斜拉橋結構組成及設計

1、n 第二章第二章 斜拉橋的構造斜拉橋的構造n第一節(jié)第一節(jié) 主梁構造主梁構造n第二節(jié)第二節(jié) 索塔構造索塔構造 n第三節(jié)第三節(jié) 拉索構造拉索構造第一篇第一篇 混凝土斜拉橋混凝土斜拉橋n第一節(jié)第一節(jié) 主梁構造主梁構造n主梁作用體現(xiàn)三個方面：主梁作用體現(xiàn)三個方面：n1）將結構重力和可變作用傳給拉索；）將結構重力和可變作用傳給拉索；n2）承受拉索的軸向壓力，需有足夠的剛度防止壓屈；）承受拉索的軸向壓力，需有足夠的剛度防止壓屈；n3）抵抗橫向風荷載和地震作用。）抵抗橫向風荷載和地震作用。 斜拉橋主梁材料類型分類斜拉橋主梁材料類型分類n除少數(shù)在索塔附近梁高變化外，通常采用等高度梁。除少數(shù)在索塔附近梁高變化外

2、，通常采用等高度梁。n高跨比高跨比h/L ：雙索面：雙索面1/1001/150；n 單索面單索面1/501/100。n寬高比寬高比B/h 8 提高主梁橫向抗風穩(wěn)定性。提高主梁橫向抗風穩(wěn)定性。n后面將介紹砼主梁常用的截面形式。后面將介紹砼主梁常用的截面形式。 梁橋梁橋混凝土混凝土T梁梁： h/L=1/8-1/16預應力混凝土結構預應力混凝土結構：T型截面：型截面：h/L=1/12-1/15 箱型截面箱型截面：h/L=1/15-1/18 變截面連續(xù)梁變截面連續(xù)梁：支點位置，：支點位置， H1/L=1/16-1/18 跨中跨中H2/H1=1/1.5-1/2.5連續(xù)剛構（箱梁）連續(xù)剛構（箱梁）：支點位

3、置，：支點位置， H1/L=1/16-1/20 跨中跨中H2/H1=1/2.5-1/3.5拱橋拱橋石拱橋石拱橋 h=k L1/3 =4.5-6.0 隨矢跨比減小而增大隨矢跨比減小而增大 k=1.01.2（汽（汽-10 汽汽-20） 鋼筋混凝土板拱鋼筋混凝土板拱： h/L=1/60-1/70 工字型肋拱工字型肋拱：肋高：肋高 h/L=1/25-1/35 箱肋箱肋：肋高：肋高 h/L=1/50-1/70 箱拱箱拱：h/L=1/55-1/75拱橋寬度拱橋寬度1/25L n一、實體梁式和實體一、實體梁式和實體板式主梁板式主梁n實體梁式主梁：實體梁式主梁：n兩個分離主梁間由混兩個分離主梁間由混凝土橋面板

4、及橫梁連凝土橋面板及橫梁連接，拉索錨固在主梁接，拉索錨固在主梁中心處。中心處。 n實體板式主梁：實體板式主梁：純板式純板式和和矮矮梁式梁式截面。截面。n矮梁式指主梁位于兩邊，梁矮梁式指主梁位于兩邊，梁高相對橋寬很小，主梁間有高相對橋寬很小，主梁間有橫梁和橋面板相連。橫梁和橋面板相連。n邊主梁截面帶有風嘴尖角，邊主梁截面帶有風嘴尖角，適應抗風要求。適應抗風要求。n拉索直接錨固在邊主梁下面。拉索直接錨固在邊主梁下面。圖圖a)為希臘為希臘Evripos橋，主跨橋，主跨215m，高垮比高垮比=1/478，板高板高45cm n 二、箱形截面：二、箱形截面：n抗彎和抗扭剛度大，能適應各種斜索布置；抗彎和抗

5、扭剛度大，能適應各種斜索布置；n可形成可形成單箱單箱式或式或分離式的雙箱式分離式的雙箱式截面，適應不同橋寬需要。截面，適應不同橋寬需要。單箱式截面單箱式截面n跨越塞納河的法國普魯東納橋，跨跨越塞納河的法國普魯東納橋，跨徑徑143+320+143m，第一座單索面砼，第一座單索面砼斜拉橋。斜拉橋。n一個中央索面與預制構件做成的箱一個中央索面與預制構件做成的箱形加勁梁相連結。形加勁梁相連結。 法國普魯東納橋法國普魯東納橋n雙索面箱梁常以分離式的兩個箱體錨固于拉索，兩箱間為整雙索面箱梁常以分離式的兩個箱體錨固于拉索，兩箱間為整體橋面板，橫截面外側做成風嘴狀，具有良好抗風性能。體橋面板，橫截面外側做成風

