任务14斜拉桥的概述

斜拉桥构造一、斜拉桥的的特点斜拉桥是由主梁、塔柱和和斜拉索三部分组成的的一种组合体体系结构。利利用由塔柱伸伸出的斜拉索索为钢筋混凝凝土主梁的弹弹性支承，以以代替中间支支墩，借以降降低主梁的截截面弯矩，减减轻自重，显显著得增大了跨越能能力。同时，斜拉拉索拉力的水水平分力对主主梁起着轴向向预应力作用用，可以增强强主梁的抗裂裂性能，节减减了主梁高强强钢材的用量量。从其力学特性性分析，与传传统的梁式桥桥比较，斜拉拉桥除斜拉索索的水平分力力所产生的轴轴向力影响外外，大体上具有弹性支承承连续梁的性性能；和悬索桥相相比，作用在在斜拉桥主梁梁上的荷载通常是由由锚固点直接接传给斜拉索索的；预应力混凝凝土斜拉桥更更能充分发挥挥材料的性能能；斜拉桥中中，因斜拉索索被张拉成直直线形状，不不发生大的位位移，故斜拉拉桥整体刚度要比比悬索桥大的的多。斜拉桥充分利利用斜拉索的的刚性，巧妙妙地将索与梁梁结合起来。。因此，斜拉桥这一桥桥式属于梁式式桥与悬索桥桥之间的大跨跨度桥梁，它可有效的的用于100—600m之间的跨度。。根据以上特点点，预应力混混凝土斜拉桥桥具有下列显显著的优越性：1．跨越能力大大；2．具有良好的的结构刚度和和抗风稳定性性；3．依靠斜拉索索的应力调整整，能设计的的很经济；4．结构轻巧，，适应性强；；5．利用斜拉索索，发挥无支支架施工的优优越性。二、斜拉桥的的总体布置（一）孔跨布布置1.双塔三跨式这是一种最常常见的斜拉桥桥孔跨布置方方式。由于它它的主跨跨径较大，一般可可适用于跨越较大的河河流。如下图图所示。主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关关系根据统计计资料为：钢斜拉桥：L1＝(0.40-0.45)L2；其他斜拉桥：L1＝(0.33——0.50)L2；一般接近于L1＝0.4L2。国内统计资料料显示：上海杨浦大桥桥(钢)：L2＝602m，L1＝243m，L1＝0.40L2；武汉长江二桥桥(混凝土)：L2＝400m，L1＝l80m，L1＝0.45L2；山东东营黄河河大桥(钢)：L2＝288m，L1＝136．5m，L1＝0.47L2；广西红水河铁铁路桥(混凝土)：L2＝96m，L1＝48m，L1＝0.5L2。解决较大应力力幅产生疲劳劳问题的办法法：使边跨伸出出一悬臂端(端支点内移)，由此对端支支点产生预压压，减小端支支点上抬倾向向，以减小端端锚索的应力力幅。如下图图所示的武汉长江二桥桥就是这样做的的。2.独塔双跨式这也是一种常常见的斜拉桥桥孔跨布置方方式，如下图图所示。由于于它的主孔跨跨径一般比双双塔三跨式的的主孔跨径小小，适用于跨越中小河流流和城市通道道。独塔双跨式斜斜拉桥的主跨跨径L2与边跨跨径L1之间的比例关关系一般为L1＝（0.5—0.8）L2，但多数接近近于L1＝0.66L2。国内资料统计计为：重庆石门桥(混凝土)：L2＝230m，L1＝200m，L1＝0.87L2；广东南海西樵樵桥(混凝土)：L2＝125m，L1＝110m，L1＝0.88L2；武汉汉水月湖湖桥(混凝土)：L2＝232m，L1＝138m，L1＝0.59L2；重庆石门嘉陵陵江桥武汉汉水月湖湖桥3.三塔四跨式和和多塔多跨式式斜拉桥很少采用三塔四跨式或或多塔多跨式式，因为中间塔顶没有端锚索来来有效地限制制它的变位。。