橋梁工程第九章斜拉橋

1、第九章斜拉橋.概述斜拉橋結(jié)構(gòu)與構(gòu)造斜拉橋的結(jié)構(gòu)計算要點斜拉橋施工方法簡介斜拉橋橋例部分斜拉橋1福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋.概述n 斜拉橋：由主梁（girder或beam）、索塔（pylon或tower）和斜拉索（staycable）組成。2福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋世界主跨排前十名的斜拉橋3福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋.斜拉橋結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 、基本形式及總體布置單跨、雙跨、三跨和多跨單跨斜拉橋為地錨或無背索結(jié)構(gòu)體系，建設(shè)成本高，較少采用。單跨4福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋獨塔雙跨和雙塔三跨結(jié)構(gòu)是常見的斜拉橋結(jié)構(gòu)形式。雙跨斜拉橋以跨度較大者

2、為主跨，三跨斜拉橋以中跨為主跨。獨塔雙跨雙塔三跨5福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋三跨以上的斜拉橋由于中間橋塔沒有端錨索限制其變形，結(jié)構(gòu)剛度小、施工過程中形狀控制困難，較少采用。邊跨L3主跨L2主跨L1邊跨L4索塔拉索端錨索主梁邊墩或橋臺三跨6福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋三跨式斜拉橋的L1/L2宜為0.330.50。其中鋼主梁宜為0.400.50；組合梁宜為0.300.45；混凝 土梁宜為0.400.45。7福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋兩跨式斜拉橋的L1/L2為0.501.01） 當(dāng)邊跨跨度比較大時，邊跨設(shè)置輔助墩或者增大橋塔剛度。2） 當(dāng)邊跨跨度比較小時

3、，要避免支座出現(xiàn)負(fù)反力。8福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋已有斜拉橋，雙塔斜拉橋的塔高與主跨之比約為1/41/7，其中 鋼斜拉橋多為1/5；獨塔斜拉橋該值約為1/2.71/4.7。斜拉橋細(xì)則規(guī)定雙塔、多塔斜拉橋橋面以上索塔的高度與主跨 跨徑之比宜為1/41/6。獨塔斜拉橋橋面以上的塔高與跨度之比宜為1/2.71/3.7，外索的水平傾角不宜小于22。p /zu/ge/福州大橋梁工程建精第九章斜拉橋為了提高斜拉橋的結(jié)構(gòu)整體剛度，有時在非通航的邊跨適當(dāng)設(shè)置輔助墩約束主梁的變形。10福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程輔助墩輔助墩第九章斜拉橋在斜拉橋中，還經(jīng)常用端錨索來約束索塔的變形。端錨索是最上

4、端的背索，張力比其他拉索大，設(shè)計時一般采用截面較大的 拉索。11福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程端錨索第九章斜拉橋二、結(jié)構(gòu)體系及受力特征1.塔梁之間的結(jié)合方式根據(jù)塔梁之間結(jié)合方式的不同，斜拉橋結(jié)構(gòu)體系分為漂浮體系（floating system）支承體系（包括半漂浮體系）（supporting system） 塔梁固結(jié)體系（fixed system between pylon andgirder）剛構(gòu)體系（rigid frame system）。12福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋塔梁之間的聯(lián)結(jié)方式13福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋漂浮體系是指主梁在順橋向變形不受索塔約束，

5、主梁水平荷載不直接傳遞到索塔的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)體系具 有索塔在順橋向負(fù)擔(dān)小和主梁彎矩分布均勻的優(yōu)點，而 且結(jié)構(gòu)的縱向周期長，可以減輕地震作用。不足之處是結(jié)構(gòu)剛度小，順橋向變形較大，施工期間穩(wěn)定性差。14福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋支承體系（包括半漂浮體系）是指塔梁之間有豎向支承、并在順橋向有一定水平約束的結(jié)構(gòu)形式，其中半漂浮體系在順 橋向無約束。這種結(jié)構(gòu)體系由于主梁支承在橋塔的橫梁上， 整體剛度比漂浮體系大。這種結(jié)構(gòu)體系中索塔對主梁的縱向 水平約束剛度需根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求通過試算確定，一般約束 剛度越小，結(jié)構(gòu)受到的水平地震作用也就越小，但順橋向的 水平變形增大。不足之處是剛度較大

