1、第二章 斜拉橋的構(gòu)造,主梁的主要作用： （1）將恒、活載分散傳給拉索。梁的剛度越小，則承擔(dān)的彎矩越小。 （2）與拉索及索塔一起成為整個(gè)橋梁的一部分，主梁承受的力主要是拉索的水平分力所形成的軸壓力，因而需有足夠的剛度防止壓屈。 （3）抵抗橫向風(fēng)載和地震荷載，并把這些力傳給下部結(jié)構(gòu)。 對于單索面斜拉橋，主梁由扭轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)；對于雙索面斜拉橋，主梁設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮軸壓力因素以及整個(gè)橋的縱向彎曲。另外，應(yīng)考慮到在減小活載的情況下主梁有足夠的強(qiáng)度和剛度以更換拉索。并需考慮個(gè)別拉索偶然拉斷或退出工作時(shí)結(jié)構(gòu)仍具有足夠的安全儲備。,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,一、實(shí)體梁式和板式主梁 實(shí)體梁式和板式截面的主梁一般僅適用于雙

2、索面斜拉橋。優(yōu)點(diǎn)如下： （1）構(gòu)造簡單、施工方便。 （2）當(dāng)斜索在實(shí)體的邊主梁中錨固時(shí)，錨固構(gòu)造簡單； （3）在索面內(nèi)具有一定的抗彎剛度，在錨固點(diǎn)處可以避免產(chǎn)生大的橫向力流。 （4）梁高較矮時(shí)，截面空氣阻力小，在空氣動(dòng)力性能方面是合理與有效的，特別當(dāng)橋面寬度增大到整個(gè)截面近似于一塊平板時(shí)。,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,實(shí)體梁式截面,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,實(shí)體板式截面,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,二、箱形截面 混凝土箱形截面的抗彎和抗扭剛度大，能適應(yīng)稀索、密索、單索面或雙索面等不同斜索布置；其組合截面，也可以方便地形成封閉式的單箱形式或分離式的雙箱形式，以適應(yīng)不同橋?qū)挼男枰?；截面的組合構(gòu)造，也可以部分預(yù)制、部分現(xiàn)

3、場澆筑，為橋梁施工方案提供了更多的選擇。,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,單索面布置的箱形截面,法國布魯東納橋,美國日照（Sunshine Skyway）橋,雙索面混凝土斜拉橋箱形截面的主梁常以分離式的兩個(gè)箱體各自錨固于拉索，兩箱之間則以橫梁和橋面板連結(jié)。,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,雙箱梁的典型截面為倒梯形,三角形雙箱梁（美國P-K橋首次采用）,在雙箱梁的兩個(gè)分離式箱體之間用底板將其封閉，即成為三室的單箱梁截面，如法國諾曼底大橋邊跨混凝土主梁部分的倒梯形三室箱梁截面。 挪威Skarnsunddet橋主梁采用了三角形的箱形截面，該橋主跨為530m，建于1992年。,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,雙索面橋與單索面橋的三室箱梁

4、截面應(yīng)有所不同。采用雙索面時(shí)，應(yīng)將兩個(gè)中間豎腹板盡量拉大，使中室大于邊室，以期取得較大的橫向慣矩；對于單索面，則應(yīng)將其盡量靠攏，以便將斜索錨固于較小的中室內(nèi)，如圖所示為長沙湘江北大橋（主跨210m）的三室箱梁截面。 教材表4-2-1給出了若干種具有代表性的截面形式主梁的特點(diǎn)和適用范圍。,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,三、不同材料主梁的適宜跨徑 斜拉橋主梁有下列四種不同的組成方式： （1）預(yù)應(yīng)力混凝土梁，稱為混凝土斜拉橋。 （2）鋼一混凝土組合梁，稱為組合梁（或稱結(jié)合梁、疊合梁）斜拉橋。 （3）鋼主梁，稱為鋼斜拉橋。 （4）主跨為鋼主梁或鋼一混凝土組合梁，邊跨為混凝土梁，稱為混合式斜拉橋。 Svensso