6、嘴狀，具有良好抗風性能。 分離式的雙箱式截面分離式的雙箱式截面n美國美國P-K橋（橋（Pasco-Kennewick，主跨，主跨299m，1978年）采用三角形雙箱梁，年）采用三角形雙箱梁，全漂浮體系斜拉橋，主梁僅全漂浮體系斜拉橋，主梁僅2.0m。 斜拉橋混凝土主梁的斷面形式分類斜拉橋混凝土主梁的斷面形式分類 n雙索面與單索面的三室箱雙索面與單索面的三室箱梁有所不同。梁有所不同。n雙索面將兩個中間豎腹板雙索面將兩個中間豎腹板盡量拉大，使中室大于邊盡量拉大，使中室大于邊室，以取得較大的截面橫室，以取得較大的截面橫向慣性矩；向慣性矩；n單索面，則將其盡量靠攏，單索面，則將其盡量靠攏，以便將斜索錨固

7、于較小的以便將斜索錨固于較小的中室內。中室內。 挪威挪威Skarnsunddet橋采用三角形橋采用三角形箱形截面，主跨箱形截面，主跨530m，三角形，三角形箱梁截面不僅抗彎、抗扭剛度大，箱梁截面不僅抗彎、抗扭剛度大，并且抗風，適用于雙索面與單索并且抗風，適用于雙索面與單索面體系。面體系。n主跨和邊跨主梁設計理念是主跨和邊跨主梁設計理念是不同的：不同的：n主跨必須有良好的動力特性，主跨必須有良好的動力特性，自重較輕。自重較輕。n邊跨拉索起穩(wěn)定塔的作用，邊跨拉索起穩(wěn)定塔的作用，邊跨應具有克服上提力功能，邊跨應具有克服上提力功能，通過邊跨自重設輔助墩來解決。通過邊跨自重設輔助墩來解決。 斜拉橋主梁斷

8、面與索面布置關系斜拉橋主梁斷面與索面布置關系n第二節(jié)第二節(jié) 索塔構造索塔構造n索塔通過拉索對主梁起彈性支承作用。索塔通過拉索對主梁起彈性支承作用。n索塔設計應滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。索塔設計應滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。n索塔是以受壓為主的壓彎構件，索塔趨向于混凝土材料。索塔是以受壓為主的壓彎構件，索塔趨向于混凝土材料。 n城市中的斜拉橋，還從造型、景觀及與環(huán)境協(xié)調等要求來確城市中的斜拉橋，還從造型、景觀及與環(huán)境協(xié)調等要求來確定索塔的結構型式。定索塔的結構型式。 n 一、索塔組成一、索塔組成n組成索塔的主要構件：組成索塔的主要構件：塔柱塔柱，塔柱間的，塔柱間的橫梁橫梁。 n橫梁可分為橫梁可

9、分為承重橫梁承重橫梁與與非承重橫梁非承重橫梁。n承重橫梁：承重橫梁：為設置主梁支座處、塔柱為設置主梁支座處、塔柱轉折處的橫梁；轉折處的橫梁；n非承重橫梁：非承重橫梁：為塔頂橫梁和塔柱無轉為塔頂橫梁和塔柱無轉折的中間橫梁。折的中間橫梁。n所有的塔柱、橫梁共同參與風力、地所有的塔柱、橫梁共同參與風力、地震及汽車荷載作用。震及汽車荷載作用。 n 二、混凝土塔構造二、混凝土塔構造n塔柱截面分成兩類：塔柱截面分成兩類：n矩形矩形n非矩形截面非矩形截面。 n采用采用實心實心矩形截面時，拉索穿過塔柱交錯錨固于塔軸線兩側。也可把塔柱矩形截面時，拉索穿過塔柱交錯錨固于塔軸線兩側。也可把塔柱截面變成截面變成H形。

