第四篇 悬索桥与斜拉桥

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第四篇 悬索桥与斜拉桥

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预应力混凝土斜拉桥

优点： 主梁增加了中间的斜索支承，弯矩小、节省材料

斜索的水平分力相当于对混凝土梁施加的预压力

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预应力混凝土斜拉桥

借斜索的预拉力可以调整主梁的内力、使之分布 均匀合理，主梁可做成等截面的，施工方便

梁、索、塔可以组合成不同的体系，可适应不 同的地形和地质条件。

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预应力混凝土斜拉桥

建筑高度小 竖向刚度及抗扭刚度大，抗风稳定性好 便于采用悬臂法施工和架设

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预应力混凝土斜拉桥

缺点：

高次超静定结构，设计计算复杂

斜索的调整工序复杂

斜索的防护、新型锚具的工艺和耐疲劳问题都有 待于解决

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预应力混凝土斜拉桥

一、构造类型 （一）斜索

1、材料 抗拉强度高 疲劳强度高 弹性模量大

平行高强钢丝索

平行钢绞线索

2、构造

柔性索：拉索套管采用柔性复合材料

刚性索：拉索的套管采用钢筋混凝土或预应力混凝土

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3 、立面布置

类型 项 目

辐 射 式

竖 琴 式 （平 行 式） 扇 式 星 式

布置方式

优 点

① 倾角大，拉力小，节省钢材 ② 外侧拉力大，内侧拉力小，张拉、锚固都容易处理

① 斜索与塔柱的连接构造易处理 ② 塔柱承受的压力从上到下逐渐加大③外形美观

介于辐射式和竖琴式之间

可以显著减小中跨的挠度，也可以避免在中跨加载时边跨产生很大的负弯矩

缺 点

① 锚头在塔顶拥挤不易处理 ② 塔柱从上到下都承受最大压力③ 锚具垫板制作安装复杂

倾角小，斜索拉力大，钢材用量大

斜索的倾角最小，斜索在梁上的锚固复杂

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预应力混凝土斜拉桥

4 、横向布置 垂直的双平面索

倾斜的双平面索 单索面布置

双索面布置

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预应力混凝土斜拉桥

（二）主梁 1、静力体系

连续梁 悬臂梁 悬臂刚构 2、材料钢主梁

优点：重量轻，跨越能力大，构件制作安装方 便，施工速度快。

适用于大跨度斜拉桥，多为箱形截面。

缺点：养护工作量大

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预应力混凝土斜拉桥

（二）主梁 2、材料混凝土主梁

钢、混凝土结合梁

优点：整体性好，刚度大，抗振动性能好缺点：自重大，限制跨径与钢主梁相比：节省钢材、刚度大、抗风稳定性 好， 能有利分担斜索的水平分力，但自重大。与混凝土主梁相比：重量轻，构造简单，施工速度快适用于跨径 500-700 米的斜拉桥