因此，柔性结构的的斜拉桥或悬悬索桥采用多多塔多跨式将将使结构柔性性进一步增大大，随之而来来的是变形过大。三塔四跨式（（洞庭湖大桥桥）在必须采用多多塔多跨式斜斜拉桥时，可可将中间做成成刚性索塔，，或用拉索对对中间塔顶加加劲，如香港港汀九大桥。。三塔四跨式（（香港汀九大大桥）多塔多跨式（（MillauViaduct）（二）斜索布布置1.索面布置索面布置一般般有3种类型，即单索面、竖向向双索面和斜斜向双索面。单索面双双索面面斜斜向双双索面单索面（钱江江三桥）从力学角度来来看，采用单单索面时，拉拉索对抗扭不不起作用。因因此，主梁应应采用抗扭刚刚度较大的截截面。采用双双索面时，作作用于桥梁上上的扭矩可由由拉索的轴力力来抵抗，主主梁可采用较较小抗扭刚度度的截面。至至于斜向双索索面，它对桥桥面梁体抵抗抗风力扭振特特别有利。斜向双索面（（海口世纪大大桥）2.索面形状索面形状主要要有3种基本类型，，即放射形、扇形形和竖琴形。放射形竖竖琴形扇扇形形PASCO-KENNEWICK（放射形）竖琴形（西樵樵山桥）扇形（海印桥桥）根据力学观点点，以放射形较优优。原因是：(1)斜索与水平面面的平均交角角较大，斜索索垂直分力对对梁的支承效效果较大，而而对主梁产生生的轴力较小小；(2)因斜索的水平平分力在塔顶顶基本平衡，，塔的弯矩较较小。但放射射形的斜索集集中汇交于塔塔顶，塔顶构构造细节较为为复杂。反之之，竖琴形由于所有斜索索的倾角相同同，锚固点结结构可以单一一化，塔上锚锚固点的间距距大，对索塔塔的受力有利利。扇形布置则介于两两者之间，它它的斜索垂直直分力小于放放射形但大于于竖琴形，而而水平分力大大于放射形小小于竖琴形。。塔上锚固点点的间距也同同样介于放射射形和竖琴形形之间。3.索距的布置索距的布置，可以分为““稀索”与““密索”。现现代斜拉桥则则多为“密索索”密索优点如下：(1)索距小，主梁梁弯矩小；(2)索力较小，锚锚因点构造简简单；(3)锚固点附近应应力流变化小小，补强范围围小；(4)便于伸臂架设设；(5)易于换索。稀索密索（法国诺诺曼底大桥））（三）梁体布布置1.连续体系在斜拉桥的全全长范围内，，梁体布置成成连续的形式式，如图：连续的梁体（（湖北荆州长长江大桥）在某些场合下下，由于结构构受力的需要要，还可将梁梁体的连续延延伸至斜拉桥桥以外部分，，即斜拉桥的的梁体还与其其边跨或主跨跨以外部分的的引桥跨或其其他跨的梁体体相连。梁体连续的延延伸（日本AyunoseBridge）斜拉与连续混混合（招宝山山桥）2.非连续体系一是在斜拉桥桥主跨中央部部分插入一小小跨简支结构构。二是以““剪力铰”代代替简支结构构，这种剪力力铰的功能是是只传轴力、、剪力，不传传弯矩。3.主梁的的跨高高比主梁的的跨高比比是指主主跨L2与梁高高H的比值值。现现代密密索式式斜拉拉桥主主梁的的跨高高比一一般在在100—150之间。。至于于铁路路、公公铁两两用斜斜拉桥桥。特特别是是主梁梁为钢钢桁架架梁的的，其其主梁梁的跨跨高比比不足足30，如下下图的的芜湖湖长江江大桥桥。（四））索塔塔布置置1.塔架的的形式式单索面面斜拉拉桥和和双索索面斜斜拉桥桥索塔塔塔架架的纵纵向布布置形形式如如图所所示：：倒Y形（济济南黄黄河桥桥）图中的的(a)为单柱柱形，，(b)为双柱柱形，，(c)为门形形，(d)为H形，(f)为斜腿腿门式式，(h)为A形，(i)为倒V形，(j)为倒Y形；(k)为宝石石式。。