大跨度桥梁与城市桥梁之梁的构造

第6讲西南交大土木工程学院桥梁系

沈锐利第三章

基本结构构造3.1概述上一讲缆索系统：主缆、斜拉索、吊索、缆索的锚头、主缆防腐2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利3.3

梁的构造3.3.1

混凝土梁3.3.1.1

双索面体系梁截面形式

梁是缆索承载桥梁直接承受或者传递桥面车辆、人群等活载的构件。其形式很灵活，可采用混凝土梁、钢梁、结合梁、混合梁等。在中小跨度桥中，采用混凝土结构作为主梁的桥比较多；在大跨度桥中，采用钢梁、或中跨采用钢梁边跨采用混凝土梁的混合梁结构也比较常见。

由于混凝土梁较重，尽管本节介绍的各种混凝土梁截面形式也可以作为地锚式悬索桥的加劲梁截面形式，但是不经济。因此除非特别说明，本小节介绍的梁截面均为斜拉桥或自锚式悬索桥用梁结构。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

实体双主梁实体双主梁是比较简单的一种截面形式，主梁较重，刚度较大，适用于斜拉桥或自锚式悬索桥。采用实体双主梁形式的截面时，拉索锚固点可以设在主梁中线处，也可以设在伸臂横梁的端部。前者索面位于人行道内侧附近，后者则位于人行道栏杆之外，并要设计专用的锚固块。采用边主梁形式时，索面一般在人行道或行车道栏杆之外。荆州长江大桥的主梁截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利上图是荆州长江大桥（斜拉桥）的截面形式，是国内这类边主梁截面的代表。在两根低高度边主梁的截面外侧可带有风嘴尖角，以适应较大跨度桥梁的抗风要求，斜拉索直接锚固在两根主梁的下面。双主梁截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利成都二环路的清水河桥，主梁是实体双主梁。吊索锚固在横梁上2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

板式边主梁近年来主梁的跨高比一再增大，也就是主梁的高度相对地一再减小。因此，从一般双主梁或边主梁的截面形式逐渐演变成板式边主梁的截面形式。所谓板式边主梁是指主梁位于两边，且梁高相对于桥宽来说又是很小；但2根边主梁之间仍有混凝土桥面板及横梁连接，横梁底与主梁平齐，形成底部挖有一个个空槽的板式梁体。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利德国Leonhardt教授认为，斜拉桥跨径直到200m左右，薄板截面梁应该是最佳选择，板厚在跨中处只取决于横向弯矩，在边缘处取决于索距，近桥塔处为满足轴向压力的要求，可适当增加厚度。当桥宽更大，比如大于20m，具有薄桥面加T形横隔梁的梁板式截面可能更经济。丹麦GreatBelt海峡桥方案(西德，1967)2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利瑞士Diepoldsau的莱茵河斜拉桥（1983）希腊的Evripos桥及主梁横断面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利此类截面形式，对于梁刚度要求小，仅为传递桥面荷载的悬索桥加劲梁也是可以采用的。国内贵州贵毕公路主跨为338m的西溪大桥、主跨278m的落脚河大桥、镇宁至水城公路主跨为283m的阿志河大桥、关兴公路主跨为388m的北盘江大桥，是小跨度的悬索桥，其加劲梁均采用了预应力混凝土板式边主梁形式。其中落脚河、西溪和阿志河桥的加劲梁均采用形状相似的鱼腹式板梁结构，板梁全宽分别为14.5m和15m，中间厚0.6m，两侧厚0.4m，吊点处向两侧外伸各0.85m，并局部加厚至0.6m。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主跨为268m的单跨双铰预应力混凝土板梁悬索桥，桥面宽12.8m，2车道。该桥针对贵州山区运输条件差、石料丰富与桥面相对较窄的特点，选用预应力混凝土板梁作为加劲梁，取得了较好的经济技术效应。2000年建成通车。落脚河、西溪桥板梁截面（单位：cm)2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主跨为338m的单跨双铰预应力混凝土板梁悬索桥，桥面宽12.8m，2车道。阿志河桥板梁截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利北盘江桥因跨度略大，考虑抗风要求，有意加大板梁的抗扭刚度，将板梁截面设计成小哑铃形。截面全宽14.4m，中间厚0.56m，两侧最薄处0.45m，吊点处厚0.95m。北盘江桥板梁截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

双箱梁双箱梁可以采用带竖腹板的矩形箱梁截面，也可采用外侧为斜腹板、内侧为竖腹板的倒梯形或三角形箱梁截面。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利在混凝土双箱梁截面的发展演化过程中，P—K桥首次采用三角形双箱梁，在它之后有不少桥仿照采用。有些混凝土梁的自锚式悬索桥也采用类似的箱型双主梁形式截面。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

单箱梁混凝土单室单箱梁截面仅适用于桥面宽度较小的桥梁。许多桥梁，即使桥面宽度不大，但仍采用双室单箱截面、甚至单箱多室截面。单箱三室梁结构2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利在双箱梁截面的内侧竖腹板之间加上封口的底板即成为三室箱梁截面。双索面混凝土斜拉桥用三室箱梁的实例非常之多，因为它可适应较宽的截面。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利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开，使中室大于边室，以期取得较大的截面横向惯性矩值，而对于单索面应尽量靠拢，借以方便将斜索锚固在较窄的中室内。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利把下图(c)的中间两腹板并拢，就可以形成三角形的箱梁。三角形截面在结构上是稳定体系，在经济上可将箱梁的底板压缩到几乎为零，在美学、抗风上都有优势，既可用于单索面，也可用于双索面。挪威的Skarnsundet桥横截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利加拿大Hudson