6、的支點使得主梁在出現(xiàn) 比較大的負(fù)彎矩。15福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋塔梁固結(jié)體系是指塔梁之間固結(jié)，但塔與墩之間用支座傳遞荷載的結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點是索塔的彎矩小、主梁受力比 較均勻，整體升降溫引起的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力較小。缺點是結(jié) 構(gòu)的剛度小，在荷載作用下變形比較大，塔下的支座承受 比較大的反力，需要采用大噸位的支座，在跨度比較大的斜拉橋中不宜采用。16福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋剛構(gòu)體系是指塔、梁、墩三者之間固結(jié)的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)體系的剛度比較大，結(jié)構(gòu)變形小，索塔部位不需要設(shè) 置支座，結(jié)構(gòu)維護(hù)容易，施工過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較好。不足之處是支點處主梁彎矩大，索塔還需要承受很 大

7、的溫度應(yīng)力以及水平地震作用，故一般適用于結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力不大的小跨度獨塔斜拉橋。17福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋2. 拉索的錨固方式根據(jù)拉索的錨固方式不同，斜拉橋可分為自錨式、地錨式和部分地錨式三種結(jié)構(gòu)體系。自錨式最常用。施工方便、主梁截面受力合理、不需要修建錨碇等。但當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度比較大時，主梁的穩(wěn)定問題突出，可 能成為設(shè)計的控制因素。(a) 自錨式主梁軸力18福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋地錨式斜拉橋主梁受拉，斜拉索的軸向力靠錨碇來平衡。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差，施工方法復(fù)雜，因此只有當(dāng)?shù)匦伪容^特殊或者出于橋梁造型需要時才會可能被選用。部分地錨式斜拉橋的結(jié)構(gòu)受力介于自錨和地錨結(jié)構(gòu)體系之

8、間，跨中一部分主梁受拉，其余均為受壓。(b) 地錨式(c) 部分地錨式19福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋3. 拉索的布置形式n 斜拉橋根據(jù)索面數(shù)量分為：單索面雙索面：雙平行索面和雙斜索面多索面n 拉索在順橋向布置有三種形式：輻射形（radial） 扇形（fan）豎琴形（harp）20福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋索的橫橋向布置形式21福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋單索面斜拉橋在橫橋方向只有單個支撐點，結(jié)構(gòu)抗扭剛度低，不利于承受偏心活載，抗風(fēng)性能以及施工穩(wěn)定性 差，依靠主梁自身的抗扭剛度承受扭矩，因此宜采用扭 轉(zhuǎn)剛度較大的主梁，一般為箱形截面。這種結(jié)構(gòu)體系特別

9、合適設(shè)有中央分隔帶的橋梁，可以利用分隔帶布置索 面，橋面的有效寬度大，橋墩布置靈活，視覺效果好。22福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋雙索面結(jié)構(gòu)抗扭剛度大，動力抗風(fēng)性能好，因此主梁的抗扭剛度要求小些，可用閉口箱形截面，也可用開口截面，但是，從結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性要求以及懸臂施工過程中的安全性要求考慮，主梁 截面的扭轉(zhuǎn)剛度也不宜設(shè)計得過小。23福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋索的縱橋向布置形式(a) 輻射形(b) 扇形(c) 豎琴形24福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋輻射形布置時拉索的傾角大，傳遞豎向荷載的效率高，而且張力水平分力也比較小，可以減輕主梁的軸向壓力。缺點是塔頂錨固

10、過于集中，構(gòu)造處理非常困難，因此，除拉 索數(shù)量不多的小跨斜拉橋以外很少采用。(a) 輻射形25福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋豎琴形拉索布置是平行布置拉索的結(jié)構(gòu)體系，最大特點是避免拉索之間相互交叉的視覺效應(yīng)，拉索長度變化有韻 律，景觀效果較好，而且對主梁的軸向變形約束剛度大。 缺點是豎向的傳力效果比較差。當(dāng)拉索布置對斜拉橋經(jīng)濟(jì) 性影響不大時（中等跨度的鋼橋）或者從景觀需要考慮，設(shè)計可采用豎琴形的拉索布置形式。(c) 豎琴形26福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋扇形布置的拉索在索塔錨固分散到一定的高度范圍，其分 布范圍由錨固構(gòu)造要求確定，一般兩個錨固點的間距為3 4m左右。這種