双柱形形及门门形塔塔架的的面内内刚度度最小小，适适用于于中小小跨径径的斜斜拉桥桥。对对较大大跨径径的斜斜拉桥桥，从从改善善扭振振的角角度出出发，，一般般倾向向采用用A形的或或倒Y形的索索塔。。H形（东东营黄黄河桥桥）斜腿门门式（（天津津永和和桥））倒Y形（杨杨浦大大桥））2.塔的高高跨比比塔的高高跨比比范围围如下下图所所示。。索塔塔的适适宜高高度H要由经经济比比较来来决定定。H/l2=1/4～1/7H/l2=1/2.7～1/4.7（五））斜拉拉桥的的锚拉拉体系系一般来来说，，悬索索桥的的主缆缆多数数是地地锚体体系；；而斜斜拉桥桥的斜斜索则则相反反，多多数是是自锚锚体系系。自锚体体系斜斜拉桥桥的端端锚索索地锚式式斜拉拉桥地锚式式斜拉拉桥三、主主梁截截面（一））钢梁梁1.工字形形钢主主梁如下图图所示示，一一般采采用两两根工工字形形钢主主梁的的“双双主梁梁”布布置。。工字形形钢主主梁（（汀九九大桥桥）斜索下下端一一般直直接锚锚固在在钢主主梁上上，其其锚固固细节节如下下图所所示。。汀九大大桥的的锚固固2.钢箱梁梁截面面主梁梁钢箱梁梁截面面，可可以采采用相相当于于工字字形双双主梁梁的布布置方方式，，只是是将工工字形形钢梁梁换成成钢箱箱梁。。在现现代斜斜拉桥桥中，，钢主主梁更更多地地采用用整体体构造造的流流线型型扁平平钢箱箱梁。南京长长江二二桥钢钢箱梁梁截面面南京长长江三三桥钢钢箱梁梁截面面（钢钢箱梁梁）3.钢桁梁梁斜拉桥桥采用用钢桁桁梁，，主要要是由由于布布置双双层桥桥面的的需要要。在我国国，有有两座座著名名的公公铁两两用钢钢桁梁梁斜拉拉桥，，分别别是芜芜湖长长江大大桥和和武汉汉天兴兴洲长长江大大桥。。芜湖长长江大大桥武汉天天兴洲洲长江江大桥桥4.单索面面斜拉拉桥中中的钢钢梁截截面由于单单索面面斜拉拉桥的的斜索索对桥桥梁抗抗扭不不起作作用，，因此此一般般都采采用抗抗扭刚刚度较较大的的整体体构造造的箱箱梁。。湄南河河桥单单索面面桥钢钢梁截截面单单位（（mm）（二））混凝凝土梁梁1.实体边边主梁梁和板板式梁梁实体边边主梁梁是混混凝土土斜拉拉桥中中比较较简单单的一一种截截面形形式。。下图图所示示为宜宜宾中中坝金金沙江江大桥桥的主主梁形形式，，采用用双主主肋加加小纵纵肋型型式，，与横横隔梁梁一起起形成成正交交异型型混凝凝土板板，有有效减减小剪剪力滞滞效应应。实体边边主梁梁和板板式梁梁的截截面形形式，，具有有在结结构上上有效效和施施工简简便的的优点点。2.箱形截截面混凝土土斜拉拉桥主主梁采采用箱箱形截截面，，在现现代斜斜拉桥桥中是是经常常采用用的截截面形形式。。这是是因为为它的的抗弯弯和抗抗扭刚刚度大大，能能适应应稀索索、密密索、、单索索面或或双索索面等等不同同斜索索布置置；其其组合合截面面，也也可以以方便便地形形成封封闭式式的单单箱形形式或或分离离式的的双箱箱形式式，以以适应应不同同桥宽宽的需需要；；截面面的组组合构构造，，也可可以部部分预预制、、部分分现场场灌筑筑，为为桥梁梁施工工方案案提供供更多多选择择单索索面布布置的的箱形形截面面。在双索索面混混凝土土斜拉拉桥中中，箱箱形截截面的的主梁梁常以以分离离式的的两个个箱体体各自自锚固固于斜斜索，，两箱箱之间间则以以横梁梁和桥桥面板板连结结。