橋梁工程第十-十一章

斜拉橋在我國(guó)的發(fā)展（19座，L>400m）

（9座，L=300~400m）杭州灣大橋杭州灣大橋航拍照片杭州灣大橋航拍照片杭州灣大橋北起浙江嘉興海鹽鄭家埭，南至寧波慈溪水路灣，全長(zhǎng)36公里，是世界最長(zhǎng)的跨海大橋。杭州灣大橋2002年經(jīng)國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)立項(xiàng)，2003年6月8日奠基，2008年建成通車大橋總投資超過(guò)160億人民幣，其中大橋36公里，118億；北岸連接線29.1公里，17億；南岸連接線55.3公里，34億。民間資本占總資本的一半，大橋收費(fèi)年限為30年，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)為55元/輛。大橋建造成本很高，除經(jīng)濟(jì)成本外，人力成本也很高。大橋?qū)?3米，雙向六車道，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里，設(shè)計(jì)使用壽命100年以上。大橋設(shè)有南、北兩個(gè)航道，其中北航道寬325米，高47米可通航3萬(wàn)5千噸級(jí)船舶；南航道寬125米，高31米可通航3千噸級(jí)船舶。在離南岸約14公里處，設(shè)計(jì)有一個(gè)面積達(dá)1.2萬(wàn)平方米的交通服務(wù)救援海上平臺(tái)，同時(shí)也是一個(gè)旅游休閑觀光平臺(tái)。南浦大橋（1991）南浦大橋全長(zhǎng)8346米，主橋長(zhǎng)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。南浦大橋楊浦大橋(1993)主橋?yàn)殡p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，主橋全長(zhǎng)1178米，過(guò)渡孔45+邊孔（99+144）+主孔602+邊孔（144+99）+45楊浦大橋(1)組成——斜拉索、塔柱、主梁利用由索塔引出的斜向拉索作為梁跨的彈性中間支承，拉索的豎向分力使主梁受到一個(gè)向上的彈性支承反力，因而降低梁跨的截面彎矩，減輕梁重，大大提高橋梁的跨越能力。此外，斜拉索的水平分力對(duì)主梁產(chǎn)生的軸向預(yù)壓力的作用可以增強(qiáng)主梁的抗裂性能，節(jié)約高強(qiáng)鋼材的用量。(2)特點(diǎn)——預(yù)應(yīng)力筋在梁體外，通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋使梁體間接承受預(yù)壓力(3)斜拉橋按主梁所用材料分類——鋼斜拉橋、混凝土斜拉橋、結(jié)合梁(疊合梁)斜拉橋、混合梁(邊跨混凝土梁與主跨鋼梁連接)斜拉橋。2011-0716南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系（2）單索面適用范圍——設(shè)置有中央分車帶的橋梁?jiǎn)嗡髅嬖O(shè)置在橋梁縱軸線上，這對(duì)于設(shè)置有中央分車帶的橋梁特別合適，基本上不需要增加橋面寬度，具有最小的橋墩尺寸和最佳的視覺效果。但是，單平面斜索只能支承豎向荷載，拉索對(duì)主梁抗扭不起作用，由于橫向不對(duì)稱活載或(和)風(fēng)力產(chǎn)生的作用而使主梁受扭，因此，主梁橫截面宜采用抗扭剛度較大的閉合箱型斷面。（3）多索面適用范圍——用于超寬橋面（橋?qū)挸^(guò)40m）的斜拉橋。（4）平行雙索面布置方式：①將索平面布置在橋面寬度外側(cè)；②將索平面布置在橋面寬度之內(nèi)。空間雙索面對(duì)橋面梁體抵抗風(fēng)力扭振特別有利(斜向雙索面限制了主梁的橫向擺動(dòng))。雙斜索面的拉索可以提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，空間雙索面體系斜拉橋的抗風(fēng)動(dòng)力性能好。2011-0733南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系①輻射型優(yōu)點(diǎn)：1）斜拉索沿主梁均勻分布，在索塔上集中于塔頂一點(diǎn)。各斜拉索都具有可能的最大傾角,故斜拉索的垂直分力對(duì)主梁的支承效果也大。

2）由于索力主要由垂直力的需要而定，因此斜索拉力較小，索用量最省，與豎琴形布置相比，輻射型布置可節(jié)省拉索材料15％—20％；

3）輻射索使結(jié)構(gòu)形成幾何不變體系，對(duì)變形及內(nèi)力分布都有利。缺點(diǎn)：1）有較多數(shù)量的斜索匯集到塔頂，將使錨頭擁擠，構(gòu)造處理較困難；