11、布置方式索力傳遞接近于最合理，構(gòu)造也能滿足施工要求，是斜拉橋普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式。(b) 扇形27福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋按間距分：稀索和密索(a)稀索（b）密索28福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋三、索塔在斜拉橋中，索塔是將索力傳至基礎(chǔ)的關(guān)鍵構(gòu)件，其內(nèi)力主要是索力和自重作用下產(chǎn)生的軸向壓力及對應(yīng)的彎矩。 順橋向以單柱式為主，只有當(dāng)設(shè)計要求橋塔的縱向剛度很大時，才做成倒V形與倒Y形。(b)倒V形(c)倒Y形(a)單柱形29福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋索塔的橫向形式適用于單索面的索塔適用于雙索面的索塔30福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋塔索與

12、塔的聯(lián)結(jié)形式拉索與索塔的聯(lián)結(jié)有三種形式：固定滾動擺動索固定滾動支座現(xiàn)代斜拉橋一般采用固定的聯(lián)結(jié)方式。（c）擺動支座31福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋混凝土索塔的拉索錨固構(gòu)(a) 交錯布置（實心截面）(b) 非交錯布置（箱形截面）(c) 鋼錨梁布置圖9-14 混凝土索塔的拉索錨固構(gòu)造32福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋南平黃墩大橋的索塔錨固區(qū)采用鋼錨箱的錨固形式。33福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋（a）牛腿正面圖（c）鋼橫梁整體圖（e）1#板和剪力釘圖（f）2#板和剪力釘圖（b）牛腿側(cè)面圖（d）鋼橫梁局部圖34福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋四、斜 拉

13、 索n 1. 斜拉索組成n 斜拉索主要由鋼索、兩端的錨具、減振裝置和保護(hù)措施 組成。一根拉索可劃分為兩端的錨固段、過渡段和中間段三個部分，其中錨固段用來將拉索分別固定在索塔 和主梁上，分為固定端和張拉端兩種；過渡段包括錨墊板、導(dǎo)索管和減振器、填充材料； 中間段即為索體。35福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋n 2. 斜拉索類型根據(jù)捆扎形式不同，拉索可分為封閉式鋼索、平行鋼絲索、鋼絞線索三種形式，比較常用的是由5或7mm熱鍍鋅鋼絲組成的平行鋼絲索，強(qiáng)度一般為1670MPa(a)(b)(c)(d)36福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋斜拉索工廠制作37福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程

14、第九章斜拉橋n 3. 斜拉索錨具形式鋼絲斜拉索錨具有熱鑄錨、鐓頭錨、冷鑄鐓頭錨等多種形式。(a) 熱鑄錨(b) 鐓頭錨38福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋冷鑄鐓頭錨冷鑄鐓頭錨（HiAm錨）39福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋4. 斜拉索防護(hù)和減振措施鋼絲索的防護(hù)分鋼絲防護(hù)和拉索外層防護(hù)兩級，鋼絲防護(hù) 一般采用表面鍍鋅的辦法，要求鋅層附著量大于300g/m2，避免鋼絲在外層防護(hù)措施實施前發(fā)生銹蝕。PE套管防腐40福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋拉索減振措施表面非光滑處理方法外置阻尼裝置41福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋n 5. 斜拉索安全驗算斜拉索的使用

15、應(yīng)力應(yīng)低于材料的容許應(yīng)力，而容許應(yīng)力為 抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.4倍，即設(shè)計安全系數(shù)為2.5。施工狀態(tài)下斜拉索的安全系數(shù)取2.0，即拉索的容許應(yīng)力為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.5倍。錨具的安全系數(shù)不應(yīng)小于斜拉索的安全系數(shù)。42福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋6. 柔性斜拉索形狀和張力計算43福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋柔性拉索的形狀、張力和荷載大小有關(guān)，而與材料性質(zhì)無關(guān)。BxywfLeAHl/2VTl(a) 拉索的平衡形狀(b)微元體平衡拉索的平衡形狀及微元體平衡44福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋一般情況下，由于斜拉橋拉索的垂度比較小，自重可以近似看作沿水平投影方向是均

16、布分布的。由拉 索微元體平衡條件，可得：d2 y= -wHdx2當(dāng)w為常數(shù)時，其平衡狀態(tài)為拋物線。+ h + 4 fy = - 4 fx2xl 2lwl2H =拉索張力T的水平分量H為：8 f柔性拉索的精確線形為懸鏈線。45福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋五、主 梁n 斜拉橋主梁根據(jù)制作材料不同有鋼梁、混凝土梁、組合梁 和混合梁四種形式，分別稱之鋼（梁）斜拉橋、混凝土（梁）斜拉橋、組合（梁）斜拉橋和混合（梁）斜拉橋。n 跨度在400m以下的雙塔斜拉橋宜采用混凝土主梁；n 主跨600m以上的斜拉橋宜采用鋼主梁或混合主梁；n 其他跨徑的橋梁可通過多方案比選確定。n 鋼主梁或者組合主梁的拉

