悬索桥构造及设计实例介绍(128页)
悬索桥的施工构造简介
3.7.4索鞍的施工
● 但是主缆是不能直接放在桥塔上的，还需要——索鞍。对，就是安装在主塔顶部有点像一个马鞍 形状的构造就是索鞍。在主塔上面的索鞍又叫主鞍。
3.7.4索鞍的施工
● 除了主鞍，还有散索鞍。主缆在锚固到锚碇前要先分散，就需要安装散索鞍。
3.7.5主缆的架设
● 同学们有没有考虑过很粗的主缆是怎么样跨过江面上的呢？其实，架设主缆的原理有点类似蜘蛛 在悬空的地方织网。蜘蛛是借助风或者气流让一根蛛丝飘到对岸，而我们架设主缆也需要先让一 根很细的钢索先架到对岸，这根钢索我们叫它导索。那么问题来了，就算导索再细也不可能让风 吹得对岸啊！怎么办？当然这点小问题是难不住工程技术人员的，让导索架设到对岸的方法有： 浮筒支承、拖船拖拉、直升飞机吊拉、火箭射击拖拉、飞艇吊拉等等。同学们是不是觉得工程师 的办法真多啊！
3.7.3主塔的施工
● 通常，我们从很远就能看到悬索桥高 高耸立的主塔，主塔结构形式中门式 结构是比较常见的。主塔又叫桥塔， 它是支承大缆的重要构件。主塔采用 钢结构或者钢混凝土结构制成。采用 的
3.7.3主塔的施工
● 结构形式有桁架式、刚架式， 或者两者的混合——混合式。 主塔按照材料来分，可以是钢 筋混凝土的也可以是钢结构又 或者是两者结合而成的。现代 理论和实践桥梁界普遍认为钢 筋砼刚构式桥塔是悬索桥的桥 塔最佳选择。所以我们经常会 看到悬索桥的主塔施工的时候， 伴随着它的是高高的塔吊，因 为需要一步一步往上不断浇筑 钢筋混凝土结构的主塔结构。
3.7.5主缆的架设
● 以导索为过江的第一条钢索逐渐将直径越来越大的钢索拉扯到对岸，最终就形成了我们看到的很 粗的主缆横跨大江两岸的情景。当然大榄的架设过程是十分复杂的，需要工程技术人员一丝不苟 的工匠精神才能完美的实现。由于时间有限我们这里也就不再展开，感兴趣的朋友可以搜集相关 资料了解一下，我们也可以在课后进行学习和交流。
悬索桥介绍
定义：是以受拉主缆为主要承重构件的桥梁 组成：桥塔、主缆、加劲梁、锚碇、吊索、鞍座 受力特征：荷载由由吊索传至缆，缆再传至锚碇及塔 结构特点：构造简单，受力明确；跨越能力大 ，能充
分发挥材料的强度
11.2 悬索桥的基本类型
类型
按锚固形式分类 按孔跨布置形式分类
1.按锚固形式分类
地锚式
✓主缆拉力由梁端锚碇传递给地基 ✓适用于地基具有良好的持力岩层，大跨度桥梁
吊索钢丝绳断面
骑跨式索夹
销铰式索夹
海沧大桥的主缆索夹模型
4. 加劲梁 主要功能：提供桥面、防止桥面发生过大挠曲变形和
扭曲变形
要求：有足够的抗扭刚度或自重，良好的气动稳定性 结构形式：钢结构
美式：钢桁梁 英式：钢箱梁
扁平钢箱梁
钢桁梁
5. 锚碇
功能作用：固定主缆的端头，防止其移动 分类：
建成年
1998 在建 1997 2004 1981 1999 1997 1964 1937
?