2）塔身從頂?shù)降锥际艿阶畲髩毫?，自由長(zhǎng)度較大，塔身剛度要保證壓曲穩(wěn)定的要求。2011-0735南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系②豎琴型優(yōu)點(diǎn)：1）斜拉索成平行排列，各索傾角相同，外形最美觀，具有很好的韻律；

2）各對(duì)斜索分別連接在塔的不同高度上，索與塔的連接構(gòu)造易于處理；

3）由于傾角相同，各索的錨固構(gòu)造相同，塔中壓力逐段向下加大，有利于塔的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：1）各對(duì)索拉力的差別將在塔身各段產(chǎn)生較大的彎矩；2）由于是幾何可變體系，對(duì)內(nèi)力及變形的分布較不利（可在邊跨內(nèi)設(shè)置輔助墩來(lái)加以改善）；3）斜拉索傾角較小，索的總拉力大，故鋼索用量較多。2011-0736南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系③扇型斜拉索不相互平行，是介于輻射形和平行形之間的拉索布置形式，一般在塔上和梁上分別按等間距布置，兼顧了以上兩種形式的優(yōu)點(diǎn)而減少其缺點(diǎn)，因此有較多的斜拉橋采用這種形式。2011-0737南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系混凝土主梁常用截面形式（1）板式截面：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為錨固斜索板邊需要加厚。建筑高度小，在索距較密而橋?qū)挷淮蟮那闆r下，尚能滿足一定的抗扭能力要求。（2）半封閉箱形截面：是經(jīng)過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)分析得到的一種風(fēng)動(dòng)力性能良好的截面。此截面兩側(cè)為三角形封閉箱，端部加厚以錨固斜索。兩三角形間為整體橋面板，除個(gè)別需要的梁段外，不設(shè)底板。此種截面在滿足抗彎、抗扭剛度的要求下，有良好的抗風(fēng)動(dòng)力性能，特別適合索距較密的寬橋。（3）板式邊主梁截面：截面形式構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，用料較省。2011-0743南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系（4）閉合箱形截面：有極大的抗彎和抗扭能力，尤其適用于斜索為單平面布置的斜拉橋。將外側(cè)腹板做成傾斜式，既可改善風(fēng)動(dòng)力性能，又可減小墩臺(tái)寬度。缺點(diǎn)是節(jié)段重量較大。（5）單索面單室箱形截面：箱室內(nèi)沿縱向設(shè)置一對(duì)預(yù)應(yīng)力加勁斜桿，借以將索力有效地傳至整個(gè)截面。將中間腹板改為斜撐并增設(shè)橫撐，可以減輕梁體重量。（6）倒三角形箱形截面：對(duì)抗風(fēng)特別有利。（7）兩個(gè)索面靠近橋中央，兩側(cè)伸出較長(zhǎng)懸臂肋板的截面（8）利用三角形構(gòu)架將兩個(gè)箱梁連接在一起，加大橋面寬度的一種截面2011-0744南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系①單柱式橋塔——用于主梁抗彎、抗扭剛度較大的單索面斜拉橋。②門架式橋塔——由兩根塔柱和橫梁（或交叉斜撐）組成，可抵抗較大的橫向水平荷載，門架式和雙柱式橋塔適用于橋面寬度不大的雙索面斜拉橋。③花瓶型、A型、倒Y型、鉆石型橋塔——結(jié)構(gòu)橫向剛度大，但構(gòu)造和受力復(fù)雜、施工難度大。對(duì)于抗震、抗風(fēng)要求較高的大跨度或特大跨度斜拉橋，經(jīng)常采用這類型式的主塔。A型、倒Y型、鉆石型橋塔既適用于單索面也可用于雙索面斜拉橋。

