自锚式悬索桥的综述
自锚式悬索桥架设参数迭代算法研究

自锚式悬索桥架设参数迭代算法研究摘要:随着时代发展,自锚式悬索桥架设在交通运输建设方面的作用也越来越明显,受到社会的普遍关注。
因此,怎样更有效地确定自锚式悬索桥架设的参数,以满足其稳定可靠的要求,就变得尤为重要。
本文根据蒙特卡罗抽样算法,通过迭代法参数优选,探究更有效的设计参数,减少结构的体重。
关键词:自锚式悬索桥架设、蒙特卡罗抽样算法、参数优选、迭代法1、言1.1锚式悬索桥架设简介自锚式悬索桥架设是指一种用自锚式悬索桥架架设的钢结构,它是将桥架设结构分为上下两部分,连接件用索线或复合索线串联成一组,将上下两部分固定在一起的技术。
由于它搭建起来比较快捷、轻便,因此在交通运输建设领域备受青睐。
1.2锚式悬索桥架设的参数设计自锚式悬索桥架设的终极目标是确保其结构稳定可靠,以满足建桥的要求。
为此,需要在设计参数处加以关注,这些参数包括但不限于:桥架设结构的厚度、宽度、长度、半径及索线直径等,以及桥架设上部件的总体尺寸和重量。
2、代算法2.1特卡罗抽样算法为了确定自锚式悬索桥架设的安全性和稳定性,可以采用蒙特卡罗抽样算法(Monte Carlo Sampling Algorithm,MCS)。
在该算法中,通过以随机方法采样桥架设结构上所有参数,以确定不同可能情况下结构的受力状况,可以有效降低桥架设结构恢复不稳定的概率。
2.2数迭代优化MCS抽样算法后,可以根据采样参数及受力状况,构建目标函数,对比分析结构受力状况并进行参数迭代优化,以期待更符合结构稳定性及性能要求的桥架设结构。
3、论总的来说,自锚式悬索桥架设参数的优选很大程度上取决于设计参数的选择,参数的选择涉及到结构的强度和稳定性。
根据蒙特卡罗抽样算法、参数迭代优化、目标函数对比分析以及实验测试,可以有效降低结构的体重,较好地满足桥架设结构的稳定性及性能要求。
自锚式悬索桥环绕闭合钢丝绳主缆施工

主缆由85根Φ54mm镀锌钢丝绳组成,钢丝标准强度1960Mpa,主缆直径54.6cm,中跨矢跨比为1/6。
单根连续的钢丝绳主缆索股从塔顶索鞍到锚固梁内的滑动索鞍入口处由水平面排列转为铅垂面排列,然后绕滑动索鞍水平面进行90°螺旋型转向至主桥中心线方向,与固定索鞍附近的索股另一端通过螺纹连接杆与连接套筒首尾相连形成环绕闭合索股。
每根索股仅一个接头,全桥分四个接头区对接主缆索股,见图2。
每根主缆长度不等,平均长度约720m。
2、工程特点2.1主缆采用环绕闭合结构,结构独特、构思巧妙、设计新颖。
主缆暗藏于锚固跨梁内,降低了锚固跨梁体高度,有利于梁体外型美观。
通过锚固梁内每端的3个转向索鞍将主缆拉力转化为水平力和竖向分力,使得水平力较为均匀地作为纵向免费预应力施加于主梁全断面上、锚固跨梁体自重较为均匀地平衡其竖向分力。
2.2改变了主缆的锚固形式一般自锚式悬索桥主缆锚固于主梁上,本桥主缆索股由常规的锚固形式改为环绕闭合的无锚固形式为国内首创。
2.3 首次采用在边跨内主缆索股由塔顶水平面进行空间旋转至锚固跨滑动索鞍出口处转为铅垂面。
2.4 首次采用高强度、大直径的钢丝绳做钢筋砼自锚式悬索桥主缆。
2.5 全桥索鞍设计与常规悬索桥相比取消了索股横向限位板,而且主缆索股环绕闭合后纵向也不固定。
3、工程关键技术3.1 主缆为环绕闭合结构,每根主缆索股需绕过全桥10个索鞍,如何方便快捷地将主缆索股安装到位十分关键。
3.2如何确保空缆索股纵横向相对位置的固定较为关键。
尤其是主缆索股在边跨内由水平面旋转成铅垂面过程中,如何保证其整个主缆进行自由旋转,如何判断索股位置是否正确是另一关键。
3.3 由于主缆层层相压,主缆接头如何排列,如何减小接头对主缆排列、主缆受力的影响亦十分关键。
3.4 由于钢丝绳既有弹性伸长又有结构伸长,其力学性能不如平行钢丝稳定,空缆状态索股长度精度能达到多少、主缆连接螺杆调节范围设为多少、当主缆接头螺杆调节范围内无法调节主缆长度时如何连接主缆等也较为关键。
预应力混凝土自锚式悬索桥吊索张拉施工分析