17、索錨固間距宜設(shè)計成816m， 混凝土主梁為612m。46福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋n 1. 鋼主梁n 鋼主梁有板梁和桁架梁兩種形式。桁架梁的截面高、 剛度大，特別適用于雙層橋面的橋梁（如公鐵兩用，但用鋼量大。日本本四聯(lián)絡(luò)橋上的柜石島和巖黑島大橋，主跨為420m，主梁為桁架。47福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋n 板梁截面有開口截面和箱形截面兩種形式。梁板式雙主梁截面（德國Leonhardt推薦的截面形式）扁平鋼箱梁（江蘇蘇通大橋主梁截面）48福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋35000雙箱邊主梁截面（荊越長江公路大橋）49福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程3750

18、3x37507507503x3750375060060060010006006006003500025002500250035000250025002500EBEECEEDEEDEECEEBEEAEPPPPPPPP第九章斜拉橋浙江舟山金塘大橋主梁截面50福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程3000900第九章斜拉橋鋼梁斜拉橋的橋面系一般采用正交異性板，頂板板厚度一般不低于14mm，底板以及腹板厚度滿足結(jié)構(gòu)承載能力與構(gòu)造要求。梁寬根據(jù)橋面布置要求確定，梁高需要考慮結(jié)構(gòu)的屈曲穩(wěn) 定性、抗風(fēng)性等安全要求，設(shè)計時可參考過去同類結(jié)構(gòu)設(shè) 計通過多方案比較和優(yōu)化確定。主梁的高跨比越小，我國設(shè)計規(guī)范建議鋼主梁高跨比

19、采用1/1801/330。鋼主梁由于結(jié)構(gòu)剛度小，變形容易引起鋪裝的損壞，在設(shè) 計時對橋面鋪裝結(jié)構(gòu)應(yīng)予以重視。51福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋2. 混凝土主梁斜拉橋主梁是受壓構(gòu)件，采用混凝土結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮材料抗壓強(qiáng)度的優(yōu)勢，在中小跨徑的斜拉橋中混凝土主梁比鋼主梁經(jīng)濟(jì)， 我國跨度小于500m的斜拉橋主要采用這類結(jié)構(gòu)。板式截面最簡單，迎風(fēng)面積小。為了錨索需要，邊緣厚度適當(dāng)加厚。在索距較密而橋跨度、寬度不大的 情況下，可采用這種形式的主梁。雙主梁截面，施工方便。52福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋板式邊主梁截面為雙主梁截面的一種改進(jìn)形式，構(gòu)造簡單，施工方便，用料較省。半封閉箱形截

20、面是經(jīng)過風(fēng)洞試驗分析得到的一種空氣動力 性能良好的截面形式，截面兩側(cè)為三角形封閉箱，端部加 厚以錨固斜拉索。有良好的抗風(fēng)動力性能，特別適合索距 較密的寬橋。53福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋閉合箱形截面有較大的抗彎和抗扭能力，將外側(cè)腹板做成傾斜式，既可改善空氣動力性能，又可減小墩臺寬度。其 缺點是節(jié)段重量較大。54福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋適用于單索面的混凝土主梁截面由于單索面的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度比較小，一般采用抗扭剛度比較大 的箱形截面，有單箱單室、單箱多室兩種形式。雙塔三跨式混凝土斜拉橋的主梁宜取跨度的 1/100 1/220。55福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程0.2

21、5 0.283.40.3 0.354第九章斜拉橋3. 組合梁鋼混凝土組合梁（迭合梁、結(jié)合梁）兼具鋼和混凝土結(jié)構(gòu)的 優(yōu)點，比混凝土主梁自重輕，構(gòu)件工廠制造化程度較高，施工 方便，混凝土橋面板比鋼主梁耐磨耗，且造價低。 50182.8465/2930.6/2安納西斯橋側(cè)立面及主梁截面56福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程96.18第九章斜拉橋40.576.594.5423/2846/2南浦大橋主橋側(cè)立面及主梁截面57福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋福州青州閩江橋58福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋59福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋4. 混合梁混合梁斜拉橋的主梁一部分采用