2011-0746南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系（5）塔高塔的有效高度一般應(yīng)從橋面以上算起，因?yàn)樗c斜索的傾角有關(guān)。橋塔越高，斜索的傾角可越大，斜索垂直分力對(duì)主梁的支承效果也越好，但橋塔與斜索的材料用量也要增加,因此，橋塔的適宜高度要由經(jīng)濟(jì)比較來(lái)決定。2011-0748南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系10.3斜拉橋的計(jì)算分析要點(diǎn)斜拉橋是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，通常在計(jì)算中需要根據(jù)斜拉橋的結(jié)構(gòu)特性來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算圖式。例如，在豎向荷載作用下，可以將雙索面斜拉橋簡(jiǎn)化為兩片平面結(jié)構(gòu)，而將荷載在兩片平面結(jié)構(gòu)間分配。計(jì)算中可將斜拉索作為受拉桿單元對(duì)待；對(duì)于主梁和索塔，則作為梁?jiǎn)卧幚?。在?duì)斜拉橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)注意到這是一個(gè)非線性結(jié)構(gòu)體系。2011-0749南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系一、受力特點(diǎn)主梁飄浮體系：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：相當(dāng)于配置體外索的連續(xù)剛構(gòu)（壓彎構(gòu)件）索（受拉）：為主梁提供彈性支承塔（受壓為主）：承受索力二、計(jì)算方法概述分析方法一般簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，采用桿系有限元計(jì)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(jì)算:先進(jìn)行整體分析，然后按圣維南假定，取出局部進(jìn)行局部應(yīng)力分析施工過(guò)程計(jì)算非常重要三、恒載內(nèi)力計(jì)算：應(yīng)按施工程序分階段進(jìn)行，并將各階段的內(nèi)力和變形逐次累加，以得到最終的恒載內(nèi)力和變形。進(jìn)行斜拉橋的內(nèi)力調(diào)整。若總彎矩圖不盡合理，就可調(diào)整索力大小，重新分析。要考慮混凝土主梁的收縮、徐變、預(yù)加力等的影響。斜索初始張拉力(指施工時(shí)人為張拉的索力)的確定――連續(xù)梁法，視各斜索錨固點(diǎn)為主梁的剛性(或彈性)支承，計(jì)算恒載作用下各支承的反力，以其在斜索方向的分力作為初始張拉力。2011-0752南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系四、活載內(nèi)力計(jì)算：

按平面桿系分析斜拉橋時(shí)，活載內(nèi)力計(jì)算仍是先作出內(nèi)力及撓度影響線，然后進(jìn)行影響線加載，并以計(jì)入橫向分布系數(shù)的辦法來(lái)考慮空間影響?；钶d內(nèi)力計(jì)算可按一般線性結(jié)構(gòu)的分析方法計(jì)算。公路斜拉橋，由于活載內(nèi)力占總內(nèi)力的比重較小，而活載作用時(shí)斜索已有相當(dāng)大的拉力，因此計(jì)算活載內(nèi)力時(shí)可不考慮斜索的非線性影響；對(duì)混凝土斜拉橋，活載對(duì)徐變的影響也可不予考慮。對(duì)大跨度斜拉橋，還需考慮風(fēng)和地震荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。2011-0753南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系優(yōu)點(diǎn)——跨越能力大、受力合理、能最大限度發(fā)揮材料強(qiáng)度、整體造型流暢美觀、施工安全快捷。適用——跨度超過(guò)600m2011-0759南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系金門大橋金門大橋的北端連接北加利福尼亞，南端連接舊金山半島。當(dāng)船只駛進(jìn)舊金山，從甲板上舉目遠(yuǎn)望，首先映入眼簾的就是大橋的巨形鋼塔。鋼塔聳立在大橋南北兩側(cè)，高342米，其中高出水面部分為227米，相當(dāng)于一座70層高的建筑物。塔的頂端用兩根直徑各為92.7厘米、重2.45萬(wàn)噸的鋼纜相連，鋼纜中點(diǎn)下垂，幾乎接近橋身，鋼纜和橋身之間用一根根細(xì)鋼繩連接起來(lái)。鋼纜兩端伸延到岸上錨定于巖石中。大橋橋體憑借橋兩側(cè)兩根鋼纜所產(chǎn)生的巨大拉力高懸在半空之中。鋼塔之間的大橋跨度達(dá)1280米，為世界所建大橋中罕見的單孔長(zhǎng)跨距大吊橋之一。從海面到橋中心部的高度約60米，又寬又高，所以即使?jié)q潮時(shí)，大型船只也能暢通無(wú)阻。

