斜拉桥

1第一章总体布置第二章斜拉桥的构造第三章斜拉桥的计算第四章斜拉桥的施工第五章实例斜拉桥2第一节概述第二节孔跨布局第三节索塔布置第四节拉索布置第五节主要结构体系第一章总体布置第一章总体布置3斜拉桥的发展大致经历了以下三个阶段：第一阶段：稀索布置，主梁较高，主梁以受弯为主，拉索更换不方便。第二阶段：中密索布置，主梁较矮，主梁承受较大轴力和弯矩。第三阶段：密索布置，主梁更矮，并广泛采用梁板式开口断面，主梁承受轴力为主，弯矩为辅。第一节概述第一章总体布置第一节概述4在斜拉桥的发展历史中，以下几座斜拉桥具有里程碑意义：1955年瑞典建成的第一座现代钢斜拉桥：主跨182.6m的斯特罗姆海峡桥。1962年委内瑞拉建成的第一座混凝土斜拉桥：主跨5×235m的马拉开波桥。1978年美国建成的第一座密索体系混凝土斜拉桥：主跨299m的P-K（帕斯卡-肯尼斯克）桥。1992年挪威建成的斯卡恩圣特桥，为主跨530m的混凝土斜拉桥，梁高仅2.15m，至今仍保持混凝土斜拉桥最大跨径的记录。第一章总体布置第一节概述51993年上海建成的杨浦大桥，主跨602m，为当时世界最大跨径的钢－混凝土结合梁斜拉桥。1995年法国建成的诺曼底大桥，主跨856m，为当时世界最大跨径的主钢边混凝土混合梁斜拉桥。1999年日本建成的多多罗大桥，主跨890m，为主钢边混凝土混合梁斜拉桥。2008年江苏建成的苏通大桥，主跨1088m，建成时为世界最大跨径斜拉桥。2012年俄罗斯建成的海参崴俄罗斯岛跨海大桥，主跨1104m，是目前跨径最大的斜拉桥第一章总体布置第一节概述62003年建成的希腊Rion-Antirion桥（安蒂里奥大桥）跨越科林斯海湾，水深达65米，岩床深500米，2000年重现期的地震最大峰加速度1.2g，半岛以每年8-11mm速度漂离大陆，五跨连续全漂浮斜拉桥的抗震体系(L=560m)，可滑动的加筋土隔震基础(25-30m钢管桩加固，3m垫层)2004年建成的法国Millau高架桥（米洛高架桥）多跨连续单索面斜拉桥(L=342m)，2#墩高245米，加90米塔高，总高343米。流线形带风嘴桥面以减少风荷载，3米高风障。顶推法施工，钢塔柱卧式移动就位，中间临时墩，3-5天一节。第一章总体布置第一节概述7第一座现代化斜拉桥－瑞典Stromsund桥（斯特罗姆海峡桥）（L=182.6m,1955年）第一章总体布置第一节概述81952年,德国莱昂哈特（Leonhardt）教授在世界上第一个设计出现代化斜拉桥－－德国杜塞尔多夫（Dusseldorf）跨过莱因河的Theodore-Heuss桥，但该桥直到1958年才建成。德国Theodore-Heuss桥（1958年)西奥多第一章总体布置第一节概述9马拉开波桥（L=5×235m,1962年）第一章总体布置第一节概述10美国P-K桥（L=299m,1978年）第一章总体布置第一节概述11美国日照桥的防撞设施（L=366m,1987年）第一章总体布置第一节概述12挪威Skarnsundet桥(L=530m,1991年)斯卡恩圣特桥第一章总体布置第一节概述13法国Normandy桥(L=856m,1995年)诺曼底第一章总体布置第一节概述14日本多多罗桥（L=890m,1999年）第一章总体布置第一节概述15希腊Rion-Antirion桥安蒂里奥大桥（286+560+560+560+286m,2003年）第一章总体布置第一节概述16Millau米洛高架桥204＋6×342＋204m,2004年第一章总体布置第一节概述17岩锚索曲线梁斜拉桥（方案）第一章总体布置第一节概述18上海杨浦大桥（L=602m,1993年）第一章总体布置第一节概述19安徽铜陵长江大桥（L=432m,1995年）第一章总体布置第一节概述20安徽芜湖长江大桥L=312m,2000年第一章总体布置第一节概述21岳阳洞庭湖大桥L=310m,2000年第一章总体布置第一节概述22南京长江二桥L=628m，2001年第一章总体布置第一节概述23深圳-香港西部通道深圳湾公路大桥L=180m,B=37.6m,单索面钢箱梁第一章总体布置第一节概述24江苏苏通大桥L=1088m第一章总体布置第一节概述25香港昂船洲大桥,全长1614米，主跨1018米，为圆形独柱分离流线型双箱斜拉桥，塔高298米。