22、鋼主梁，而另一部分采用混凝土主梁，主要適用在鋼斜拉橋中主跨跨度比較大、邊跨主梁不 能平衡主跨重量的結(jié)構(gòu)，邊跨采用混凝土主梁以平衡主跨的結(jié)構(gòu)自重。60福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋混合梁斜拉橋設(shè)計時，要合理確定結(jié)合部位置：（1）結(jié)構(gòu)整體平衡性，（2）截面內(nèi)力較小，（3）施工方便。結(jié)合 部的構(gòu)造必須慎重處理，力的傳遞合理，結(jié)合可靠。填充混凝土承壓板混凝土梁鋼梁承壓板人孔PC 鋼索整體式填充混凝土直接式61福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋填充混凝土整體式承壓板式62福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋5. 拉索錨固構(gòu)造根據(jù)傳力點位置不同，拉索在主梁的錨固位置有頂板、腹板

23、和底板三種形式。鋼主梁的錨固宜采用錨箱式、耳板式、錨管式。鋼主梁63福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋混凝土主梁的主要錨固方式64福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋泉州晉江大橋斜拉索在主梁上的錨固65福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋(a)光彈試驗(b)有限元計算結(jié)果泉州晉江大橋工況1斜索錨固區(qū)應(yīng)力比較66福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋.斜拉橋的結(jié)構(gòu)計算要點一、概 要67福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋斜拉橋?qū)儆谌嵝越Y(jié)構(gòu)體系，地震、風(fēng)等動力荷載作用 對結(jié)構(gòu)安全性有很大影響，設(shè)計除了靜力計算外，還 需要考慮動力響應(yīng)。本節(jié)介紹靜力計算要點，結(jié)構(gòu)驗 算的

24、內(nèi)容以及要求詳見斜拉橋細(xì)則。靜力計算分整體和局部分析兩個層次，其中整體分析 以整座橋梁為對象，計算在施工和使用過程中的最大 變形和最不利內(nèi)力，為結(jié)構(gòu)設(shè)計、安全驗算提供依據(jù)，而局部分析則以結(jié)構(gòu)的某一個部分（如拉索錨固 區(qū)）為對象，應(yīng)用相對比較精細(xì)的模型分析構(gòu)件的局 部應(yīng)力分布，為優(yōu)化細(xì)節(jié)構(gòu)造設(shè)計、確保結(jié)構(gòu)荷載傳 遞能力提供依據(jù)。68福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋斜拉橋的索力由兩部分組成，一是施工階段通過千斤頂張拉產(chǎn)生的；二是拉索錨固后在新的荷載作用 下結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的內(nèi)力。索力與主梁受力相當(dāng)。索力傳遞的兩個階段69福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋n 斜拉橋結(jié)構(gòu)整體計算大致包括

25、三個步驟：n （1）確定初始索力；n （2）根據(jù)施工過程計算結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)的內(nèi)力和變形；n （3）計算結(jié)構(gòu)在各種活載作用下的變形和內(nèi)力。70福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋二 、計算模型斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，計算分析一般利用通用程序或者專用的有限元分析程序完成。結(jié)構(gòu)整體分 析以桿系計算模型為主，即主梁、索塔用單梁或格 子梁來模擬，用剛臂連接梁的中心軸與拉索錨固位置。拉索一般以內(nèi)用桿單元或者柔性索單元模擬。整體計算的桿系結(jié)構(gòu)模型71福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋三、確定初始索力斜拉橋的斜拉索索力在橋梁縱向，相當(dāng)于主梁的體外預(yù)應(yīng)力；在豎向，斜拉索力產(chǎn)生了向上的力以抵消向下的自

26、重與活載對主梁 產(chǎn)生的彎矩，對于活載來說斜拉索提供了彈性支承。斜拉索具有合理的索力，使斜拉索、主塔和主梁受力總體合理，是斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。斜拉橋的初始索力可以人為設(shè)定，是斜拉 橋成橋合理受力的有利因素，因此，合理確定初始索力，是斜拉橋 設(shè)計的關(guān)鍵步驟之一。由于斜拉橋是高次超靜定柔性結(jié)構(gòu)，而且在施工過程中結(jié)構(gòu)體系不 斷改變，使主梁和索塔內(nèi)力分布合理且結(jié)構(gòu)線形滿足要求的初始張 拉力確定，還與施工方法密切相關(guān)。對于大跨度斜拉橋來說，恒載對結(jié)構(gòu)起主要控制作用，因此，確定初始索力往往以使恒載作用下結(jié)構(gòu)的合理受力為目標(biāo)。72福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋斜拉橋初始索力的計算方法有剛性支點法