Hope桥立面

(m)加拿大Hudson

Hope桥加劲梁横断面

(m)2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利我国1995年12月28日建成了世界上最大跨度的大型预应力混凝土悬索桥汕头海湾大桥，其加劲梁为薄壁单箱三室橄榄形截面，箱梁中央高2.20m，两侧高0.96m。梁顶宽24.2m，为2%横坡面。梁底宽24.72m，呈半径76.88m的弧面。两侧面为辐向倾斜，意在有利于导风。在吊索锚固的位置，梁向两侧伸出厚1.05m的吊耳。吊耳在平面上为梯形，两侧吊耳通过设立的主横梁的联系而形成主梁在横向的传力系统，在该处的主梁宽为26.2m。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利3.3.1.2

单索面体系梁结构

单索面体系混凝土梁必须采用抗扭刚度较大的箱形截面单室箱梁主跨320m法国勃鲁东(Brotonne)桥及主跨365.8m的美国日照高架(SunshineSkyway)桥，采用了单室单箱截面，是单索面混疑土斜拉桥所用的非常典型的一种形式的截面。两桥的箱梁高度分别为3.8m与4.3m，梁宽分别为19.2m与29.0m。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利箱室内部设置一组八字形加劲斜杆，用以传递单索面的索力。加劲斜杆的设置纵向间距为索间距的一半。桥面中线处分别设3.2m与3.8m宽的索面保护带，同时兼作上下行车道的分隔带用。两桥为同一公司(FiggandMoiler

Eng．Inc)设计的姐妹作，它们早成为世界单索面混凝土斜拉桥的标准截面形式之一。墨西哥柯察科尔考斯(Coatzacoalcos)桥的梁体截面也是同一类型。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利如果将上述截面中单根的斜撑杆改为通长的斜腹板，则变为形式上相似，但实际为单箱三个三角形内室的截面。安徽黄山太平湖桥的主梁截面（单位：cm）2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利三室箱梁将勃鲁东桥和日照高架桥的主梁截面中的八字斜杆加劲体系改为2道竖腹板则变成三室箱梁截面。这种用于单索面桥的三室箱梁截面，其中间箱室一般较小(竖腹板靠近桥轴中线)，以便有效地就近利用竖腹板分散单索面的索力。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

准三角形混凝三室箱梁将一般的倒梯形三室箱梁截面稍作改变，即缩减箱底宽度，增加斜腹板的水平投影宽度与桥面板伸臂长度，同时将箱内的2个竖腹板尽可能靠近，这样就形成准三角形的三室箱梁截面。利用2个竖腹板之间的较窄的中间箱室，可以有效地锚固单索面的斜索。淇澳岛大桥的准三角形箱梁截面夷陵长江大桥的梁截面形式2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

双箱横联截面单索面混凝土斜拉桥采用双箱截面的实例甚少。这主要是在双箱之间的柔弱区不易布置斜索锚固细节。主跨192m的美国詹姆斯河桥在2个倒梯形箱梁之间用三角形构架来作横向连结，成功地在此三角形构架处布置斜索锚固点。下图即为该桥的梁体截面。除了上述两箱之间的三角形构架之外，在两个箱梁中还增设单向加劲斜杆，借此与三角形构架连结成一个遍及桥面全宽(伸臂板部分除外)的横向主桁架，使索力分布到梁体的全宽。詹姆斯河桥的双箱横联截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

三角形箱梁下图为主跨148m的法国伊泽尔河桥的单索面三角形混凝土双室箱梁截面。单索面每道斜索的左右两股钢索在中间竖腹板的两旁通过箱室锚固在箱梁底下。斜索锚固点处设有承载横隔梁。它们将箱梁上的荷载以双向伸臂梁的形式传递到斜索上去。三角形承载横隔梁的弯矩分布与梁高变化都是匹配的，所以在力学上也是很合理的。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利3.3.2

钢箱梁3.3.2.1

钢箱梁的基本组成流线形钢箱梁截面轮廓形式基本采用扁平箱形构造，设计时考虑抗风稳定性，对两侧腹板倾斜方式和风嘴的构造各不相同，顶板通常按横向坡度要求设置，底板多采用平底构造形式。采用钢箱梁，桥面为正交异性板，两边设置风嘴，这种梁用得越来越广泛，其优点是整体性好、材料用量比较省，密封的箱梁内部便于采用抽湿机等进行长期的防护；带有风嘴的流线型箱梁，使结构整体的抗风性能得以大幅度提高，能满足大跨度和特大跨度桥梁的抗风要求。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利钢箱加劲梁参考板厚mm厚度（

）

构件mm构件顶板厚度（

）12~16810~16612~1610~1220~40——横隔板U顶板

肋横隔板上加劲肋纵腹板底板U底板

肋——2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

翼缘板在扁平钢箱式加劲梁中，上翼缘板同时起着如下四方面作用：(1)

作为桥面板，将荷载传给腹板；(2)

在对称竖向荷载作用下，作为加劲梁的上翼缘，承受弯曲力矩；(3)

在偏心竖向荷载作用下，作为钢箱梁截面的组成部分，抵抗弯曲和扭转；(4)

在横向水平荷载作用下，作为平纵联传递横向水平力。而对于下翼缘板，其作用则包括上述(2)、(3)﹑(4)等三项。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利顶板U肋顶板底板U肋底板横隔板腹板2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