大桥于2003年动工，2009年竣工。第一章总体布置第一节概述26徐埔大桥第一章总体布置第一节概述27重庆长江二桥：过渡孔(５３ｍ）＋主孔(１６９ｍ＋４４４ｍ＋１６９ｍ）＋过渡孔(５３ｍ）＋南引桥(８×５０ｍ），桥面宽度为４车道(中间设置分隔带），宽２４ｍ。第一章总体布置第一节概述28重庆石门桥：位于重庆市沙坪坝，跨越嘉陵江，全长７１６ｍ。主桥为２００＋２３０(ｍ）单索面独塔预应力混凝土斜拉桥第一章总体布置第一节概述29鹿特丹的超现代伊拉斯缪斯大桥第一章总体布置第一节概述30长沙洪山庙大桥第一章总体布置第一节概述31海参崴俄罗斯岛跨海大桥，中跨跨度长度——1104米，为世界纪录，牵索长——580米。距水平面高度——70米。桥墩高度——324米。主跨1104米的俄罗斯岛大桥（RusskyIslandBridge）于2012年7月2日在海参崴通车投入使用，成为全世界第三座跨度超过千米的斜拉桥，也超越国内主跨1088米的苏通大桥（SutongBridge）和香港主跨1018米的昂船洲大桥（StonecuttersBridge）成为全球主跨最长的斜拉桥。第一章总体布置第一节概述32斜拉桥主要由主梁、索塔和斜拉索三大部分成：主梁一般采用混凝土结构、钢－混凝土组合结构、钢结构或钢和混凝土混合结构；索塔－采用混凝土、钢－混凝土组合或钢结构；大部分采用混凝土结构；斜拉索－则采用高强材料（高强钢丝或钢绞线）制成。第一章总体布置第一节概述33斜拉桥中荷载传递路径是：斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的恒载和车辆荷载传递至索塔，再通过索塔传至地基（图4-1-1）。因而主梁在斜拉索的各点支承作用下，呈多跨弹性支承的连续梁受力，梁内弯矩大大地降低，使主梁尺寸大幅度减小（梁高一般为跨度的1/50～1/200，甚至更小），减轻了结构自重，大幅度地增大了桥梁的跨越能力。第一章总体布置第一节概述34图4-1-1三跨连续梁和三跨斜拉桥的恒载内力对比从图中可以看出，由于斜拉索的支承作用，使主梁恒载弯矩显著减小第一章总体布置第一节概述35斜拉索对主梁的多点弹性支承作用，只有在拉索始终处于拉紧状态时才能得到充分发挥。因此在主梁承受荷载之前必须对斜拉索进行预张拉。预张拉力可以给主梁一个初始支承力，以调整主梁初始内力，使主梁受力状况更趋均匀合理，并提高斜拉索的刚度。此外，斜拉索轴力产生的水平分力对主梁施加了预压力，从而可以增强主梁的抗裂性能，节约主梁中预应力钢材的用量（钢梁的稳定性问题）。第一章总体布置第一节概述36斜拉桥属高次超静定结构，与其他体系桥梁相比，包含着更多的设计变量，全桥总的技术经济合理性不易简单地由结构体积小、重量轻、或者满应力等概念准确地表示出来，这就使选定桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。第一章总体布置第一节概述37第二节孔跨布局一、双塔三跨式图4-1-2双塔三跨式斜拉桥活载作用在主跨时，尾索受拉，而作用在跨中时尾索的σ最大；活载作用在边跨时，尾索松弛。这其中就存在着△σ，允许△σ≤220MPa。由于它的主跨跨径较大，一般适用于跨越较大的河流。第一章总体布置第二节孔跨布局38边主跨之比应小于0.5，边跨较小时，边跨主梁的刚度较大，边跨拉索较短，刚度也就相对较大，因而此时边跨对索塔的锚固作用就大，即边跨小则主跨的刚度就大。对于活载比重较小的公路和城市桥梁，合理的边主跨之比为0.40～0.45,而对于活载比重大的铁路桥梁，边主跨之比宜为0.20～0.25，同样道理，钢斜拉桥的边跨应比相同跨径混凝土斜拉桥的跨径小。第一章总体布置第二节孔跨布局39图19南京长江二桥（单位：m）0.3030.486第一章总体布置第二节孔跨布局40二、独塔双跨式图4-1-3独塔斜拉桥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。