斜 拉 桥
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世界十大斜拉桥1.苏通长江大桥1088米,中国,2008 双塔双索面钢箱梁苏通大桥位于江苏省东部的南通市和苏州(常熟)市之间,是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道,也是江苏省公路主骨架网“纵一”——赣榆至吴江高速公路的重要组成部分,是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。
建设苏通大桥对完善国家和江苏省干线公路网、促进区域均衡发展以及沿江整体开发,改善长江安全航运条件、缓解过江交通压力、保证航运安全等具有十分重要的意义。
大桥建设工程情况:苏通大桥工程起于通启高速公路的小海互通立交,终于苏嘉杭高速公路董浜互通立交。
路线全长32.4公里,主要由北岸接线工程、跨江大桥工程和南岸接线工程三部分组成。
l、跨江大桥工程:总长8206米,其中主桥采用100+100+300+1088+300+100+100=2088米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。
斜拉桥主孔跨度1088米,列世界第一;主塔高度306米,列世界第一;斜拉索的长度580米,列世界第一;群桩基础平面尺寸113.75米X 48.1米,列世界第一。
专用航道桥采用140+268+140=548米的T型刚构梁桥,为同类桥梁工程世界第二;南北引桥采用30、50、75米预应力混凝土连续梁桥;2、北岸接线工程:路线总长15.1公里,设互通立交两处,主线收费站、服务区各一处;3、南岸接线工程:路线总长9.1公里,设互通立交一处。
苏通大桥全线采用双向六车道高速公路标准,计算行车速度南、北两岸接线为120公里/小时,跨江大桥为100公里/小时,全线桥涵设计荷载采用汽车一超20级,挂车一120。
主桥通航净空高62米,宽891米,可满足5万吨级集装箱货轮和4.8万吨船队通航需要。
全线共需钢材约25万吨,混凝土140万方,填方320万方,占用土地一万多亩,拆迁建筑物26万平米。
工程总投资约64.5亿元,计划建设工期为六年。
四项世界之最:最大主跨:苏通大桥跨径为1088米,是当今世界跨径最大斜拉桥。
简述斜拉桥的受力原理
斜拉桥是一种利用斜拉索(钢索或预应力混凝土束)将桥梁的自重和荷载传递到桥塔上的桥梁结构。
其受力原理如下:
1. 自重作用:斜拉桥梁本身的重量通过斜拉索传递到桥塔上。
斜拉索在桥塔之间形成一个斜角,使桥梁悬挑在桥塔之间。
桥梁的自重通过斜拉索分散到多个桥塔上,减小了各桥塔的承载力。
2. 荷载作用:斜拉桥梁上的车辆、行人以及其他运载物品的重力通过桥面传递到桥梁结构上。
斜拉索在桥塔上形成张力,并将荷载分担到多个桥塔上。
3. 桥塔作用:桥塔是斜拉桥的支承点,通过其稳定的基础将斜拉索受力传递到地面。
桥塔根据斜拉索的角度和长度,以及所受荷载的大小,承受拉力和压力。
4. 斜拉索作用:斜拉索是连接桥塔和桥面之间的重要组成部分。
斜拉索承受来自桥面的荷载,将荷载的力通过预应力传递到桥塔上,并向两侧分散。
总之,斜拉桥通过斜拉索将桥梁的自重和荷载传递给桥塔,将荷载分散到多个桥塔上,实现了桥梁结构的平衡和稳定。
同时,斜拉桥的受力特点降低了桥塔的承载压力,减小了桥梁结构的材料消耗。
斜拉桥的合理成桥状态
斜拉桥是一种以斜拉索支撑主梁的桥梁结构,其合理成桥状态是指在斜拉桥建成后,其结构应该达到的一种理想状态,以保证桥梁的安全、稳定和经济运行。