概述
11.1 概述
悬索桥概述 悬索桥组成 悬索桥受力特征 悬索桥特点
概述：
悬索桥的跨越能力大、抗震性能好、轻型美观、已越 来越成为特大跨度(超1000m）桥梁的首选桥型。
目前，全世界最大跨度的悬索桥是1998年4月建成的日 本名石海峡大桥，该桥的结构形为:960m+1991m+960m 的三跨双铰悬索桥。
B RB
取部分悬索桥作为隔离体， 并对E点取矩得：
V1 Hp B
(V1 V2 )x H P y M P(x S ) M (V1 V2 )x P(x S ) H P y
RA x P(x S ) H P y
A V2
S
M0 HP y
演示文稿悬索桥构造及设计
丝丝相扣，油漆不易开裂、水不能渗入。 开空气导入法：将除湿机产生的干燥空气用管道输送，通过
入口索夹输入主缆，经出口索夹排出主缆（出入口索夹间距 140米左右），一般可维持相对湿度在40％以下。
悬索桥各部分构造——吊索（吊杆）
吊索
单面主缆；空间主缆；
复式主缆（双链吊桥： 朝阳大桥）。
• 截面形状（六角形）
尖顶形：将钢丝索故在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆 度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。
平顶形：下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直 径大。
方阵式：竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操 作时也较容易形成圆形截面。
（优选）第十章悬索桥构造及 设计
第一部分 悬索桥的构造与设计
主要内容 • 悬索桥的组成 • 悬索桥的形式 • 悬索桥的各部分构造 • 悬索桥的设计
一、 悬索桥的组成
组成：悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索 等构件构成的柔性悬吊体系，其主要构成如下图所示。成桥 时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方 法决定。成桥后结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。
• 平行钢丝索（PWS）：多根Φ5～7镀锌钢丝外加PE套管。
悬索桥各部分构造——索夹
索夹
作用：刚性索夹与柔而松的主缆索体间的连接为不稳定连接。依靠摩擦 力来保证主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。
构造：
六边形（中小跨）：少用； 圆形：一对铸钢半圆构件以高强螺栓相连接，依靠高强
螺栓拧紧后的拉力来提供足够索夹固定位置的摩擦阻力， 两半圆构件之间留有一定空隙，以保证螺栓拉力，空隙 内填防腐料；索夹半圆内表面加工后不能磨光。 骑跨式：索夹上半部有4各凸肋形成两条凹槽； 销铰式：下侧半索夹下带有耳式吊板供销铰连接用。
悬索桥的构造组成
(1)悬索桥的构造组成: 悬索桥是由主缆、加劲梁、桥塔、鞍座、锚固构造、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系。
成桥后，主要由主缆和桥塔承受结构的自重，结构共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。
(2)主缆：主缆是悬索桥的主要承重构件，除承受自身恒载外，缆索本身通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面系)的荷载。
除此以外主缆还承担一部分横向风荷载，并将它传递到桥塔顶部。
主缆不仅可以通过自身弹性变形，而且可以通过其几何形状的改变来影响体系平衡，表现出大位移非线性的力学特征，这是悬索桥区别于其他桥梁结构的重要特征之一。
主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续结构形状提供强大的“重力刚度”，这是悬索桥跨径得以不断增大、加劲梁高跨比得以减小的根本原因。
主索鞍：主索鞍在桥塔上，用来支承和固定主缆，通过它可以使主缆的拉力以垂直力和不平衡力的方式均匀地传递到塔顶。
(2)悬索桥的结构特点①主缆是几何可变体，只承受拉力作用。
主缆通过自身的弹性变形和几何形状的改变来影响体系的平衡。
所以悬索桥的平衡应建立在变形后的状态上。
②主缆在初始恒载作用下，具有较大的初拉力，使主缆保持着一定的几何形状。
当外荷载作用时，缆索发生几何形状的改变。
初拉力对在外荷载作用下产生的位移存在着抗力，它和位移有关，反映出缆索几何非线性的特性。
③改变主缆的垂跨比将影响结构的受力和刚度。
垂跨比增大，则主缆的拉力减小，刚度减小，恒、活载作用产生的挠度增大。
④悬索桥的跨度越大，加劲梁所受竖向活载的影响越小，竖向活载引起的变形也越小。
⑤增大加劲梁的抗弯刚度对减小悬索桥竖向变形的作用不大，这是因为竖向变形是悬索桥整体变形的结果。