第一章总体布置第二节孔跨布局41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=（0.5～0.8）L2多数接近于:L1=0.66L2两跨相等时，由于失去了边跨及端锚索对主跨变形的约束作用，因而这种形式较少采用。图20独塔斜拉桥第一章总体布置第二节孔跨布局42三、三塔四跨式和多塔多跨式图4-1-4三塔四跨式斜拉桥第一章总体布置第二节孔跨布局43由于多塔多跨式斜拉桥与悬索桥的中间塔塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位，因此，已经是柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式将使结构柔性进一步增大，可能导致变形过大。44图4-1-5斜拉桥的变形(a)三塔四跨式斜拉桥的变形(b)双塔三跨式斜拉桥的变形第一章总体布置第二节孔跨布局45四、辅助墩和边引跨a)设引跨b)设辅助墩活载往往在边跨梁端附近区域产生很大的正弯矩，并导致梁体转动，伸缩缝易受损，在此情况下，可以通过加长边梁以形成引跨或设置辅助墩的方法予以解决，同时，设辅助墩可以减小拉索应力变幅，提高主跨刚度，又能缓和端支点负反力，是大跨度斜拉桥中常用的方法。另外，设置辅助墩也便于斜拉桥的悬臂施工，即双悬臂施工到辅助墩处的时候就相当于单悬臂施工，其摆动小，较安全。图4-1-6边引跨和辅助墩第一章总体布置第二节孔跨布局46第三节索塔布置一、索塔的形式索塔是表达斜拉桥个性和视觉效果的主要结构物，因而对于索塔的美学设计应予足够的重视。索塔设计必须适合于拉索的布置，传力应简单明确，在恒载作用下，索塔应尽可能处于轴心受压状态。第一章总体布置第三节索塔布置47图4-1-7索塔的纵向布置形式（a）为单柱式主塔，其构造简单；（b）为A字型（c）为倒Y型，它们在顺桥向刚度大，有利于承受索塔两侧斜拉索的不平衡拉力；A字型还可减小主梁在该点处的负弯矩。纵桥向第一章总体布置第三节索塔布置48(b)(a)(d)(c)(e)(f)(g)(h)(i)(b)(a)(d)(c)(e)(f)(g)(h)(i)图4-1-8索塔的横向布置形式横桥向第一章总体布置第三节索塔布置49索塔横桥方向的布置方式，可分为独柱型、双柱型、门型或H型、A型、宝石型或倒Y型等，如图4-1-8所示。索塔纵横向布置均呈独柱型的索塔，仅适用于单索面斜拉桥。当需要加强横桥向抗风刚度时，则可以配合采用图4-1-8g或h的型式。图4-1-8b~d一般适用于双平面索的情况；图4-1-8e、f和i一般适用于双斜索面的斜拉桥上。第一章总体布置第三节索塔布置50二、塔的高跨比普通索端锚索图4-1-9塔高和索长、倾角的相互关系索塔的高度H决定着整个桥梁的刚度和经济性，第一章总体布置第三节索塔布置51tan3cossin32EIPbEAPb普通索：图a）中,在刚性主梁拉索锚点处荷载P的作用下，主梁下挠量δ为:公式右边第一项为拉索引起的挠度，当sin2αcosα的值为最大时，拉索对主梁的支撑刚度最大，此时拉索的角度α→55°。公式右边第二项为塔所引起的挠度，其中EI为综合考虑背索影响的索塔等截面当量刚度，显然tanα越小，即塔越矮，则塔对梁的支承刚度就越大。第一章总体布置第三节索塔布置52对于端锚索情形，如图b)所示，当中跨布载时，在水平力F的作用下，塔顶水平位移Δ为：即α→35°时，Δ最小，端锚索提供的支承刚度最大。2cossinFHEA(4-1-2)第一章总体布置第三节索塔布置53若拉索截面面积A由容许应力控制〔σs〕控制设计，即，由于轴力N与倾角α有关，经简单推导可知，对于图a)、b)两种情形，α均应等于45°。即：索能发挥最大效益：α=45°索能提供最大刚度：α=35°第一章总体布置第三节索塔布置/[]sAN54图4-1-10索塔高跨比范围一般来说，索的水平倾角α不应小于20°，否则拉索提供的竖直力小，总拉力大，相应索的用钢量