翼缘板构造形式为便于制造及运输，钢箱加劲梁的底板常采用平底式，其纵向加劲肋可根据具体施工条件采用开口式或闭口式，两种形式均较易满足受力要求。开口肋通常采用L形或球头扁钢，闭口肋则常采用U肋。开口型闭口型2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

横隔板作用(1)

对桥面板及其纵向加劲肋起分跨和支承作用，并由此将桥面所受竖向力转移至缆索；(2)

将箱梁上下翼缘连为整体，提高了顶底板的屈曲稳定性和箱梁抗扭畸变性能；(3)

可兼做工厂制造的内胎模架，便于组拼制造。形式横膈板可设计成肋式、空腹桁架式或实腹板式。a)肋式；

b)桁架式；

c)实腹式2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利桁架式横隔板可以减轻梁重、节省钢材，能增大箱内透空率，便于今后维护和抽湿防腐，并为工地焊接提供较好的通风条件。但该种横隔板刚度小，竖向变形大，箱梁整体抗扭性能差，构造比较复杂。实腹式横隔板是目前斜拉桥普遍采用的形式，工艺成熟，构造简单，竖向刚度较大，箱梁的抗扭性能较好，但用钢量大，透空率小，施工和维护条件稍差。现代悬索桥多用后两种形式的横隔板，但位于吊点处的主横隔板多采用实腹式。实腹式横隔板常须设置检修过人孔、通风换气孔和各种过桥管线孔。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利间距横隔板顺桥向的布置间距是由桥面板的纵肋跨度要求决定的，主要由轮重荷载作用下桥面板及其纵肋的局部挠曲容许变形控制。间距太小则增加梁重；间距太大则桥面板局部变形大，对铺装不利。桥面板采用开口肋时，横隔板间距取值为1.2~2.0m；桥面板采用闭口肋时，横隔板间距取值为2.0~4.5m，国内早期取的偏大一些，如虎门大桥取4m，后面建的桥一般取3m左右。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利横隔板与纵肋之间的连接考虑疲劳，纵肋在横隔板处连续穿过，横隔板上开孔及焊接方式如下图所示。横隔板与开口纵肋间的连接横隔板与闭口纵肋间的连接2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

纵隔板纵隔板的设置可以提高主梁的有效宽度，加强整体性。纵隔板形式可以考虑实腹式和桁架式两种类型。很多斜拉桥只在局部区域设置或不设置纵隔板，说明纵隔板并不是必须存在的。从斜拉桥受力来看，纵隔板作用没有横隔板重要，对其构造要求也没有横隔板严格。但对于较宽的主梁全桥设置纵隔板对结构受力和加工是必要的。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利苏通大桥比选了桁架式和实腹式纵隔板形式，由于横隔板采用了实腹式，为提高箱内的透空率，便于将来维护，并为工地焊接提供良好的通风条件，纵隔板采用桁架式较好；虽然箱梁纵隔板采用实腹式整体性更好，但箱内通风性能太差，且桥面板横向刚度变化较大，对铺装不利；对实腹式纵隔板和桁架式纵隔板的有限元分析结果表明，两种纵隔板均能满足受力要求。苏通大桥最终采用了桁架式纵隔板。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利根据悬索桥受力特性，作用于桥面的竖向荷载每隔一定距离就通过吊索传递给主缆，因而加劲梁承受的竖向剪力比一般梁式桥要小得多，故加劲梁并不需要有通长的强大腹板来发挥作用。许多已建的扁平箱梁均未设竖直的纵向腹板，仅根据导风要求在箱体两侧设倾斜的风嘴状侧腹板。腹板构造可根据局部稳定要求设置开口式加劲肋。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利斜拉桥因为需要锚固斜拉索导致外腹板采用较厚的尺寸以减小局部应力集中的影响。苏通大桥外腹板除局部加强处外均采用30mm，加劲肋采用扁钢截面形式，其尺寸为220×20mm。传统的箱梁或板梁腹板是以承受弯矩、剪力为主，而斜拉桥的扁平钢箱梁外腹板是以承受压力为主的构件。另外加劲肋与传统以受弯剪为主的箱梁(板梁)中加劲肋所起作用亦不相同，后者主要起增加板件的稳定性，而前者还要同时承受巨大的轴向压力作用。从目前建成的或设计中的同类桥梁中，其扁平钢箱梁锚固拉索纵腹板的构造形式基本相同，均由于局部应力问题腹板采用较厚板，加劲肋大多采用相对腹板较弱的扁钢加劲。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

截面形式钢箱梁可采用单箱钢箱梁或分体式钢箱梁。每个箱内又可根据受力需要划分为多个格室。分体式钢箱梁的箱梁之间应设置横向连接梁，横向连接梁可采用箱梁、工字梁等形式。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利3.3.2.2

双索面的断面形式

单室单箱钢梁单室单箱钢梁用于斜拉桥时一般两侧带有伸臂桥面板，但也有基本上不带伸臂桥面板的四边形或六边形钢箱梁的实例。(1)

矩形(竖腹板)钢箱梁瑞典焦恩(Tjorn)桥的矩形钢箱梁截面。箱室的顶板、底板、竖腹板与伸臂桥面板均带有纵横向加劲构件。箱室内设有加劲斜杆，它与钢箱形成横向构架，代替横隔板作为截面连结系。焦恩(Tjorn)桥的梁体断面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利(2)

倒梯形(斜腹板)钢箱梁原联邦德国主跨325

m的科尔勃兰特(Kohlbrand)桥的倒梯形钢箱梁截面，斜向加劲杆设在箱梁的外侧。科尔勃兰特桥的梁体截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利(3)

