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斜拉桥


截面形式
实体梁式和板式主梁:适用于双索面斜拉桥, 结构简单,施工方便,空气动力性能合理。 箱形截面:抗弯和抗扭刚度大,能适应稀索、 密索、单索面或双索面等不同斜索布置。

主梁据材料组合有如下方式:
预应力混凝土梁,称混凝土斜拉桥 钢-混凝土组合梁,称组合梁斜拉桥 钢主梁,称钢斜拉桥 主跨为钢主梁或钢-混凝土组合梁,边跨为混 凝土梁,称为混合式斜拉桥。平位移, 一般在塔柱与主梁之间设置侧向限位支座。

优点:
(1)主跨满载时,塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值; (2)温度、收缩和徐变次内力均较小;
(3)可以吸震消能。

缺点:当采用悬臂施工时,塔柱处主梁需临时固结, 成桥后解除临时固结时,主梁会发生较大纵向摆动。
半漂浮体系
特点:塔墩固结,主梁在塔墩上设置竖向支 承。接近于在跨度内具有弹性支承的三跨连 续梁。 缺点:主梁内力在塔墩支点处产生急剧变化, 出现了负弯矩尖峰,通常须加强支承区段的 主梁截面。 在墩顶设置弹簧支撑或零号索,可与漂浮体系 媲美,且在经济与减小纵向漂移方面有一定 好处。

塔梁固结体系
特点:塔梁固结并支承在墩上。一般只在一 个塔柱处设置固定支座,其余均为纵向可以 活动的支座。 优点:主梁受力比较均匀,整体升降温引起 的温度应力比较小。 缺点:上部结构重量与活载反力都需支座传 给桥墩,这就需要设置很大吨位的支座,这 样给日后的养护、更换均带来较大的困难。

(二)索塔

组成:塔柱、横梁以及其他联结构件。 横梁一般分为承重横梁与非承重横梁。前者 为设置主梁支座的受弯横梁,以及塔柱转折 处的压杆横梁或拉杆横梁;后者为塔顶横梁 和塔柱无转折的中间横梁。
索塔截面
实心体索塔一般适用于中小跨度,对于小跨 度可以采用等截面,对于中等跨度用空心截 面。 矩形截面宜将四角做成倒角或圆角。 种空心截面包括H形截面,一般均在每一层拉 索锚头处增设水平隔板。

阻尼减振法:作用机理是通过安装阻尼装置, 提高拉索的阻尼比从而抑制拉索的振动。可 分为安放在套筒内的内置式阻尼器与附着于 拉索之上的外置式阻尼器。

改变拉索动力特性法:采用辅助索将若干索 相互联结起来,将长索转换成相对较短的索, 使拉索的振动基频提高,从而抑制索的振动。
斜拉桥的施工

前面所介绍的梁式桥与拱桥的施工方法大体 可归纳为有支架施工法、悬臂施工法、顶推 施工法、转体施工法。虽然这几种方法同样 可以用在斜拉桥的建造上,但是最适宜的方 法是悬臂施工法,其余三种方法一般只能用 在河水较浅或修建在旱地上的中、小跨径斜 拉桥。

辅助墩与边引跨: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,一般设置辅助墩加以解决。
设辅助墩也可减小拉索应力变幅,提高主跨 刚度,缓和端支点负反力。
索塔布置

索塔:索力传至基础的关键构件。恒载作用 下,索塔应尽可能处于轴心受压状态。
横桥向布置
索面布置
单索面:在横桥方向只有单个支撑点,抗扭 刚度低,不利于承受偏心活载,抗风性能以 及施工稳定性差,主梁一般采用箱型截面。 适用:具有中央分隔带的桥梁,利用分隔带 布置索面。 优点:桥面有效宽度大,桥墩布置灵活,视 野宽阔。
部分地锚体系

主跨很大,边跨很小时采用。
矮塔部分斜拉桥体系

塔高降低能提高塔身刚度,但拉索的水平倾 角也将减小,故矮塔部分斜拉桥拉索不能提 供足够的支承刚度,要求主梁的刚度较大。 受力性能介于梁式桥和斜拉桥之间。
特点:

塔矮。常规斜拉桥塔高与跨度比为1/4~1/5,而部分 斜拉桥为1/8~1/12。 梁无索区较长,没有端锚索。 边跨与主跨比值大,一般大于0.5。 梁高较大,甚至做成变高梁。 受力以梁为主,索为辅。 由于梁的刚度大,活载作用下斜拉索的应力变幅较 小。

竖琴形:斜拉索平行排列,索少时显得比较 简洁,并可简化斜拉索与索塔的连接构造, 塔上锚固点分散,对索塔受力有利。 缺点:?


扇形:斜拉索不相互平行,兼有辐射形与竖 琴形的优点,故获得广泛应用。
索距的布置
索距的的布置分为“稀索”与“密索”。在早期的 斜拉桥中都为“稀索”,现代斜拉桥多为“密索”。 密索优点: (1)索距小,主梁弯矩小; (2)索力小,锚固点构造简单; (3)锚固点附近应力流变化小,补强范围小; (4)利于悬臂架设与换索。

(三)拉索

整体安装拉索:平行钢丝索配冷铸锚。 分散安装拉索:平行钢绞线索配夹片锚。 拉索的锚固:拉索与混凝土梁的锚固、拉索
在索塔上的锚固。
索与梁的锚固形式

顶板锚固块:以箱梁顶板为基础,向上下两 个方向延伸加厚。拉索水平分力传至梁截面, 垂直分力由加劲肋斜杆平衡。适用:箱内具 有加劲斜杆的单索面斜拉桥。
斜拉桥的主要构造
(一)主梁 作用: 将恒、活载分散传递给拉索。梁的刚度越小,则承 担的弯矩越小。 与拉索及索塔一起成为整个桥梁的一部分,主梁承 受的力主要是拉索的水平分力所形成的轴压力,因 而需有足够的刚度防止压屈。 抵抗横向风载与地震荷载,并将力传给下部结构。
主梁设计需考虑:
拉索间距较大时,采用弯矩控制设计; 单索面斜拉桥,采用扭转控制设计; 双索面密索体系,主要考虑轴压力和整个桥 的纵向弯曲; 需考虑一定的安全储备。 高跨比:对于双索面1/100~1/150;单索面 1/50~1/100,且高宽比不宜小于1/10。

