任務14斜拉橋的概述

斜拉橋構造一、斜拉橋的的特點斜拉橋是由主梁、塔柱和和斜拉索三部分組成的的一種組合體體系結構。利利用由塔柱伸伸出的斜拉索索為鋼筋混凝凝土主梁的彈彈性支承，以以代替中間支支墩，借以降降低主梁的截截面彎矩，減減輕自重，顯顯著得增大了跨越能能力。同時，斜拉拉索拉力的水水平分力對主主梁起著軸向向預應力作用用，可以增強強主梁的抗裂裂性能，節(jié)減減了主梁高強強鋼材的用量量。從其力學特性性分析，與傳傳統(tǒng)的梁式橋橋比較，斜拉拉橋除斜拉索索的水平分力力所產生的軸軸向力影響外外，大體上具有彈性支承承連續(xù)梁的性性能；和懸索橋相相比，作用在在斜拉橋主梁梁上的荷載通常是由由錨固點直接接傳給斜拉索索的；預應力混凝凝土斜拉橋更更能充分發(fā)揮揮材料的性能能；斜拉橋中中，因斜拉索索被張拉成直直線形狀，不不發(fā)生大的位位移，故斜拉拉橋整體剛度要比比懸索橋大的的多。斜拉橋充分利利用斜拉索的的剛性，巧妙妙地將索與梁梁結合起來。。因此，斜拉橋這一橋橋式屬于梁式式橋與懸索橋橋之間的大跨跨度橋梁，它可有效的的用于100—600m之間的跨度。。根據(jù)以上特點點，預應力混混凝土斜拉橋橋具有下列顯顯著的優(yōu)越性：1．跨越能力大大；2．具有良好的的結構剛度和和抗風穩(wěn)定性性；3．依靠斜拉索索的應力調整整，能設計的的很經濟；4．結構輕巧，，適應性強；；5．利用斜拉索索，發(fā)揮無支支架施工的優(yōu)優(yōu)越性。二、斜拉橋的的總體布置（一）孔跨布布置1.雙塔三跨式這是一種最常常見的斜拉橋橋孔跨布置方方式。由于它它的主跨跨徑較大，一般可可適用于跨越較大的河河流。如下圖圖所示。主跨跨徑L2與邊跨跨徑L1之間的比例關關系根據(jù)統(tǒng)計計資料為：鋼斜拉橋：L1＝(0.40-0.45)L2；其他斜拉橋：L1＝(0.33——0.50)L2；一般接近于L1＝0.4L2。國內統(tǒng)計資料料顯示：上海楊浦大橋橋(鋼)：L2＝602m，L1＝243m，L1＝0.40L2；武漢長江二橋橋(混凝土)：L2＝400m，L1＝l80m，L1＝0.45L2；山東東營黃河河大橋(鋼)：L2＝288m，L1＝136．5m，L1＝0.47L2；廣西紅水河鐵鐵路橋(混凝土)：L2＝96m，L1＝48m，L1＝0.5L2。解決較大應力力幅產生疲勞勞問題的辦法法：使邊跨伸出出一懸臂端(端支點內移)，由此對端支支點產生預壓壓，減小端支支點上抬傾向向，以減小端端錨索的應力力幅。如下圖圖所示的武漢長江二橋橋就是這樣做的的。2.獨塔雙跨式這也是一種常常見的斜拉橋橋孔跨布置方方式，如下圖圖所示。由于于它的主孔跨跨徑一般比雙雙塔三跨式的的主孔跨徑小小，適用于跨越中小河流流和城市通道道。獨塔雙跨式斜斜拉橋的主跨跨徑L2與邊跨跨徑L1之間的比例關關系一般為L1＝（0.5—0.8）L2，但多數(shù)接近近于L1＝0.66L2。國內資料統(tǒng)計計為：重慶石門橋(混凝土)：L2＝230m，L1＝200m，L1＝0.87L2；廣東南海西樵樵橋(混凝土)：L2＝125m，L1＝110m，L1＝0.88L2；武漢漢水月湖湖橋(混凝土)：L2＝232m，L1＝138m，L1＝0.59L2；重慶石門嘉陵陵江橋武漢漢水月湖湖橋3.三塔四跨式和和多塔多跨式式斜拉橋很少采用三塔四跨式或或多塔多跨式式，因為中間塔頂沒有端錨索來來有效地限制制它的變位。。