金門大橋于1933年動(dòng)工，1937年5月竣工，用了4年時(shí)間和10萬(wàn)多噸鋼材，耗資達(dá)3550萬(wàn)美元。

明石海峽大橋日本明石海峽大橋，位于本州島與四國(guó)之間，全長(zhǎng)3910米，主跨1991米（960+1991+960），為三跨二鉸加勁桁梁式吊橋，橋?qū)?5.5米，雙向六車道，加勁梁14米，抗震強(qiáng)度按1/150的頻率，承受8.5級(jí)強(qiáng)烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴風(fēng)設(shè)計(jì)，為目前世界上跨度最大的懸索橋，也是世界上最長(zhǎng)的雙層橋，是聯(lián)結(jié)內(nèi)陸工業(yè)中的重要紐帶。它跨越日本本州島—四國(guó)島之間的明石海峽，最終實(shí)現(xiàn)了日本人一直想修建一系列橋梁把4個(gè)大島連在一起的愿望，創(chuàng)造了本世紀(jì)世界建橋史的新紀(jì)錄?？偼顿Y約40億美元。1995年1月17日，日本坂神發(fā)生里氏7.2級(jí)大地震（震中距橋址才4公里），大橋附近的神戶市內(nèi)5000人喪失，10萬(wàn)幢房屋夷為平地，明石海峽大橋設(shè)計(jì)荷載可承受里氏8．5級(jí)地震，該橋在阪神地震中僅有微小損壞，由于地面運(yùn)動(dòng)。兩塔基礎(chǔ)之間的距離增加了80cm，橋塔頂傾斜了10cm，使主跨增加了近80cm，從而接近于l991m，主纜垂度因此減少了130cm。長(zhǎng)江江陰公路大橋江陰長(zhǎng)江公路大橋是我國(guó)首座跨徑超千米的特大型鋼箱梁懸索橋梁，也是20世紀(jì)“中國(guó)第一、世界第四”大鋼箱梁懸索橋，是國(guó)家公路主骨架中同江至三亞國(guó)道主干線以及北京至上海國(guó)道主干線的跨江“咽喉”工程，是江蘇省境內(nèi)跨越長(zhǎng)江南北的第二座大橋。大橋位于靖江市十圩村與江陰市間，大橋全線建設(shè)總里程為5.176公里，總投資36.25億元。大橋全長(zhǎng)3071米，索塔高197m，兩根主纜直徑為0.870m，橋面按六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，寬33.8米，設(shè)計(jì)行車速度為100公里/小時(shí)；橋下通航凈高為50米，可滿足5萬(wàn)噸級(jí)輪船通航。大橋于1994年11月22日開工，1999年9月28日竣工通車。

地錨式——錨碇處一般要求地基具有較大的承載力，最好有良好的巖層作持力地基。自錨式——適宜用于兩岸地基承載力較差，特別是軟土的橋位，對(duì)城市鬧區(qū)跨河橋梁可以避免影響景觀或無(wú)法布置的龐大的主纜錨碇建筑物：

1）主纜拉力的垂直分力（一般較?。┛梢缘窒吙缍酥c(diǎn)部分反力，從而減小加勁梁的端支點(diǎn)反力，但水平分力則以軸向壓力的方式傳送到加勁梁中；

2）跨度不宜過(guò)大，否則加勁梁的截面將非常龐大不經(jīng)濟(jì)；

3）必須先架設(shè)加勁梁，然后再安裝主纜，實(shí)踐中因施工困難、風(fēng)險(xiǎn)大等原因而極少采用。

2011-0767南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系順橋向橋塔結(jié)構(gòu)形式：（1）剛性塔——可做成單柱形或A字形，一般多用于多塔懸索橋中，可提高結(jié)構(gòu)縱向剛度，減小縱向變位，從而減小梁內(nèi)應(yīng)力；（2）柔性塔——允許塔頂有較大的變位，是現(xiàn)代懸索橋中最常用的橋塔結(jié)構(gòu)，一般為塔柱下端做成固結(jié)的單柱形式；（3）搖柱塔——為下端做成鉸接的單柱形式，一般只用于跨度較小的懸索橋。2011-0773南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系加勁梁特點(diǎn)——1）必須具有足夠的抗扭剛度或自重以保持在風(fēng)荷載作用下的氣動(dòng)穩(wěn)定性。2）加勁梁所承擔(dān)的活載及本身的恒載通過(guò)吊索和索夾傳至主纜。3）加勁梁的變形從屬于主纜，它的剛度對(duì)懸索橋的總體剛度貢獻(xiàn)不大，因而梁高通常不必做得太大。2011-0777南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系①重力式錨碇原理：~依靠錨固體的巨大自重來(lái)抵抗主纜的垂直分力，水平分力則由錨固體與地基之間（包括側(cè)壁）的摩阻力或嵌固阻力來(lái)抵抗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主纜的錨固。組成：錨碇中預(yù)埋有錨碇架，它是由鋼錨桿和支撐架構(gòu)成，主纜束股是通過(guò)錨頭與錨桿聯(lián)接，再由錨桿通過(guò)支撐架分散至整個(gè)混凝土錨體中。2011-0779南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通工程系②隧道式錨碇原理：~是先在兩岸天然完整堅(jiān)固的巖體中開鑿隧道，將錨碇架置于其中后，用混凝土澆筑而成，利用巖體強(qiáng)度對(duì)混凝土錨體形成嵌固作用，達(dá)到錨固主纜的目的。特點(diǎn)：混凝土用量較重力式錨碇大為節(jié)省，經(jīng)濟(jì)性能更為顯著。但迄今為止，大部分懸索橋都由于缺