斜拉桥和悬索桥-

1、第八章 斜拉桥和悬索桥8.1 斜拉桥概述第八章 斜拉桥和悬索桥8.2 斜拉桥的构造特点8.3 斜拉桥设计简介8.4 悬索桥概述8.5 悬索桥的主要构件8.1 斜拉桥概述一、组成：梁、索、塔1、国外发展 20世纪30年代德国工程师Dischinger提出第一座现代化钢斜拉桥主跨182m20世纪30年代提出1956年在瑞典建成第一座混凝土斜拉桥，主跨为16052351601962年建成的马拉开波桥斜拉桥得到迅速发展建成300多座主跨856m混合型斜拉桥1994年建成法国诺曼底桥主跨890m钢斜拉桥1998年日本建成多多罗大桥主跨超过千米的斜拉桥例：苏通大桥1088m二、斜拉桥的发展历史2、国内发展

2、1）学习阶段： 60年代初传入我国； 1975年四川、上海先后建成试验性钢筋混凝土斜拉桥 1977年改革开放，1982年建成220m济南黄河大桥。2）推广阶段（80年代，30余座斜拉桥）： 1987年天津永河大桥（260m）、东营黄河大桥（288m，我国第一座钢斜拉桥），1988年广州海印桥（单索面，175m）。3）90年代后： 1991年上海南浦大桥（423m），1993年上海杨浦大桥（602m），2001年南京长江二桥（628m），2005年南京长江三桥（648m），2008年苏通长江大桥（世界第一，主跨1088m）。三、斜拉桥的分类1、按主梁材料混凝土/钢/结合梁(叠合梁)/混合梁2、按

3、索塔数量独塔/双塔/多塔南浦大桥（1991）全长8346米，主桥长846米，主桥采用双塔双索面钢与混凝土结合梁斜拉桥，主跨跨径423米杨浦大桥(1993)主桥为双塔空间双索面钢-混凝土结合梁斜拉桥结构，塔墩固结，上部结构为纵向悬浮体系，横向设置限位和抗震装置Alamillo Bridge (第一座无背索斜拉桥,Spain, 1992)Marian Bridge (捷克)span=123.3m，pylon=75mSunshine Skyway Bridge (USA 1987)span=366 m法国诺曼底桥日本多多罗大桥苏通大桥四、受力特点梁(多点弹性支承连续梁)：压-弯索受拉塔受压为主五、结

4、构体系飘浮体系塔墩固结、塔梁分离支承体系(半飘浮体系)塔墩固结、塔梁分离，设竖向支承塔梁固结体系塔梁固结并支承在墩上刚构体系梁塔墩互为固结飘浮体系：南京长江二桥半飘浮体系：辽宁长兴岛桥固结体系：上海泖港桥刚构体系：广东海印桥总体布置孔跨布置主梁拉索索塔8.2 斜拉桥的构造特点一、孔跨布局 双塔三跨 边跨l1/中跨l2=0.20.5 独塔双跨 边跨l1/主跨l2=0.51.0 多塔多跨: 边跨l1/中跨l2=0.4左右二、拉索与锚具1、空间布置形式单索面双索面竖直双索面倾斜双索面2、索面的形式3、拉索间距早期：稀索混凝土达15m30m钢斜拉桥达30m50m现代：密索4m12m(钢梁还可放大)辐射

5、式竖琴式扇式4、拉索倾角（边索）辐射式或扇式：260300竖琴式:2103005、拉索构造 高强钢筋、钢丝、钢绞线平行钢筋索平行钢丝索平行钢绞线索单股钢绞缆封闭式钢缆6、拉索的防护锚头(密封)拉索单根镀锌、铝全封闭索化学涂层套管压浆(PE套、钢套管、铝套管，压注水泥浆、树脂或油脂)直接挤压护套按拉索的锚拉体系分类自锚式斜拉桥地锚式斜拉桥部分地锚式斜拉桥7、拉索的锚固拉索端部锚固热铸锚镦头锚冷铸锚夹片群锚能承受巨大的集中力能合理的传力 拉索与钢主梁的锚固构造承压板 拉索与混凝土主梁的锚固构造在主梁顶板设置锚固构造（锚固块）斜索在箱梁内锚固在底板锚固在梁体两侧设锚固 拉索与混凝土塔的锚固构造拉索在

