悬索桥发展历程及其基本结构组成[详细]
第1讲悬索桥
西堠门大桥
Xi houmen Bridge
2008 (1650m)
从以上我国建造的几例现代化 大桥事例来看，说明改革开放 特别是几年来，我国建造现代 化的特大桥梁的设计、施工技 术达到了世界先进水平。从长 江大桥的变化来看，浩瀚长江 过去仅有两座现代化桥梁，现 在架起了8座现代化桥梁，其 桥型均是悬索型、斜拉型。
虎门大桥辅航道
青马大桥
Tsingma Bridge
香港
1997 (1377m)
江阴长江大桥 1999
(1385m)
Jiangyin Bridge over Yangtze River
润杨长江大桥南叉桥
2005 (1490m)
Southern Branch of Runyang Bridge over Yangtze River
The Humber Bridge
从塔顶俯 视桥面
恒比尔大桥的主跨 长度保持了世界纪 录16年
主跨1410m
大桥底部
大 桥 桥 面
大桥全景
土耳其博斯普鲁斯 2号桥建于1988年
主跨1090m
主跨1100m
日本南备 赞濑户大 桥建于1988年
丹麦大贝 尔特桥(Great
belt Bridge)建于 1997年
美国麦金纳 克大桥建于1957年
主跨1158m
美国维拉 扎诺大桥
建于1964年
主跨1298m，保 持记录17年
The Verrazano - Narrows Bridge
英国福 斯大桥
建于1964年
主跨 1006m
土耳其博斯普鲁斯 海峡1号桥建于1973年
土耳其博斯普鲁斯海峡桥，是连接欧亚大陆的公路悬索桥，主跨1074m。
第九章 悬索桥
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
第三代悬索桥，形成了美式悬索桥体系，主缆采用纺丝法， 加劲梁采用桁架梁，桥塔以钢塔为主。
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
第四代悬索桥，以流线形扁平钢箱为主要特征的英式悬 索桥。
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
9.1.1 悬索桥的受力特点
主缆是结构体系中的主要承重构件，受拉为主； 桥塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，受压为主； 加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构， 主要承受弯曲内力； 吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是 联系加劲梁和主缆的纽带，受拉。 锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。
地锚式悬索桥
斜单杆 主缆与主梁固结
主缆
自锚式悬索桥
§ 9.2 悬索桥的结构组成
9.2.1 锚碇
用来锚固主缆的重要结构，将主缆的拉力传递给地基。 重力式锚碇依靠巨大的自重来抵抗主缆的垂直分力，水 平力由锚碇与地基间的摩擦力或嵌固阻力来承担。 隧道式锚碇将主缆的拉力直接传递给周围的岩石。
重力式锚碇
9.3.1 总体布臵
4、加劲梁的尺寸 加劲梁的尺寸主要是确定加劲梁的高度和宽度。 桁架式 加劲梁
梁高
h=8~14m
高跨比
h：L= 1/70~1/180
箱形 加劲梁
梁高
高宽比
高跨比
h=2.5~4.5m h：B= 1/7~1/11 h：L= 1/300~1/400
抗风稳定性需要
§ 9.4 悬索桥的计算
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
9.1.1 悬索桥的受力特点 静力特性
（3）改变主缆的垂跨比将影响结构的内力，结构体系的刚 度也将随之改变。 减小垂跨比，主缆的拉力将增大，从而起到减小挠度 的作用，即增大体系的刚度。 （4）随着跨径的增大，加劲梁的高跨比应越来越小。 加劲梁的挠度是随着主缆的变形产生的，加劲梁本身 刚度的作用已影响不大，这与其他桥型的主要构件截面积 总是随着桥梁跨径的增加而显著增加不同。
悬索桥手册
悬索桥手册一、简介悬索桥是一种由悬挂在主悬索上的桥面板组成的桥梁结构。