27、、零位移法、無應(yīng)力狀態(tài)控制法、倒拆正裝法等。(a) 計算拉索支點處的反力(b) 計算中跨和邊跨拉索的張力剛性支點法計算圖式73福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋（1） 將拉索錨固點用豎向的剛性支點替換，按連續(xù)梁結(jié)構(gòu)計算自重作用下的支點反力Vi；（2） 中跨拉索的張力Tj根據(jù)下端豎向分力與支點反力Vj一致條件算出；（3） 邊跨拉索張力按索塔不產(chǎn)生彎矩條件算出，即索塔兩側(cè)的 拉索張力水平分力應(yīng)一致Hj= Hj；（4） 對差異大的索力進(jìn)行局部調(diào)整，確保張力分布均勻；（5） 靠近橋梁端部拉索的豎向分力（Vi）與連續(xù)梁反力（Vi）相差比較大時，通過端部壓重消除支座出現(xiàn)負(fù)反力，并使主梁彎矩比較小且

28、分布均勻。74福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋四、成橋狀態(tài)的恒載內(nèi)力計算索塔、主梁以及下部結(jié)構(gòu)等內(nèi)力根據(jù)結(jié)構(gòu)恒載和索力作 用計算得到。結(jié)構(gòu)恒載索力主梁索塔索塔上述的計算是初步的、位移是不實際的。真實的內(nèi)力應(yīng)根據(jù)施工過程計算結(jié)果給出，對于混凝土主梁的斜拉橋 還應(yīng)考慮混凝土的收縮和徐變的作用。75福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋五、活載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形(a) 拉索與主梁的變形(b) 彈性支承連續(xù)梁彎矩活載作用下的結(jié)構(gòu)計算原理76福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋ai 由于變形很小，設(shè)變形后拉索的傾斜角a近i與變形前的傾斜角似相等，由幾何關(guān)系可得：Tidsina=l

29、 ,iiciE Acc索力Ti的垂直分力Xi為Ti sinai因此，上式還可以表示成如下的形式：X ilc ,id=iE A sin 2 acci拉索與主梁的變形77福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋X ilc ,id=iE A sin 2 acci從上式得到主梁豎向變形的剛度系數(shù)kidc k以及對應(yīng)的柔度系數(shù)Ec Acsin2 alc ,ik =iil ,c i=1d=ckA sin 2 akEicci因此，斜拉橋主梁在活載作用下的彎曲變形計算可以用剛度系數(shù)為ki的 彈性支承梁來近似，彈性支承的剛度與拉索的材料特性（Ec、Ac）、幾何 參數(shù)（lc、i）有很大的關(guān)系。則當(dāng)k1=0時，它

30、為一根簡支梁，當(dāng)k1=時，它為一根兩跨連續(xù)梁。實際拉索對應(yīng)的ki介于0與之間，因此，其在均布荷載作用下的彎矩圖如圖 中的虛線所示，它明顯低于簡支梁。78福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋斜拉橋在單位活載作用下的簡化計算模型(d- d ) X + dX+ dX+ dc1111122c133144p+ dX+ dX+ dX= d2332442552 p 4 p d31 X1 + d32 X 2 + d33 X 3 + d34 X 4 + d35 X 5= d3 p+ d= dcX41455dX + dX+ dX+ dX+ (d- d ) X= dc51152253354455555 p斜拉

31、橋簡化計算模型79福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋主梁位移與內(nèi)力影響線P=1P=1ABAB2k0k0撓度影響線+-3k0彎矩影響線+-80福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程+撓度影響線-彎矩影響線+-第九章斜拉橋拉索在恒載作用下近似為拋物線、精確線形為懸鏈線。在大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)分析中，應(yīng)考慮垂度對拉索單元拉伸剛度下 降的影響。wl2H =由可知，拉索的垂度大小與張拉力有關(guān)，張拉力越8 f大，垂度就越小，拉伸剛度也就越大，因此索的剛度隨著拉力改變，具有非線性的力學(xué)特性，嚴(yán)密計算需要通過迭代得到。81福州大學(xué)橋梁工程福建省精品課程第九章斜拉橋為了考慮垂度對拉索剛度的影響，Ernst提出如下 等效彈性模量計算公式：1.0E00.8E=e1 + g l E220.6l=600 ml=400 ml=200 ml=100 m012s 030.4式中：Ee為修正的有效（或修正）彈性模量；E0為不考慮斜索垂度影響的彈性模量，也就是斜索鋼材的E值；為斜索的單位體積重量（包括拉索本身