6、塔上交叉锚固拉索在塔柱上对称锚固利用钢锚箱对称锚固主梁高度h：单索面：(1/501/100)l；双索面：(1/1001/150)l三、主梁构造混凝土梁：板式分离双箱(双肋)半封闭双室梯形截面闭合箱1、索塔的结构形式顺桥向横桥向四、索塔索塔高度主跨跨径索面形式（辐射式、竖琴式或扇式）拉索的索距和拉索的水平倾角双塔：H/l2=0.180.25单塔：H/l2=0.30.452、索塔高度3、塔柱的构件组成 塔柱和横梁4、塔的截面形式矩形截面非矩形截面一、受力特点主梁（压弯构件）飘浮体系：相当跨内具有弹性支承的单跨梁半飘浮体系：相当跨内具有弹性支承的连续梁塔梁固结体系：相当于配置体外索的连续梁刚构体系：

7、相当于配置体外索的连续刚构索（受拉）：为主梁提供弹性支承塔（受压为主）：承受索力8.3 斜拉桥设计简介二、计算方法概述分析方法一般简化为平面结构，采用杆系有限元计算直接采用空间杆系有限元方法考虑因素几何非线性中小跨度索的垂度效应P效应大跨度：大变形理论收缩、徐变、温度等引起的变形和内力重分布锚下局部应力计算: 局部应力分析三、风振问题及抗风措施措施梁的宽高比大于6迎风面做成流线形导流器、风嘴三角形索面效果最好密索体系的连续梁减小索距斜拉桥需进一步研究的问题 斜拉索的寿命(防腐、抗疲劳) 抗风设计(风洞试验) 抗震设计(塔、梁、索的振动特性差异大) 跨越能力的进一步提高悬索桥(吊桥)：指的是以通

8、过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。主要承重结构：缆索（含吊杆）、塔、锚碇8.4 悬索桥概述受力特点一、悬索桥的优缺点优点 可以使用比较少的材料来跨越比较长的距离。因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。 比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要。 缺点 柔度大，刚度小，易产生较大变形悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断 悬索桥不宜作为重型铁路桥梁 悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此塔架基础与地基要求很高。 二、悬索桥发展史古代悬索桥悬索桥是跨越能力最强的桥型之一，其雏形三千多年前已在我国出现。据记载，最迟在唐朝中期，我国就从

9、藤索、竹索发展到用铁索建造索桥，西方到16世纪开始建造索桥。至今尚保存下来的古代索桥有四川灌县的竹索桥和泸定县的大渡河铁索桥。我国古代索桥灌县的安澜竹索桥建于1803年，全长340余米，分8孔，最大跨径约61m，全桥由细竹蔑编粗五寸的24根竹索组成，其中桥面索和扶挡索各半。泸定铁索桥建于1706年，跨长约100m，宽约2.8m，由13条锚固于两岸的铁链组成.古代悬索桥-（活载挠度问题）1、美国悬索桥的发展20世纪30年代是美国修建大跨度悬索桥最兴旺的时期，在40年代停滞（风毁问题），60年代后修建悬索桥较少，但至今为止，拥有悬索桥最多的国家仍然是美国。1883年，第一座现代悬索桥，美国Broo

10、klyn桥，主跨486m1931年，第一座突破千米的悬索桥主跨1006米的纽约华盛顿桥1937年，主跨1280米的悬索桥，美国旧金山金门大桥落成1940年，美国华盛顿州 主跨853米的塔科马大桥，主梁高跨比1/350，在19m/s的风中遭到损毁，使得风振理论得到大幅度发展。二、悬索桥发展史布鲁克林大桥乔治华盛顿桥(1931年，1066.8m)金门大桥1937年建成，主跨1280.2米（343.9+1280.2+343.9），加劲梁高7.6米，公路面宽18米，两边各设3.3米的人行道，桥塔高228米。旧塔克马桥风毁 塔科玛桥(公路桥)(板梁，2车道，加劲梁宽11m，宽跨比1:77。加劲梁采用钢板

