斜拉橋和懸索橋-

1、第八章 斜拉橋和懸索橋8.1 斜拉橋概述第八章 斜拉橋和懸索橋8.2 斜拉橋的構(gòu)造特點8.3 斜拉橋設(shè)計簡介8.4 懸索橋概述8.5 懸索橋的主要構(gòu)件8.1 斜拉橋概述一、組成：梁、索、塔1、國外發(fā)展 20世紀(jì)30年代德國工程師Dischinger提出第一座現(xiàn)代化鋼斜拉橋主跨182m20世紀(jì)30年代提出1956年在瑞典建成第一座混凝土斜拉橋，主跨為16052351601962年建成的馬拉開波橋斜拉橋得到迅速發(fā)展建成300多座主跨856m混合型斜拉橋1994年建成法國諾曼底橋主跨890m鋼斜拉橋1998年日本建成多多羅大橋主跨超過千米的斜拉橋例：蘇通大橋1088m二、斜拉橋的發(fā)展歷史2、國內(nèi)發(fā)展

2、1）學(xué)習(xí)階段： 60年代初傳入我國； 1975年四川、上海先后建成試驗性鋼筋混凝土斜拉橋 1977年改革開放，1982年建成220m濟南黃河大橋。2）推廣階段（80年代，30余座斜拉橋）： 1987年天津永河大橋（260m）、東營黃河大橋（288m，我國第一座鋼斜拉橋），1988年廣州海印橋（單索面，175m）。3）90年代后： 1991年上海南浦大橋（423m），1993年上海楊浦大橋（602m），2001年南京長江二橋（628m），2005年南京長江三橋（648m），2008年蘇通長江大橋（世界第一，主跨1088m）。三、斜拉橋的分類1、按主梁材料混凝土/鋼/結(jié)合梁(疊合梁)/混合梁2、按

3、索塔數(shù)量獨塔/雙塔/多塔南浦大橋（1991）全長8346米，主橋長846米，主橋采用雙塔雙索面鋼與混凝土結(jié)合梁斜拉橋，主跨跨徑423米楊浦大橋(1993)主橋為雙塔空間雙索面鋼-混凝土結(jié)合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，塔墩固結(jié)，上部結(jié)構(gòu)為縱向懸浮體系，橫向設(shè)置限位和抗震裝置Alamillo Bridge (第一座無背索斜拉橋,Spain, 1992)Marian Bridge (捷克)span=123.3m，pylon=75mSunshine Skyway Bridge (USA 1987)span=366 m法國諾曼底橋日本多多羅大橋蘇通大橋四、受力特點梁(多點彈性支承連續(xù)梁)：壓-彎索受拉塔受壓為主五、結(jié)

4、構(gòu)體系飄浮體系塔墩固結(jié)、塔梁分離支承體系(半飄浮體系)塔墩固結(jié)、塔梁分離，設(shè)豎向支承塔梁固結(jié)體系塔梁固結(jié)并支承在墩上剛構(gòu)體系梁塔墩互為固結(jié)飄浮體系：南京長江二橋半飄浮體系：遼寧長興島橋固結(jié)體系：上海泖港橋剛構(gòu)體系：廣東海印橋總體布置孔跨布置主梁拉索索塔8.2 斜拉橋的構(gòu)造特點一、孔跨布局 雙塔三跨 邊跨l1/中跨l2=0.20.5 獨塔雙跨 邊跨l1/主跨l2=0.51.0 多塔多跨: 邊跨l1/中跨l2=0.4左右二、拉索與錨具1、空間布置形式單索面雙索面豎直雙索面傾斜雙索面2、索面的形式3、拉索間距早期：稀索混凝土達15m30m鋼斜拉橋達30m50m現(xiàn)代：密索4m12m(鋼梁還可放大)輻射

5、式豎琴式扇式4、拉索傾角（邊索）輻射式或扇式：260300豎琴式:2103005、拉索構(gòu)造 高強鋼筋、鋼絲、鋼絞線平行鋼筋索平行鋼絲索平行鋼絞線索單股鋼絞纜封閉式鋼纜6、拉索的防護錨頭(密封)拉索單根鍍鋅、鋁全封閉索化學(xué)涂層套管壓漿(PE套、鋼套管、鋁套管，壓注水泥漿、樹脂或油脂)直接擠壓護套按拉索的錨拉體系分類自錨式斜拉橋地錨式斜拉橋部分地錨式斜拉橋7、拉索的錨固拉索端部錨固熱鑄錨鐓頭錨冷鑄錨夾片群錨能承受巨大的集中力能合理的傳力 拉索與鋼主梁的錨固構(gòu)造承壓板 拉索與混凝土主梁的錨固構(gòu)造在主梁頂板設(shè)置錨固構(gòu)造（錨固塊）斜索在箱梁內(nèi)錨固在底板錨固在梁體兩側(cè)設(shè)錨固 拉索與混凝土塔的錨固構(gòu)造拉索在