加劲梁的挠度受到主缆变形的影响，跨度增大时加劲梁在承受竖向荷载方面的功能逐渐减小到只能将活荷载传递给主缆，其自身刚度的贡献较小。
这一点和其他桥型中主要构件截面面积总是随着跨径的增大而显著增大不同。
⑥边跨的不同形式对悬索桥有很大的影响，通常悬索桥边跨与中跨跨径比对悬索桥的挠度和内力有影响，当边跨与中跨跨径比减小时，其中跨的跨中和L／4处的挠度和弯矩值减小，而主缆拉力有所增加。
悬索桥构造及设计
钢箱梁内部构造
悬索桥各部分构造——加劲梁
钢箱梁的横截面：
扁平棱形钢箱梁 增设抗风分流板的扁平棱形钢箱梁 流线型钢箱梁 增设抗风分流板的流线型钢箱梁
1500米以上的悬索桥尽可能采用开槽分离箱，及 其它导流稳定措施才能满足要求。
Messina海峡大桥 （3300米方案）钢箱加劲梁横截面
加劲梁宽达60.4m，由3个纵向的钢箱、钢箱梁之间的钢桥面板和钢横梁 等三部分组成。钢横梁的立面作成倒梯形，中间部分高约5m。横梁间距 30m，纵向箱梁净跨径26m。主跨的宽跨比为1/54.6。能够经受高于216 Km/h的大风；公路平台能够承受大于140,000辆/天的交通量；双线铁路 允许通过列车200辆/天。
双层公路桥面钢桁架梁 公铁两用的双层桥面钢桁架梁 单层桥面钢桁架梁 流线型闭合式桁架箱梁——香港青马大桥
钢桁架加劲梁的特点：
通透梁体，抗风稳定性好；空间桁架结构，抗扭刚度 较大；不易产生颤振、抖振和涡激共振。
一般桁架加劲梁横截面
香港青马大桥
闭合式 钢桁梁横截面
在两片主桁架的外围，沿着桥梁纵向每隔4.5米加设一道包 括上下桥面系横梁、两侧尖端形导风角与中间两根立柱等构件 组成的六边形横向主框架，在导风角部分用1.5毫米后的不锈 钢板围封。这样连同上下横梁部分的正交异性钢桥面板，组成 一个类似与钢箱梁的封闭性截面。上层桥面的中央3.5米宽度 部分和下层桥面的铁道桥面系部分均以交叉的斜杆代替正交异 性板，整个截面中央部分形成一条纵向的上下通风道，对抗风 极为有利。
箱梁由板构件组成，标 准化大量生产容易
节段法架设或与现浇节 段并用 油漆养护方便 与主梁结合损伤难维修
砼ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ梁
不易发生 可能性小
小 小 大 低 最低
悬索桥桥塔结构设计分析
悬索桥桥塔结构设计分析悬索桥是一种具有悬挂在桥塔之间的主悬索和斜拉索的特殊结构。
它的设计目的是为了克服大跨度桥梁的自重、风荷载和车辆荷载等挑战，并且提供足够的刚度和稳定性，确保行车安全。
悬索桥的设计分为桥塔和悬索两个主要部分。
桥塔是悬索桥结构的垂直支撑点，负责承载悬索的张力，同时通过自身形态和刚度来平衡桥面上的荷载。
悬索是通过吊杆与桥塔连接起来的导向元素，承担横向荷载并将其传递给桥塔。
在桥塔的设计中，结构工程师需要考虑多种因素。
首先是桥塔的高度和形状，这直接影响着悬索桥的外观和空间感。
一般而言，桥塔的高度要足够高以便支撑起悬索桥的主悬索，并且在视觉上与周围环境和谐统一。
其次是桥塔的材料和施工方式。
桥塔通常由钢筋混凝土或钢制成，其中钢材可以提供更大的强度和刚度，但也需要更高的维护成本。
最后，桥塔的稳定性和抗风性能也是设计中必须考虑的因素。
由于桥塔在工作中承受着各种外部风载，因此其形态和截面应足够稳定，以保证桥梁整体的安全性和可靠性。
悬索是悬索桥设计中的关键部件。
悬索的主要作用是将荷载传递到桥塔，同时保证桥梁的稳定性和刚度。
一般而言，悬索由多根几何相似的悬索体组成，可以根据需要的荷载和跨度进行合理的排布和尺寸确定。
在悬索的设计中，考虑的主要因素有悬索的材料、悬索的受力分析以及悬索与桥塔的连接方式等。
悬索通常采用高强度钢丝绳或钢缆，以提供足够的强度和柔性。
悬索的受力分析是悬索桥设计中最为重要的一环，结构工程师需要通过一系列的计算和数值模拟来确定悬索的受力状态，以满足强度和稳定性的要求。
悬索与桥塔的连接方式通常采用球形铰接，以允许悬索在水平和垂直方向上的运动，并通过适当的轴向刚度限制悬索的形变。
悬索桥的设计与建造是一个复杂而艰巨的任务，需要结构工程师们充分考虑各种因素，并寻求最佳的解决方案。
在设计过程中，结构工程师们需要进行大量的结构分析、受力计算和模拟仿真，以确保悬索桥的结构安全、经济、美观和可持续。
悬索桥结构组成与分布构造概述
悬索桥结构组成与分布构造概述
悬索桥结构主要由桥墩、主跨杆、桥弦、桥节及其他悬索构件组成。
桥墩主要由地基墙、主梁、安全墙等构件组成，它们主要支撑悬索桥结构，承重阻尼和散乱振动，以及承受牵张力的轴向作用的影响。
主跨杆是悬索桥主要结构件，起到承载桥面的作用，悬索桥面的应力来源就是来自主跨杆的拉力和垂直荷载。
主跨杆大部分是伸缩管，在桥墩和桥节之间得以支撑和连接形成悬索桥。
桥弦主要由拉杆、拉杆索、支座、悬垂跳跃、拖杆、钢绳等构件组成，拉杆索用来把桥墩和桥节之间的拉力传输出去。
其作用是把桥墩两端施加的拉力平均分布到整个桥弦上，从而形成一个支撑系统，使桥面均匀、平稳地受力，并确保桥墩受力合理。
桥节是悬索桥的重要结构，在悬索桥中，桥节的主要部分是协调桥墩和桥弦的伸缩量。