11、梁，梁高2.4m，梁高与跨度之比1:350。)新塔克马桥美国悬索桥的特点（1）主缆采用空中纺线法架设（2）加劲梁采用非连续的钢桁梁（3）桥塔多采用铆接或者栓接钢结构（4）吊索采用竖直的4股骑跨式（5）索夹分为左右两半，采用眼杆式拉杆（6）鞍座采用大型铸钢件2、欧洲悬索桥的发展欧洲各国在20世纪60年代，也开始大力修建大跨度悬索桥，其中最为闻名的是英国的塞文桥和恒比尔桥。1966年，英国塞文(Severn)桥，首创流线形箱梁桥面和混凝土桥塔，主跨988米的新型悬索桥。1981年，英国建成当时世界第一大桥恒比尔桥，1410米，斜吊索，扁平钢箱梁，混凝土索塔。塞文桥 主跨988米，扁平钢箱梁，梁高3

12、.0米，桥宽22.86米。箱梁两侧梁高的上三分点处各设有4.5米宽的伸臂人行道，吊杆在顺桥向的倾角为正30度，钢塔柱高121.92米，1966年建成。 恒比尔桥1981年建成，主跨1410米（280+1410+530），扁平钢箱梁，正交异性板桥面，桥宽28.5米，混凝土桥塔高155.5米。欧洲悬索桥的特点：（1）采用连续桁梁，并与主缆固结（2）英国多采用梭状扁平钢箱梁（3）采用混凝土桥塔（4）部分采用斜吊索（英国为代表）3、日本悬索桥的发展20世纪70年代日本就开始修建大跨度悬索桥，在其后的20年间，日本修建的大跨度悬索桥近十座，其中以1998年的明石海峡大桥（跨度1990m），创造了桥梁跨度

13、的世界之最。1973年，日本第一座现代悬索桥, 主跨712米的关门大桥1988年，日本南备赞悬索桥，主跨1100米，采用新型的预制平行钢丝索股代替传统的“空中纺缆法”编制主缆1998年，建成世界最大的悬索桥明石海峡大桥1991米（设计为1990米）南、北备赞濑户悬索桥南备赞濑户大桥主跨1100米，北备赞濑户大桥主跨990米，两桥宽30米，塔高109.40米，加劲桁梁高13米，1988年。 明石海峡大桥跨越日本神户和淡路岛之间的明石海峡1998年建成，位于日本本州与四国之间，主跨1991米，全长3910米，为三跨二铰双层加劲桁梁式吊桥，双向六车道，承受8.5级强烈地震设计，为目前世界上跨度最大的

14、悬索桥。 日本悬索桥与美、欧的不同（1）采用预制平行丝股法（2）焊接钢结构索塔（3）鞍座采用铸焊混合方式（4）较多采用公铁两用桥4、我国悬索桥的发展我国在改革开放后，相继建成了汕头海湾大桥（452米）、西陵长江大桥(主跨900米)、广东虎门大桥(主跨888米)、香港青马桥(主跨1377米)和江阴长江大桥（主跨1385m）。主跨452米的汕头海湾大桥采用预应力砼加劲梁，在世界同类桥中跨径排名第一。主缆：一般采用预制平行索股法架设；吊索：采用两端销接的竖向布置；索夹：采用上下两半，两侧采用高强螺栓连接；桥塔：多采用混凝土结构；加劲梁：多采用流线形扁平箱梁结构。润扬长江大桥 主跨1490米， 200