6、塔上交叉錨固拉索在塔柱上對稱錨固利用鋼錨箱對稱錨固主梁高度h：單索面：(1/501/100)l；雙索面：(1/1001/150)l三、主梁構(gòu)造混凝土梁：板式分離雙箱(雙肋)半封閉雙室梯形截面閉合箱1、索塔的結(jié)構(gòu)形式順橋向橫橋向四、索塔索塔高度主跨跨徑索面形式（輻射式、豎琴式或扇式）拉索的索距和拉索的水平傾角雙塔：H/l2=0.180.25單塔：H/l2=0.30.452、索塔高度3、塔柱的構(gòu)件組成 塔柱和橫梁4、塔的截面形式矩形截面非矩形截面一、受力特點主梁（壓彎構(gòu)件）飄浮體系：相當(dāng)跨內(nèi)具有彈性支承的單跨梁半飄浮體系：相當(dāng)跨內(nèi)具有彈性支承的連續(xù)梁塔梁固結(jié)體系：相當(dāng)于配置體外索的連續(xù)梁剛構(gòu)體系：

7、相當(dāng)于配置體外索的連續(xù)剛構(gòu)索（受拉）：為主梁提供彈性支承塔（受壓為主）：承受索力8.3 斜拉橋設(shè)計簡介二、計算方法概述分析方法一般簡化為平面結(jié)構(gòu)，采用桿系有限元計算直接采用空間桿系有限元方法考慮因素幾何非線性中小跨度索的垂度效應(yīng)P效應(yīng)大跨度：大變形理論收縮、徐變、溫度等引起的變形和內(nèi)力重分布錨下局部應(yīng)力計算: 局部應(yīng)力分析三、風(fēng)振問題及抗風(fēng)措施措施梁的寬高比大于6迎風(fēng)面做成流線形導(dǎo)流器、風(fēng)嘴三角形索面效果最好密索體系的連續(xù)梁減小索距斜拉橋需進一步研究的問題 斜拉索的壽命(防腐、抗疲勞) 抗風(fēng)設(shè)計(風(fēng)洞試驗) 抗震設(shè)計(塔、梁、索的振動特性差異大) 跨越能力的進一步提高懸索橋(吊橋)：指的是以通

8、過索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索(或鋼鏈)作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。主要承重結(jié)構(gòu)：纜索（含吊桿）、塔、錨碇8.4 懸索橋概述受力特點一、懸索橋的優(yōu)缺點優(yōu)點 可以使用比較少的材料來跨越比較長的距離。因此懸索橋可以在比較深的或比較急的水流上建造。 比較靈活，因此它適合大風(fēng)和地震區(qū)的需要。 缺點 柔度大，剛度小，易產(chǎn)生較大變形懸索橋的堅固性不強，在大風(fēng)情況下交通必須暫時被中斷 懸索橋不宜作為重型鐵路橋梁 懸索橋的塔架對地面施加非常大的力，因此塔架基礎(chǔ)與地基要求很高。 二、懸索橋發(fā)展史古代懸索橋懸索橋是跨越能力最強的橋型之一，其雛形三千多年前已在我國出現(xiàn)。據(jù)記載，最遲在唐朝中期，我國就從

9、藤索、竹索發(fā)展到用鐵索建造索橋，西方到16世紀(jì)開始建造索橋。至今尚保存下來的古代索橋有四川灌縣的竹索橋和瀘定縣的大渡河鐵索橋。我國古代索橋灌縣的安瀾竹索橋建于1803年，全長340余米，分8孔，最大跨徑約61m，全橋由細(xì)竹蔑編粗五寸的24根竹索組成，其中橋面索和扶擋索各半。瀘定鐵索橋建于1706年，跨長約100m，寬約2.8m，由13條錨固于兩岸的鐵鏈組成.古代懸索橋-（活載撓度問題）1、美國懸索橋的發(fā)展20世紀(jì)30年代是美國修建大跨度懸索橋最興旺的時期，在40年代停滯（風(fēng)毀問題），60年代后修建懸索橋較少，但至今為止，擁有懸索橋最多的國家仍然是美國。1883年，第一座現(xiàn)代懸索橋，美國Broo

10、klyn橋，主跨486m1931年，第一座突破千米的懸索橋主跨1006米的紐約華盛頓橋1937年，主跨1280米的懸索橋，美國舊金山金門大橋落成1940年，美國華盛頓州 主跨853米的塔科馬大橋，主梁高跨比1/350，在19m/s的風(fēng)中遭到損毀，使得風(fēng)振理論得到大幅度發(fā)展。二、懸索橋發(fā)展史布魯克林大橋喬治華盛頓橋(1931年，1066.8m)金門大橋1937年建成，主跨1280.2米（343.9+1280.2+343.9），加勁梁高7.6米，公路面寬18米，兩邊各設(shè)3.3米的人行道，橋塔高228米。舊塔克馬橋風(fēng)毀 塔科瑪橋(公路橋)(板梁，2車道，加勁梁寬11m，寬跨比1:77。加勁梁采用鋼板