悬索桥通常用于跨越长距离的河流、峡谷或山谷等地形，其可以分为单塔悬索桥、双塔悬索桥和多塔悬索桥等多种形态。
悬索桥以其美观、轻盈、耐久和抗风能力强等特点，成为现代桥梁工程中的一个重要类型。
二、历史发展悬索桥的历史可以追溯到古代。
早在古希腊和古罗马时期，人们就已经使用过简单的悬索桥。
然而，真正实现悬索桥建设和设计的突破是在19世纪末和20世纪初。
著名的桥梁工程师Victor H. Fink在1889年设计了纽约布鲁克林大桥，这座桥是第一座高悬索桥。
自那时起，悬索桥的设计和建设在世界各地得到了广泛的发展，并形成了现代悬索桥的标志性建筑。
三、结构特点1.主悬索：悬索桥的主悬索是悬挂在桥塔或桥墩上的主要承重部分。
它通常由多根钢缆或钢索组成，具有高抗拉强度和耐久性。
2.跨径：悬索桥的跨度可以非常大，从几百米到几千米不等。
这使得悬索桥在桥梁工程中独具优势，能够跨越深谷或宽阔的水面。
3.桥塔：悬索桥通常有一个或多个桥塔来支撑主悬索。
桥塔是桥梁的主要支撑结构，要能够承受主悬索的重力和桥面板的荷载。
4.桥面板：桥面板是悬索桥上供车辆和行人通行的平台。
它通常由混凝土或钢材制成，具有良好的刚性和稳定性。
四、设计原则1.结构安全：悬索桥的设计应保证结构的稳定性和安全性。
在设计和施工过程中需要进行详细的结构分析和应力计算，确保桥梁能够承受各种力和荷载。
2.风荷载：悬索桥作为一种高风险区域，设计时需要考虑到风的影响。
为了保证悬索桥的稳定性，需要采取一系列的风荷载减缓措施，如设置风阻板、减小主悬索的风阻面积等。
3.美观性：悬索桥作为城市的重要标志建筑，设计时需要注重美观性。
桥梁的外形、材料选择、灯光设计等都需要进行精心的考虑，以营造出美丽的夜景。
五、维护管理1.定期检查：悬索桥的维护管理非常重要。
应定期进行桥梁的检查和维护，包括主悬索的腐蚀状况、桥塔的稳定性、桥面板的损伤等。
悬索桥概述
悬索桥发展史
欧洲悬索桥的发展
欧洲各国在20世纪60年代，也开始大力修建 大跨度悬索桥，现共有500m以上悬索桥14座，其
中最为闻名的是英国的塞文桥和恒比尔桥。
1966年，英国Severn桥，首创流线形箱梁桥面
和混凝土桥塔，主跨988米的新型悬索桥
1981年，英国建成当时世界第一大桥恒比尔桥，
1410米，斜吊索，扁平钢箱梁，混凝土索塔
悬索桥发展史
美国悬索桥的发展
20世纪30年代是美国修建大跨度悬索桥最兴旺的时期，在40
年代停滞（风毁问题），60年代后修建悬索桥较少，但至今为止， 拥有悬索桥最多的国家仍然是美国。 1883年，第一座现代悬索桥，美国Brooklyn桥，主跨486m 1931年，第一座突破千米的悬索桥—主跨1006米的纽约华盛顿桥 1937年，主跨1280米的悬索桥，美国旧金山金门大桥落成 1940年，美国华盛顿州 主跨853米的塔科马大桥，主梁高跨比 1/350，在19m/s的风中遭到损毁，使得风振理论得到大幅度发展。
二十世纪世界悬索桥的总结
在二十世纪中，由于材料(高强钢丝)、施工方法 （AS空中送丝法和PWS索股法）和计算理论的发展，使 悬索桥朝低高度主梁、高强度材料和大跨径方向发展。 高跨比小于1/150，跨度超过1000米有十几座。 欧洲采用了抗风性能好的薄壁箱形截面加劲梁，也 逐渐在各国得到广泛应用。
现代悬索桥跨径仍在不断增大，90年代后期建成的 接近或者超过1500米的超大跨悬索桥有中国润扬长江大 桥(主跨1490米)，丹麦大贝尔特大桥(主跨1624米)和日 本明石海峡桥主跨1990米。
Messina海峡大桥最终方案效果图
布鲁克林大桥
美国金门大桥
明石海峡桥
江 阴 长 江 公 路 大 桥
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
●
总结整理早期缆索承重桥梁的发展创新过程
悬索桥(S u s p e n s i o n b r i d g e)指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。
其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，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小荷载所引起的挠度变形。