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预应力混凝土斜拉桥

钢、混凝土混合梁优点：加大边跨主梁的刚度和重量，有利于减小 中跨内力和变形，减小或避免边跨端支点负反力。适用于边跨与中跨比值较小的情况

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预应力混凝土斜拉桥

3 、截面形式板式截面 箱形截面

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预应力混凝土斜拉桥

（三）塔柱

为国内第一座钢塔斜拉桥，也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥

——以受压为主的压弯构件

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预应力混凝土斜拉桥

1 、顺桥向单柱塔：A 形塔、倒 Y 形塔：

构造简单，应用广泛

有利于承受塔两侧的不平衡拉力，抵抗较大弯矩，减小塔顶水平位移

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预应力混凝土斜拉桥（三）塔柱

2 、横桥向柱式：构造简单，承受横向水平力的能力差门式：有较好的刚度抵抗横向水平风力斜腿式、倒 V 式、宝石式和倒 Y 式：横向刚度大，构造复杂

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预应力混凝土斜拉桥

悬浮体系 常用

温度力、混凝土收缩和徐变力都较小密索情况下，主梁各截面的内力和变形变化平缓 全跨满载时塔柱处无负弯矩尖峰悬臂法施工时，塔墩上需设置临时支座必须施加一定的横向约束

二、斜拉桥的结构体系

主梁可随塔柱的缩短而下降

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预应力混凝土斜拉桥

支承体系

支承体系在悬臂施工中不需设置额外的临时支点

需设横向约束

少用

塔柱出现竖向徐变变形时，拉索吊点下垂，塔墩 支承处出现负弯矩尖峰

二、斜拉桥的结构体系

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塔梁固结体系

较少常用

省去了承受很大弯矩的梁下塔墩代之以一般的桥墩结构塔柱和主梁的温度内力极小并可以显著降低主梁中央段 承受的轴向拉力中跨满载时主梁在墩顶处的转角位移会导致塔柱倾斜， 使柱顶产生较大水平位移，增大主梁的跨中挠度和边 跨的负弯矩 支座的吨位大，制造困难，造价高

预应力混凝土斜拉桥二、斜拉桥的结构体系

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预应力混凝土斜拉桥

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预应力混凝土斜拉桥

刚构体系

刚度大，主梁的挠度小

固结处承受较大的负弯矩

独塔地基条件好地震烈度低

双塔若不设挂梁，温度力、混凝土收缩、徐变力大

二、斜拉桥的结构体系

省去支座，施工中稳定性好

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悬 索 桥

我国悬索桥有悠久的历史。古代悬索桥的缆索采用藤、竹皮绳或铁链。历史记载，公元前 285 年便有了竹索桥。铁索桥相传起源于汉代，西汉大将军樊哙在陕西褒城县修建的樊河桥很可能是铁索桥。有确切记载的铁索桥是横江铁索桥，西晋讨伐吴国（公元 280 年），吴国将士用多道铁索横断长江三峡的西陵峡口，形成横江铁索桥。

我国现代悬索桥起步较晚，在上个世纪 90年代以前，虽修建了几十座悬索桥，但跨径小、宽度小、荷载标准低。 90 年代以后我国悬索桥有了很快的发展，建成很多大跨径各有特色的悬索桥。

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悬 索 桥悬 索 桥

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一、悬索桥的结构构造

二、悬索桥的基本类型和适用范围

三、悬索桥的纵横断面布置

悬 索 桥

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一、结构构造1 、 大缆（主缆）（ 1）大缆的组成与编制办法大缆的组成

用 5mm 左右的镀锌钢丝组成钢丝束股，由若干根钢丝束股挤成规则的圆形形成一根大缆。

悬 索 桥

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（ 1）大缆的组成与编制办法大缆的编制方法空中编丝法（简称 AS法）