15、5年建成，为目前中国第一、世界第三，桥下最大通航净宽700米、最大通航净高50米，可通行5万吨级巴拿马货轮。青马大桥1997年，香港青马大桥, 主跨1377米, 当时最大跨度公铁二用悬索桥。江阴大桥江阴长江公路大桥，主跨1385m。柱高193m。三、悬索桥的流派美国式悬索桥：竖直吊杆、钢桁架加劲梁英国式悬索桥：斜吊杆、流线形扁平钢箱梁混合式悬索桥我国的悬索桥大多属于此类青 马 大 桥虎门大桥二十世纪世界悬索桥的总结在二十世纪中，由于材料(高强钢丝)、施工方法（AS空中送丝法和PPWS索股法）和计算理论的发展，使悬索桥朝低高度主梁、高强度材料和大跨径方向发展。高跨比小于1/150，跨度超过100

16、0米有十几座。欧洲采用了抗风性能好的薄壁箱形截面加劲梁，也逐渐在各国得到广泛应用。现代悬索桥跨径仍在不断增大，90年代后期建成的接近或者超过1500米的超大跨悬索桥有中国润扬长江大桥(主跨1490米)，丹麦大贝尔特大桥(主跨1624米)和日本明石海峡桥主跨1990米。 悬索桥未来发展展望（1）悬索桥向更长、更大、更柔的方向发展（2）新材料的开发和应用（3）在设计阶段采用计算机辅助设计手段（4）更加重视桥梁美学及环境保护四、悬索桥与斜拉桥的比较（1）结构受力方面悬索桥主要靠主缆承受荷载，并通过主缆将拉力传给锚固体系；加劲梁仅仅起到局部承受荷载、传递荷载的作用；采用地锚时，加劲梁中不受轴向力作用，

17、由加劲梁自重引起的恒载内力较小。斜拉桥由斜拉索与主梁共同承受荷载，斜拉索的纵桥向水平分力在主梁中引起较大的轴向力，恒载内力所占比重很大。悬索桥只有通过调整垂跨比才能改变主缆的恒载内力，而斜拉桥可直接通过张拉斜拉索就能调整索、梁的恒载内力。（2）材料方面（大跨度）悬索桥加劲梁多采用自重较轻的钢材。斜拉桥主梁材料可以是钢、混凝土或钢混凝土结合。（3）刚度方面悬索桥竖向刚度较小，且基本由主缆提供；调整其竖向刚度的方法主要靠调整主缆的恒载拉力。斜拉桥竖向刚度由斜拉索与主梁共同提供，相对于悬索桥而言，刚度可以较大；斜拉桥的主梁刚度对结构刚度的影响较大；改变斜拉桥的结构布置形式，可调整其竖向刚度。（4）施

18、工方面悬索桥施工顺序是锚碇、桥塔、主缆、吊索、加劲梁，施工需要的机械、技术和工艺相对较简单；结构的线形主要取决于主缆线型和吊杆长度，因而施工控制相对比较简单。斜拉桥在施工中将发生多次的结构体系转换，必须严格控制结构的线形和拉索索力，施工控制较复杂、技术难度相对较大。由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索、基础等构件构成的柔性悬吊组合体系。8.5 悬索桥的主要构件作用：柔性承重构件，不仅承担自重恒载，还承受活载和加劲梁(包括桥面)的恒载。布置形式：一般为平行的2 根，个别4根。材料：现代主缆都是用高强、冷拔、镀锌钢丝组成。先由数十到数百根5mm的钢丝制成索束(股), 再将数十至上百股索束挤压形成

19、主缆索,并做防锈蚀处理。一、主缆主缆索的制造架设方法AS法（空中编丝法） 在现场空中编缆，每根主缆索所含索束数较少30-90，但每根索束所含钢丝根数较多300-500；施工工期较长；单股锚固吨位大，锚固空间相对集中，所需锚碇面积较小。PPWS法（预制平行束股法） 在工厂先预制钢丝索束，然后在现场使用索束编缆；每根主缆索所含索束数较多100-300，每股索束所含钢丝根数61、91、127、169编成六边形；施工周期较短；所需锚碇面积较大；是现代较多采用的成缆法。主缆作用：提供桥面，承受车辆、行人及横向水平荷载。型式：桁架梁和扁平钢箱梁。桁架梁：应加强主梁和桥面车道部分的联系，并注意保证主梁及桥面构造横向通风良好。在双层桥面的适应性好箱形梁：应选择流线