悬索桥的概述与结构组成(图片较多)[详细]

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• 加劲梁一般都采用钢结构,混凝土结构由于自重太大,从 耗材、造价、工期等方面考虑,当跨径大于200m的时候 就不再采用。钢加劲梁的截面形式主要有美国流派的钢桁 梁和英国流派的扁平钢箱梁(如图11.9和图11.10所示), 钢箱梁的抗风性能较好,风的阻离析数仅
• 为桁架式的1/2~1/4;耗钢量也较少。但钢桁梁在双层桥 面的适应性方面远较钢箱梁优越,因此它适合于交通量较 大的或公铁两用的悬索桥。
悬索桥
概述
形式与结构组成
自身特点
六大构件
及其作用
其它桥的对比
设计简介
悬索桥的设计
景观设计

悬索桥概述
– 悬索桥的定义
• 悬索桥由主缆索、塔架、锚碇、吊杆、加劲 梁和桥面等主要构件所组成,桥面荷载经加
劲梁、吊杆传给主缆索,再由主缆索传至塔 架和两端的锚碇。
优点与缺点
a) 作为主要承重构件的主缆具 ➢ 由于悬索桥是柔性结构,刚度
• 立面布置上,传统的悬索桥都是竖直的,斜向吊索是英国 式悬索桥的一大特点。斜吊索和竖直吊索相比,索力较大, 因此可以提高悬索桥整体振动时的结构阻尼。但多数人认 为斜吊索在抗疲劳强度方面不如竖直吊索。
• 吊索与索夹的连结方式上一般分为四股骑跨式和双股销铰 Leabharlann Baidu两种,如图11.8所示。其中,前者不宜采用平行钢丝索, 而后者对钢丝绳索与平行钢丝索都能适应。
二、 悬索桥的主要结构类型
a·柔式悬索桥: – ~不设加劲梁; – ~只在活载与恒载的比值不大时适用; 如人行桥或(早期的)主缆很大的。
b·单跨悬吊 – ~仅主跨悬吊,并在主跨上设加劲梁 – ~如存在边跨,则边跨独立(简支于桥 塔)。
c·三跨悬吊简支体系 – ~加劲梁为三跨简支梁。
d·三跨悬吊连续体系 – ~加劲梁为三跨连续梁。
• 隧道式锚碇是先在两岸天然完整坚固的岩体中开凿隧道, 将锚碇架置于其中后,用混凝土浇筑而成,这是利用岩体 强度对混凝土锚体形成嵌固作用,达到锚固主缆的目的, 因而其锚碇混凝土用量较重力式锚碇大为节省,经济性能 更为显著。但迄今为止,大部分悬索桥都由于缺乏坚固的 山体岩壁可利用,而一般采用重力式锚碇。
e·自锚式悬索桥: – ~与组合体系中的系杆拱相似, – ~悬索水平拉力不传给锚碇而传给加劲 梁。
f·缆索中段同加劲桁架的上弦合为一体。

一、一般特点
– ◎由古老的索桥演变而来, – ◎主要承重结构:缆索(含吊杆)、塔、锚碇。 – ◎缆索几何形状:
• 由力的平衡条件决定,一般接近抛物线; – ◎从缆索垂下许多吊杆,把桥面吊住。 – ◎桥面和吊杆之间通常设置加劲梁
英国恒比尔大桥
与拱桥相比较
• 拱桥主要有拱承重,为压弯构件,易失稳。 • 悬索桥有主缆承重,而主缆受拉,且受力
均匀,不受疲劳的控制。缆索拱应长度大, 截面无接头,不会被消弱,缆索本身为高 强度材料,承载力大,适应大跨度。
悬索桥的型式与结构组成
悬索桥(吊桥)是特大跨度桥梁的主要型 式之一。
常见单跨和三跨(简支或连续)两种结构 形式。
• 散索鞍座现今一般也是兼用铸焊的方法进行制造,即鞍槽部分采用铸 钢件,其他部分用厚钢板焊接。
索鞍
江阴主索鞍
厦门海沧大桥(主跨648m)