10、形。n采用采用空心空心矩形截面時，拉索錨固箱室中，箱室內壁增設錨固用的鋸齒形凸矩形截面時，拉索錨固箱室中，箱室內壁增設錨固用的鋸齒形凸塊，或在箱內設置鋼橫梁來錨固。塊，或在箱內設置鋼橫梁來錨固。 n非矩形截面塔柱包括五角形、六角形、八角形等，可采用實心，也可采用非矩形截面塔柱包括五角形、六角形、八角形等，可采用實心，也可采用空心截面?？招慕孛妗空心截面需在每一層拉索錨頭處增設水平隔板，空心截面需在每一層拉索錨頭處增設水平隔板，作用有二作用有二：n1、有利于將索力傳遞到塔柱全截面上；有利于將索力傳遞到塔柱全截面上；n2、在施工階段和養(yǎng)護時可作為工作平臺。在施工階段和養(yǎng)護時可作為工作平臺。 n拉

11、索須具備抗疲勞性、耐久性和抗腐蝕性。拉索須具備抗疲勞性、耐久性和抗腐蝕性。n拉索包括拉索包括鋼索鋼索和兩端和兩端錨具錨具兩部分，鋼索承受拉力，錨具傳遞索力。兩部分，鋼索承受拉力，錨具傳遞索力。n一、拉索構造一、拉索構造n拉索由高強度鋼絲或鋼絞線制作。拉索由高強度鋼絲或鋼絞線制作。n組成鋼索的鋼絲、鋼絞線要排列整齊、規(guī)則；組成鋼索的鋼絲、鋼絞線要排列整齊、規(guī)則；n鋼索斷面應緊密并易于成型，受力均勻；鋼索斷面應緊密并易于成型，受力均勻；n鋼索的型式便于穿過預埋管道，易于錨固；鋼索的型式便于穿過預埋管道，易于錨固；n鋼索易于防護和施工安裝等。鋼索易于防護和施工安裝等。 第三節(jié)第三節(jié) 拉索構造拉索構造

12、 n主要采用兩種拉索：主要采用兩種拉索：平行鋼絲平行鋼絲和和平行鋼絞線。平行鋼絞線。n1、平行鋼絲拉索與冷鑄錨、平行鋼絲拉索與冷鑄錨n平行鋼絲索經涂脂處理后按正六邊形平行、捆扎成束后，加纏高強度聚平行鋼絲索經涂脂處理后按正六邊形平行、捆扎成束后，加纏高強度聚脂包帶和熱擠高密度聚乙烯塑料（脂包帶和熱擠高密度聚乙烯塑料（HDPE）護套或染色）護套或染色PE護套，兩端安裝護套，兩端安裝鋼套管和錨具。鋼套管和錨具。 平行鋼絲索截面示例平行鋼絲索截面示例將若干根鋼絲平行集攏、同軸同將若干根鋼絲平行集攏、同軸同向加以適當扭絞，由此而使各根向加以適當扭絞，由此而使各根鋼絲相互間形成一種特殊的平行鋼絲相互間形

13、成一種特殊的平行狀態(tài)，稱為狀態(tài)，稱為半平行鋼絲索半平行鋼絲索。半平行鋼絲索實例半平行鋼絲索實例 n平行鋼絲拉索的結構分為三個部分。平行鋼絲拉索的結構分為三個部分。n錨固部分錨固部分：分：分張拉端錨固張拉端錨固與與固定端錨固固定端錨固；張拉端張拉端由錨筒、錨圈、錨墊板、防護由錨筒、錨圈、錨墊板、防護罩等組件組成；罩等組件組成；固定端固定端由錨餅、錨墊板、防護罩組成。由錨餅、錨墊板、防護罩組成。n過渡部分過渡部分：由鋼導管、錨筒過渡延伸鋼管、減振器、防水罩等組成；：由鋼導管、錨筒過渡延伸鋼管、減振器、防水罩等組成；n中間部分中間部分：由高強鋼絲、玻璃絲帶，：由高強鋼絲、玻璃絲帶，PE防護、纏包帶等

14、組成。防護、纏包帶等組成。n圓鋼絲直徑常用圓鋼絲直徑常用5mm、7mm兩種，鋼絲抗拉標準強度不少于兩種，鋼絲抗拉標準強度不少于1570MPa。 1-張拉端錨筒；張拉端錨筒；2-錨圈；錨圈；3-錨墊板；錨墊板；4-過渡鋼管；過渡鋼管；5-拉索；拉索；6-平行鋼絲；平行鋼絲；7-固定端錨餅；固定端錨餅；8-2層玻璃絲層玻璃絲帶或帶或2層滌綸帶；層滌綸帶；9-熱擠熱擠PE塑料護套；塑料護套；10-PVE纏包帶纏包帶n平行鋼絲索的錨固采用冷鑄墩頭錨。平行鋼絲索的錨固采用冷鑄墩頭錨。n千斤頂通過與錨杯內緣螺紋連接進行張拉，張拉后擰緊錨杯外緣螺母即可千斤頂通過與錨杯內緣螺紋連接進行張拉，張拉后擰緊錨杯外緣