它起到了悬索桥的支撑和支承作用，为桥面受力和拉杆索的分配提供了便利条件。
其他悬索构件主要是把拉力传输到桥弦上，把悬索构件连接在一起，以及把拉力分配到桥底处，其中拖杆、导线索、安全墙、减震装置等都是悬索桥结构不可或
缺的重要部件或结构。
桥梁的常见构造—悬索桥的构造
● 通过后来的理论研究，人们发现悬索桥的加劲梁要采用大刚度的结构，并且要有好的空气动力性 能。因此，与采用桁架的加劲梁相比，有足够刚度，建筑高度小，自重较轻，用钢量省，结构抗 风性能好的梭形扁平钢箱梁被大量应用到悬索桥的加劲梁部位。它也是我国近些年修建悬索桥时 常采用的形式。
● 4.鞍座
吊索除了下部是和钢箱梁连接外，上端是通过索夹与主缆连接的。而主缆和索塔间是通过鞍座连接的。 鞍座一般是置于塔顶用以支撑主缆传来的力的。
2.4.5悬索桥的主要组成
● 5.锚碇
主缆受到的力很大一部分是通过主塔传给塔基础周围的岩土层的，那么主缆两端的力又传给谁呢？ 平时生活中我们如果用绳子晾晒衣服，两端必须固定起来。悬索桥是一样的道理，主缆的两端必须固 定起来，这就需要锚碇出场了。
2.4.4悬索桥的发展史
2.吊桥
● 从溜索或者索道的样式来看，解决一、两个人或者少部分人的通行是完全可行的，但是如果考虑 很多人或者大量的货物通行时，似乎有一定的难度。
● 有人就想如果多架设几条缆索，然后在上面铺设固定可以让人通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的桥面，不是就解决了多人通 行的问题了嘛？这样就出现了吊桥。
2.4.4悬索桥的发展史
3.铁索桥
曾经红军长征的路上有很重要的一役叫——飞夺泸定桥。 实际上当时红军要夺取的就是大渡河上的铁索桥，正是因为顺利的拿下的泸定桥，才保证了红军大 部队及时顺利的战略转移，最终确保了革命的胜利和新中国的成立。
这类索桥和吊桥很显著的特点是没有吊杆或者吊索，承重结构和使用构件合二为一。
2.4.4悬索桥的发展史
2.4.3悬索桥的跨度优势
●
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复式主缆（双链吊桥： 朝阳大桥）。
• 截面形状（六角形）
尖顶形：将钢丝索故在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆 度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。
平顶形：下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直 径大。
方阵式：竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操 作时也较容易形成圆形截面。
双链式悬索桥（小跨度悬索桥）
双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布活载以及 半跨活载时结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构 件截面尺寸和单件重量；缺点：构件增多分散，安装及养护维修 不利。
悬索桥的形式（续）
地锚式悬索桥的孔跨布置形式(力学体系) 单跨：适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由于边跨主缆的垂
悬索桥各部分构造——索夹
吊索与索夹的联结方式（钢丝绳） • 4股骑跨式：两根两端带锚头的钢丝绳索绕跨在索夹顶部的
嵌索槽中，锚头与加劲梁连接。不宜用平行钢丝索，索夹 分左右两半。
• 双股销铰式：两根下端带锚头、上端带销铰的钢丝绳索或 平行钢丝索，上端利用销铰与索夹下的耳板（吊板）连接， 下端用锚头或者同样用销铰与加劲梁连接。索夹分上下两 半。
吊索
布置形式：竖直；倾斜（提高整体振动时的结构阻尼值）。 材料：刚性吊杆（少量小跨：圆钢或钢管）；
柔性吊索：钢丝绳或者平行钢丝索（多采用）。 • 钢丝绳索 绳心式：以一股钢丝绳为中央形心，外围用钢丝束股围绕扭
绞而成。 股心式：7股钢丝束股扭绞而成，中央一股为股心。
注意：钢丝束股的扭绞方向与其间钢丝的扭转方向相反。
• 平行钢丝索（PWS）：多根Φ 5～7镀锌钢丝外加PE套管。
悬索桥各部分构造——索夹
索夹
作用：刚性索夹与柔而松的主缆索体间的连接为不稳定连接。依靠摩擦 力来保证主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。
构造：
六边形（中小跨）：少用； 圆形：一对铸钢半圆构件以高强螺栓相连接，依靠高强
螺栓拧紧后的拉力来提供足够索夹固定位置的摩擦阻力， 两半圆构件之间留有一定空隙，以保证螺栓拉力，空隙 内填防腐料；索夹半圆内表面加工后不能磨光。 骑跨式：索夹上半部有4各凸肋形成两条凹槽； 销铰式：下侧半索夹下带有耳式吊板供销铰连接用。
改良措施： 以S 形截面的缠绕钢丝代替圆端面钢丝，使主缆表面光滑、