无伸臂桥面板的单室钢箱梁主跨404m的法国圣•纳泽尔(St．Nazaire)桥的钢箱梁截面，钢箱顶板、底板及上下斜腹板均带有纵横向加劲肋。箱内设有带人孔的横隔板，横隔板上密布有竖向加劲肋。钢箱梁实际上是六边形，利用两侧上部的斜腹板锚固斜索。圣•纳泽尔桥的钢箱梁截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主跨280m的韩国突山大桥的钢箱梁截面布置形式基本上与法国圣•纳泽尔(St．Nazaire)桥相同。韩国珍岛桥的主跨为344m，大于突山大桥的280m，但它的钢箱梁截面与突山大桥几乎完全相同。单室单箱钢梁截面的桥面宽度一般较小，均未超过20m。突山大桥的钢箱梁截面珍岛桥的梁体截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利双室单箱钢梁(1)

矩形(竖腹板)钢箱梁采用2个矩形钢箱梁的代表实例有我国东营黄河大桥(主跨288m)和日本大黑大桥(主跨165.38m)。基本布置都是在2个箱梁内或设置带人孔的横隔板，或设置斜杆式横向连结系。东营黄河大桥的梁体截面大黑大桥的梁体截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利采用这种截面形式的斜拉桥尚有日本的弥荣桥(主跨240m)、主跨301.7m的德国塞弗林(Severin)桥和主跨287m的德国库尔特•舒马赫(Kurt—Schumacher)桥等。由于钢梁制造技术水平的提高，最近采用竖腹板的钢箱梁已较少，绝大多数已由斜腹板钢箱梁来替代。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利(2)

倒梯形(斜腹板)钢箱梁主跨372.5m的美国路林(Luling)桥的双钢箱梁的全截面由两个倒梯形钢箱梁组成，两箱之间设有钢桥面板与钢横梁。钢横梁贯穿箱梁上部并向箱梁外侧伸臂而出。箱内由加劲斜杆组成横向连结系。钢桥面板为正交异性构件。为了提高抗风性能，箱梁外侧安装有整流板(仅主跨有)路林桥的梁体截面采用这种截面形式的还有日本的生口桥等，所不同的是钢箱内侧腹板改为竖直的。从以上几个桥例可看出，采用2个单室单箱钢梁的截面，桥宽一般均可以超过20m。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

多室钢箱梁及流线型扁平钢箱梁下图为主跨405m的日本名港西大桥的六边形三室钢箱梁截面。箱梁的顶板、底板及斜底板均为正交异性构件。内外共设4片竖腹板。箱外两侧带有三角形风嘴。箱内中室采用3组人字形加劲斜杆作横向连结系，边室则利用横向与竖向加劲肋作横隔板，并开有三角形人孔。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利下图为主跨606m的我国福州青洲路闽江大桥的扁平多室钢箱梁截面(设计方案，实施方案采用的是结合梁主梁)。箱外两侧带有三角形风嘴。中间箱室设多组人字形加劲斜杆，形成横向连结系桁架主跨350m的日本天保山大桥，标准桥宽部分为4室，加宽部分为6室；箱梁两外侧带有水平分流板与三角形风嘴。天保山大桥多室箱型截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利下图为主跨856m的法国诺曼底大桥钢箱梁部分的梁体截面。六角形扁平箱梁内部不设腹板，只有密布的横隔板加劲。横隔板的中部开有三角形人孔。箱梁两侧略带倾斜的厚腹板延伸到桥面以上，供斜索锚固用。诺曼底大桥钢箱梁部分的梁体截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利我国近些年在斜拉桥建设中，也大量地采用钢箱梁截面，如南京长江二桥﹑武汉白沙洲长江大桥﹑武汉军山长江大桥、宁波舟山桃夭门大桥、苏通长江大桥等。采用钢箱梁，桥面为正交异性板，两边设置风嘴，这种斜拉桥主梁在大跨度斜拉桥中用得越来越广泛，其优点是整体性好、材料用量比较省，密封的箱梁内部便于采用抽湿机等进行长期的防护；带有风嘴的流线型箱梁，使结构整体的抗风性能得以大幅度提高，能满足大跨度和特大跨度斜拉桥的抗风要求。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利为进一步提高结构的抗风稳定性，将桥面中间开槽，形成中间透风的分离式钢箱梁结构，在斜拉桥中也已有不少应用的例子。下图为上海长江大桥的主梁截面型式。该桥索塔在横桥向为“人”字形，在桥面以上顺桥向和横桥向都是单柱，但是其斜拉索面为双索面。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利3.3.2.3

单索面用的钢梁由于单索面对桥梁抗扭起不了作用，因此一般都采用抗扭刚度较大的箱梁。无论是单室或多室，既有矩形箱梁，也有倒梯形箱梁。从发展趋势来看，以倒梯形箱梁为主。从文献资料中可以找到的国外多座单索面钢斜拉桥中，绝大多数都采用单室或多室钢箱梁，只有4座桥例外，它们的梁体截面分别采用：6片工字形钢板梁(荷兰主跨180

m的Galeeopper桥)、外侧两片工字形钢板梁+中间一个矩形钢箱梁(主跨171.9m的德国

Noderelbe桥及主跨160m的日本荒川大桥)以及两个矩形钢梁(主跨161.4m的法国Paris—Massena桥)。这4座桥的共同点是在结构上以梁为主，斜索只有1—2道，仅起加劲作用，在斜索锚固点处设有强大的横向传力构件。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利(1)矩形钢箱梁单室钢箱梁的桥宽比较小，而双室、及三室钢箱梁的桥宽可以超过30m。无论是单室或多室，在箱室内都设置斜杆式横向连结系。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利(2)