斜拉桥的合理成桥状态包括以下几个方面:
1. 结构稳定:斜拉桥的结构应该具有足够的稳定性,能够承受各种荷载和风载的作用,同时在地震等自然灾害下也能够保持稳定。
2. 安全可靠:斜拉桥的结构应该具有足够的安全性和可靠性,能够保证车辆和行人的安全通行,同时在发生事故时也能够保证救援和维修的便利性。
3. 经济性好:斜拉桥的结构应该具有良好的经济性,能够在设计、施工和运营过程中尽可能地减少成本和资源的浪费,同时能够实现长期的经济效益。
4. 美观性好:斜拉桥的结构应该具有良好的美观性,能够与周围环境相协调,同时能够体现出设计者的创意和技术水平。
为了达到斜拉桥的合理成桥状态,需要在设计、施工和运营过程中进行全面的考虑和规划,同时需要进行严格的质量控制和监测,确保斜拉桥的安全、稳定和经济运行。
什么是斜拉桥
斜拉桥由塔柱、缆索、主梁、桥墩等部分组成:塔柱高高地竖立在桥面上,用来固定缆索;粗大的缆索一端固定在塔柱上,另一端拉牢桥的主梁;主梁的上面铺设有行车道路,也就是桥面;挺立于江河中的桥墩,既有支撑桥梁的作用,更重要的是用来固定塔柱。
斜拉桥的主要特点是,通过许多缆索直接把主梁拉牢在塔柱上,使桥面之重主要由塔柱来承担,这样就充分发挥了钢材的抗拉优越性,同时还有节约材料、施工方便等优点,这比其他结构方式的桥梁所能达到的跨度都要大得多。
斜拉桥施工技术第一节认识斜拉桥斜拉桥是由主梁、拉索和索塔三种构件组成的,见图8.1.1。
图8.1.1 斜拉桥的组成斜拉桥是一种桥面体系以主梁承受轴向力(密索体系)或承受弯矩(稀索体系)为主,支撑体系以拉索受拉和索塔受压为主的桥梁。
拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支承,使主梁跨径显著减小,从而大大减少了梁内弯矩、梁体尺寸和梁体重力,使桥梁的跨越能力显著增大。
与悬索桥相比,斜拉桥不需要笨重的锚固装置,抗风性能又优于悬索桥。
通过调整拉索的预拉力可以调整主梁的内力,使主梁的内力分布更均匀合理。
一、总体布置斜拉桥的总体布置主要解决塔索布置、跨径布置、拉索及主梁的关系、塔高与跨径关系。
1. 孔跨布置现代斜拉桥最典型的跨径布置(图8.1.2)有两种:双塔三跨式和单塔双跨式。
特殊情况下也可以布置成独塔单跨式、双塔单跨式及多塔多跨式。
双塔三跨式是斜拉桥最常见的一种布置方式。
主跨跨径根据通航要求、水文、地形、地质和施工条件确定。
考虑简化设计、方便施工,边跨常设计成相等的对称布置,也可采用不对称布置,边跨和中跨经济跨径之比通常为0.4。
另外,应考虑全桥的刚度、拉索的疲劳度、锚固墩承载能力多种因素。
如:主跨有荷载会增加端锚索的应力,而边跨上有活载时,端锚索应力会减少。
拉索的疲劳强度是边跨与主跨跨径允许比值的判断标准。
当跨径比为0.5 时,可对称悬臂施工到跨中进行合龙;小于0.5 时,一段悬臂是在后锚的情况下施工的。
独塔双跨式是另一种常见的斜拉桥孔跨布置方式之一,通常可采用两跨对称布置或两跨不对称布置。
两跨对称布置,由于一般没有端锚索,不能有效约束塔顶位移,故在受力和变形方面不能充分发挥斜拉桥的优势,而如果用增大桥塔的刚度来减少塔顶变位则不经济。
采用两跨不对称布置则可设置端锚索控制桥塔顶的位移,受力比较合理,采用不对称布置时,要注意悬臂端部的压重和锚固。
图8.1.2 斜拉桥的跨径布置当斜拉桥的边孔设在岸上或浅滩上,边孔高度不大或不影响通航时,在边孔设置辅助墩,可以改善结构的受力状态。
第四章 斜拉桥内容提要:在本章内主要介绍斜拉桥。
内容包括其构造类型和结构体系。
