1. 孔跨布置

(1) 双塔三跨式

由于它的主跨跨径较大，一般适用于跨越较大的河流。

双塔三跨式(2)

结构组成：

对称、不对称；

跨度比L₁/L₂=0.35~0.5

边跨可设1~2个辅助墩 

Q:

辅助墩的作用是什么？

A:

在活载作用下，有效减少边跨挠度，约束桥塔的变形；设辅助墩可以减小拉索应力变幅，提高主跨刚度；缓和端支点负反力

活载作用下:

(2) 独塔双跨式

由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，适用于跨越中小河流和城市通道。

结构组成：

不对称居多，也可对称；

跨度比 L₁/ L₂=0.6~0.7 

重庆石门桥：位于重庆市沙坪坝，跨越嘉陵江，全长716ｍ。主桥为200＋230(ｍ）单索面独塔预应力混凝土斜拉桥.

(3) 三塔四跨式和多塔多跨式

三塔四跨式和多塔多跨式

三塔四跨式斜拉桥的变形

双塔三跨式斜拉桥的变形

故已经是柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式将使结构柔性进一步增大，可能导致变形过大。

Q:

如何解决多塔斜拉桥刚度问题？

A:

增加主梁刚度：一定程度上可以提高斜拉桥整体刚度，但会增加桥梁自重；中间塔采用刚性塔：会增加索塔和基础的工程量；长拉索将中间塔分别锚固在两个边塔的塔顶或塔顶加劲：长索下垂量很大，索刚度较小，大风有可能将其破坏；加粗端锚索并在锚固端锚索的两端上压重：增加索的刚度，如洞庭湖大桥。

2. 结构体系

斜拉桥的结构体系，可以有以下几种不同的划分方式：

• 按照塔、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。

• 按照主梁的连续方式，有连续体系和T构体系等

• 按照斜拉索的锚固方式，有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系

• 按照塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系  

(1) 按照塔、梁、墩相互结合方式分类

漂浮体系

半漂浮体系

塔梁固结体系

刚构体系

1) 飘浮体系 

漂浮体系

特点：

塔墩固结、塔梁分离。主梁除两端有支承外，其余全部用拉索悬吊，属于一种在纵向可稍作浮动的多跨弹性支承连续梁。

主梁侧向限位支座

斜拉索是不能对梁提供有效的横向支承的，为了抵抗由于风力等引起主梁的横向水平位移，一般应在塔柱和主梁之间设置一种用来限制侧向变位的板式或聚四氟乙烯盆式橡胶支座，简称侧向限位支座。

优点：

• 主跨满载时，塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值；

• 由于主梁可以随塔柱的缩短而下降，所以温度、收缩和徐变次内力均较小；

• 密索体系中主梁各截面的变形和内力的变化较平缓，受力较均匀；

• 地震时允许全梁纵向摆荡，作长周期运动，从而吸震消能。

缺点：

悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，以抵抗施工过程中的不平衡弯矩和纵向剪力，由于施工不可能做到完全对称，成桥后解除临时固结时，主梁会发生纵向摆动，应予注意。可设置阻尼器。

另外为了防止纵向飓风和地震荷载使漂浮体系斜拉桥产生过大的摆动，影响安全，十分有必要在斜拉桥塔上的梁底部位设置高阻尼的主梁水平弹性限位装置

采用漂浮体系的斜拉桥有：

重庆长江二桥

岳阳洞庭湖大桥

2) 半飘浮体系 

半漂浮体系

特点：

塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支承，成为具有多点弹性支承的三跨连续梁。一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变位，水平位移将由斜拉索制约。

半漂浮体系若采用一般支座来处理则无明显优点，因为当两跨满载时，塔柱处主梁有负弯矩尖峰，温度、收缩、徐变次内力仍较大。

若在墩顶设置一种可以用来调节高度的支座或弹簧支承来替代从塔柱中心悬吊下来的拉索（一般称“零号索”），并在成桥时调整支座反力，以消除大部分收缩、徐变等的不利影响，这样就可以与漂浮体系相媲美，并且在经济和减小纵向漂移方面将会有一定好处。

采用半漂浮体系的斜拉桥有:

南京长江二桥南汊桥

安庆长江大桥

3) 塔梁固结体系

塔梁固结体系

特点：

塔梁固结并支承在墩上，斜拉索变为弹性支承。主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度比值有关。这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固定支座，而其余均为纵向可以活动的支座。

优点：

显著减小主梁中央段的轴向拉力，且在索塔和主梁中的温度内力极小。

缺点：

• 中孔满载时，主梁在墩顶处转角位移导致塔柱倾斜，使塔顶产生较大水平位移，显著增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩；