5、n認(rèn)為跨徑為200400m時(shí)，采用混凝土主梁是最經(jīng)濟(jì)的；400600m時(shí)，采用鋼混凝土組合梁是最經(jīng)濟(jì)的；大于600m時(shí)，應(yīng)采用鋼主梁。另外，當(dāng)跨徑處于400 m和600m兩個(gè)臨界區(qū)域時(shí)，應(yīng)綜合考慮其他因素分別對兩種不同材料主梁作經(jīng)濟(jì)比較。,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,但 Svensson 未考慮橋面寬度的影響。當(dāng)橋面為6車道及以上時(shí)，混凝土橫梁的質(zhì)量將占相當(dāng)大的比重，此時(shí)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮采用鋼橫梁方案。 主跨主梁和邊跨主梁的設(shè)計(jì)理念是不同的。主跨必須有良好的動(dòng)力特性，自重較輕。對于大跨度斜拉橋，邊跨由于其拉索起著穩(wěn)定索塔的作用，因而邊跨應(yīng)具有克服上提力的功能，這就需通過邊跨的自重、剛度或設(shè)輔助墩的方式來解決

6、。 各種材料主梁每平方米橋面的自重估計(jì)值如下： 鋼： 2.5 3.5 kN/m2 鋼一混凝土組合： 6.5 8.5 kN/m2 混凝土： 10.0 15.0 kN/m2,第一節(jié) 主梁的構(gòu)造,斜拉橋的柔細(xì)感與直線感雖基本上來自于梁體與斜索，但索塔的形狀對全橋的景觀是至關(guān)重要的，它在美學(xué)上幾乎起決定性的作用。因此，必須非常慎重地選擇索塔的形狀，精心勾畫出優(yōu)美的尺寸比例。具體的做法可借助于制作模型來進(jìn)行比較，然后決定取舍并進(jìn)行局部優(yōu)化。 一、索塔構(gòu)件組成 組成索塔的主要構(gòu)件是塔柱，另外還有塔柱之間的橫梁或其他聯(lián)結(jié)構(gòu)件。 塔柱之間的橫梁一般可分為承重橫梁與非承重橫梁。前者為設(shè)置主梁支座的受彎橫梁，以及

7、塔柱轉(zhuǎn)折處的壓桿橫梁或拉桿橫梁；后者為塔頂橫梁和塔柱無轉(zhuǎn)折的中間橫梁。,第二節(jié) 索 塔,二、混凝土塔的構(gòu)造 混凝土索塔常采用的截面形式見表4-2-2。實(shí)心體索塔一般適用于中小跨度的斜拉橋，對于小跨度可采用等截面，對于中等跨度可采用空心截面。矩形截面索塔的構(gòu)造簡單，其四角宜做成倒角或圓角，以利抗風(fēng)。所有其他多邊形截面的索塔均比矩形截面的對抗風(fēng)有利，而且還能增加橋梁外形的美觀。八角形截面有利于配置封閉式環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋，但構(gòu)造稍復(fù)雜。H形截面在立面上可以不使錨頭外露，對美觀有所改善。各種空心截面包括H形截面，一般均需在每一層拉索錨頭處增設(shè)水平隔板，其作用有二：第一，有利于將索力傳遞到塔柱全截面上；第二

8、，在施工階段和養(yǎng)護(hù)時(shí)可將它作為工作平臺。,第二節(jié) 索 塔,一、拉索的構(gòu)造 在近代大跨度斜拉橋中，拉索的構(gòu)造基本上分為整體安裝的拉索和分散安裝的拉索兩大類。前者的代表為平行鋼絲索配冷鑄錨，后者的代表為平行鋼絞線索配夾片錨。 1平行鋼絲索配冷鑄錨,第三節(jié) 拉 索,2平行鋼絞線索配夾片錨 鋼絞線在索中平行排列，逐根安裝、張拉，兩端裸線由夾片錨固定。采用等值張拉法（由法國弗雷西奈公司提出）。在一群鋼絞線中選定一“參照線”，對該“參照線”拉力在張拉過程中進(jìn)行同步精密標(biāo)定，每張拉一根鋼絞線，即按照此“參照線的標(biāo)定 值確定該線的張拉值。待全部 鋼絞線張拉完畢后，各根鋼絞 線的拉力與“參照線”的相同， 然后再