学习的基本要求:1、了解斜拉桥各组成部分(斜索、塔柱、主梁)的构造类型2、了解斜拉桥的四大结构体系斜拉桥——20世纪50年代蓬勃兴起的一种桥梁型式。
斜拉桥是一种用斜拉索悬吊桥面的桥梁。
最早的这种桥梁,其承重索是用藤罗或竹材编制而成。
它们可以说是现代斜拉桥的雏形。
斜拉桥的发展,有着一段十分曲折而漫长的历程。
18世纪下半叶,在西方的法国、德国、英国等国家都曾修建过一些用铁链或钢拉杆建成的斜拉桥。
可是由于当时对桥梁结构的力学理论缺乏认识,拉索材料的强度不足,致使塌桥事故时有发生。
如德国萨尔河桥(1824)在建成第二年,就在一次有246人举行的火炬游行人群聚集桥上时,桥突然坍塌而酿成50 人丧生的严重惨剧。
因此在相当长的一段时间内,斜拉桥这一桥型就销声匿迹了。
直至第二次世界大战后,在重建欧洲的年月中,为了寻求既经济又建造便捷的桥型,使几乎被遗忘的斜拉桥重新被重视起来。
世界上第一座现代公路斜拉桥是1955年在瑞典建成的,主跨为182.6m 的斯特罗姆海峡钢斜拉桥。
近年来斜拉桥在国内外得到了迅速发展,目前已建成跨度最大的是日本国多多罗桥(890m )。
一、斜拉桥的构造类型预应力混凝土斜拉桥的斜索布置、塔柱型式和主梁截面是多种多样的,现扼要介绍它们的构造类型。
1、 斜索(一) 辐射式:斜索集中塔顶,锚固困难。
(二) 竖琴式:斜索相互平行,倾角相同,外形美观。
(三) 扇式:介于两者之间,采用最多。
2、 塔柱从桥梁行车方向看,塔柱可做成独柱式、双柱式、门式、斜腿门式、倒V 式、宝石式和倒Y 式等多种型式。
3、 主梁斜拉桥主梁的截面形式有板式、箱形截面二、斜拉桥的结构体系斜拉桥的主要组成部分为斜索、塔柱和主梁,这三者可按相互的结合方式组成四种不同的结构体系,即悬浮体系、支承体系、塔梁固结体系和刚构体系。
1、 悬浮体系(漂浮体系)塔墩固结,塔梁分离,主梁除两端外全部用缆索吊起而在纵向可稍作浮动的一种体系。
19 斜拉桥
19.1 一般规定
19.1.1本章适应于预应力混凝土斜拉桥、钢斜拉桥、钢一混凝土叠合梁斜拉桥、混合梁斜拉桥以及吊拉组合斜拉桥的制作、安装施工。
19.1.2本章根据斜拉桥施工的基本特点对主要事项作出规定,其余有关事项应按本规范相应章节的规定执行。
19.1.3斜拉桥施工与设计有互补和互反馈关系,施工前应全面了解设计的要求和意图,编制施工组织设计,使成桥线形和内力符合设计要求。
19.1.4斜拉桥施工组织设计的主要内容应包括:
(1)基础、墩塔和主梁的施工工艺;
(2)塔、梁施工控制及施工测量方法;
(3)拉索制作、安装、张拉及锚固工艺。
19.1.5梁的施工方法可视设计要求、桥位条件、施工经验、设备状况及技术经济比较选定。
19.2 索塔
19.2.1索塔的施工可视其结构、体形、材料、施工设备和设计要求综合考虑选用适合的方法。
裸塔施工宜用爬模法,横梁较多的高塔宜采用劲性骨架挂模提升法。
19.2.2索塔施工,除设置相应的塔吊外,还应设置工作电梯及安全通道。
19.2.3斜拉桥施工时应避免塔梁交叉施工干扰。
必须交叉施工时应根据设计和施工方法采取保证塔梁质量和施工安全的措施。
19.2.4索塔横梁施工时应根据其结构、重量及支撑高度设置可靠的模板和支撑系统,考虑弹性和非弹性变形、支承下沉、温差及日照的影响。
必要时应设支承千斤顶调控。
体积过大的横梁可两次浇筑。
19.2.5斜塔柱施工时,必须对各施工阶段塔柱的强度和变形进行计算,应分高度设置横撑,使其线形、应力、倾斜度满足设计要求并保证施工安全。
19.2.6索塔混凝土现浇应选用输送泵施工,超过一台泵的工作高度时,允许接力泵送,但必须做好接力储斗的设置,并尽量降低接力站台高度。
19.2.7宜在索塔施工中设置劲性钢骨架,以保证索管空间定位精度和钢筋架立的精度。