• 另外上部结构重量和活载反力都需由支座传给桥墩，需要设置很大吨位的支座。在大跨径斜拉桥中，这种支座甚至达到上万吨级，支座的设计制造及日后养护、更换困难；

• 拉索提高结构刚度的效果较差，全桥的刚度取决于主梁

4) 刚构体系

刚构体系

特点：

塔梁墩相互固结，形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。

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，主梁挠度又小

缺点：

• 主梁固结处负弯矩大，使固结处附近截面需要加大；

• 再则为消除温度应力，应用于双塔斜拉桥中时要求墩身具有一定的柔性，常用于高墩的场合，以避免出现过大的附加内力

采用刚构体系的斜拉桥：

广东崖门大桥

广东金马大桥

(2) 按主梁的连续方式分类

有连续体系和T构体系

T构体系与刚构体系区别: 主梁跨中区域无轴拉力。

1) T构体系

三台涪江桥（带挂梁）

插入剪力铰

具体做法：

• 斜拉桥主跨中央部分插入一小跨悬挂结构；

• 以“剪力铰”代替悬挂结构,剪力铰的功能是只传弯矩、剪力，不传轴力

采用T构体系的斜拉桥:

委内瑞拉马拉开波桥

(3) 按斜拉索锚固方式分类

1) 自锚式

构造：

所有索均锚固在主梁上，最外边的索(端锚索)锚固在主梁端支点上。

受力：

拉索水平分力全由梁轴力平衡，其中混凝土桥最合适

端锚索索力最大(截面最大)，对塔顶变位起着重要作用

使用：

目前混凝土斜拉桥绝大多数均用此类体系

2) 地锚式

构造：

塔后拉索采用地锚

使用：

单跨式一般采用地锚式，适合钢主梁，不适合混凝土主梁

3) 部分地锚式

斜拉桥多数是自锚体系。只有在主跨很大边跨很小时，少数斜拉桥才采用部分地锚体系。

西班牙卢纳桥

3. 斜拉索

(1) 斜拉索的布置 

 1) 横向布置 

单索面

构造：布置在桥纵轴线上

优点：视觉效果最佳；用于设中央分隔带的桥梁，墩尺寸最小

缺点：拉索对主梁抗扭不起作用；主梁采用箱型截面

使用：城市桥、窄桥

平行双索面

优点：索的轴力可抵抗作用于桥梁上的扭矩，抗扭能力好

缺点：视觉效果无单索面好

使用：最常用 

空间双索面

优点：抗风力扭振特别有利(斜向双索面限制了主梁的横向摆动)

缺点：视觉效果最不好

使用：跨海大桥（风力大）

多索面

使用：超宽桥面 (B>40m)，少用

2）立面布置

辐射形

优点：索倾角最大导致垂直分力增大，进而索用量最省（索力由垂直力定）；结构成几何不变体，这对变形和内力有利

缺点：塔顶构造处理较困难；塔从顶到底都受到最大压力；塔自由长度较大 ；索倾角不同，锚具、垫板的制作和安装复杂  

使用：已日趋减少

竖琴形

优点：索倾角相同，锚具、垫板不复杂（构造相同）；外形最美观（无视觉交叉感）；塔中压力逐段向下加大，稳定性有所上升；索塔连接易处理

缺点：塔身弯矩较大；索倾角小，进而用索量大；结构成为几何可变体，对变形、内力不利；无法形成漂浮体系

使用：中、小跨斜拉桥

扇形

优点：具有前两种的优点；可灵活布置

使用：采用最多的，特别是大跨斜拉桥；采用扇形空间倾斜双索面是大跨、特大跨斜拉桥的理想选择

(3) 斜索在主梁上的间距

(2) 斜拉索的类型 

斜拉索的组成：斜拉索主要由钢索、两端的锚具、减振装置和保护装置组成。

斜拉索示意图

1) 平行钢丝索 

施工：整体安装(厂制)

构造：索由φ5～7mm高强镀锌钢丝组成，排列成六边形  

a)平行钢丝索                                          b)平行钢铰线索 

2) 平行钢铰线索  

施工：钢铰线成盘运至工地,接着截长,最后逐根安装、张拉

使用：大跨、大索索的防护：钢丝束上包一PE套管(聚氯乙烯套管，热挤法)  

索的防护：钢丝束上包一PE套管(聚氯乙烯套管，热挤法)  

(3) 拉索的锚固

1) 拉索在梁上的锚固

拉索与混凝土梁的锚固形式

2) 拉索在索塔上的锚固

斜索与混凝土梁的锚固形式

(3) 拉索的应力 

拉索的应力控制需要考虑三个因素，即有效弹性模量、破断强度和疲劳。

斜索的等效弹性模量为：

（L=0时即表示是垂直索，此时无垂度影响。）

若斜索的应力过低，则斜索的垂度大，索的有效模量就小，这也反应了斜拉索必须采用高强度钢材的直接原因。因而，控制斜索的最小应力是十分必要的。

“

根据钢材的受力特性，当拉索的荷载超过破断荷载的50％时，钢的非弹性应变将快速增加，因而对于一般荷载组合，拉索的最大荷载只能到它破断强度的40％。

”