11、梁，梁高2.4m，梁高與跨度之比1:350。)新塔克馬橋美國懸索橋的特點（1）主纜采用空中紡線法架設(shè)（2）加勁梁采用非連續(xù)的鋼桁梁（3）橋塔多采用鉚接或者栓接鋼結(jié)構(gòu)（4）吊索采用豎直的4股騎跨式（5）索夾分為左右兩半，采用眼桿式拉桿（6）鞍座采用大型鑄鋼件2、歐洲懸索橋的發(fā)展歐洲各國在20世紀(jì)60年代，也開始大力修建大跨度懸索橋，其中最為聞名的是英國的塞文橋和恒比爾橋。1966年，英國塞文(Severn)橋，首創(chuàng)流線形箱梁橋面和混凝土橋塔，主跨988米的新型懸索橋。1981年，英國建成當(dāng)時世界第一大橋恒比爾橋，1410米，斜吊索，扁平鋼箱梁，混凝土索塔。塞文橋 主跨988米，扁平鋼箱梁，梁高3

12、.0米，橋?qū)?2.86米。箱梁兩側(cè)梁高的上三分點處各設(shè)有4.5米寬的伸臂人行道，吊桿在順橋向的傾角為正30度，鋼塔柱高121.92米，1966年建成。 恒比爾橋1981年建成，主跨1410米（280+1410+530），扁平鋼箱梁，正交異性板橋面，橋?qū)?8.5米，混凝土橋塔高155.5米。歐洲懸索橋的特點：（1）采用連續(xù)桁梁，并與主纜固結(jié)（2）英國多采用梭狀扁平鋼箱梁（3）采用混凝土橋塔（4）部分采用斜吊索（英國為代表）3、日本懸索橋的發(fā)展20世紀(jì)70年代日本就開始修建大跨度懸索橋，在其后的20年間，日本修建的大跨度懸索橋近十座，其中以1998年的明石海峽大橋（跨度1990m），創(chuàng)造了橋梁跨度

13、的世界之最。1973年，日本第一座現(xiàn)代懸索橋, 主跨712米的關(guān)門大橋1988年，日本南備贊懸索橋，主跨1100米，采用新型的預(yù)制平行鋼絲索股代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“空中紡纜法”編制主纜1998年，建成世界最大的懸索橋明石海峽大橋1991米（設(shè)計為1990米）南、北備贊瀨戶懸索橋南備贊瀨戶大橋主跨1100米，北備贊瀨戶大橋主跨990米，兩橋?qū)?0米，塔高109.40米，加勁桁梁高13米，1988年。 明石海峽大橋跨越日本神戶和淡路島之間的明石海峽1998年建成，位于日本本州與四國之間，主跨1991米，全長3910米，為三跨二鉸雙層加勁桁梁式吊橋，雙向六車道，承受8.5級強烈地震設(shè)計，為目前世界上跨度最大的

14、懸索橋。 日本懸索橋與美、歐的不同（1）采用預(yù)制平行絲股法（2）焊接鋼結(jié)構(gòu)索塔（3）鞍座采用鑄焊混合方式（4）較多采用公鐵兩用橋4、我國懸索橋的發(fā)展我國在改革開放后，相繼建成了汕頭海灣大橋（452米）、西陵長江大橋(主跨900米)、廣東虎門大橋(主跨888米)、香港青馬橋(主跨1377米)和江陰長江大橋（主跨1385m）。主跨452米的汕頭海灣大橋采用預(yù)應(yīng)力砼加勁梁，在世界同類橋中跨徑排名第一。主纜：一般采用預(yù)制平行索股法架設(shè)；吊索：采用兩端銷接的豎向布置；索夾：采用上下兩半，兩側(cè)采用高強螺栓連接；橋塔：多采用混凝土結(jié)構(gòu)；加勁梁：多采用流線形扁平箱梁結(jié)構(gòu)。潤揚長江大橋 主跨1490米， 200

15、5年建成，為目前中國第一、世界第三，橋下最大通航凈寬700米、最大通航凈高50米，可通行5萬噸級巴拿馬貨輪。青馬大橋1997年，香港青馬大橋, 主跨1377米, 當(dāng)時最大跨度公鐵二用懸索橋。江陰大橋江陰長江公路大橋，主跨1385m。柱高193m。三、懸索橋的流派美國式懸索橋：豎直吊桿、鋼桁架加勁梁英國式懸索橋：斜吊桿、流線形扁平鋼箱梁混合式懸索橋我國的懸索橋大多屬于此類青 馬 大 橋虎門大橋二十世紀(jì)世界懸索橋的總結(jié)在二十世紀(jì)中，由于材料(高強鋼絲)、施工方法（AS空中送絲法和PPWS索股法）和計算理論的發(fā)展，使懸索橋朝低高度主梁、高強度材料和大跨徑方向發(fā)展。高跨比小于1/150，跨度超過100

