度；2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系42上一页 下一页半封闭箱形截面、箱形截面的改进截面半封闭箱形截面、箱形截面的改进截面v半封闭箱形截面是近年来通过抗风试验研究得出的新型截面，其两侧为三角形封闭箱，部分端部加厚以锚固双面拉索，外缘做成尖的风嘴状以减小迎风阻力；v箱形截面的改进截面，两个斜索面靠近布置在桥中央，索面间为宽25m的人行道，而两侧伸出较长悬臂肋板(达7m)为车行道，全桥宽可达30m。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系43上一页 下一页选择主梁横截面型式的影响因素及截面尺寸选择主梁横截面型式的影响因素及截面尺寸v主梁横截面型式的选择

39、应充分重视其抗风稳定性及不同截面型式对结构动力性能的影响,宜采用流线型横截面。由于多索式混凝土斜拉桥具有相当大的系统阻尼，其在空气动力稳定性方面比传统的吊桥要好得多。v斜拉桥主梁的截面尺寸直接影响主梁的抗弯、抗扭刚度以及截面的弯矩和扭矩，其梁高对截面内力影响极大，并与拉索间距大小有直接的关系。通常少索体系梁高取跨径的1/401/80；密索体系取索距的1/151/18或跨径的1/1001/200。为了保证横向抗风稳定性，主梁的宽高比B/h应大于810，不宜小于6。主梁截面的其它尺寸可参考预应力箱型截面梁、肋梁式截面梁和拉索锚固装置确定。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系44

40、上一页 下一页（3 3）索塔）索塔 v索塔主要承受轴力，有些索塔也承受较大的弯矩。通常索塔可采用钢筋混凝土、预应力混凝土或钢材建造。v其结构有多种类型，主要根据拉索的布置要求、桥面宽度以及主梁跨度等因素选用。常用的索塔型式沿桥纵向布置有单柱型、A型和倒Y型。v单柱型索塔结构简单，可以与各种横向布置不同的塔型相配合，其受力明确，但柱底反力较大，对基础要求较高。vA型和倒Y型纵向刚度较大，稳定性好，有利于承受索塔两侧出现的不平衡的索拉力，还可以减小主梁在该支点处的负弯矩，尤其适用于较高的索塔，常常与横向布置为柱式、门式的塔型相配合，但其基础占地较大。 索塔类型索塔类型2021-12-30南京工业大

41、学土木工程学院交通工程系45上一页 下一页索塔沿桥横向布置的形式索塔沿桥横向布置的形式-1 -1 va.单柱式、双柱式塔是最简单的悬臂索塔。由于其纵横刚度均较小，桥的主梁必须具有相当大的抗弯和抗扭刚度。单柱式索塔支承单面索，一般布置在桥梁中轴线，若采用双面索对主梁受力较有帮助,但拉索在索塔上的布置较困难，尤其当采用密索时；双柱式索塔一般为无横向联系的两根独立索塔，布置在车行道两侧，支承双面索。对于大跨度斜拉桥，在纵向大多采用A型或倒Y型式，以便承担索塔两侧不平衡的索拉力。v b.门式塔、斜腿门式塔是由两根塔柱和横梁组成门式或斜腿门式框架，桥塔较高时可加设多道横梁，也可设交叉斜撑。这种索塔横向刚

42、度可根据设计要求确定，有较大灵活性；在纵向可与单柱型、A型和倒Y型相配合，是应用较为广泛的索塔类型之一。斜腿式索塔横向刚度较大，但其基础占地较大；有时修改为菱形索塔，其横向刚度会有所降低。 索塔类型索塔类型2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系46上一页 下一页索塔沿桥横向布置的形式索塔沿桥横向布置的形式-2-2v c. 倒V型、倒Y型和A型塔是两根塔柱相对倾斜在顶部交会在一起，或由一段很短的横梁在顶部连接。这种形式适合索塔较高的大跨度斜拉桥，既可保证桥面净空，又有较大横向刚度。主梁直接放置在桥墩上时，采用倒V型索塔；放置在两塔柱间的下横梁上时，采用A型索塔。这两种塔型既可用于

43、单面索，也可用于双面索。倒Y型索塔主要用于单面索。以上三种塔型横向刚度较大，但占用基础较多，有条件可采用分离式基础，或采用底部横向回收的菱形索塔。 索塔类型索塔类型2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系47上一页 下一页索塔横截面索塔横截面 、索塔的高度、索塔的高度 v索塔横截面根据设计要求可采用实心截面，当截面尺寸较大时多采用工形或箱形截面，对于大跨度斜拉桥采用箱型截面更为合理。 v索塔的高度通常与桥梁主跨有关，索塔高度太低影响斜拉索发挥效率，太高将增加索塔的设计和施工的难度。此外索塔高度与跨度之比直接影响斜拉索的用量和其拉力。从已建成的预应力混凝土斜拉桥结构来看，斜拉桥主梁

44、的最大跨度与索塔高度的比Lmax/H一般为3.16.3，平均约为5.0左右。对于双塔斜拉桥，其索塔高度与主跨的比在0.180.25的范围内较为经济合理。采用辐射型拉索时，这一比值可提高到0.3，采用竖琴型拉索可进一步提高到0.4。一般竖琴型比辐射型拉索用钢量多大约1520。对于独塔斜拉桥，塔高与主跨的比宜选用0.30.45。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系48上一页 下一页塔柱底部与桥墩和主梁的连接方式塔柱底部与桥墩和主梁的连接方式v索塔与桥墩固结可增加整个结构的刚度，便于施工，若桥梁地基的地质条件较好时，这是较合理的形式。v主梁为连续梁时，可支承在索塔的下横梁上或桥墩