倒梯形钢箱梁(a)为主跨290m的丹麦法罗(FarФ)桥，(b)为主跨250m的日本末广大桥，(c)为主跨450

m的泰国湄南河桥。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利采用单室钢箱梁的法罗桥和末广桥的主跨均小于300m，桥宽都在20m左右。采用多室钢箱梁的湄南河桥与鹤见桥的主跨均在400m以上，桥宽也相应达30m以上。后两桥名义上虽是三室钢箱梁，但实际上是五室钢箱梁。位于桥中线处的一个窄室专供单索面斜索的锚固用。其他箱室内或设横隔板，或设斜杆式横向连结系。无论是单索面或双索面，对宽度较大的扁平钢箱梁来说，可以作成无中间腹板的单室箱梁，也可以作成有中间腹板的多室箱梁。对单室箱梁要设置较强的横向传力构件。但从增加翼板的有效计算宽度以及便于将截面横向分块来进行组拼、架设、安装等方面来考虑，采用设置合宜数量的中间竖腹板的多室箱梁有一定的好处。对单索面斜拉桥来说，为了有利于锚固斜索，在桥中线处设置窄箱室也是很有必要的。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利3.3.2.4

多索面—断面形式实例多索面斜拉桥与普通单索面、双索面斜拉桥相比较，除了具有普通斜拉桥所具有的简洁的形态、明确的力感、强烈的现代感之外，其独特的空间索面结构、异型塔柱的矗立更加完美的展现了斜拉桥的独特之处。营口青龙山公园2号桥为非对称异型塔柱多索面斜拉桥，为了平衡非对称结构的内力，主跨主梁选用混凝土箱梁，边跨主梁选用混凝土实体结构。由于桥塔承受6个方向上拉索的拉力，拉索锚固部分主塔采用钢结构，其余塔柱采用实体混凝土结构。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主塔下塔柱范围内主梁为加大截面，三个塔柱和桥梁主墩之间设有横系梁，横系梁交于塔下的主墩上，在主跨侧桥台上设有两个盆式橡胶支座，塔下的主墩上和桥塔横系梁上的支座也采用盆式支座，边跨两个桥台上的四个支座采用板式橡胶支座。为了展现空间立体结构，桥塔下塔柱采用三个塔柱并向上交汇在一点。这样就形成了一根主跨主梁、两根边跨主梁、三根塔柱、多个索面的空间非对称异型塔柱多索面斜拉桥。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利未来的一些梁截面形式2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利3.3.3

钢桁梁3.3.3.1

钢桁梁的基本组成钢桁架梁结构由主桁、横向联结系、水平联结系、桥面系、桥面、吊索（拉索）锚座等主要构件组成。主要构造特点：由两片或两片以上钢桁架片组成纵向主要受力结构，各桁架片上下弦杆间设平联，沿顺桥向每隔一定距离设横联，可采用正交异性钢板、混凝土板等作为桥面板，直接连接在桁架片及横联上。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利

钢桁梁-主桁主桁作用主桁是桁架的主要承载结构，它是由上、下弦杆和腹杆组成，各杆件交汇处用节点板连接形成节点，由于节点的刚性，主桁架受弯时，杆件端部会产生弯矩，由此产生二次应力。主桁形式纯三角形桁架各杆件均为主要杆件，构造简单但是节点较长，使行车道部分和上弦杆用钢量增加，又因桁架内无竖杆，横联和纵联与加劲桁架联结比较复杂。因此，加竖杆的桁梁采用更普遍。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主桁截面形式选择主桁为主要承载构件，杆件截面一般选择双壁式截面，主要有H形截面和箱形截面。H形截面由两块竖板和一块水平板组合而成，这种截面的特点是：构造简单，加工方便，当压杆采用H形截面时，基本容许应力的折减相当大，因此该种截面适用于内力不太大的杆件和长度不太大的压杆；2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利箱形截面有两块竖板和两个水平板组合而成，为了保证竖板和水平板的局部稳定性，杆件内一般可设置横隔板或加劲板，箱形截面在力学性能上优于H形截面，防护面积少，通常用于内力较大和长度较大的压杆及拉—压杆。但是，箱形截面的加工制造比H形截面复杂。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利在决定主桁杆件截面尺寸时，必须注意使杆件的长细比不超过规范的规定。对于主桁杆件截面的高度和宽度，由于节点刚性的影响，随着截面高度的加大，杆件中的次应力加大，所以杆件在平面内尺寸不宜大于节间长度的1/10或腹杆长度的1/15，宽度应考虑到节点板的联结，所有杆件应采用相同宽度。铁路钢桥规范关于杆件长细比的规定2015年版西南交通大学土木学院

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桁架横向连接系

横向联结系作用为增加桁架的抗扭刚度，以便各片主桁共同受力，需在主桁的竖杆平面设置横向联结系，在吊索处的横向联结系可以帮助主桁承受吊索力。

横向联结系形式目前悬索桥钢桁架加劲梁常采用的横向联结系形式如下:2015年版西南交通大学土木学院

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杆件截面形式选择横向联结系的上弦杆除了承受轴向内力外，还承受由于搁置行车道梁所引起的局部弯矩，所以上弦杆一般采用刚度较大的钢板梁、钢桁梁（小型桁架）或钢箱梁。在上下弦杆间设一对或多对斜撑，其数量应由加劲梁的梁高和间距综合考虑来确定。为了构造方便，一般把斜杆角度控制在45°左右，当加劲梁横向间距较小时，可采用交叉形或双层交叉形。2015年版西南交通大学土木学院

