桥涵工程第六章课件

1、新世纪高职高专道路桥梁工程类课程规划类教材新世纪高职高专教材编审委员会组编主编彭彦彬第六章 斜拉桥主要介绍斜拉桥的特点；斜拉桥的布置；斜拉桥的构造；斜拉桥的施工（主梁、桥塔、斜索）等内容。第一节 概 述 斜拉桥的发展1斜拉桥的特点2斜拉桥发展历程一、斜拉桥的发展 我国第一座公路斜拉桥是1975年在四川省云阳县建成的云阳桥，其跨径为76m。我国第一座铁路斜拉桥是1980年建成的广西红水河铁路斜拉桥，其跨径为96m。其后，又先后修建了上海泖港大桥、济南黄河大桥、重庆石门大桥、上海南浦大桥与杨浦大桥、重庆长江二桥及武汉长江二桥等等。标志着全国范围内建造大跨度斜拉桥出现了新高潮，苏通大桥、南京长江二桥

2、、武汉白沙洲长江大桥、福建青州闽江大桥跨度分别为1088、628m、618m和605m，分别居世界同类桥梁跨度的第一、第三、第四和第五位。这些大桥的建成标志着我国斜拉桥已达到世界先进水平。一、斜拉桥的发展目前斜拉桥之最 最大跨径的钢斜拉桥：中国苏通大桥，1088m； 最大跨径的混合梁斜拉桥：日本多多罗大桥，890m；最大跨径的叠合梁斜拉桥：中国闽江大桥，605m；最大跨径的混凝土梁斜拉桥：挪威斯卡圣德脱桥，530m。一、斜拉桥的发展预应力混凝土斜拉桥具有下列显著的优越性：1跨越能力大斜拉桥利用斜拉索作为主梁的弹性支承点，可以大大降低主梁的弯矩，改善主梁的受力状态，提高梁的跨越能力。而且，主梁高

3、度很小，也不随桥梁跨径的增大而增高。其高跨比可达1180，具有很大的跨越能力。2.具有良好的结构刚度和抗风稳定性与悬索桥相比其刚度要大的多。3.依靠斜拉索的应力调整，能设计得很经济4结构轻巧，适应性强5利用斜拉索，发挥无支架施工的优越性斜拉桥可以利用永久斜拉索作为临时拉索，使悬臂施工更加容易，提高了建桥速度。二、斜拉桥的特点斜拉桥的总体布置第二节 斜拉桥的总体布置孔跨布置斜索布置梁体布置索塔布置斜拉桥的锚拉体系一、孔跨布置(一)双塔三跨式 这是一种最常见的斜拉桥孔跨布置方式。由于主跨跨径较大，一般可适用于跨越较大的河流。 如图6-1所示，主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关系根据统计资料为：

4、钢斜拉桥：L1(0.400.45)L2其他斜拉桥：L1(0.330.50)L2； 一般接近于L10.4L2 。图6-1双塔三跨斜拉桥一、孔跨布置（二）独塔双跨式 如图6-3所示。由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，适用于跨越中小河流和城市通道。独塔双跨式斜拉桥的主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关系一般为L1（0.50.8）L2，但多数接近于L10.66L2 。有的桥在边跨布置了辅助墩，以提高边跨刚度。图6-3 独塔双跨式一、孔跨布置（三）三塔四跨式和多塔多跨式 斜拉桥与悬索桥一样，很少采用三塔四跨式或多塔多跨式。一个极简单的原因是，多塔多跨式中的中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的

5、变位。 在必须采用多塔多跨式斜拉桥时，可将中间做成刚性索塔，或用拉索对中间塔顶加劲，如图6-5所示。图6-5 香港汀九大桥二、斜索布置（一）索面布置 索面位置一般有图6-6所示的3种类型，即(a)单索面(b)竖向双索面和(c)斜向双索面。图6-6 索面布置 从力学角度来看，采用单索面时，拉索对抗扭不起作用。因此，主梁应采用抗扭刚度较大的截面。采用双索面时，作用于桥梁上的扭矩可由拉索的轴力来抵抗，主梁可采用较小抗扭刚度的截面。至于斜向双索面，它对桥面梁体抵抗风力扭振特别有利（斜向双索面限制了主梁的横向摆动）。二、斜索布置二、斜索布置（二）索面形状 索面形状主要有如图6-7所示的3种基本类型，即(