15、螺母即可傳力。傳力。 平行鋼絲平行鋼絲拉索采用的冷鑄錨頭拉索采用的冷鑄錨頭 n2. 平行鋼絞線拉索平行鋼絞線拉索n將平行鋼絲索中的鋼絲換成鋼絞線即成為平行鋼絞線索。將平行鋼絲索中的鋼絲換成鋼絞線即成為平行鋼絞線索。n鋼絞線由鋼絞線由7根根5mm或或7mm的鋼絲絞制成單股鋼束（的鋼絲絞制成單股鋼束（ 15mm），各單股鋼），各單股鋼束平行排列，形成鋼絞線。束平行排列，形成鋼絞線。n單根鋼絲標準抗拉強度單根鋼絲標準抗拉強度1860MPa，國外鋼絞線（美國、日本），國外鋼絞線（美國、日本）2000MPa。平行鋼絞線斜拉索采用平行鋼絞線斜拉索采用的夾片式群錨的夾片式群錨 n二、拉索的錨固二、拉索的錨固

16、n1. 斜拉索與混凝土梁的錨固斜拉索與混凝土梁的錨固n1）頂板設置錨固塊）頂板設置錨固塊n適用于單索面有加勁斜桿的箱梁。適用于單索面有加勁斜桿的箱梁。n拉索錨固在頂板與斜拉桿交叉點處的拉索錨固在頂板與斜拉桿交叉點處的錨固塊上。錨固塊上。n拉索水平分力通過錨固塊傳給頂板后拉索水平分力通過錨固塊傳給頂板后再到箱梁全截面，垂直分力由一對加再到箱梁全截面，垂直分力由一對加勁斜桿承受。勁斜桿承受。 n2）箱梁內設橫隔板錨固）箱梁內設橫隔板錨固n用于分離式雙箱的混凝土主梁，也適用于單索面多室箱梁。用于分離式雙箱的混凝土主梁，也適用于單索面多室箱梁。n錨固構造位于箱梁頂板下兩個腹板之間，與頂板、腹板固結在一

17、起。錨固構造位于箱梁頂板下兩個腹板之間，與頂板、腹板固結在一起。n拉索的水平分力由錨固塊傳遞給頂板再擴散到主梁全截面，垂直分力拉索的水平分力由錨固塊傳遞給頂板再擴散到主梁全截面，垂直分力則由錨固塊傳給左右腹板。則由錨固塊傳給左右腹板。斜拉索的錨頭示例斜拉索的錨頭示例 n 3）在箱梁內設斜隔板錨固）在箱梁內設斜隔板錨固n在箱梁內設斜向隔板，其斜度與拉索一致。拉索錨固于箱梁底板。在箱梁內設斜向隔板，其斜度與拉索一致。拉索錨固于箱梁底板。n拉索的水平分力通過隔板四周的頂板、腹板和底板傳給主梁，垂直分力拉索的水平分力通過隔板四周的頂板、腹板和底板傳給主梁，垂直分力由斜隔板兩側的腹板以剪力形式傳遞。由斜

18、隔板兩側的腹板以剪力形式傳遞。 n 4）在梁體兩側設錨固塊）在梁體兩側設錨固塊n雙索面斜拉橋常用的錨固構造。錨固塊放在主梁兩側風嘴形實體塊下面，雙索面斜拉橋常用的錨固構造。錨固塊放在主梁兩側風嘴形實體塊下面，或較厚的傾斜邊腹板下面?；蜉^厚的傾斜邊腹板下面。n拉索的水平分力通過風嘴形實體或斜腹板傳遞，而垂直分力則需在斜腹拉索的水平分力通過風嘴形實體或斜腹板傳遞，而垂直分力則需在斜腹板內設置一定數(shù)量的豎向預應力筋束來承受。板內設置一定數(shù)量的豎向預應力筋束來承受。 n5）在梁底設置錨固塊）在梁底設置錨固塊n適用于截面較小的實體雙主梁或板式梁。適用于截面較小的實體雙主梁或板式梁。n梁中設置與拉索傾角相