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桁架的水平联结系作用上下平联在弦杆处将分离的主桁架连成整体，形成空间稳定的受力结构，同时承担主要的水平荷载，如横向风力、车辆摇摆力等。

水平联结系形式水平联结系由主桁弦杆及其间水平腹杆组成，下图表示纵向联结系常用的几种形式。图a)为三角形腹杆形式，这种形式的弦杆自由长度大，但构造简单，在横向风力作用下弦杆变形不均匀，弦杆受到弯曲，一般在小跨径桥中采用。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利图b)为交叉腹杆形式，这种体系使斜杆自由长度减少，但弦杆自由长度较大，所以适用于单跨悬吊悬索桥的下水平联结系，因为下弦杆主要受拉。图c)为菱形腹杆形式，由于斜杆中点是固结在较刚强的横梁上，斜杆自由长度减少一半，适用于单跨悬吊悬索桥的上水平联结系。图d)为K形腹杆形式，这种体系在竖向荷载作用下，弦杆变形所引起的腹杆的附加应力很小，同时它使弦杆的变形比较均匀，斜杆自由长度也小。这种体系适用于横向间距较大的桥。2015年版西南交通大学土木学院

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钢桁梁-桥面结构形式采用桁架作为梁，其上不能直接行车或者人，尚需另外增加桥面结构。桁架桥面系结构是直接承受桥上车轮荷载并将它传递到梁的结构，设计荷载中活载的比例往往大于恒载，容易产生疲劳破坏等。同时，由于桥面铺装或轨道的磨耗和损伤等原因，桥面板特别容易受到冲击作用。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利根据桥面板是否参与主桁架的总体受力，桁架梁的桥面形式主要分两种：板桁分离式与板桁结合式。这里的板有三类：混凝土桥面板、钢-混结合梁桥面板、正交异性钢桥面板。桁架加劲梁桥面系（左：分离式桥面系；右：结合型桥面系）2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利混凝土桥面板钢筋混凝土桥面板，虽然自重较大(通常5~7kN/m2)，但是具有经济、整体性好、受力可靠，而且设计与施工简单，是中小跨径公路钢桥中采用最多的桥面形式，适用于节间或横梁间距较小的桁梁。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利角笼坝大桥采用的混凝土桥面板，直接搁于横梁上的板式支座上钢筋混凝土桥面板横断面示意图(单位：cm)现浇横向接缝、桥面铺装层和防撞护栏等。理论上桥面混凝土板是不参与桁梁总体受力的。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利钢-混结合梁桥面板随着桁架节间的增大，钢筋混凝土桥面板较难满足大跨度桥面板设计要求，而钢板-混凝土组合桥面板具有较大抗弯刚度和承载能力，且能有效减轻自重，能适应较大的桁架节间或者横梁距离。因此大跨度悬索桥上采用这种形式的桥面结构。矮寨大桥钢桁加劲梁标准断面(单位：mm)2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利钢板-混凝土组合桥面板是由钢纵梁和混凝土板通过栓钉或开孔钢板连接件等各种形式的剪力连接件结合而成的新型组合桥面板形式。桥面与桁架之间可以通过盆式橡胶支座相连，这是一种主桁分离式结构体系。矮寨大桥钢板-混凝土组合桥面板截面如果钢板梁与桁架结构间连接为整体（焊接或高强螺栓连接），就可形成板桁结合式桥面体系。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利钢筋混凝土板是是工场预制的，运到现场进行安装后，现浇板与板之间的横向与纵向接缝（纵向在一定长度后需断开，释放温度内力等影响），在桥面板形成整体后，做铺装层。钢板在桥面板湿接缝施工中可以起到模板作用，免除模板拆卸和支撑架设工作，极易实现快速施工和安全施工，混凝土面板部分预制，施工质量能得到更好保证。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利钢-混凝土组合桥面板在钢筋混凝土桥面板的翻修、改建和加固工程中更具有加快施工进度和减小交通影响的重要性能优势。总体而言，钢板-混凝土组合桥面板兼具钢筋混凝土桥面板和钢桥面板的诸多性能优势，在加大桥面板跨度、实现安全施工、快速施工和良好结构性能方面具有显著性能优势和广阔应用前景。缺点是自重仍然比较大。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利正交异性钢桥面板为了进一步减轻自重，桁架梁的桥面也可以采用正交异性钢桥面板，桥面用钢量有所增加，但可减小主缆断面和锚碇用量。下图为坝陵河大桥桁架梁标准断面，以低矮的扁平钢箱梁作桥面，桥面与桁架梁之间采用盆式橡胶支座相连，板桁分离式桥面结构。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利板桁组合上述三种桥面与主桁架之间采用支座相连，设计主桁时只将桥面系作为荷载，桥面系不参与主桁的刚度作用。板桁组合桥面系就是桥面系不仅仅作为行车的一部分，还作为主桁架结构的一部分，计算时可以考虑板桁共同作用。下图为为岳阳洞庭湖大桥桁架梁断面，桥面系采用正交异性桥面，包括桥面板和U肋、板肋；主桁架的横梁之间的桥面板再设置两道T形横肋；桥面板的中央设置一道工字形纵梁。桥面板和T形横肋与主桁上弦焊接，桥面板作为横梁的顶板，桥面板的U肋与板肋与主桁横梁焊接。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利岳阳洞庭湖大桥板桁组合桥面板2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利多横梁式板桁结合桥面系（安庆铁路长江大桥）2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利新型整体节点桁架各杆件的交汇点，称为桁架节点。按节点板的位置分为外贴式节点板与内插式节点板。外贴式节点的杆件全部采用焊接组成，在杆件两侧放节点板，然后用铆钉或高强螺栓把杆件连接起来，弦杆可以连续不断地通过节点。这类节点构造简单、拼装方便、应用很广，铁路钢桥的标准设计均采用这种方式；2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利内插式节点是预先在工厂用坡口焊缝和弦杆的腹板焊成整体，在两块节点板之间插入腹杆，并用栓钉将二者连接起来，如下图所示，节点板起到了弦杆腹板的作用，轴力产生的正应力是通过对接焊缝传递。这种连接形式用钢量少、制造复杂，适用于大跨度桁梁。对于重形桁架的大节点采用内插式要比外贴式省钢，但基于外贴式节点诸多优点，采用外贴式节点更为普遍。孙口黄河桥节点示意图2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利按照连接方式节点板可分为栓接节点和全焊接整体节点，栓接节点一般采用外贴式，用高强螺栓把各杆件联结起来。也有把节点板预先在工厂用剖口焊缝和弦杆的腹板焊成整体，节点板起到弦杆腹板作用，斜杆和另一端弦杆仍采用高强螺栓连接，必要时可设拼接板。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利钢桁梁整体节点，即将节点板与一端的弦杆焊接成为一个整体，其主桁节点板成为箱形弦杆的一部分。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利优点：通过增加节点板部位的板厚，使钢材截面得到充分利用；整体节点与其他杆件对拼连接方式，可减小节点板的尺寸；焊件两端均对拼于主桁厚节点板，减小了杆件的用料长度，便于向钢厂订料和运输。钢桁梁整体节点构造不但可提高钢梁工厂化制作程度，方便工地安装，而且经济效益较好。整体节点与传统的散拼节点对比，从节点外观、节点应力分布、焊接工艺要求、工地拼装工作量等方面，都有其独特的优势。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利芜湖长江大桥钢桁梁采用焊接整体节点，一根弦杆两处对接焊，平联节点板和横梁腹板等部件均与主桁节点焊接。整体节点有利于节省材料、减少安装工作量，但对焊接和制造精度要求高。主桁节点及与副桁吊杆、横梁、平联的联结构造透视图见下图。芜湖长江大桥主桁节点透视2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主桁连接采用M30高强螺栓。在主桁节点处，纵梁间距4～4.5m。桥面系均采用工形构件，公路横梁高1460