主要结构体系



按塔、梁、墩相互结合方式,可划分为漂浮体系、 半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系; 按主梁的连续方式,有连续体系与T构体系; 按斜拉索的锚固方式,有自锚体系、部分地锚体系 和地锚体系; 按塔的高度不同,有常规斜拉桥与矮塔部分斜拉桥 体系。
漂浮体系

特点:塔墩固结、塔梁分离。主梁除两端有 支承外,其余部分全用拉索悬吊,属于一种 在纵向可稍作浮动的多跨弹性支承连续梁。


双索面:结构抗扭刚度大,动力抗风性能好。 因此对主梁的抗扭刚度要求小,但是为了结
构抗风要求以及悬臂施工中的安全考虑,主
梁截面的扭转刚度也不宜设置太小。
索面形状
辐射形:沿主梁均匀分布,而在索塔上集中 于塔顶一点。 优点:由于斜拉索与水平面的的平均交角较 大,故拉索的垂直分力对主梁的支承效果也 大。 缺点:?
主梁在斜拉索的各点支承下,像多跨弹性支 承的连续梁。 同跨数的斜拉桥与连续梁桥相比,弯矩值大 大降低。 斜拉桥主梁尺寸大大降低,梁高一般为跨度 的1/50~1/200,甚至更小,从而自重显著减 轻,既节省了材料,又能大幅度地增大桥梁 的跨越能力。

主跨排前十的斜拉桥
孔跨布局

双塔三跨:主跨跨径较大,适用于跨越较宽 的河流及海面。边主跨之比应考虑全桥的刚 度、拉索的疲劳强度等因素。对于公路桥梁,
斜拉桥
组成:主梁、索塔和斜拉索。 主梁:一般采用混凝土结构、钢-混凝土组合 结构或钢结构。 索塔:大都采用混凝土结构。 斜拉索:采用高强材料(高强钢丝或钢绞线) 荷载传递路径:斜拉索的两端分别锚固在主 梁和索塔上,将主梁的恒载与车辆荷载传递 至索塔,再通过索塔传至地基。

与连续梁的比较
拉索的减振



气动控制法:将拉索的光滑表面做成带有螺旋凸 纹、条形凸纹、V形凹纹或圆形凸点的非光滑表面。 优点:提高拉索表面的粗糙度,使气流经过拉索 时在表面边界层形成湍流,从而避免涡激共振的 产生;拉索表面的凹凸纹能阻碍下雨时拉索上、 下缘迎风面雨水线的形成,从而防止雨振的产生。 缺点:对塔、梁在外界激励下导致索两端的支座 激振没有减振作用;会增大拉索对风的阻力。

采用钢锚固梁锚固。将钢锚固梁搁置在混凝 土塔柱内侧的牛腿上,斜索通过埋设在塔壁 中的钢管锚固在钢锚固梁两端的锚块上。

利用钢锚箱锚固。整个钢锚箱是由各层的 钢锚箱进行上下焊接而成,然后将锚箱用 焊钉使之与混凝土塔身连结,用环形预应 力筋将锚箱夹在混凝土的塔柱内,以增加 对拉索水平荷载的抵抗力。
合理的边主跨之比为 0.4~0.45 ,铁路桥梁宜
为0.2~0.25.

独塔双跨:主孔跨径一般比双塔三跨式的小, 特别适用于跨越中小河流、谷地及作为跨线 桥。边主跨之比为( 0.5 ~ 0.8 ),但大多数 为0.66。

三塔四跨式和多塔多跨式:很少采用。因为 中间塔没有端锚索来有效限制它的变位。采 用增加主梁刚度和索塔刚度增加了工程量。 如必须采用多塔多跨,可将中间塔做成刚性 索塔,或用长拉索将中间塔顶分别锚固在两 个边塔的塔顶或塔底,还有一种方法是加粗 尾索并在锚固尾索的梁段上压重。
施工顺序

基础——下塔柱——中塔柱——上塔柱—— 主梁、拉索
混凝土索塔施工
塔座施工

塔座的砼浇筑在承台浇筑后立即进行(一般 在承台结束后5天完成),塔座的混凝土体积 小、标号高,砼收缩大,受承台的约束影响, 易产生收缩裂缝。

梁底两侧设锚固块:
设在风嘴实体之下或边腹板之下。 适用于双索面斜拉桥。

梁两侧设锚固块
锚块设在梁底。 适用于双主梁或板式截面斜拉桥。

拉索在索塔上的锚固

在实体塔上交错锚固。在塔柱中埋置钢管, 再将斜拉索穿入和用锚头锚固在钢管上端的 锚垫板上。

在空心塔上作非交错锚固。在箱形桥塔的壁 内配置环向预应力筋,以抵抗拉索在箱壁内 产生的拉力。

刚构体系
特点:塔、梁、墩相互固结,行成跨内具有 多点弹性支承的刚构。为消除温度应力,需 要墩具有一定的柔性,常用高墩。 优点:既免除了大型支座又能满足悬臂施工 的稳定要求。结构的整体刚度比较好,主梁 挠度小。 缺点:主梁固结处负弯矩大,使固结处附近 截面需要加大。
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