6、a)放射形(b)扇形和(c)竖琴形。图6-7 索面形状（三）索距的布置 索距的布置，可以分为“稀索”与“密索”。密索优点如下：(1)索距小，主梁弯矩小；(2)索力较小，锚固点构造简单；(3)锚固点附近应力流变化小，补强范围小；(4)便于伸臂架设；(5)易于换索。二、斜索布置三、梁体布置（一）连续体系 在斜拉桥的全长范围内，梁体布置成连续的形式(图6-8)。图6-8 连续的梁体三、梁体布置 在某些场合下，由于结构受力的需要，还可将梁体的连续延伸至斜拉桥以外部分，即斜拉桥的梁体还与其边跨或主跨以外部分的引桥跨或其他跨的梁体相连(图6-9)。图6-9 梁体连续的延伸（二）非连续体系 一是在斜拉桥主跨

7、中央部分插入一小跨悬挂结构，(图6-10)。二是以“剪力铰”代替悬挂结构(图6-11)这种剪力铰的功能是只传轴力、剪力，不传弯矩；或只传弯矩、剪力，不传轴力(图6-12)。三、梁体布置三、梁体布置图6-10 四川三台涪江桥图6-11 插入剪力铰 图6-12 湖北郧阳汉江桥（三）主梁的跨高比 主梁的跨高比是指主跨L2与梁高H的比值。斜拉桥的主要景观特点是柔细感，而柔细感直接与主梁的跨高比相关。 现代密索式斜拉桥主梁的跨高比一般在100150之间，较多的是在100左右。至于铁路、公铁两用斜拉桥。特别是主梁为钢桁架梁的，其主梁的跨高比不足30，如芜湖长江大桥，在柔细感上已无特色可言，也可以说是用斜拉

8、索加强的梁式桥，属斜拉桥中的特例。三、梁体布置四、索塔布置（一）塔架的形式 单索面斜拉桥和双索面斜拉桥索塔塔架的横向布置形式如图6-13所示。图中，单索面的(a)为单柱形(b)为A形(c)为倒Y形；双索面的(a)为双柱形(b)为门形(c)为H形(d)为A形(e)为倒Y形。图6-13 索塔的横向形式四、索塔布置（二）塔的高跨比 塔的高跨比范围，一般如图6-14所示。但索塔的适宜高度H要由经济比较来决定。因为，塔的H值越大斜索的倾角越佳，斜索垂直分力对主梁的支承效果也越大，但塔与索的材料数量则要增加，反之亦然。图6-14 塔的高跨比五、斜拉桥的锚拉体系 一般来说，悬索桥的主缆多数是地锚体系；而斜拉

9、桥的斜索则相反，多数是自锚体系。只有在特殊情况下，少数斜拉桥采用地锚式的锚拉体系。自锚式锚体系斜拉桥如图6-15所示。图6-15 自锚式锚拉体系 无论是独塔双跨式或双塔三跨式，绝大多数的斜拉桥都是自锚式的。锚固在端支点处的一根或一组斜索称为“端锚索”或“尾索”，是斜拉桥自锚式体系中最重要的拉索。它的索力最大，对控制塔顶变位起主要作用。在自锚体系中，斜索的水平分力由主梁的轴力来平衡。五、斜拉桥的锚拉体系 第三节 主梁截面双击添加标题文字1234钢梁混凝土梁结合梁混合梁一、钢梁（一）工字形钢主梁 如图6-16所示，一般采用两根工字形钢主梁的“双主梁”布置。钢主梁之间有钢横梁。钢桥面板与钢主梁及钢横