19.2.8索塔施工组织设计中必须制定整体和局部的安全措施。
1设置运输安全设施,如塔吊起重量限制器、断索防护器、钢索防扭器、风压脱离开关等。
2防范雷击、强风、暴雨、寒暑、飞行器对施工的影响。
3防范吊落和作业事故并有应急的措施。
4应对塔吊、支架安装、使用和拆除阶段的强度稳定等进行计算和检查。
19.2.9必须避免上部塔体施工时对下部塔体表面的污染。
19.3 主梁
19.3.1主梁施工时必须进行施工控制,即对梁体每一施工阶段的结果进行详细的检测分析和验算,以确定下一施工阶段拉索张拉量值和主梁线形、高程及索塔位移控制量值,周而复始直至合龙成桥。
19.3.2施工监控测试的主要内容
(1)变形:主梁线形、高程、轴线偏差、索塔的水平位移;
(2)应力:拉索索力、支座力以及梁塔应力在施工过程中的变化;
(3)温度:温度场及指定测量时间塔、梁、索的变化。
19.3.3非与索塔结构固结的主梁,施工时必须使梁塔临时固结,并按要求程序解除临时固结,完成设计的支承体系。
必须加强施工期内对临时固结的观察。
19.3.4混凝土主梁
1主梁零号段及其两旁的梁段,在支架和塔下托架上浇筑时,应消除温度、弹性和非弹性变形及支承等因素对变形和施工质量的不良影响。
2采用挂篮悬浇主梁时,除应符合梁桥挂篮施工的有关规定外,还应按下列规定执行:
1)挂篮的悬臂梁及挂篮全部构件制作后均应进行检验和试拼,合格后再于现场整体组装检验,并按设计荷载及技术要求进行预压,同时测定悬臂梁和挂篮的弹性挠度、调整高程性能及其他技术性能。
2)挂篮设计和主梁浇筑时应考虑抗风振的刚度要求。
3)拉索张拉时应对称同步进行,以减少其对塔与梁的位移和内力影响。
3为防止合龙梁段施工出现的裂缝,应采用以下方法改善受力和施工状况:1)在梁上下底板或两肋端部预埋临时连接钢构件,或设置临时纵向连接预应力索,或用千斤顶调节合龙口的应力和合龙口长度。
2)合龙两端高程在设计允许范围内时,可视情况进行适当压重。
3)观测合龙前连日的昼夜温度场变化与合龙高程及合龙口长度变化的关系,选定适当的合龙浇筑时间。
4)合龙梁段浇后至纵向预应力索张拉前应禁止施工荷载的超平衡变化。
4主梁采用悬拼时,除应遵守连续梁及斜拉桥主梁悬浇的有关规定外,还应按下列规定施工:
1)预制梁段,如设计无规定,宜选用长线台座(可分段设置),亦可采用多段的联线台座,每联宜多于5段,先预制顺序中的1、3、5段,脱模后再在其间浇2、4段,使各端面啮合密贴,端面不应随意修补。
2)应在底模上调整主梁分段形体所受竖曲线的影响。
拼装中多段积累的超误差,可用湿接缝调整。
3)梁段拼合前应试拼,以便及时调整。
4)湿接缝拼合面应进行表面凿毛和清扫,干接缝应保持结合面清洁,粘合料应涂刷均匀。
5)采用垫片调整梁段拼装线形时,每次垫片调整的高程不应大于20mm。
5长拉索在抗振阻尼支点尚未安装前,应采用钢索或杆件(平面索时)将一
侧拉索联结以抑制和减小拉索的振动。
6大跨径主梁施工时应缩短双向长悬臂持续时间,尽快使一侧固定,以减少风振的不利影响,必要时应采取临时抗风措施。
19.3.5钢主梁(包括叠合梁和混合梁)
1钢主梁应由资质合格的专业单位加工制作、试拼,经检验合格后安全运至工地备用。
堆放应无损伤、无变形和无腐蚀。
2钢梁制作的材料应符合设计要求。
焊接材料的选用、焊接要求、加工成品、涂装等项的标准和检验内容均应按本规范第17章、第18章的有关规定执行。
3应进行钢梁的连日温度变形观测对照,确定适宜的合龙温度及实施程序,并应满足钢梁安装就位时高强螺栓定位所需的时间。
19.4 拉索
19.4.1拉索和锚具的制作