因此，柔性結構的的斜拉橋或懸懸索橋采用多多塔多跨式將將使結構柔性性進一步增大大，隨之而來來的是變形過大。三塔四跨式（（洞庭湖大橋橋）在必須采用多多塔多跨式斜斜拉橋時，可可將中間做成成剛性索塔，，或用拉索對對中間塔頂加加勁，如香港港汀九大橋。。三塔四跨式（（香港汀九大大橋）多塔多跨式（（MillauViaduct）（二）斜索布布置1.索面布置索面布置一般般有3種類型，即單索面、豎向向雙索面和斜斜向雙索面。單索面雙雙索面面斜斜向雙雙索面單索面（錢江江三橋）從力學角度來來看，采用單單索面時，拉拉索對抗扭不不起作用。因因此，主梁應應采用抗扭剛剛度較大的截截面。采用雙雙索面時，作作用于橋梁上上的扭矩可由由拉索的軸力力來抵抗，主主梁可采用較較小抗扭剛度度的截面。至至于斜向雙索索面，它對橋橋面梁體抵抗抗風力扭振特特別有利。斜向雙索面（（?？谑兰o大大橋）2.索面形狀索面形狀主要要有3種基本類型，，即放射形、扇形形和豎琴形。放射形豎豎琴形扇扇形形PASCO-KENNEWICK（放射形）豎琴形（西樵樵山橋）扇形（海印橋橋）根據(jù)力學觀點點，以放射形較優(yōu)優(yōu)。原因是：(1)斜索與水平面面的平均交角角較大，斜索索垂直分力對對梁的支承效效果較大，而而對主梁產生生的軸力較小小；(2)因斜索的水平平分力在塔頂頂基本平衡，，塔的彎矩較較小。但放射射形的斜索集集中匯交于塔塔頂，塔頂構構造細節(jié)較為為復雜。反之之，豎琴形由于所有斜索索的傾角相同同，錨固點結結構可以單一一化，塔上錨錨固點的間距距大，對索塔塔的受力有利利。扇形布置則介于兩兩者之間，它它的斜索垂直直分力小于放放射形但大于于豎琴形，而而水平分力大大于放射形小小于豎琴形。。塔上錨固點點的間距也同同樣介于放射射形和豎琴形形之間。3.索距的布置索距的布置，可以分為““稀索”與““密索”?，F(xiàn)現(xiàn)代斜拉橋則則多為“密索索”密索優(yōu)點如下：(1)索距小，主梁梁彎矩??；(2)索力較小，錨錨因點構造簡簡單；(3)錨固點附近應應力流變化小小，補強范圍圍??；(4)便于伸臂架設設；(5)易于換索。稀索密索（法國諾諾曼底大橋））（三）梁體布布置1.連續(xù)體系在斜拉橋的全全長范圍內，，梁體布置成成連續(xù)的形式式，如圖：連續(xù)的梁體（（湖北荊州長長江大橋）在某些場合下下，由于結構構受力的需要要，還可將梁梁體的連續(xù)延延伸至斜拉橋橋以外部分，，即斜拉橋的的梁體還與其其邊跨或主跨跨以外部分的的引橋跨或其其他跨的梁體體相連。梁體連續(xù)的延延伸（日本AyunoseBridge）斜拉與連續(xù)混混合（招寶山山橋）2.非連續(xù)體系一是在斜拉橋橋主跨中央部部分插入一小小跨簡支結構構。二是以““剪力鉸”代代替簡支結構構，這種剪力力鉸的功能是是只傳軸力、、剪力，不傳傳彎矩。3.主梁的的跨高高比主梁的的跨高比比是指主主跨L2與梁高高H的比值值。現(xiàn)現(xiàn)代密密索式式斜拉拉橋主主梁的的跨高高比一一般在在100—150之間。。至于于鐵路路、公公鐵兩兩用斜斜拉橋橋。特特別是是主梁梁為鋼鋼桁架架梁的的，其其主梁梁的跨跨高比比不足足30，如下下圖的的蕪湖湖長江江大橋橋。（四））索塔塔布置置1.塔架的的形式式單索面面斜拉拉橋和和雙索索面斜斜拉橋橋索塔塔塔架架的縱縱向布布置形形式如如圖所所示：：倒Y形（濟濟南黃黃河橋橋）圖中的的(a)為單柱柱形，，(b)為雙柱柱形，，(c)為門形形，(d)為H形，(f)為斜腿腿門式式，(h)為A形，(i)為倒V形，(j)為倒Y形；(k)為寶石石式。。