45、上，形成支承体系；也可全部支承在拉索上，形成悬浮体系。v索塔与主梁固结多用于单柱式索塔。这种方式将索塔与主梁固结，并支承在一般桥墩上，有利于消除地基因素对结构体系中内力的影响。但在荷载作用下,有时索塔产生较大倾斜,直接影响主梁的内力分布,应加强主梁的支承部位，并需在主梁的支点处设置强大的支座。v当索塔与主梁和桥墩相互固结时，形成跨内有弹性支承的刚架结构。其斜拉桥整体刚度较大，主梁和索塔的变形较小，又不需要设置任何支座。但主梁固结处内力较大，结构及受力较复杂。v温度、混凝土收缩和徐变等因素对主梁的内力有很大影响。通常在主梁跨中设置剪力铰或设置挂梁。返回2021-12-30南京工业大学土木工程学院

46、交通工程系49上一页 下一页5 52 22 2 斜拉桥的计算要点斜拉桥的计算要点 v斜拉桥的计算一般采用以计算机为计算手段的有限元等数值计算方法。通常根据计算的目的不同，可采用较精确的空间结构计算图式或采用简化的平面结构计算图式，必要时还需考虑结构的动力特性和非线性受力及变形特性。 v1斜拉桥的受力特点和计算图式 v斜拉桥是由拉索、桥塔及主梁组成的复杂的超静定空间组合结构，在设计时需考虑结构的非线性影响与斜拉索锚固区的局部效应。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系50上一页 下一页斜拉桥的非线性影响斜拉桥的非线性影响v斜拉桥的非线性影响包括两个方面：结构材料的非线性影响和结

47、构几何的非线性影响。v结构材料的非线性主要指混凝土在长期荷载作用下的徐变影响在斜拉桥结构内引起的内力与变形的重分布以及斜索锚固区局部较大集中力引起塑性变形导致应力的重分布等。 v结构几何非线性影响主要包括两方面：索的张力和变形受到垂度的影响呈现的非线性关系；由于主梁和桥塔的弯矩与其轴力相互作用导致弯矩的非线性增加,使计算必须需采用大挠度理论所表现出的非线性关系。 v对于非线性的结构体系，荷载与内力为非线性关系，内力计算一般不能采用叠加原理。通常应采用有限元等各种数值计算理论求得其内力，这需利用计算机和有关结构非线性计算的软件。其结构的计算图式一般均直接采用斜拉桥整体空间结构。 2021-12-

48、30南京工业大学土木工程学院交通工程系51上一页 下一页结构的计算图式结构的计算图式v如图518是一个主梁为肋梁式截面、仅有12对拉索的斜拉桥的空间计算图式。为了简化计算通常把空间结构简化成平面结构的计算图式来计算，确定其内力与变形后再以横向分布系数在主梁横向分配内力，以考虑结构的空间效应。如图518是常用的斜拉桥平面结构计算图式。在初步设计时结构计算可忽略的非线性影响，采用力法进行计算，以便尽快确定斜拉桥主梁和桥塔的结构尺寸及拉索的数量。根据实际斜拉桥设计的情况，由于斜拉桥多数应用于大跨度桥梁，恒载占很大的比例，而空间影响主要在于活载，因此，不论采取空间还是平面结构计算图式，对确定主梁和索塔

49、的几何尺寸及拉索的数量的影响并不大，在初步设计中可采用平面结构计算图式；但在确定主梁、索塔及拉索的内力与变形时，尤其是在对结构进行动力分析时，采用较精确的计算图式可以取得更符合结构实际受力的计算结果，因此采用空间结构计算图式是非常必要的。 2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系52上一页 下一页斜拉桥施工阶段的计算斜拉桥施工阶段的计算v斜拉桥施工阶段的计算也很重要，主梁在施工阶段的受力状态有时与正常使用时的受力状态有较大差别，有可能是处于最不利状态，必须给予考虑 。v必须根据施工方法确定斜拉桥在施工过程中各阶段的计算图式和相应的施工荷载状况，以便进行所需的相关验算。v索力的的控

50、制也是施工阶段计算的重点之一，因为索力的微小偏差均能在主梁内引起较大的弯矩。v斜拉桥施工一般采取悬臂浇筑或悬臂拼装法来实现，施工阶段变形计算也很重要，通过变形计算确定预拱度，控制桥面标高，保证施工完成后的桥面线形平顺。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系53上一页 下一页2 2斜拉桥的主要计算方法和内容斜拉桥的主要计算方法和内容 v斜拉桥是高次超静定空间结构，其结构内力计算比一般桥梁结构更复杂。v斜拉桥的主要结构分析和计算的方法有两大类：一类为近似计算法，主要采用平面结构计算图式和杆件结构力学中的基本方法。其典型的计算图式为在结构中主梁作为跨间有弹性支承的连续梁(图519)，

51、斜拉索作为连续梁跨间的弹性支承，并选择支承处主梁的截面弯矩为赘余力，由此可对每个支点写出一个五弯矩方程，并建立结构的联立方程组。求解此联立方程组，可求得主梁各支点截面弯矩，并进一步算出斜拉索拉力，最后通过斜拉索拉力计算主梁和索塔所受轴力。近似计算法以线弹性分析为基础，整体空间结构简化为平面结构，忽略结构材料的非线性因素的影响，忽略主梁和桥塔的弯矩与其轴力相互作用导致的结构几何非线性的影响，但通过采用拉索换算弹性模量的方法可考虑拉索垂度对结构的非线性影响。2021-12-30南京工业大学土木工程学院交通工程系54上一页 下一页2 2斜拉桥的主要计算方法和内容斜拉桥的主要计算方法和内容v近似法多用于斜拉桥结构的初步设计，也可对一般跨径的斜拉桥结构进行静力分析。