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1、第二篇 斜拉桥,第一章 概述,第一节 概述,基本概念,斜拉桥，又称斜张桥，属组合体系组成：主梁、拉索、索塔主梁：轴向力（密索体系）、受弯（稀索体系）支撑体系：拉索（受拉），起主梁中的弹性支撑作用，显著减小主梁弯矩，减小截面尺寸，增大跨径索塔：受压,斜拉桥的发展(国外),17世纪19世纪20年代，斜拉桥坍塌20世纪30年代，Dischinger（德国），第一座现代斜拉桥STomsund（钢主梁，1955），瑞典德国：主跨260m，（Theoder Heuss），北莱茵河桥（钢斜拉桥）早期斜拉桥特点：钢主梁、稀索,斜拉桥的发展(国外),1962年,委内瑞拉,马拉开波桥,160+5*235+160m
2、,第一座现代混凝土斜拉桥,稀索1998,日本多多罗大桥,890m,钢斜拉桥(主梁为钢箱梁)法国,诺曼底大桥,主跨856m,主跨钢梁/边跨混凝土梁,斜拉桥的发展(国内),20世纪70年代,1975,1976建成两座混凝土试验桥1993年,上海杨浦大桥,L=602m,结合梁斜拉桥1996,重庆长江二桥,L=444m,混凝土斜拉桥2006:苏通长江大桥,L=1088m,混凝土斜拉桥的发展阶段,稀索:主梁为弹性支承连续梁中密索:弹性支承梁&承受较大轴向力密索:承受强大轴向力,是一个压弯构件,斜拉桥的分类,按主梁材料： 混凝土斜拉桥；钢斜拉桥；钢混凝土结合梁（叠合梁）斜拉桥；钢混凝土混合梁斜拉桥按索塔数
3、量： 独特斜拉桥；双塔斜拉桥；多塔斜拉桥按斜拉索和主梁参与受力的比例： 部分斜拉桥；普通斜拉桥,法国诺曼底大桥,Alamillo_Bridge,brotonne_bridge,日本多多罗大桥,苏通大桥,香港昂船洲大桥,部分斜拉桥,第二节 总体布置及结构体系,一、总体布置（一）桥跨布置1、双塔三跨式2、独塔双跨式3、辅助墩及外边孔（二）索塔高度（三）拉索布置1、拉索在空间的布置型式2、拉索在索面内的布置型式3、拉索间距4、拉索倾角（四）主梁布置,(一)桥跨布置,双塔三跨式控制因素：边跨与中跨之比全桥刚度、拉索的疲劳强度、锚固墩承载能力为减小跨中挠度，宜选用小于0.5常用0.250.5，0.4（经
4、济角度）当跨比小于0.5，边跨应设置端锚索（边索）端锚索作用：平衡两跨间的索力差，控制塔顶变位部分地锚式：如郧阳汉江大桥（L414m）,(一)桥跨布置,独塔双跨式控制因素：边跨与中跨之比等跨/不等跨等跨：不设端锚索，不能有效约束塔顶位移，在受力、变形等不能发挥斜拉桥的优势不等跨：跨比0.51.0不对称布置：通过压重、锚固，使边跨桥墩（台）处于受压状态；不等跨：通过端锚索减小塔顶变位,(一)桥跨布置,辅助墩依边孔高度、通航要求、施工安全、全桥刚度及经济和使用而定作用：减小塔顶水平位移、主梁跨中挠度、塔根弯矩、边跨主梁弯矩，增强施工期安全。受力：a)受拉时：减小主跨弯矩和挠度；b)受压时：减小边跨
5、主梁弯矩设置位置：由跨中挠度影响线确定，同时考虑索距和施工要求；数量：1根最有效；2根以上不明显。,(一)桥跨布置,外边孔方法：将引孔与斜拉桥主梁连续作用：减小端锚索应力集中；缓和端支点的负反力；减小主梁和索塔的内力、位移，增强全桥刚度；效果：不如端锚索；注意事项：在地震地区，应慎重考虑。,（二）索塔高度,从桥面算起，不包括建筑造型或观光需要的塔顶高度与下列因素有关1）主跨跨径索面型式（辐射式、竖琴式、扇式）拉索间距拉索倾角,（二）索塔高度,拉索倾角与拉索垂直分量、塔高、材料用量的关系拉索倾角小，塔低，拉索垂直分力小，对主梁弹性支承作用小，增加拉索用量；拉索倾角大，塔高，拉索垂直分力大，对主梁
6、弹性支承作用大，拉索用量小，但拉索和塔的用量增加；,（二）索塔高度,双塔三跨式：H/L20.180.25独塔两跨式：H/L20.300.45通常：宜选用高值，降低拉索用量，减少跨中挠度，增强全桥刚度特大跨：选用较高值，同时加强端锚索，增强全桥刚度,（三）拉索布置,1、拉索在空间的布置型式空间：单索面，双索面双索面：竖直、倾斜,（三）拉索布置,优点单索面：简洁、有序双索面：能够提供抗扭刚度，对主梁刚度要求不高；倾斜双索面：还具有良好的抗风稳定性（适用于特大跨）缺点单索面：不起抗扭作用，要求主梁有强大的抗扭刚度；需要占用桥面宽度；双索面：无序,（三）拉索布置,2、拉索在索面内的布置型式辐射式竖琴式