mm，纵梁高1000

mm。铁路横梁高2161mm，纵梁高1480mm。下平联结系为交叉形，上弦平面不另设联结系。根据对铁路桁梁桥联结系行为的研究，该桥仅在支点处设置强劲桥门架，不设中间横联。桥面系及联结系构件采用M24高强螺栓连接。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利坝陵河大桥主桁架焊接整体节点构造2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利桁梁的优点桁架梁与流线型钢箱梁相比，有如下优点：(1)

钢桁梁特别适用于双层桥面，采用双层桥面布置可增加车道数目，但增加的造价不多，是公铁两用桥的常选断面；(2)

钢桁梁透风性好，不容易发生涡激共振；(3)

钢桁梁的杆件架设比较灵活，可以单根杆件、平面构件架设，也可以空间整体节段架设，也不需要起吊能力很大的机械设备，在钢箱梁节段运输困难的地方具有很大优势；(4)

工厂制造也不需大型起吊设备，对制造、焊接工艺的要求低于钢箱梁；(5)

日常维护少于钢箱梁，钢箱梁需要抽湿养护，需要先进的管养水平。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利桁梁的缺点(1)

桁梁较高（有时候是构造决定），迎风面积大，所以风产生的横向变形大，抗颤振的能力低于钢箱梁；(2)

需要增加桥面构造，而钢箱梁的上翼缘可以直接作桥面；(3)

节点连接构造复杂；(4)

自重较重，会增加主缆和锚碇的用量，但优化设计后钢梁用量会省一些；(5)

养护以油漆为主，面积较大，没有钢箱梁方便。上述比较只是概念上的，具体到到设计，要认真比较。钢箱梁和钢桁梁各有所长，千秋纷呈，但不关先进与保守，只关喜好与流派。就如抗颤振能力，并不是越高越好，满足当地的要求就可以了，而且可以采取抗风措施。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利工程实例一、

具有双层公路桥面的钢桁梁截面(1)

悬索桥美国旧金山—奥克兰海湾大桥，主跨704m，两片主桁的中心距为22.12m，上下弦间的桁高为9.15m。主缆中心距与主桁中心距完全吻合。上层桥面能通行6车道快速小汽车，下层桥面除3个重型汽车(货车)道之外还设置双线客运城市电车，如图a)所示。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利美国维拉扎诺大桥，主跨1298m，两片主桁的中心距与两对主缆中心距相等，均为31.39m，上下弦之间的桁高为7.32m。在上下两层桥面的行车双向各布置有宽度均为11.28m的行车道，如图b)所示。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利日本东京湾彩虹大桥，主跨570m，两片主桁的中心距与两对主缆中心距相等，均为29m，上下弦之间的桁高为8.9m。上层桥面的双向各设有效宽度为9.25m的高速公路行车道，下层桥面的双向各设有效宽度为7.0m的临港湾道路的行车道以及宽度为1.5~2.5m的人行道。除此之外，在临港湾道路的双向行车道之间还设有双向的新型公共交通道，如图c)所示。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利美国乔治•华盛顿大桥，主跨1067m，两片主桁的中心距与两对主缆中心距相等，为32.31m，上下弦之间的桁高为8.84m，但在1962年的下层桥面改建时已增加到9.15m。上层桥面可通行8个车道，即两侧各宽9.83m，通行双向各3个车道，中间宽6.36m，通行双向各1个车道。下层桥面在两侧各有宽10.97m的双线有轨电车道，如图d)所示。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利（2）斜拉桥主跨460m的日本横滨海湾桥，上下两层桥面均布置有6个公路车道。此桥与一般钢桁梁的不同点为：用一个整体的带钢桥面板与风嘴的扁平钢箱梁(箱高约3m)来替代传统的分离式弦杆，这样可以充分发挥组合式桥梁全截面的受力功能。斜索锚固点及一切附加物等均置于此上弦钢箱中，桁高与桁宽分别为12m与31m。横滨海湾桥的钢桁梁截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主跨220m的日本六甲大桥，桁高与桁宽分别为7.95m与13．8m。在桁宽内的上下两层桥面宽度各为11.5