双双箱梁梁的典典型截截面为为倒梯梯形，，如下图图所示示济南南黄河河桥和和武汉汉长江江二桥桥：：泸州泰泰安长长江大大桥的的单箱箱三室室截面面与分分段现现浇施施工方方案（（单位位cm）泸州泰泰安长长江大大桥主主桥跨跨度208+270+35+30m，PC单箱三三室箱箱梁，，PC索塔，，不对对称独独塔双双索面面斜拉拉桥。。单箱箱三室室流线线形梁梁段，，梁宽宽29.5m，梁高高3m。顶板板厚40~20cm，底板板厚70~25cm，腹板板厚50~25cm，斜腹腹板厚厚23cm，斜拉拉索外外侧设设宽度度2.4m的人行行道悬悬臂。。梁顶顶设2%双向桥桥面横横坡。。主梁梁截面面宽高高比B/h=9.833:1，高跨跨比h/L=1/90，跨宽宽比L/B=9.153:1。黑龙江江省绥绥芬河河市新新华街街立交交桥的的主桥桥为100m+100m双孔独独塔单单索面面斜拉拉桥，，跨越越绥芬芬河铁铁路站站场。。主梁梁横断断面为为全预预应力力混凝凝土单单箱三三室。。梁底底平齐齐，梁梁高由由外至至内1.8m～1.92m。梁顶顶宽23.5m，底宽宽11.5m，两侧侧悬臂臂各长长3.0m,外腹板板倾斜斜。混凝土土单箱箱三室室（绥绥芬河河市新新华街街立交交桥的的主桥桥单单位：：m）（三））结合合梁结合梁梁斜拉拉桥是是指钢钢主梁梁的上上翼缘缘与设设置其其上的的混凝凝土桥桥面板板之间间用剪剪力键键结合合共同同受力力的梁梁体结结构。。结合合梁一一般只只适用用于双双索面面斜拉拉桥。。结合合梁斜斜拉桥桥在80年代后后才得得到发发展。。其代代表作作首推推加拿拿大的的安那那西斯斯(Annacis)桥其结结合梁梁主梁梁截面面如图图所示示。（四））混合合梁混合梁梁斜拉拉桥是是指其其主跨跨为钢钢梁而而边跨跨为混混凝土土梁的的斜拉拉桥。。钢梁梁与混混凝土土梁的的连接接点一一般设设在索索塔附附近，，可以以在边边跨侧侧，也也可以以在主主跨侧侧。斜斜拉桥桥边跨跨采用用混凝凝土梁梁的构构思，，是取取其梁梁的自自重大大，有有利于于边跨跨发挥挥其锚锚固跨跨的作作用。。混凝土土梁与与钢梁梁的连连接点点选择择在索索塔附附近，，原因因是该该处梁梁的弯弯矩最最小，，梁的的轴力力为最最大。。对混混凝土土梁与与钢梁梁连接接的细细节构构造而而言，，传递递轴力力的构构造要要比传传递弯弯矩的的构造造容易易处理理得多多。1994年底法法国建建成的的诺曼曼底大大桥是是混合合梁斜斜拉桥桥，主主孔跨跨度为为856m。诺曼底底大桥桥主梁梁截面面（单单位m）诺曼底底大桥桥主梁梁截面面（五））斜拉拉桥三三种主主梁截截面形形式的的比较较斜拉桥桥的三三种主主梁截截面，，即钢钢梁、、混凝凝土梁梁和结结合梁梁，其其各自自的特特点可可以通通过下下表来来说明明。表表中混混凝土土斜拉拉桥与与钢斜斜拉桥桥、结结合梁梁斜拉拉桥的的比较较(表中的的A、B、C、D表示优优劣等等级)。项目钢斜拉桥结合梁斜拉桥混凝土斜拉桥性能要求预制拼装就地浇注恒载ABCC减轻桥梁自重质量CBAA空气动力质量材料阻尼CBAA改善空气动力徐变ABCD尺寸线形的稳定性收缩ABCD尺寸线形的稳定性耐久性CBAA最佳耐久性改造的难易ABCC易于改造施工的难易BACD易于施工路面造价BAAA降低路面的造价斜索的连结CBAA连结的难易斜索疲劳CBAA降低活载恒载比值基本造价CABB与跨度及地区有关四、、斜斜索索（一一））斜斜索索的的构构造造在近近代代大大跨跨度度斜斜拉拉桥桥中中，，斜斜索索的的构构造造基基本本上上分分为为整整体体安安装装的的斜斜索索和和分分散散安安装装的的斜斜索索两两大大类类。。