7、扇式,（三）拉索布置,3、拉索间距指索面内相邻两根拉索的间距稀索布置：索力易调整，但弯矩剪力较大密索布置：主梁受压为主，梁高减小，利于抗风抗震，便于悬臂施工及更换，但拉索刚度较小，易产生风振问题，需增大边锚索刚度砼主梁索距：412米钢主梁索距：824米,（三）拉索布置,4、拉索倾角拉索与梁轴线之间的夹角拉索倾角增大，索力减小，但塔高和索长增加研究表明：拉索倾角小于45较经济边索倾角宜控制在2545范围内竖琴形布置：2630辐射形或扇形布置：2130，25多见,（四）主梁布置,连续体系、非连续体系连续体系：塔梁固结、梁墩分离；墩塔固结、塔梁分离；塔梁墩固结,（四）主梁布置,非连续体系：三跨式斜拉
8、桥，跨中设挂梁或铰,二、结构体系,1、墩塔固结，塔梁分离漂浮体系,多点弹性支承的单跨梁满载时墩柱处主梁不出现负弯矩峰值各截面变形、应力变化小，应力均匀温度、收缩、徐变内力较小悬臂施工时需临时固结（类似于连续梁桥）横向约束能力差，需设置橡胶支座（用于抗风、提高振动频率）,二、结构体系,2、墩塔固结，塔梁分离，墩塔处主梁下设置竖向支承半漂浮体系,主梁为跨内有多点弹性支承的连续梁或悬臂梁（即主梁做成连续体系或非连续体系）满载时墩柱处主梁出现负弯矩峰值温度、收缩、徐变内力较大,二、结构体系,3、墩梁固结、塔墩分离塔梁固结体系,主梁是一根连续梁或悬臂梁可采用一般桥墩塔柱、主梁温度应力极小显著减小主梁中央
9、段的轴向拉力需要强大的支座中跨满载时，塔顶水平位移增大中跨挠度，边跨负弯矩适用于中小跨桥梁,二、结构体系,4、梁、塔、墩固结刚构体系,结构刚度大，主梁、塔柱变形小无需大吨位支座动力性能差固结处有极大的负弯矩适合于独塔斜拉桥,（二）按拉索的锚拉体系不同而形成的结构体系,自锚式斜拉桥全部拉索锚固在主梁上或延伸孔上；拉索的水平分力由主梁的轴力平衡；设置在端支点处的端锚索（边索、背索）受力最大；适用于绝大多数斜拉桥。地锚式斜拉桥适用于单跨式斜拉桥，无边跨；拉索的水平分力引起的轴力由下部结构（地锚）承担。部分地锚式斜拉桥介于两者之间。,三、斜拉索,拉索的种类、构造及防护。,拉索基本要求：抗疲劳性能、耐久
10、性、抗腐蚀性拉索的组成：钢索、锚具钢索：钢丝（平行或半平行）、钢绞线、高强度钢筋（早期、很少采用）,三、斜拉索,斜拉索的种类、构造及防护。拉索不加防护锈蚀十分惊人拉索防护防止钢丝的锈蚀拉索防护分两类：钢丝防护和拉索防护,三、斜拉索,斜拉索的种类、构造及防护1、钢丝防护 镀锌、镀防锈脂、涂防锈底漆2、拉索防护 涂料保护、卷带保护、套管保护、拉索外加塑料缠绕保护层3、国内常用的方法（1）热挤高密度聚乙烯套管防护（最常用）（2）高密度聚乙烯套管内灌注水泥浆防护（3）环氧树脂形成玻璃钢外壳防护（4）多层玻璃纤维缠绕，钢套管外防锈漆保护,拉索的风雨振及减震措施,1984年，日本Hikami观察到直径14
11、0mm的斜拉索在14m/s风速下振幅值达到275mm。Aratsu桥在建造时就时有强烈的索振动，观测到的最大幅值为300mm，大约是直径的二倍。法国的布鲁东桥、泰国的RamaIX桥、日本的名港西大桥报道的拉索振幅甚至大到相邻拉索发生碰撞的程度。国内杨浦大桥尾索在风雨共同作用下也曾发生强烈振动，其最大振幅超过1米。,拉索的风雨振及减震措施,日本研究人员Hikami首先观察到拉索的风雨激振。实际的拉索结构的风雨激振有如下特点：(1)在大、中、小雨状况下皆可能发生拉索的风雨激振，发生大幅振动的风速一般为8-15m/s。(2)长索发生风雨激振的可能性较大，而靠近塔柱处的短索发生这一振动的可能性较小；(
12、3)一般发生在PE包裹的拉索，拉索直径一般为140mm200mm；(4)振动常以“拍”的形式出现，频率成分较多，但以基频为主。振幅很大；(5)在一座桥上，常以多根索同时出现风雨激振。,拉索的风雨振及减震措施,目前对拉索的风雨激振的机理已有比较一致的认识:雨水在拉索表面形成雨线，这一雨线改变了拉索原本为圆形的截面。从而使其由稳定的气动外形变为不稳定的气动外形。但这一雨线的形状，它在索表面上的位置，以及这两个重要因素与风速、风向以及拉索振动的幅度之间的藕合关系，是目前尚未解决的问题。,拉索的风雨振及减震措施,斜拉索风雨激振的减振措施分为空气动力学措施和被动控制措施两方面。空气动力学措施：通过优化斜拉索的外形，使其具有良好的空气静、动力特性，从一定程度上消除某些能使其产生气动不稳定的因素，因此是斜拉索抗风设计中应优先考虑的措施。目前常采用的气动措施有：斜拉索表面附设螺旋肋条、斜拉索表面设置平行肋条、表面带凹坑或凸点的斜拉索。被动控制措施：安装减振辅助索和减振阻尼器等。其中，磁流变阻尼器具有能够调节输入电压，使每根拉索处于最优阻尼状态下工作，且不受环境温度等的影响等优点，起到了很好的减振效果。,