另外，拉索应具有足够的抗疲劳能力，即在规定的应力变幅下，拉索在承受200万次的荷载循环后，其强度不小于原来强度的95％。拉索的抗疲劳能力与钢材和锚具有关，目前生

产的成品拉索应力变幅为220～250MPa。

(4) 拉索的减振 

拉索的风致振动现象在各种跨径和类型的斜拉桥上普遍存在，拉索的振动易导致疲劳和外包破损。目前对斜拉桥的拉索采取的减振措施主要有以下几种：

• 气动控制法

• 阻尼减振法

• 改变拉索动力特性法

1) 气动控制法

直径139mm  2mm螺旋线

直径139mm 凹纹图案

将斜拉索原来的光滑表面做成带有螺旋凸纹、条形凸纹、V形凹纹或圆形凹点的非光滑表面。拉索表面的凹凸纹能阻碍下雨时拉索水线的形成，从而防止雨振的发生。

2) 阻尼减振法

内置式阻尼器

外置式阻尼器

阻尼减振法的作用机理就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。根据与拉索的相互关系，阻尼装置又可分为安放在套筒内的内置式阻尼器和附着于拉索之上的外置式阻尼器。

3) 改变拉索动力特性法

多多罗大桥的制振缆索

采用联结器（索夹）或辅助索将若干根索相互联结起来，辅助索可以采用直径比主要索小得多的索。

其作用机理是：通过联结，将长索转换成为相对较短的短索，使拉索的振动基频提高，从而抑制索的振动。

这对防止低频振动十分有效，同时也能降低雨振以及单根索振动发生的机率，但对通常以高阶形式出现的涡激振动抑制作用不明显。另外，辅助索易疲劳断，对桥梁景观有一定影响

4. 主梁

主梁的作用：

1. 将恒、活载分散传给拉索。梁的刚度越小，则承担的弯矩越小

2. 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

3. 抵抗横向风载和地震荷载，并把这些力传给下部结构

注意

当拉索间距较大时，主梁由弯矩控制设计

对于单索面斜拉桥，主梁由扭转控制设计

对于双索面密索体系，主梁设计主要应考虑轴压力因素以及整个桥的纵向弯曲

另外，应考虑到在减小活载的情况下主梁有足够的强度和刚度以更换拉索

并需考虑个别拉索偶然拉断或退出工作时结构仍具有足够的安全储备

主梁高跨比正常范围

对于双索面情形：1/100～1/150

对于单索面情形：1/50～1/100，且高宽比不宜小于1/10

(1) 实体梁式和板式主梁

梁高较矮时，截面空气阻力小，在空气动力性能方面是合理与有效的，特别当桥面宽度增大到整个截面近似于一块平板时。

1) 实体梁式主梁

重庆大佛寺长江公路大桥主梁

荆州长江公路大桥主梁

施工方便：悬臂法施工时，为减轻挂兰负荷，可将两个边主梁先行浇筑，然后，在挂索后再浇筑横梁，最后浇筑桥面板混凝土，使形成整体，共同受力。适用双索面斜拉桥。

2) 实体板式主梁

(2) 箱形截面

• 混凝土箱形截面主梁是现代斜拉桥中经常采用的截面形式。

• 它的抗弯和抗扭刚度大，能适应稀索、密索、单索面或双索面等不同斜索布置；

• 其组合截面，也可以方便地形成封闭式的单箱形式或分离式的双箱形式，以适应不同桥宽的需要；

• 截面的组合构造，也可以部分预制、部分现场浇筑为桥梁施工方案提供了更多的选择。

1) 单索面箱形截面主梁

2) 双索面箱形截面主梁

单箱三室

双索面桥与单索面桥的三室箱梁截面应有所不同

• 采用双索面时，应将两个中间竖腹板尽量拉大，使中室大于边室，以期取得较大的横向惯矩；

• 对于单索面，则应将其尽量靠拢，以便将斜索锚固于较小的中室内。

单箱多室断面

不同材料主梁的适宜跨径    

斜拉桥主梁有下列四种不同的组成方式：

1、预应力混凝土梁，称为混凝土斜拉桥，经济跨径400m以下。

2、钢－混凝土组合梁，称为组合梁斜拉桥，经济跨径400～600m。

3、全钢主梁，称为钢斜拉桥，经济跨径600m以上。

4、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，经济跨径600m以上。

注意

各种材料主梁每平方米桥面的自重估计值：

钢：2.5~3.5kN/m2;

钢-混凝土组合：6.5~8.5kN/m2；

混凝土：10.0~15.0kN/m2;

法国诺曼底大桥混合梁

武汉白沙州大桥钢主梁

5. 主塔

主塔的型式与布置   

受力：轴力（主要）、弯矩（混凝土压弯构件）

1、纵向布置形式

2、横向布置形式

桥面较高时索塔的横向布置形式（增加横梁）

塔高

塔高：桥面以上算起

常用

索与塔锚固构造

1、交叉锚固

2、空心塔对称锚固        

3、用钢锚固梁对称锚固        

4、利用埋设于塔中的钢锚箱对称锚固       

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知识点： 斜拉桥总体布置与构造