9、用大能量小行程的張拉 千斤頂將整索鋼絞線同步張拉 至預(yù)定索力。,第三節(jié) 拉 索,當(dāng)前，在斜拉索中使用的平行鋼絞線索配夾片錨共有4種體系，即弗雷西奈體系（法國），迪維達(dá)克體系（德國），VSL體系（瑞士）和強(qiáng)力（Stronghold）體系（英國）。,第三節(jié) 拉 索,二、拉索的錨固 1斜拉索與混凝土梁的錨固,第三節(jié) 拉 索,（1）頂板錨固塊,（2）箱內(nèi)錨固塊,第三節(jié) 拉 索,（3）斜隔板錨固,（4）梁底兩側(cè)錨固,（4）梁兩側(cè)錨固,2拉索在索塔上的錨固,第三節(jié) 拉 索,交錯(cuò)錨固,非交錯(cuò)錨固,用鋼錨固梁錨固,鋼錨箱錨固,三、拉索的應(yīng)力 拉索的應(yīng)力控制需要考慮三個(gè)因素：有效彈性模量、破斷強(qiáng)度和疲勞。 根據(jù)

10、Ernst公式，斜索的等效彈性模量 為 若斜索的應(yīng)力過低，則斜索的垂度大，索的有效模量就小，這也反應(yīng)了斜拉索必須采用高強(qiáng)度鋼材的直接原因。由此可見，控制斜索的最小應(yīng)力是十分必要的。,第三節(jié) 拉 索,根據(jù)鋼材的受力特性，當(dāng)拉索的荷載超過破斷荷載的50時(shí)，鋼的非彈性應(yīng)變將快速增加，因而對于一般荷載組合，拉索的最大荷載只能到它破斷強(qiáng)度的40。 另外，拉索應(yīng)具有足夠的抗疲勞能力，即在規(guī)定的應(yīng)力變幅下，拉索在承受200萬次的荷載循環(huán)后，其強(qiáng)度不小于原來強(qiáng)度的95。拉索的抗疲勞能力與鋼材和錨具有關(guān)，目前生產(chǎn)的成品拉索應(yīng)力變幅為220 250 MPa。,第三節(jié) 拉 索,四、拉索的減振 拉索的風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象在各

11、種跨徑和類型的斜拉橋上普遍存在，拉索的振動(dòng)易導(dǎo)致疲勞和外包破損。目前對拉索采取的減振措施主要有以下幾種： 1氣動(dòng)控制法 該法是將斜拉索原來的光滑表面做成帶有螺旋凸紋、條形凸紋、v形凹紋或圓形凹點(diǎn)的非光滑表面。通過提高斜拉索表面的粗糙度，使氣流經(jīng)過拉索時(shí)在表面邊界層形成湍流，從而防止渦激共振的產(chǎn)生；拉索表面的凹凸紋還能阻礙下雨時(shí)拉索上、下緣迎風(fēng)面水線的形成，從而防止雨振的發(fā)生。但其對塔、梁在外界激勵(lì)下導(dǎo)致索兩端的支座激振（又稱參數(shù)振動(dòng)）無減振作用，且由于表面粗糙度的增加，會增大斜拉索對風(fēng)的阻力。,第三節(jié) 拉 索,2阻尼減振法 阻尼減振法的作用機(jī)理就是通過安裝阻尼裝置，提高拉索的阻尼比從而抑制拉索的振動(dòng)。 它對渦激共振、尾流馳振、雨振以及由支座激勵(lì)引起的拉索共振和參數(shù)振動(dòng)都能起到較好的抑制作用。根據(jù)與拉索的相互關(guān)系，阻尼裝置又可分為安放在套筒內(nèi)的內(nèi)置式阻尼器和附著于拉索之上的外置式阻尼器。詳見教材圖4-2-16、4-2-17。,第三節(jié) 拉 索,3改變拉索動(dòng)力特性法 采用聯(lián)結(jié)器（索夾）或輔助