组成桥塔、主缆、加劲梁、锚碇、吊索、鞍受力特征悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，荷载由悬索传至缆，缆再传至锚碇及桥塔。
悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢缆等)制作。
由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。
悬索桥的发展（1）国外悬索桥的发展国外悬索桥可分为前期和后期：国外现代悬索桥的前期，可大致归结为：从1801年现代悬索桥大师J a m e s F i n l e y建雅各布涧悬桥开始至J.A.R o e b l i n g的逝世、布鲁克林桥建成。
国外悬索桥后期可概括自1883年布鲁克林桥迄今。
这期间，悬索桥的跨度、规模和建桥材料、技术，都有很大发展。
一般来说，国外悬索桥发展后期，大致可划分为三个阶段：一是20世纪60年代以前的美式悬索桥，二是20世纪60至80年代的欧洲悬索桥，三是20世纪70年代以后的日本悬索桥。
1）美国式悬索桥1883年，建于纽约的布鲁克林桥，跨径组合为为284+488+284米，它是美国首座较大跨度的现代悬索桥。
该桥除了具有现代悬索桥的缆索体系外，还配有若干加强用的斜拉索，所以严格来说，它不是一座纯粹的悬索桥。
而是混合体系的缆索承重桥20世纪20年代，美国建成两座跨度超过500米的悬索桥，其中一座就是1926年建成的本杰明—富兰克林桥，跨径组合为218+533+218米；另一座是1929年建成的大使国际桥，其跨径组合为297+564+287米。
悬索桥
悬索桥
19世纪后半叶，奥地利工程师约瑟夫· 朗金和
美国工程师查理斯· 本德分别独立地构思出自锚式 悬索桥的造型，朗金在1859 年写出了这种构想， 本德于1867年申请了专利。 1870年，朗金在波兰设计建造了世界上首座小 型铁路自锚式悬索桥。 1915年, 德国设计师在科隆的莱茵河上建造了 主跨达185m的科隆-迪兹自锚式悬索桥，采用临时 木脚手架支撑钢梁直到主缆就位。该方案的选择主 要是因为其外形美观，而地质条件又不允许修建锚 碇。主缆采用了眼杆结构，因而能方便地锚固在加 劲梁上。科隆-迪兹桥1945年被毁，但原来桥台上 的钢箱梁仍保存至今。
悬索桥概论
一 悬索桥总体设计 二 悬索桥构造 三 悬索桥施工 四 自锚式悬索桥
一 悬索桥总体设计
1. 悬索桥的组成及发展 2. 悬索桥的结构体系 3. 悬索桥的总体布置
1. 悬索桥的组成及发展概况
悬索桥是由主缆、加劲梁、塔柱和锚碇构成。
悬索桥的四个发展阶段： 第一代悬索桥，采用天然材料修建，后期也采用了 铁索等，一般没有吊杆或吊索，承重结构与使用构 造合二为一。
单塔双跨
双塔三跨
悬索桥
带斜拉索的悬索桥
1883年建成的纽约布 鲁克林大桥，主跨 484m，是最早的带斜 拉索的悬索桥。
悬索桥
斜拉－悬吊混合式悬索桥
1997年建成的贵遵高等级公路乌江大桥，主跨 288m，主梁为高强预应力薄壁箱梁，采用全截
面缆吊预应力悬拼施工，最大吊重为76吨，是
世界首座吊拉组合桥。
悬索桥
悬索桥
悬索桥
3. 加劲梁
加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。加劲 梁大都采用等高度钢桁架梁或扁平钢箱梁。桁架 的抗扭刚度相对较小，所以其梁高比流线型箱梁 的要高得多，以满足抗风要求。 加劲梁结构形式：（1）钢板梁（2）钢桁梁 （3）钢箱梁（4）钢筋混凝土箱梁
悬索桥和斜拉桥分类及构造
设。。
及竖直向分散开的
支撑鞍座，并导引 各索股入锚固部分。
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 4）索鞍
主索鞍
散索鞍
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点
5）加劲梁
加劲梁是提供桥面直接承受荷载的梁体结构。
作用：加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。
形式：
1997年 450米
一、悬索桥和斜拉桥的分类
1、悬索桥 （2）悬索桥的结构体系
单跨悬索桥 三跨悬索桥 多跨悬索桥
按悬吊跨数分
一、悬索桥和斜拉桥的分类
1、悬索桥 （2）悬索桥的结构体系
按主缆 锚固方