10、梁相连结。钢桥面板底面焊有纵向和横向的加劲肋，形成正交异性钢桥面系。图6-16 工字形钢主梁一、钢梁（二）钢箱梁截面主梁 钢箱梁截面，可以采用相当于工字形双主梁的布置方式，只是将工字形钢梁换成钢箱梁，如图6-18所示的山东东营黄河大桥（主跨288m）。图6-18 山东东营黄河大桥的梁体截面 单位（mm）一、钢梁 在现代斜拉桥中，钢主梁更多地采用整体构造的流线型扁平钢箱梁，图6-19所示的福建闽江大桥（主跨605m)的两侧带有风嘴的扁平多室钢箱梁； 图6-19 福建闽江大桥的梁体截面 单位（mm）一、钢梁（三）钢桁梁 斜拉桥采用钢桁梁，主要是由于布置双层桥面的需要。(图6-20)图6-20 日本

11、岩黑岛桥钢桁梁截面 单位（mm）一、钢梁（四）单索面斜拉桥中的钢梁截面 由于单索面斜拉桥的斜索对桥梁抗扭不起作用，因此一般都采用抗扭刚度较大的整体构造的箱梁(不是分离式的由横梁连接的两个边箱梁截面)，如图6-21所示的泰国湄南河桥(主跨450m)。图6-21 湄南河桥钢梁截面 单位（mm）二、混凝土梁（一）实体边主梁和板式梁 实体边主梁是混凝土斜拉桥中比较简单的一种截面形式。如图6-22为重庆长江二桥。两主梁间用混凝土横梁和桥面板连结，斜索面设在主梁的中线处。图6-22 重庆长江二桥实体边主梁截面 单位（mm）二、混凝土梁 板式边主梁是指主梁位于两边，且梁高相对于桥宽来说很小，但两主梁间仍有横

12、梁和桥面板相连，如图6-23所示。图6-23 挪威赫尔格兰特桥 单位（m）（二）箱形截面 混凝土斜拉桥主梁采用箱形截面，特点： （1）抗弯和抗扭刚度大，能适应稀索、密索、单索面或双索面等不同斜索布置； （2）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； （3）截面的组合构造，也可以部分预制、部分现场灌筑(加法国勃鲁东(Brotonne)桥)，为桥梁施工方案提供更多选择。 如图6-24所示的这两座姐妹桥，已成为世界混凝土斜拉桥的标准截面形式之一。二、混凝土梁二、混凝土梁图6-24 混凝土单室箱梁截面(单索面桥) 单位（cm） 在双索面混凝土斜拉桥中，箱形

13、截面的主梁常以分离式的两个箱体各自锚固于斜索，两箱之间则以横梁和桥面板连结。双箱梁的典型截面为倒梯形，如图6-25所示的济南黄河桥(主跨220 m，索距8m，1982年)。二、混凝土梁图6-25 济南黄河桥混凝土双箱梁截面 单位（m）二、混凝土梁对于桥面宽度较小的双索面混凝土斜拉桥，也有采用单箱梁截面的。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。 双索面桥与单索面桥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矩； 而对于单索面，则应将其尽量靠拢以便将斜索锚固于较窄的中室内。三、结合梁 结合梁斜拉桥是指钢主梁的

14、上翼缘与设置其上的混凝土桥面板之间用剪力键结合共同受力的梁体结构。 结合梁一般只适用于双索面斜拉桥。预制混凝土桥面板与钢主梁的连结主要靠抗剪连结件。当前采用的一般是带头的“栓钉”(stud)。三、结合梁图6-29 结合梁的抗剪栓钉三、结合梁 结合梁的抗剪连结，要在桥梁的悬臂架设施工中承受很大的荷载。此时，由于剪滞影响限制了连接缝附近的混凝土桥面板的有效宽度，而这个工作截面必须承受下一个梁体节段架设时产生的很大的局部弯矩。由此可见，简单而可靠的剪切连结并能很快取得强度，是影响桥梁架设速度的关键。 将抗剪栓钉熔焊在钢梁上接合处会产生焊接疲劳问题，对此需通过疲劳试验，予以慎重处理。 另一个影响抗剪连