前前者者的的代代表表为为平平行行钢钢丝丝索索和和冷冷铸铸锚锚，，后后者者的的代代表表为为平平行行钢钢绞绞线线索索和和夹夹片片锚锚。。1.平行行钢钢丝丝索索和和冷冷铸铸锚锚平行行钢钢丝丝索索的的截截面面组组成成和和冷冷铸铸锚锚如如图图所所示示：：平行行纲纲丝丝索索和和冷冷铸铸锚锚的的斜斜索索，，整整体体在在工工厂厂制制造造。。平平行行钢钢丝丝索索由由φ5mm或φ7mm高强度镀镀锌钢丝丝(抗拉强度度σb＝1600MPa左右)组成，一一般排列列成六角角形。平行钢丝丝索和冷冷铸锚，，以其性性能可靠靠(承载能力力、疲劳劳强度和和防腐措措施)从70年代在欧欧洲和日日本始用用起至今今已被广广泛使用用。由于运输输需求，，钢索必必须盘绕绕在圆筒筒上，为为避免索索的钢丝丝产生过过高的弯弯曲应力力和外包包PE套被撕裂裂，一般般规定圆圆筒直径径不小于于索径的的20-25倍。2.平行钢绞绞线索和和夹片锚锚平行钢绞绞线索截截面组成成和夹片片锚如图图所示。。将平行行纲丝索索中的钢钢丝换成成等截面面的钢绞绞线即成成为平行行纲绞线线索。平行钢绞绞线索和和夹片锚锚对平行钢钢绞线索索和夹片片锚体系系，需要要注意的的问题是是：(1)夹片锚的的疲劳强强度；(2)夹片和锚锚孔之间间的圆锥锥度配合合要精确确，否则则咬合力力将集中中在夹片片小端形形成“切切口效应应”，成成为疲劳劳破坏之之源；(3)对夹片应应设置防防松脱装装置，否否则在较较小索力力(小于0.25)下受振动动荷载时时，夹片片可因咬咬合力不不足而松松脱导致致事故；；(4)钢绞线进进入锚管管内有两两处转折折，一在在钢绞线线散开的的约束圈圈处；二二在钢绞绞线进入入锚孔处处。在第第二个转转折处，，亦为拉拉索的锚锚固点，，存在着着固端挠挠矩。由由于轴向向索应力力和挠曲曲应力的的叠加，，该处产产生最大大的应力力幅。为为分散应应力幅，，需在锚锚管内加加设一““支承圈圈”。（二）斜斜索的锚锚固1.斜索在主主梁上的的锚固斜索在主主梁上的的锚固，，可以分分为“吊吊拉”和和“承托托”两种种形式。。在工字字形主梁梁上，大大都采用用“吊拉拉”型式式，如下下图所示示：在混凝土土主梁上上，都采采用“承承托”型型式，如如下图所所示：斜索在混混凝土主主梁上的的锚固2.斜索在索索塔上的的锚固(1)斜索在实实体塔柱柱上的交交错锚固固，如图图所示：：(2)斜索在空空心塔柱柱上的非非交错锚锚固，如如下图所所示：空心塔柱柱非交错错锚固（（兰州小小西湖桥桥）(3)采用钢锚锚固梁锚锚固，如如图所示示苏通大大桥的钢钢锚箱结结构图：：（三）斜斜索防腐腐斜索防腐腐是斜拉拉桥设计计的重要要课题。。在现代斜斜拉桥所所广泛采采用的两两种斜索索—平行钢丝丝索和冷冷铸锚、、平行钢钢绞线索索和夹片片锚中，，斜索防防腐的典典型措施施是这样样的：平行钢丝丝索和冷冷铸锚镀镀锌钢丝丝为挤高高密度PE套所防护护，裸索索埋于冷冷铸锚的的环氧树树脂混合合料中。。钢丝受受到镀锌锌层和高高性能PE套的保护护。平行钢绞绞线索和和夹片锚锚镀镀锌钢绞绞线涂以以油(或蜡)层后，用用双层PE套防护并并将整索索平行钢钢绞线索索和夹片片锚镀镀锌钢钢绞线涂涂以油(或蜡)层后，用用双层PE套防护并并将整索索。弯于PE套内，套套内灌以以水泥砂