16、0米有十幾座。歐洲采用了抗風(fēng)性能好的薄壁箱形截面加勁梁，也逐漸在各國得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代懸索橋跨徑仍在不斷增大，90年代后期建成的接近或者超過1500米的超大跨懸索橋有中國潤揚長江大橋(主跨1490米)，丹麥大貝爾特大橋(主跨1624米)和日本明石海峽橋主跨1990米。 懸索橋未來發(fā)展展望（1）懸索橋向更長、更大、更柔的方向發(fā)展（2）新材料的開發(fā)和應(yīng)用（3）在設(shè)計階段采用計算機輔助設(shè)計手段（4）更加重視橋梁美學(xué)及環(huán)境保護四、懸索橋與斜拉橋的比較（1）結(jié)構(gòu)受力方面懸索橋主要靠主纜承受荷載，并通過主纜將拉力傳給錨固體系；加勁梁僅僅起到局部承受荷載、傳遞荷載的作用；采用地錨時，加勁梁中不受軸向力作用，

17、由加勁梁自重引起的恒載內(nèi)力較小。斜拉橋由斜拉索與主梁共同承受荷載，斜拉索的縱橋向水平分力在主梁中引起較大的軸向力，恒載內(nèi)力所占比重很大。懸索橋只有通過調(diào)整垂跨比才能改變主纜的恒載內(nèi)力，而斜拉橋可直接通過張拉斜拉索就能調(diào)整索、梁的恒載內(nèi)力。（2）材料方面（大跨度）懸索橋加勁梁多采用自重較輕的鋼材。斜拉橋主梁材料可以是鋼、混凝土或鋼混凝土結(jié)合。（3）剛度方面懸索橋豎向剛度較小，且基本由主纜提供；調(diào)整其豎向剛度的方法主要靠調(diào)整主纜的恒載拉力。斜拉橋豎向剛度由斜拉索與主梁共同提供，相對于懸索橋而言，剛度可以較大；斜拉橋的主梁剛度對結(jié)構(gòu)剛度的影響較大；改變斜拉橋的結(jié)構(gòu)布置形式，可調(diào)整其豎向剛度。（4）施

18、工方面懸索橋施工順序是錨碇、橋塔、主纜、吊索、加勁梁，施工需要的機械、技術(shù)和工藝相對較簡單；結(jié)構(gòu)的線形主要取決于主纜線型和吊桿長度，因而施工控制相對比較簡單。斜拉橋在施工中將發(fā)生多次的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，必須嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的線形和拉索索力，施工控制較復(fù)雜、技術(shù)難度相對較大。由主纜、加勁梁、主塔、鞍座、錨碇、吊索、基礎(chǔ)等構(gòu)件構(gòu)成的柔性懸吊組合體系。8.5 懸索橋的主要構(gòu)件作用：柔性承重構(gòu)件，不僅承擔(dān)自重恒載，還承受活載和加勁梁(包括橋面)的恒載。布置形式：一般為平行的2 根，個別4根。材料：現(xiàn)代主纜都是用高強、冷拔、鍍鋅鋼絲組成。先由數(shù)十到數(shù)百根5mm的鋼絲制成索束(股), 再將數(shù)十至上百股索束擠壓形成

19、主纜索,并做防銹蝕處理。一、主纜主纜索的制造架設(shè)方法AS法（空中編絲法） 在現(xiàn)場空中編纜，每根主纜索所含索束數(shù)較少30-90，但每根索束所含鋼絲根數(shù)較多300-500；施工工期較長；單股錨固噸位大，錨固空間相對集中，所需錨碇面積較小。PPWS法（預(yù)制平行束股法） 在工廠先預(yù)制鋼絲索束，然后在現(xiàn)場使用索束編纜；每根主纜索所含索束數(shù)較多100-300，每股索束所含鋼絲根數(shù)61、91、127、169編成六邊形；施工周期較短；所需錨碇面積較大；是現(xiàn)代較多采用的成纜法。主纜作用：提供橋面，承受車輛、行人及橫向水平荷載。型式：桁架梁和扁平鋼箱梁。桁架梁：應(yīng)加強主梁和橋面車道部分的聯(lián)系，并注意保證主梁及橋面構(gòu)造橫向通風(fēng)良好。在雙層橋面的適應(yīng)性好箱形梁：應(yīng)選擇流線