雙柱形形及門門形塔塔架的的面內內剛度度最小小，適適用于于中小小跨徑徑的斜斜拉橋橋。對對較大大跨徑徑的斜斜拉橋橋，從從改善善扭振振的角角度出出發(fā)，，一般般傾向向采用用A形的或或倒Y形的索索塔。。H形（東東營黃黃河橋橋）斜腿門門式（（天津津永和和橋））倒Y形（楊楊浦大大橋））2.塔的高高跨比比塔的高高跨比比范圍圍如下下圖所所示。。索塔塔的適適宜高高度H要由經經濟比比較來來決定定。H/l2=1/4～1/7H/l2=1/2.7～1/4.7（五））斜拉拉橋的的錨拉拉體系系一般來來說，，懸索索橋的的主纜纜多數(shù)數(shù)是地地錨體體系；；而斜斜拉橋橋的斜斜索則則相反反，多多數(shù)是是自錨錨體系系。自錨體體系斜斜拉橋橋的端端錨索索地錨式式斜拉拉橋地錨式式斜拉拉橋三、主主梁截截面（一））鋼梁梁1.工字形形鋼主主梁如下圖圖所示示，一一般采采用兩兩根工工字形形鋼主主梁的的“雙雙主梁梁”布布置。。工字形形鋼主主梁（（汀九九大橋橋）斜索下下端一一般直直接錨錨固在在鋼主主梁上上，其其錨固固細節(jié)節(jié)如下下圖所所示。。汀九大大橋的的錨固固2.鋼箱梁梁截面面主梁梁鋼箱梁梁截面面，可可以采采用相相當于于工字字形雙雙主梁梁的布布置方方式，，只是是將工工字形形鋼梁梁換成成鋼箱箱梁。。在現(xiàn)現(xiàn)代斜斜拉橋橋中，，鋼主主梁更更多地地采用用整體體構造造的流流線型型扁平平鋼箱箱梁。南京長長江二二橋鋼鋼箱梁梁截面面南京長長江三三橋鋼鋼箱梁梁截面面（鋼鋼箱梁梁）3.鋼桁梁梁斜拉橋橋采用用鋼桁桁梁，，主要要是由由于布布置雙雙層橋橋面的的需要要。在我國國，有有兩座座著名名的公公鐵兩兩用鋼鋼桁梁梁斜拉拉橋，，分別別是蕪蕪湖長長江大大橋和和武漢漢天興興洲長長江大大橋。。蕪湖長長江大大橋武漢天天興洲洲長江江大橋橋4.單索面面斜拉拉橋中中的鋼鋼梁截截面由于單單索面面斜拉拉橋的的斜索索對橋橋梁抗抗扭不不起作作用，，因此此一般般都采采用抗抗扭剛剛度較較大的的整體體構造造的箱箱梁。。湄南河河橋單單索面面橋鋼鋼梁截截面單單位（（mm）（二））混凝凝土梁梁1.實體邊邊主梁梁和板板式梁梁實體邊邊主梁梁是混混凝土土斜拉拉橋中中比較較簡單單的一一種截截面形形式。。下圖圖所示示為宜宜賓中中壩金金沙江江大橋橋的主主梁形形式，，采用用雙主主肋加加小縱縱肋型型式，，與橫橫隔梁梁一起起形成成正交交異型型混凝凝土板板，有有效減減小剪剪力滯滯效應應。實體邊邊主梁梁和板板式梁梁的截截面形形式，，具有有在結結構上上有效效和施施工簡簡便的的優(yōu)點點。2.箱形截截面混凝土土斜拉拉橋主主梁采采用箱箱形截截面，，在現(xiàn)現(xiàn)代斜斜拉橋橋中是是經常常采用用的截截面形形式。。這是是因為為它的的抗彎彎和抗抗扭剛剛度大大，能能適應應稀索索、密密索、、單索索面或或雙索索面等等不同同斜索索布置置；其其組合合截面面，也也可以以方便便地形形成封封閉式式的單單箱形形式或或分離離式的的雙箱箱形式式，以以適應應不同同橋寬寬的需需要；；截面面的組組合構構造，，也可可以部部分預預制、、部分分現(xiàn)場場灌筑筑，為為橋梁梁施工工方案案提供供更多多選擇擇單索索面布布置的的箱形形截面面。在雙索索面混混凝土土斜拉拉橋中中，箱箱形截截面的的主梁梁常以以分離離式的的兩個個箱體體各自自錨固固于斜斜索，，兩箱箱之間間則以以橫梁梁和橋橋面板板連結結。