15、结强度的因素是，连结处的轴向力会随时间变化而在钢梁与混凝土板之间进行内力重分配。特别是在架设过程中当混凝土板尚未达到全部强度前就开始承受轴力，其结果是由于徐变的关系会使混凝土桥面板中的部分轴力转嫁给钢梁，对此应详加验算。这会影响钢与混凝土两种物体中的恒载轴力和桥梁的最终线型。四、混合梁 混合梁斜拉桥是指其主跨为钢梁而边跨为混凝土梁的斜拉桥。钢梁与混凝土梁的连接点一般设在索塔附近，可以在边跨侧，也可以在主跨侧。斜拉桥边跨采用混凝土梁的构思，是取其梁的自重大，有利于边跨发挥其锚固跨的作用。 混凝土梁与钢梁的连接点选择在索塔附近，原因是该处梁的弯矩最小，梁的轴力为最大。对混凝土梁与钢梁连接的细节构造

16、而言，传递轴力的构造要比传递弯矩的构造容易处理得多。四、混合梁图6-30 瑞典焦恩混合梁斜拉桥 (单位 m)四、混合梁 混合梁中的钢梁与混凝土梁的连接方式大致有如图6-32 所示的三种方式：(a)为钢板方式(德国库尔特舒马赫桥)；(b)为填充混凝土前板方式(德国弗来埃桥(F1ehe)桥；(c)为填充混凝土后板方式(瑞典焦恩桥，日本生口桥)。图6-32 钢梁与混凝土梁的三种连接方式第四节 斜 索4双击添加标题文字123斜索的构造斜索的锚固斜索防腐一、斜索的构造 在近代大跨度斜拉桥中，斜索的构造基本上分为整体安装的斜索和分散安装的斜索两大类。前者的代表为平行钢丝索和冷铸锚，后者的代表为平行钢绞线索

17、和夹片锚。 （一）平行钢丝索和冷铸锚 平行钢丝索的截面组成和冷铸锚如图6-33所示。图6-33 平行钢丝索和冷铸锚一、斜索的构造（二）平行钢绞线索和夹片锚 平行钢绞线索截面组成和夹片锚如图6-34所示。将平行纲丝索中的钢丝换成等截面的钢绞线即成为平行纲绞线索。图6-34 平行钢绞线索和夹片锚一、斜索的构造 在钢绞线的逐根张拉中，须使最终斜索中的各根钢绞线拉力相等。此施拉工艺称为“等值张拉法” 。 对平行钢绞线索和夹片锚体系，需要注意的问题是： (1)夹片锚的疲劳强度； (2)夹片和锚孔之间的圆锥度配合要精确； (3)对夹片应设置防松脱装置； (4)钢绞线进入锚管内有两处转折。二、斜索的锚固（一

18、）斜索在主梁上的锚固 斜索在主梁上的锚固，可以分为“节拉”和“承托”两种形式。 在工字形主梁上，大都采用“吊拉”型式，如图6-17香港汀九桥实例所示。 在钢箱梁主梁上，都采用“承托”型式，如图6-35汕头峃石大桥实例所示。 在混凝土主梁上，都采用“承托”型式，如图6-36实例所示。二、斜索的锚固图6-35 汕头峃石大桥斜索在梁上的锚固图6-36 斜索在混凝土主梁上的锚固二、斜索的锚固（二）斜索在索塔上的锚固(1)斜索在实体塔柱上的交错锚固，如图6-37所示。图6-37 斜索在实体塔柱上的交错锚固二、斜索的锚固(2)斜索在空心塔柱上的非交错锚固，如图6-38所示图6-38 空心塔柱非交错锚固图6

19、-39 钢锚固梁二、斜索的锚固 (3)采用钢锚固梁锚固。如图6-39(a)所示，当塔柱两侧的索力或斜索倾角不等时，如图6-39(b)所示。三、斜索防腐 斜索防腐是斜拉桥设计的重要课题。由于斜拉桥发展的历史还不长，斜索防腐措施尚未经历足够的时间考验，但在近代确实有因斜索腐蚀断丝或保护层破损而进行换索的实例。早期的斜拉桥设计，其最大的失误就是斜索防腐措施不足。 在现代斜拉桥所广泛采用的两种斜索平行钢丝索和冷铸锚、平行钢绞线索和夹片锚中，斜索防腐的典型措施是这样的：平行钢丝索和冷铸锚：镀锌钢丝为挤高密度PE套所防护，裸索埋于冷铸锚的环氧树脂混合料中。钢丝受到镀锌层和高性能PE套的保护。平行钢绞线索和