一 三 七
香 港
七 米





两 用


江阴长江大桥
润扬长江大桥(主跨1490m)
阳逻长江大桥(主跨1280m)
广东虎门大桥
汕头海湾大桥
悬索桥由主缆、桥塔、加劲梁、锚碇、吊 索及索夹和鞍座六部分。
主缆制造:AS法(空中送丝法);
PPWS法(预制束股法)
(续)
塔架型式:一般采用门式框架;材料用钢 或混凝土。
加劲梁:主要有钢桁架梁和扁平钢箱梁。 锚碇:有重力式锚碇和隧道锚碇。 (采用重力式锚定居多;自锚则不用锚碇,
直接锚固在边跨端的主梁上。)
吊索与主缆连 接股骑跨式
4. 加劲梁
• 加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲 变形和扭曲变形,它直接承担竖向活载,也是悬索桥承受 风荷载和其他横向水平荷载的主要构件,所以,必须具有 足够的抗扭刚度或自重以保持在风荷载作用下的气动稳定 性。加劲梁所承担的活载及本身的恒载通过吊索和索夹传 至主缆。加劲梁的变形从属于主缆,它的刚度对悬索桥的 总体刚度贡献不大,因而梁高通常不必做得太大。
锚碇
• 锚碇即主缆的锚固体,用于固定住主缆的端头,防止其走 动。锚碇又可分为重力式锚碇(或称锚台)和隧道式锚碇 两种,如图11.11所示。
• 重力式锚碇依靠锚固体的巨大自重来抵抗主缆的垂直分力, 水平分力则由锚固体与地基之间(包括侧壁)的摩阻力或 嵌固阻力来抵抗,从而实现对主缆的锚固。锚碇中预埋有 锚碇架,它是由钢锚杆和支撑架构成,主缆束股是通过锚 头与锚杆联接,再由锚杆通过支撑架分散至整个混凝土锚 体。