雙雙箱梁梁的典典型截截面為為倒梯梯形，，如下圖圖所示示濟南南黃河河橋和和武漢漢長江江二橋橋：：瀘州泰泰安長長江大大橋的的單箱箱三室室截面面與分分段現(xiàn)現(xiàn)澆施施工方方案（（單位位cm）瀘州泰泰安長長江大大橋主主橋跨跨度208+270+35+30m，PC單箱三三室箱箱梁，，PC索塔，，不對對稱獨獨塔雙雙索面面斜拉拉橋。。單箱箱三室室流線線形梁梁段，，梁寬寬29.5m，梁高高3m。頂板板厚40~20cm，底板板厚70~25cm，腹板板厚50~25cm，斜腹腹板厚厚23cm，斜拉拉索外外側設設寬度度2.4m的人行行道懸懸臂。。梁頂頂設2%雙向橋橋面橫橫坡。。主梁梁截面面寬高高比B/h=9.833:1，高跨跨比h/L=1/90，跨寬寬比L/B=9.153:1。黑龍江江省綏綏芬河河市新新華街街立交交橋的的主橋橋為100m+100m雙孔獨獨塔單單索面面斜拉拉橋，，跨越越綏芬芬河鐵鐵路站站場。。主梁梁橫斷斷面為為全預預應力力混凝凝土單單箱三三室。。梁底底平齊齊，梁梁高由由外至至內1.8m～1.92m。梁頂頂寬23.5m，底寬寬11.5m，兩側側懸臂臂各長長3.0m,外腹板板傾斜斜。混凝土土單箱箱三室室（綏綏芬河河市新新華街街立交交橋的的主橋橋單單位：：m）（三））結合合梁結合梁梁斜拉拉橋是是指鋼鋼主梁梁的上上翼緣緣與設設置其其上的的混凝凝土橋橋面板板之間間用剪剪力鍵鍵結合合共同同受力力的梁梁體結結構。。結合合梁一一般只只適用用于雙雙索面面斜拉拉橋。。結合合梁斜斜拉橋橋在80年代后后才得得到發(fā)發(fā)展。。其代代表作作首推推加拿拿大的的安那那西斯斯(Annacis)橋其結結合梁梁主梁梁截面面如圖圖所示示。（四））混合合梁混合梁梁斜拉拉橋是是指其其主跨跨為鋼鋼梁而而邊跨跨為混混凝土土梁的的斜拉拉橋。。鋼梁梁與混混凝土土梁的的連接接點一一般設設在索索塔附附近，，可以以在邊邊跨側側，也也可以以在主主跨側側。斜斜拉橋橋邊跨跨采用用混凝凝土梁梁的構構思，，是取取其梁梁的自自重大大，有有利于于邊跨跨發(fā)揮揮其錨錨固跨跨的作作用。?；炷镣亮号c與鋼梁梁的連連接點點選擇擇在索索塔附附近，，原因因是該該處梁梁的彎彎矩最最小，，梁的的軸力力為最最大。。對混混凝土土梁與與鋼梁梁連接接的細細節(jié)構構造而而言，，傳遞遞軸力力的構構造要要比傳傳遞彎彎矩的的構造造容易易處理理得多多。1994年底法法國建建成的的諾曼曼底大大橋是是混合合梁斜斜拉橋橋，主主孔跨跨度為為856m。諾曼底底大橋橋主梁梁截面面（單單位m）諾曼底底大橋橋主梁梁截面面（五））斜拉拉橋三三種主主梁截截面形形式的的比較較斜拉橋橋的三三種主主梁截截面，，即鋼鋼梁、、混凝凝土梁梁和結結合梁梁，其其各自自的特特點可可以通通過下下表來來說明明。表表中混混凝土土斜拉拉橋與與鋼斜斜拉橋橋、結結合梁梁斜拉拉橋的的比較較(表中的的A、B、C、D表示優(yōu)優(yōu)劣等等級)。項目鋼斜拉橋結合梁斜拉橋混凝土斜拉橋性能要求預制拼裝就地澆注恒載ABCC減輕橋梁自重質量CBAA空氣動力質量材料阻尼CBAA改善空氣動力徐變ABCD尺寸線形的穩(wěn)定性收縮ABCD尺寸線形的穩(wěn)定性耐久性CBAA最佳耐久性改造的難易ABCC易于改造施工的難易BACD易于施工路面造價BAAA降低路面的造價斜索的連結CBAA連結的難易斜索疲勞CBAA降低活載恒載比值基本造價CABB與跨度及地區(qū)有關四、、斜斜索索（一一））斜斜索索的的構構造造在近近代代大大跨跨度度斜斜拉拉橋橋中中，，斜斜索索的的構構造造基基本本上上分分為為整整體體安安裝裝的的斜斜索索和和分分散散安安裝裝的的斜斜索索兩兩大大類類。。