19、同的管道，拉索穿過管道后錨固于梁底。梁中設置與拉索傾角相同的管道，拉索穿過管道后錨固于梁底。 總結總結斜拉索與混凝土梁的錨固方法：斜拉索與混凝土梁的錨固方法：1）頂板設置錨固塊頂板設置錨固塊2）箱梁內設橫隔板錨固箱梁內設橫隔板錨固3）在箱梁內設斜隔板錨固在箱梁內設斜隔板錨固4）在梁體兩側設錨固塊在梁體兩側設錨固塊5）在梁底設置錨固塊在梁底設置錨固塊 n 2. 拉索在索塔上的錨固拉索在索塔上的錨固n拉索錨固部位的構造與拉索的布置、根數(shù)和形狀、塔形和構造及拉索的牽拉索錨固部位的構造與拉索的布置、根數(shù)和形狀、塔形和構造及拉索的牽引和張拉等多種因素有關。引和張拉等多種因素有關。n1）在實體塔上交錯錨固

20、）在實體塔上交錯錨固n塔柱中埋設鋼管，兩側拉索塔柱中埋設鋼管，兩側拉索交叉穿過預埋鋼管后錨固在鋼交叉穿過預埋鋼管后錨固在鋼管上端的鋼板上。管上端的鋼板上。n利用塔壁上的鋸齒形凹槽或利用塔壁上的鋸齒形凹槽或凸形牛腿來錨固拉索。凸形牛腿來錨固拉索。 n構造與上述的相同，構造與上述的相同，但需在橋塔壁板內配置但需在橋塔壁板內配置環(huán)向預應力鋼筋，抵抗環(huán)向預應力鋼筋，抵抗拉索在箱壁內產生的拉拉索在箱壁內產生的拉力。力。 塔錨窩索（a） 平面圖（b） 側面圖錨窩索塔2）空心塔上非交錯錨固）空心塔上非交錯錨固 n3）采用鋼錨固梁來錨固）采用鋼錨固梁來錨固n鋼錨固梁擱置在塔柱內側牛腿上，斜鋼錨固梁擱置在塔柱內

21、側牛腿上，斜索錨固在鋼錨固梁的錨塊上。索錨固在鋼錨固梁的錨塊上。n鋼錨固梁實現(xiàn)拉索在空心塔上的對稱鋼錨固梁實現(xiàn)拉索在空心塔上的對稱錨固，使塔柱在錨固區(qū)段受力明確，錨固，使塔柱在錨固區(qū)段受力明確，內力減少。內力減少。 n 4）利用鋼錨箱錨固）利用鋼錨箱錨固n鋼錨箱由各層的鋼錨箱上下焊接而成，然鋼錨箱由各層的鋼錨箱上下焊接而成，然后將錨箱用焊釘與混凝土塔身連結。后將錨箱用焊釘與混凝土塔身連結。 n三、拉索的應力三、拉索的應力n拉索的應力控制考慮三個因素：拉索的應力控制考慮三個因素：設計彈性模量設計彈性模量、破斷強度破斷強度和和抗抗疲勞疲勞。n斜索的設計彈性模量（換算彈性模量）可按斜索的設計彈性模量

22、（換算彈性模量）可按恩斯特公式恩斯特公式計算：計算：n式中：式中：E索的彈性模量，索的彈性模量，r 索的容重，索的容重，l 索的水平投影長度。索的水平投影長度。322121ElEEeq n公式表明，選用高強度材料，公式表明，選用高強度材料，提高拉索工作應力，提高拉索工作應力，采用輕而有效的拉采用輕而有效的拉索防護手段，索防護手段，減少容重減少容重，有利于提高拉索剛度，降低非線性影響。，有利于提高拉索剛度，降低非線性影響。n控制斜索的最小應力是十分必要的?？刂菩彼鞯淖钚κ鞘直匾?。n拉索應具有足夠抗疲勞能力，拉索抗疲勞能力與鋼材和錨具有關，目拉索應具有足夠抗疲勞能力，拉索抗疲勞能力與鋼材和錨具有關，目前成品拉索應力變幅為前成品拉索應力變幅為220250MPa。 322121ElEEeqn 四、拉索的減振四、拉索的減振n拉索的振動容