主缆
• 结构形式
– 双面平行主缆(绝大多数);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; – 平顶形; – 方阵式;
3. 吊索
• 吊索是将加劲梁上的竖向荷载通过索夹(Cable Band)传 递到主缆的受力构件。其下端通过锚头与加劲梁两侧的吊 点联结,上端通过索夹与主缆联结。现代悬索桥一般采用 柔性较大且易于操作的钢丝绳索或平行钢丝索作为吊索, 吊索表面涂装油漆或包裹HDPE(高密度聚乙烯)护套防 腐。
有合理的受力在构件设计方
较小,可变作用会改变它的几
面,悬索桥的主缆,锚碇和桥
何状态,引起桥跨结构产生较
塔三项主要承重构件在扩充
大的挠曲变形。
其面积或承载能力方面所遇 到的困难比较小。
➢ 在风荷载车辆冲击荷载作用下 容易产生振动,稳定性差。
b) 方式。
c) 在施工方面,有在材料用量 和截面设计方面,工程数量 比较大的加劲梁,其截面积 并不随着跨度而增加。
• 对一座具体的桥梁而言,如果钢丝直径已经选定,主缆所含钢丝总数 n就是确定的。但组成具有n根钢丝的主缆应编制成多少股钢束nl和每 股钢束含多少根钢丝n2,则根据主缆的编制方法确定。钢丝束股的编 织方法通常有空中编丝组缆(Air Spinning)法和预制平行钢丝束股 (Prefabricated Parallel Strands)法。前者简称AS法,后者简称PS 法或PWS(Parallel Wire Strands)法。AS法每缆所含总股数较少, 约30~90股,但每股所含丝数n2多达400~500根以上。因而其单股锚 固吨位大,锚固空间相对集中。PWS法束股通常按正六边形平行排列 定型,其主缆空隙率可以最小,故现用钢丝束股的钢丝数为61、91、 127、169等,图11.7所示为钢丝数为127的排列形式。PWS法每缆总 股数nl多达100~300股,锚固空间相对较大。由于采用工厂预制,故 现场架索施工时间相对缩短,气候因素影响小,成缆工效提高。这种 成缆方法在目前大跨悬索桥施工中常用。
•8 . 3 桥 塔
2. 主缆
• 主缆通过塔顶的鞍座悬挂于主塔上并锚固于两端锚固体中。主缆的布 置形式一般是采用每桥两根,平行布置于加劲梁两侧吊点之上。
• 现代大跨度悬索桥多采用平行钢丝主缆,它是由平行的高强、冷拔、 镀锌钢丝组成。钢丝直径大都在5mm左右。视缆力大小,每根主缆可 以包含几千乃至几万根钢丝。为便于施工安装和锚固,主缆通常被分 成束股编制架设(一般每根主缆可分成几十乃至几百股,每股内的丝 数大致相等),并在两端锚碇处分别锚固。为了保护钢丝,并使主缆 的形状明确,主缆的其余区段则挤紧成规则的圆形,然后缠以软质钢 丝捆扎并进行外部涂装防腐。
• 散索鞍座是主缆进入锚碇之前的最后鞍座分为塔顶鞍座(亦称主鞍座) 和散索鞍座。
• 一个支承构件。置于锚碇的前墙处,起着支承转向和分散大缆束股使 之便于锚固的作用,如图11.13所示。与塔顶主鞍座不同的是,散索 鞍座在主缆因活载作用或温度变化而产生长度变化时,其本身能够随 主缆同步移动,以调节主缆的长度变化。其结构形式上又有摇柱式和 滑移式两种基本类型。
(3)刚度方面 – ◎悬索桥: 竖向刚度较小,且基本由主缆提供;调整其竖向刚度的方法主要靠调整 主缆的恒载拉力。 – ◎斜拉桥: 竖向刚度由斜拉索与主梁共同提供,相对于悬索桥而言,刚度可以较大; 斜拉桥的主梁刚度对结构刚度的影响较大;改变斜拉桥的结构布置形式, 可调整其竖向刚度。
(4)施工方面 – ◎悬索桥: ~施工顺序是锚碇、桥塔、主缆、吊索、加劲梁,施工需要的机械、技 术和工艺相对较简单; ~结构的线形主要取决于主缆线型和吊杆长度,因而施工控制相对比较 简单。 – ◎斜拉桥 ~在施工中将发生多次的结构体系转换,必须严格控制结构的线形和拉 索索力,施工控制较复杂、技术难度相对较大。
• 悬索桥的构造特点
– 目前常采用的锚碇构造
• 悬索桥的构造特点 (重力锚碇实例)
鞍座
• 塔顶鞍座位于主缆和塔顶之间,其上座设有索槽用以安放主缆(图 11.12)。刚性桥塔上的主鞍座,一般在上座下面设一排辊轴,用来 调整施工中主缆在塔顶两侧的水平分力使之接近平衡。辊轴下面设下 座底板。柔性塔和摇柱塔上的主鞍座仅设上座,它将通过螺栓与塔固 定。
载内力较小。 斜拉桥
– 由斜拉索与主梁共同承受荷载,斜拉索的纵桥向水平分力在主梁 中引起较大的轴向力,恒载内力所占比重很大。
悬索桥只有通过调整垂跨比才能改变主缆的恒载内力, 而斜拉桥可直接通过张拉斜拉索就能调整索、梁的恒载内力。
(2)材料方面 – ◎(大跨度)悬索桥 加劲梁多采用自重较轻的钢材。 – ◎斜拉桥 主梁材料可以是钢、混凝土或钢-混凝土结合。
d) 主缆构成了现成的悬吊式脚 手架。
与梁式桥的比较
• 跨越能力更大 • 刚度小,在荷载作用下,几何状态易改变。
悬索桥与斜拉桥的比较
(1)结构受力方面 悬索桥:
– 主要靠主缆承受荷载,并通过主缆将拉力传给锚固体系, – 加劲梁仅仅起到局部承受荷载、传递荷载的作用; – 采用地锚时,加劲梁中不受轴向力作用,由加劲梁自重引起的恒
• 同缆索形成组合体系,以减小活载所引起的 挠度变形。
– ◎跨越能力无与伦比,是目前跨径超过1000m 的唯一桥型。
六大构件及作用
• 1. 桥塔 桥塔也称主塔,它是支承主缆的主要构件,分担主缆所受的竖向荷载,
并传递到下部的塔墩和基础。另外,在风荷载和地震荷载的作用下, 还可对全桥的总体稳定提供安全保证。 • 按采用材料分,桥塔有混凝土塔和钢塔,因混凝土塔价格较低,一般 都采用混凝土桥塔。 • 按桥塔外形分,在横桥向一般有刚构式、桁架式和混合式三种结构形 式,如图11.6所示。刚构式简洁明快,可用于钢桥塔或混凝土桥塔, 桁架式和混合式由于交叉斜杆的施工对混凝土桥墩有较大困难,只能 用于钢桥塔。 • 在顺桥向,按力学性质可分刚性塔、柔性塔和摇柱塔三种结构形式。 刚性塔可做成单柱形或A字形,一般多用于多塔悬索桥中,可提高结 构纵向刚度,减小纵向变位,从而减小梁内应力;柔性塔允许塔顶有 较大的变位,是现代悬索桥中最常用的桥塔结构,一般为塔柱下端做 成固结的单柱形式;摇柱塔为下端做成铰接的单柱形式,一般只用于 跨度较小的悬索桥。
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