前前者者的的代代表表為為平平行行鋼鋼絲絲索索和和冷冷鑄鑄錨錨，，后后者者的的代代表表為為平平行行鋼鋼絞絞線線索索和和夾夾片片錨錨。。1.平行行鋼鋼絲絲索索和和冷冷鑄鑄錨錨平行行鋼鋼絲絲索索的的截截面面組組成成和和冷冷鑄鑄錨錨如如圖圖所所示示：：平行行綱綱絲絲索索和和冷冷鑄鑄錨錨的的斜斜索索，，整整體體在在工工廠廠制制造造。。平平行行鋼鋼絲絲索索由由φ5mm或φ7mm高強度鍍鍍鋅鋼絲絲(抗拉強度度σb＝1600MPa左右)組成，一一般排列列成六角角形。平行鋼絲絲索和冷冷鑄錨，，以其性性能可靠靠(承載能力力、疲勞勞強度和和防腐措措施)從70年代在歐歐洲和日日本始用用起至今今已被廣廣泛使用用。由于運輸輸需求，，鋼索必必須盤繞繞在圓筒筒上，為為避免索索的鋼絲絲產生過過高的彎彎曲應力力和外包包PE套被撕裂裂，一般般規(guī)定圓圓筒直徑徑不小于于索徑的的20-25倍。2.平行鋼絞絞線索和和夾片錨錨平行鋼絞絞線索截截面組成成和夾片片錨如圖圖所示。。將平行行綱絲索索中的鋼鋼絲換成成等截面面的鋼絞絞線即成成為平行行綱絞線線索。平行鋼絞絞線索和和夾片錨錨對平行鋼鋼絞線索索和夾片片錨體系系，需要要注意的的問題是是：(1)夾片錨的的疲勞強強度；(2)夾片和錨錨孔之間間的圓錐錐度配合合要精確確，否則則咬合力力將集中中在夾片片小端形形成“切切口效應應”，成成為疲勞勞破壞之之源；(3)對夾片應應設置防防松脫裝裝置，否否則在較較小索力力(小于0.25)下受振動動荷載時時，夾片片可因咬咬合力不不足而松松脫導致致事故；；(4)鋼絞線進進入錨管管內有兩兩處轉折折，一在在鋼絞線線散開的的約束圈圈處；二二在鋼絞絞線進入入錨孔處處。在第第二個轉轉折處，，亦為拉拉索的錨錨固點，，存在著著固端撓撓矩。由由于軸向向索應力力和撓曲曲應力的的疊加，，該處產產生最大大的應力力幅。為為分散應應力幅，，需在錨錨管內加加設一““支承圈圈”。（二）斜斜索的錨錨固1.斜索在主主梁上的的錨固斜索在主主梁上的的錨固，，可以分分為“吊吊拉”和和“承托托”兩種種形式。。在工字字形主梁梁上，大大都采用用“吊拉拉”型式式，如下下圖所示示：在混凝土土主梁上上，都采采用“承承托”型型式，如如下圖所所示：斜索在混混凝土主主梁上的的錨固2.斜索在索索塔上的的錨固(1)斜索在實實體塔柱柱上的交交錯錨固固，如圖圖所示：：(2)斜索在空空心塔柱柱上的非非交錯錨錨固，如如下圖所所示：空心塔柱柱非交錯錯錨固（（蘭州小小西湖橋橋）(3)采用鋼錨錨固梁錨錨固，如如圖所示示蘇通大大橋的鋼鋼錨箱結結構圖：：（三）斜斜索防腐腐斜索防腐腐是斜拉拉橋設計計的重要要課題。。在現(xiàn)代斜斜拉橋所所廣泛采采用的兩兩種斜索索—平行鋼絲絲索和冷冷鑄錨、、平行鋼鋼絞線索索和夾片片錨中，，斜索防防腐的典典型措施施是這樣樣的：平行鋼絲絲索和冷冷鑄錨鍍鍍鋅鋼絲絲為擠高高密度PE套所防護護，裸索索埋于冷冷鑄錨的的環(huán)氧樹樹脂混合合料中。。鋼絲受受到鍍鋅鋅層和高高性能PE套的保護護。平行鋼絞絞線索和和夾片錨錨鍍鍍鋅鋼絞絞線涂以以油(或蠟)層后，用用雙層PE套防護并并將整索索平行鋼鋼絞線索索和夾片片錨鍍鍍鋅鋼鋼絞線涂涂以油(或蠟)層后，用用雙層PE套防護并并將整索索。彎于PE套內，套套內灌以以水泥砂