m，但下层以伸臂托架形式在桁梁两侧各增设4m宽的桥面。六甲大桥的钢桁梁截面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利具有双层道路桥面的加劲钢桁梁的截面中，除了用两侧的主桁架来连接上下两层桥面之外，为了争取使下层桥面有更多的行车净空，在上下桥面的主横梁之间不再布置用作横截面连接用的任何斜向或竖向杆件。因此，上下主横梁必须很强大，上下主横梁与两侧的主桁架形成刚性的横向框架。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利二、

公铁两用的双层桥面钢桁梁截面与一般钢桁梁相比，由于活载较大，公铁两用桥桁高桁宽及单位长度的用钢量都比较大。芜湖长江大桥是国内首次采用板桁结构建造的一座公、铁两用桥梁。正桥主航道采用主跨312m、低塔、斜拉索加劲的连续钢桁梁结构，主桁为N型桁架，公路路面采用预制混凝土桥面板。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主桁桁高14m，桁宽12.5m，边跨和中跨宽跨比分别为1/14.4和1/25。主桁节间长12m。主桁外设置副桁，斜拉索通过副桁与主桁联结。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主桁弦杆最大轴力达50000kN，最大板厚达50mm。杆件截面依据轴力大小，采用H形和带有加劲肋的箱形截面。杆件宽1100mm，上弦杆高1460mm，下弦杆高1660

mm，腹杆高700～1100

mm。杆件最大长度15.1m。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利武汉天兴洲桥

主跨530m，三片桁、三索面2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利铜陵长江铁路大桥（铁路四线，公路六车道）2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利在铁路或公铁两用斜拉桥中，如桥宽太大，采用传统的两索面桁梁将使横梁的截面尺寸增加很多，这时采用三索面、四索面布置，将桁梁设计为多片主桁结构，是一比较好的设计选择。天兴洲公铁两用斜拉桥是继芜湖长江大桥之后的我国又一座公铁两用大跨度斜拉桥，其主梁上层为6车道公路桥，下层为4车道铁路桥，主梁由三片N字形的桁高15.2m、桁宽30.0m、节间长度14m的桁架组成。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利无为铜陵90240630240901710017100斜杆1/2

斜杆下弦杆竖杆上弦杆2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利主跨420m的日本本州四国连络桥儿岛至坂出线上的岩黑岛与柜石岛桥的公铁两用双层桥面的主梁截面如下图所示。两桥的上层桥面通行汽车，下层桥面通行轻载铁道列车。钢桁梁的桁高与桁宽分别为13.9

m与27.5m。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利重庆千厮门（嘉陵江）与东水门桥（长江）上层桥面四车道公路，下层桥面双线轻轨2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利千斯门（独塔）2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利三、香港青马大桥钢桁梁的横截面香港青马大桥为公铁两用双层桥面，两片主桁架的横向中心距为26m。在两片主桁架外面，沿桥纵向每隔4.5m加设一道包括上下桥面系横梁、两侧尖端形导风角与中间两根立柱等构件组成的六边形横向主框架，在导风角部分用1.5mm厚的不锈钢板围封，上下横梁上面为正交异性钢桥面板，组成了类似于钢箱梁的封闭形横截面，为了有利于抗风稳定，在整个桥横截面的中央3.5m宽部分均以交叉的斜杆代替正交异性板，形成一条纵向的上下透风道，如下图所示。2015年版西南交通大学土木学院

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沈锐利四、单层桥面的钢桁梁截面单层桥面一般都设置在钢桁梁的上弦位置处。横截面的布置有两种类型：下翼开口型和下翼闭口型。采用下翼开口型的横截面可以美国金门大桥和英国福斯公路桥为例。悬索桥与斜拉桥所用加劲梁在竖向平面内的主要不同功能是：悬索桥的加劲梁以承受局部挠曲为主，而斜拉桥的主梁则兼受轴力与挠曲。因此悬索桥的钢桁梁只要有足够的竖向刚度，有可能采用下翼开口型的横截面。2015年版西南交通大学土木学院

沈锐利但从抗风与抗震角度来看，大跨度悬索桥的横向刚度与抗扭刚度仍是非常重要的。因此采用下翼开口型的横截面对抗风与抗震来说总是感到有些不足。美国金门大桥在塔科玛老桥遭受风毁事故后，经过再度审查决定在1954年将其钢桁梁的下翼缘加固改造成封闭型，金门大桥因此得以在后来发生的几次地震中免受损坏。下图为典型的下翼闭口型单层桥