20、夹片锚：镀锌钢绞线涂以油(或蜡)层后，用双层PE套防护并将整索弯于PE套内，套内灌以水泥砂浆或其他有机防腐剂，裸索埋于钢套的防腐油脂中。钢绞线受到镀锌层、油层、PE层和PE套管的4层保护。第五节 索 塔 组成索塔的主要构件是塔柱，另外还有塔柱之间的横梁或其他连结构件(图6-40)。图6-40 索塔的构件第五节 索 塔 横梁：塔柱之间的横梁一般可分为承重横梁与非承重横梁。前者为设置主梁支座的受弯横梁，以及塔柱转折处的压杆横梁或拉杆横梁；后者为塔顶横梁和塔柱无转折的中间横梁。 混凝土塔 原因：近年来，除了日本因钢材生产较多与考虑地震之外，世界各国大部分的斜拉桥多采用混凝土塔。这是因为混凝土塔造价较

21、低；混凝土塔可以更方便地塑造出与全桥景观协调的外形；另外，混凝土塔几乎不需要维修。 类型：斜拉桥的混凝土索塔可分为实体塔柱与空心塔柱两类，但不论何类其截面基本上都采用矩形，并且一般是长边L为顺桥向，短边B为横桥向，如图6-41所示。第五节 索 塔图6-41混凝土塔柱截面第六节 斜拉桥施工简介 Content Ttle索塔及基础施工主梁的施工方法拉索施工施工控制一、索塔及基础施工 索塔分类：钢索塔和混凝土索塔两种。 钢索塔特点：造价昂贵，施工精度要求高，抗震性好维护要求高等。 混凝土索塔特点：价格低廉，整体刚度大，施工简便成桥后一般无需养护和维修。（一）钢主塔施工 钢索塔一般采用预制拼装的施工办

22、法，分为工厂分段预制加工和现场吊装安装两个大的施工阶段。 一、索塔及基础施工 钢主塔的防锈蚀措施：可以采用耐候钢材，也可采用喷锌层。但国内外绝大部分钢塔仍采用油漆涂料，一般可使用保持的年限为10年。油漆涂料常采用二层底漆，二层面漆，其中三层由加工厂涂装，最后一道面漆由施工安装单位最终完成。（二）混凝土主塔施工 混凝土索塔通常由基础、承台、下塔柱、下横梁、中塔柱、上横梁、上塔柱拉索锚固区段及塔顶建筑等几部分组成。一、索塔及基础施工 混凝土索塔的塔柱分为下塔柱、中塔柱和上塔柱，一般可采用支架法、滑模法、爬模法分节段施工，常用的施工节段大小划分为1m6m不等。 塔柱施工：在塔柱内，常常设有劲性骨架，

23、劲性骨架在加工厂加工，在现场分段超前拼接，精确定位。劲性骨架安装定位后，可供测量放样、立模、钢筋绑扎、拉索钢套管定位用，也可供施工受力用。劲性骨架在倾斜塔柱中，其功能作用很大，设计者应结合构件受力需要而设置。当塔柱为倾斜的内倾或外倾布置时，应考虑每隔一定的高度设置受压支架（塔柱内倾）或受拉拉杆（塔柱外倾）来保证斜塔柱的受力、变形和稳定性。一、索塔及基础施工 横梁施工：混凝土索塔的下横梁、上横梁一般采用支架法现浇，一般为预应力混凝土结构。在高空中进行大跨度、大断面现浇高强度等级预应力混凝土横梁，其难度很大。施工时要考虑到模板支撑系统和防止支撑系统的连接间隙变形、弹性变形、支承不均匀沉降变形，混凝