1拉索及其锚具应委托专业单位制作,严格执行国家或部颁的行业标准和规定生产,并应进行检测和验收。
2拉索成品、锚具交货时应提供下列资料:
(1)产品质量保证书、产品批号、设计索号及型号、生产日期、数量、长度、重量等;
(2)产品出厂检验报告及有关数据。
3拉索的运输和堆放应无破损、无变形、无腐蚀。
19.4.2拉索的安装与张拉
1拉索安装可根据塔高、布索方式、索长、索径、索的刚柔程度、起重设备和施工现场状况等综合选择架设方法。
2安装前应根据索长、索重、斜度和风力等因素计算其安装过程中锚头距索管口2.0m、1.0m,距锚板0.70m以及锚头带锚环时的牵引力,以综合选择架设方案和设备。
3施工中不得损伤索体保护层和索端锚头及螺纹,不得堆压弯折索体。
1)不得用起重钩或易于对索体产生集中应力的吊具直接挂扣拉索,宜用带胶垫的管形夹具尼龙吊带或设置多吊点起吊。
2)放索时索体应贴在特制的滚轮上拖拉,并应控制索盘的转速,防止转速突变或倾覆。
3)为防止锚头和索体穿入塔、梁索管时的偏位和损伤,应在放管处设置控制的力点或限位器调控。
4)安装过程中锚头螺纹应包裹,及时清除拉索的包护物。
拉索防护层和锚头损伤应及时修补并记入有关表格存档以便跟踪维护。
4施工中,拉索抗振的约束环和减振器未安装前,必须确保索管(特别是梁上索管)和锚端的防水、防腐和防污染。
5斜拉桥拉索的张拉应按下列各项执行:
1)张拉施工的设备和方法应根据设计的索型、锚具、布索方式,塔和梁的
构造确定。
2)拉索张拉的顺序、级次数和量值应按设计规定执行。
应以振动频率计测定的索力或油压表量值为准,以延伸值作校核,并应视拉索防振圈以及弯曲刚度的状况对测值予以修正。
3)拉索张拉可于塔端或梁端单端进行,也可顶升索鞍支座进行。
平行钢丝拉索宜采用整体张拉,平行钢绞线拉索可用整体或分索张拉,分索张拉应按“分级”、“等力”的原则进行,每根同级的索力允许误差为±1%。
4)索塔顺桥向两侧的拉索(组)和桥横向对称的拉索(组)必须对称同步张拉;同步张拉的不同步索力的相差值不得超出设计规定;两侧不对称的或设计拉力不同的拉索,应按设计规定的索力分级同步张拉,各千斤顶同步之差不得大于油表读数的最小分格,索力终值误差小于±2%。
5)拉索锚固时不宜在锚环与承压板间加垫,需要加垫时,其垫圈材料和强度应符合承压要求,并应设成两个密贴带扣的半圆。
6)拉索张拉完成后,悬臂施工跨中合龙前后,当梁体内预应力钢筋全部张拉完且桥面及附属设备安装完时,应采用传感器或振动频率测力计检测各拉索索力值,同时应视防振圈及索的弯曲刚度等状况对测值予以修正。
每组及每索的拉力误差超过设计规定时应进行调整,调整时可从超过设计索力最大或最小的拉索开始(放或拉),直调至设计索力。
调索时应对塔和相应梁段进行位移检测,并做出存档记录,记录内容包括日期、时间、环境温度、索力、索伸缩量、桥面荷载状况、塔梁的变位量及主要相关控制断面应力等。
19.5 质量标准
19.5.1斜拉桥基础、混凝土、钢筋、预应力筋及钢结构等方面的施工质量标准,应参照本规范中的有关规定执行。
19.5.2斜拉桥索塔和梁的施工质量标准
1钢筋混凝土索塔的施工质量标准见表19.5.2-1。
表19.5.2-1 钢筋混凝土索塔
2悬臂浇筑混凝土梁的施工质量标准见表19.5.2-2。
表19.5.2-2 悬臂浇筑混凝土梁
注:L为跨径。
3悬臂拼装钢筋混凝土梁应符合表19.5.2-3的要求,
表19.5.2-3 悬臂拼装混凝土梁的施工要求
注:L为跨径。
4悬臂施工钢及钢筋混凝土结合梁,应符合表19.5.2-4的要求。
表19.5.2-4 悬臂施工结合梁施工要求
注:L为跨径。