式分
地锚式悬索桥：主缆通过重力式锚 碇或岩隧式锚碇将荷载产生的拉力 传至大地达到全桥受力平衡。
自锚式悬索桥：主缆在边跨两端将 主缆直接锚固于加劲梁上，主缆的 水平拉力由加劲梁提供轴压力自相 平衡，不需另设置锚碇。
形式：
①按横向结构形式： 刚构式、桁架式、混 合式
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 7）索塔
形式： ②按纵向结构形式：刚性塔、柔性塔、摇柱塔
二、悬索桥和斜拉桥的构造
1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 8）锚碇
基本组成：主缆的锚碇架及固定装置、锚块、锚块基础。 基本分类：重力式锚碇、隧道式锚碇、岩锚。
加劲梁的布置：双铰加劲梁简支体系和连续加劲梁 的连续体系。
双铰加劲梁简支 体系：构造简单 、制造和架设时 的误差对加劲梁 无影响，适用于 中小跨径和大跨 径悬索桥。
连续加劲梁：在 桥塔处内力达到 最大值，适于铁 路悬索桥或公铁 两用悬索桥。
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19
敬请批评指正！
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自锚式悬索桥
地锚式 主缆的拉力由重力式锚碇或岩隧式锚碇传递给地基
重力式锚碇
岩隧式锚碇
西堠门大桥： 主跨1650m、地锚式、两跨连续钢箱梁悬索桥， 世界第二、建成于2008年。
三、悬索桥受力特点
荷载 （自重、车辆、行人等）
吊索中心线 吊索中心线
四、悬索桥的结构组成
（1）加劲梁 材料：
钢结构 混凝土结构 钢—混凝土结构
随着新施工技术和新建筑材料的发展，悬索桥的跨度还会 进一步变大。
1. 悬索桥的发展历程、概念（了解） 2. 几座代表性悬索桥的设计参数（重点） 3. 悬索桥的几个主要组成部分及其作用（重点） 4. 悬索桥的传力途径、受力特点（难点）
➢ 作业内容：
任选世界范围内的一座悬索桥，收集相关资料，整理分析。 包含内容：建造原因、年份、设计方案、施工方法、主要特点，
悬索桥发展历程及其基本结构组成
教材：《桥梁工程概论》，西南交通大学出版社，李亚东主编
1
引言
三环路南 天府立交
二环路西 清水河大桥
2
世界著名桥梁
日本明石海峡大桥（1991m）
浙江 西堠门大桥（1650m）
丹麦 大贝尔特桥（1624m）
美国 金门大桥（1280m）
一、悬索桥发展历程
原始：藤蔓桥（云南、西藏墨脱） 古代：竹索桥、铁索桥（泸定桥） 近代：英国（建立悬索桥基本体系） 现代：美国（应用高强钢丝做主缆，
考虑抗风）
4
悬索桥基本概念
主体结构：加劲梁、主缆、桥塔、锚碇 附属系统： 主鞍座、锚口散束鞍座、悬吊系
边跨
中跨（主跨）
边跨
塔高
矢高
二、悬索桥基本类型
按悬吊跨数分类
单跨悬索桥
三跨悬索桥
四跨悬索桥
五跨悬索桥
二、悬索桥基本类型
按主缆锚固形式分类 自锚式 在边跨两端将主缆直接锚固在加劲梁上，主缆的水
平拉力由加劲梁提供的轴压力自相平衡。
（5）索 鞍
➢ 作用：用以支承主缆并改变其方 向或摆动的重要部件，使主缆中的 拉力以垂直分力和不平衡水平分力 的方式均匀地传到塔顶。
16
四、悬索的结构组成
（6）吊索与索夹—连接大缆与加劲梁
吊索
索夹
17
Байду номын сангаас 总结
悬索桥体系受力特征明显，传力途径清晰，充分利用了各 种材料的力学性能，是当今跨越能力最强的一种桥梁形式。
主缆
运梁台车中 心线
钢桁梁构造图
钢箱梁示例断面
主缆
运梁台车中 心线
10
润扬大桥悬索桥加劲梁
镇江—扬州（1490m） 钢箱梁断面 梁宽38.3m、高3m
湖南矮寨特大桥
钢桁梁截面： 主跨1176m 桁高7.5m，桁宽27m
12
四、悬索的结构组成
（2）主缆—主要承重构件 通过索夹和吊杆承受荷载，并
将它直接传递到塔顶。
四、悬索的结构组成
（3）桥塔—支承主缆的重要构件
➢ 作用：主要分担大缆所受的竖向力。
组
刚
桁
合
构
架
式
式
式
四、悬索的结构组成
（4）锚 碇
重力式锚碇 依靠巨大的自重实现对主缆拉力的锚固。 隧道式锚碇 在天然岩体上开凿隧洞再浇筑混凝土，利用岩体 强度对混凝土锚体形成崁固作用，达到锚固作用。
四、悬索的结构组成