24、土梁、柱与钢支撑不同的线膨胀系数影响，日照温差对混凝土、钢的不同时间差效应等产生的不均匀变形的影响，以及相应的变形调节措施。索塔混凝土的浇筑：可采用提升法输送混凝土，有条件时应采用商品泵送混凝土工艺，一次泵送混凝土高度可达200m以上。一、索塔及基础施工（三）索塔拉索锚固区塔柱施工 拉索在塔顶部的锚固形式主要有：交叉锚固、钢梁锚固和箱形锚固等。箱形锚固的施工程序为：先架立劲性骨架，绑扎钢筋，再安装套筒，套筒定位，再安装预应力管道及钢束之后，模板安装，混凝土浇注养护，最后，施加预应力压浆。（四）索塔施工测量控制 索塔在施工过程中，受施工偏差、混凝土收缩、徐变、基础沉降、风荷载、温度变化等因素影响

25、，其几何尺寸及平面位置可能发生变化，对结构受力产生不利影响。因此，在施工的全过程中，应采取严格的施工测量控制措施对索塔施工进行定位指导和监控。除了应保证各部位的几何尺寸正确之外，还应该进行主塔局部测量系统与全桥总体测量系统接轨。一、索塔及基础施工 索塔局部测量常采用全站仪三维坐标法或天顶法进行。测量控制的时间一般应选择夜晚22:00早上7:00日照之前的时段内，以减少日照对主塔造成的变形影响。此外，随着主塔高度不断地升高，也应选择在风力较小的时机进行测量，并对日照和风力影响予以修正。（五）索塔基础施工 斜拉桥索塔基础常采用的形式有：扩大基础、沉井或沉箱基础、管柱基础和桩基础。二、主梁的施工方法

26、1.顶推法顶推法的特点是施工时需在跨间设置若干临时支墩，顶推过程中主梁要反复承受正、负弯矩。该法较适用于桥下净空较低、修建临时支墩造价不大、支墩不影响桥下交通、抗压与抗拉能力相同能承受正负弯矩的钢斜拉桥主梁的施工。对混凝土斜拉桥主梁而言，一般在拉索张拉前顶推主梁，临时支墩间距又超过主梁负担自重弯矩能力时，为满足施工需要，要设置临时预应力束，在经济上不合算。2.平转法是分别在两岸或一岸顺河流方向的矮支架上现浇主梁，并在岸上完成所有的安装工序（落架、张拉、调索等），然后以墩、塔为圆心，整体旋转到桥位合龙。平转法适用于桥址地形平坦，墩身较矮和结构体系适合整体转动的中小跨径斜拉桥。我国四川马尔康地区的

27、金川桥是一座跨径为68m+37m，采用塔、梁、墩固结体系的钢筋混凝土独塔斜拉桥。塔高25m，中跨为空心箱梁，边跨是实心箱梁。该桥是采用平转法施工的。二、主梁的施工方法3.支架法是在支架上现浇、在临时支墩间设托梁或劲性骨架现浇、在临时支墩上架设预制梁段等几种施工方法。其优点是施工最简单方便，能确保结构满足设计线形，但仅适用于桥下净空低、搭设支架不影响桥下交通的情况。我国的天津永和桥是在临时支墩上拼装主梁；昆明市园通大桥是一座跨径为70.5m+70.5m、全宽24m27.5m+3m(拉索区)+23m的独塔单索面斜拉桥，采用支架法现浇。4.悬臂法可以在支架上修建边跨，然后中跨采用悬臂施工的单悬臂法；也可以是对称平衡施工的双悬臂法。悬臂施工法一般分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法两种。二、主梁的施工方法 （1）悬臂拼装法一般是先在塔柱区现浇一段放置起吊设备的起始梁段，然后用各种起吊设备从塔柱两侧依次对称安装节段，使悬臂不断伸长直至合龙。如图6-57。图6-57 悬臂拼装法示意图二、主梁的施工方法（2）悬臂浇筑法是从塔柱两侧用挂篮对称逐段就地浇筑混凝土。我国大部分混凝土斜拉桥主梁都是采用悬臂浇筑法施工的。 斜拉桥与其他梁桥相比，主梁高跨比很小，梁体十分纤细抗弯能力差。当采用悬臂施工时，如果仍采用应用于梁式