丝丝相扣，油漆不易开裂、水不能渗入。 开空气导入法：将除湿机产生的干燥空气用管道输送，通过
入口索夹输入主缆，经出口索夹排出主缆（出入口索夹间距 140米左右），一般可维持相对湿度在40％以下。
悬索桥各部分构造——吊索（吊杆）
平行丝股主缆：采用空中绕线法——AS法或者预制丝股法——PS 法）， 适于400米以上，是现代悬索桥主缆的主流结构类型。
大跨多采用耐疲劳的高强钢丝，因为钢绞线虽然施工方便，但弹 模较低使结构变形增大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难， 适于中小跨度。
悬索桥的构造——主缆
• 结构形式
双面平行主缆（绝大多数）；
度较小对荷载变形有利，架设主缆时索鞍预偏量较大； 梁端用吊杆或者摆柱作支撑的悬浮体系，纵向位移不受 限制。1385米江阴大桥。 三跨：最常见。 两跨：（单边跨）一岸建筑高度小和曲线边跨时。1377米青 马大桥。 多跨：因中间桥塔和两边桥塔的塔高不同导致主缆垂度偏大， 悬索桥整体刚度降低，非均布活载下塔顶变位及加劲梁 挠曲变形和弯矩较大；固有振动频率降低。故中塔必须 加大刚度（4柱立体桥塔）或者减小主缆垂跨比。
悬索桥各部分的作用
主缆是结构体系中的主要承重构件；通过塔顶索鞍悬挂 在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件。
主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件；支承主缆 的重要构件。
加劲梁是悬索桥承受风荷载和其它横向水平力的主要构 件，提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变 形，主要承受弯曲内力。
悬索桥
悬索桥的构造与设计 悬索桥的实例介绍
第一部分 悬索桥的构造与设计
主要内容 • 悬索桥的组成 • 悬索桥的形式 • 悬索桥的各部分构造 • 悬索桥的设计
一、 悬索桥的组成
组成：悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索 等构件构成的柔性悬吊体系，其主要构成如下图所示。成桥 时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方 法决定。成桥后结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。
方阵式主缆断面施工中的Leabharlann 缆断面悬索桥的构造——主缆
主缆编制方法 AS法：通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将两根
钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可 达400～500根）编扎成一根索股。钢束股数较少，便 于集中锚固，起吊设备轻便；架设主缆时抗风较弱所 需劳动力也较多。 PS法：避免了钢丝编成钢丝束股的作业从而加快主缆 的施工进度，但要求大吨位的起重运输设备和拽拉设 备来搬运钢丝束股。目前多采用61、91、127Φ 5左右 钢丝，最重可达40吨。
AS法 示意图
主缆断面
AS法示意图
悬索桥的构造——主缆
主缆的防护（不可更换的主要受力构件，必须防腐）
锈蚀原因：架设期间水份进入；防护完成后因主缆线形变化、 温度变化引起伸缩而导致粗糙表面的油漆开裂和索夹上受损 的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。
防护方法：施工期间镀锌钢丝外涂底漆或者树脂类，然后手 工满刮腻子，再缠绕钢丝（退火镀锌Φ 4钢丝），最后作外 涂装。
吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件， 是连系加劲梁和主缆的纽带。
锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。
二、悬索桥的形式
地锚式与自锚式悬索桥
地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。 自锚式：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）承受；竖
直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城 市桥等。
单塔悬索桥效果图
单塔悬索桥
直布罗陀跨海大桥
空间主缆悬索桥
南备赞悬索桥
刚性缆索体系悬索桥
三、悬索桥的构造
主缆
• 材料
有效拉应力大；拉伸延伸率小；弹模大；截面密度大；疲劳强度高、 徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。
• 类型
钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式钢绞线索等， 适于 600米以下；