预制平行束股法（简称 PPWS法）

每根大缆所含束股数量少，但每股中所含钢丝数量多达 300~500 根，单根束股锚固吨位大，锚固空间相对集中。

每根大缆所含束股数量多达 100~300，但每股中所含钢丝数量少，工厂预制，现场架索，气候因素影响小。

悬 索 桥

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1 、大缆（ 2）大缆防锈

悬 索 桥

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2 、主塔

（ 1）作用：支承主缆，分担主缆所受的竖向荷载，对

全桥结构的稳定性提供保证

（ 2）材料：钢材、混凝土

（ 3）塔柱的断面形式：箱形

（ 4）索塔形式

悬 索 桥

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2 、主塔

顺桥向形式：分为刚性塔和柔性塔。柔性塔塔柱等宽

或从塔顶向塔底以一定坡度扩大，塔底固结

横桥向形式：为底部固定的平面桁架、刚架或混合式

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3 、锚碇

（ 1）作用：大缆的锚固体，将大缆的拉力传给地基

悬 索 桥

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（ 2）形式3、锚碇

重力式：依靠锚碇的自重来抵抗主缆的拉力隧道式：用于坚固、节理少的基岩外露的情况，把岩

石凿隧洞，埋入锚碇架，填充混凝土抵抗主缆拉力

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悬 索 桥

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4 、加劲梁

悬 索 桥

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4 、加劲梁

（ 1）作用及要求： 提供桥面系，传布竖向活载，防止桥面发生过大 的挠曲和扭曲变形。因此要求具有足够的抗扭刚 度，保证风荷载作用下的气动稳定性。

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（ 2）材料：钢和混凝土（ 3）钢加劲梁的截面形式

钢桁梁：用钢量大，适用于需要双层桥面的悬索桥钢箱梁：抗风性能好、用钢量省，适用于单层桥面

4、加劲梁

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5、吊杆（吊索）

（ 1）作用：将加劲梁上的恒载和活载传递到大缆

（ 2）吊杆的形式：直吊杆和斜吊杆

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（ 3）吊杆的材料一般用镀锌扭绞钢丝绳、封闭锁口钢丝绳或平行镀锌钢丝束，表面涂装油漆或包裹护套。小跨径悬索桥也可采用刚性吊杆。

5、吊杆（吊索）

（ 4）吊杆与主缆的连接

骑挂式 销接式

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6、索鞍（ 1）主索鞍

置于塔顶支承主缆，并把竖向力传到塔顶。可用全铸钢或铸焊组合方式制造，在纵向分节制造、吊装在拼装。

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6、索鞍（ 2）散索鞍

作用：改变主缆的方向，把主缆的钢丝束股在竖直

及水平方向分散开，引入各自的锚固位置。构造：主索鞍相同；散索鞍分摇柱式和滑动式

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二、悬索桥的基本类型和适用范围1 、按悬吊跨数分类

（ 1）单跨悬索桥

用于跨越高山峡谷、两岸地势较高，或者道路的接线受到限制，平面曲线不得不进入边跨的情况。边跨主缆的垂度小，主缆长度相对短，对控制中跨的变形有力。

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5.4.2.1 按悬吊跨数分类

（ 2）三跨悬索桥

缆索的总长度大，适用于跨海大桥，造型美观

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（ 3）多跨跨悬索桥1、按悬吊跨数分类

结构柔性大，固有频率低，难以满足大跨度悬索桥受力和刚度要求

A形塔联袂布置

5.4 悬 索 桥

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2 、 按主缆的锚固方式分

（ 1）地锚式悬索桥

主缆通过重力式锚碇或隧道式锚碇将荷载产生的拉力传至地基达到全桥的受力平衡。

（ 2）自锚式悬索桥

主缆在边跨两端直接锚固在加劲梁上，主缆的水平拉力不传给锚碇，而是传给加劲梁。

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广东猎德大桥， 2009 年 7月 30 日通车，独塔双索面自锚式悬索桥，塔身为贝壳状三维曲面，主跨跨径 219m，同类桥型世界第二，全国第一。

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三、悬索桥的纵横断面布置（ 1）边跨与主跨的跨度比

边跨与中跨之比，通常采用 1:2~1:4（ 2）主缆的垂跨比

影响因素：主缆用钢量及全桥刚度。通常为 1/9~1/12

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三、悬索桥的纵横断面布置（ 3）加劲梁的尺寸拟定

根据抗风理论分析和风洞试验验证所取的加劲梁的高度和宽度是否具有优良的动力性能。桁式加劲梁梁高一般为 6~14m ；箱形加劲梁的梁高一般为 2.5~4.5m。加劲梁的宽度由车道宽度及桥面构造布置决定。

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三、悬索桥的纵横断面布置（ 4）加劲梁的支承体系

非连续的：每跨加劲梁的两端均设置支撑体系

连续的：梁体连续，支承在塔柱上

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三、悬索桥的纵横断面布置（ 5）纵坡

中跨的纵坡多为 1%~1.5%的抛物线，边跨多和中跨的端部直线相接，因此边跨为直线，一般为中跨纵坡的两倍。

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