吊索张 拉 和 主 梁 脱 架 是 自锚 式 悬 索 桥 成 桥 的 关键 阶 段 ,
而 且 吊索张 拉 是 一 个复 杂 的非 线 性 过程 。 必 须 制 定合 理 的张 拉 方 案 , 使 主 缆 和 主 梁 逐 步 达 到 成 桥 线 形 ,且 吊 索 索 力 均 匀 ,同 时使 索 鞍 顶 推 次数 最 少 ,主 梁和 主塔 应 力 控 制在 安 全
范 围之 内。
还 不 够优 化 ,有待 改进 。 由于 设计 为带 锚 固 跨 的预 应 力 混凝
土加 劲梁 结 构 ,锚 固跨 为平 衡 主缆 锚 固处 的 强 大水 平 力 , 而
配 置 了预 应力 钢 束 , 因而主梁 中应力 变化 幅度 有 些大 。 由于 吊索张 拉 过 程 存在 索力 卸 载 的 作 用 , 因 此每 轮 张拉 时 各 对 吊 索 的实 际 张拉 控 制 力 并 不相 等 ,根 据 吊索张 拉 次 序
性影 响,引入 En t rs公式 E= /+c)I ! 计算缆索的等效 E0 ( l o . ) /
弹 性模 量 , 由对 主缆 弹 性 模 量 进 行修 正 ,其 中 为钢 构 件 的 弹 性 模 量 , 为 主 缆 弹 模 修 正 系数 。 对 张 拉 过 程 中 支 架 支 撑 作 用 ,用单 向约束 来模 拟 ,即 主梁 在支 架上 只 能上挠 。 根 据 吊索张 拉 顺序 设 定 施 工 阶段 , 先支 架现 浇主 梁 ,架 设 主 缆并 张 拉 锚 固 ,拆 除锚 固跨 支 架 。然 后 从 跨 中和 主 缆 锚 固处 附 近 对称 向主 塔 方 向安 装 吊 索 ,安 装 吊索 张 拉力 为5 。 t 尔 后 张 拉 次序 与 安 装 时相 同。 每 轮 张拉 时 ,先 张 拉最 中间 的 吊索 ,其 后 的 两步 边 跨 张 拉 1 索 ,同 时边 跨 张 拉2 索 :然 对 对 后 对 称 张 拉完 余 下 吊索 。按 照 既定 方 案 完成 张 拉 和 支 架拆 除 施 工 。 吊 索张 拉 阶 段 索力 误 差 控制 在 1 % ,拆 除 支 架 阶段 索 5 力 误差 控 制在5 %。
浅谈自锚式悬索桥设计

1: J 6 混凝土
1: 7 混 凝 土
自锚 式悬索 桥与 地锚式 悬索 桥相 同 ,由主缆 、吊
索 、加劲梁 、主塔 、鞍座及锚 固构造等部分构成。 1 主缆 。是 悬索 桥 的主要承 重构件 ,除 承受 自身 ) 恒载外 ,还承受通过索夹 、吊索传递 的活载和加劲 梁 的恒 载 ,除 此 以外 还 承 担部 分 横 向风荷 载 ,并 将
传 统 的地 锚 式 悬 索 桥 其 主要 承重 构 件 主 缆 锚 固 于地
下锚碇 中。由于地下锚锭对地基要求较高 ,而且造 成工程造价要 比其他形式 的桥梁高得多 ,所以限制 了传统悬索桥的应用。
自锚 式悬索 桥是 把 主缆 直接锚 固于主梁 梁端 ,由
方面 的特点 。 1 自锚 式悬 索桥 的优点 。 )
2+02 4 6+4
1: 』 钢 5 1 55 . . 0:
1: 8
桂 林 丽 君 桥 中 国 . 0 1 2 0
大连 金 石 滩 中 国 2 0 02 悬 索 桥
钢
混 凝 土
梁 、主塔 完 成 后 再 吊装 主缆 ,安 装 吊索 。 施 工 主梁
6+6+9 9 12 6 1: 7 混 凝 土
桥 I 名  ̄j -萃 ' S
此花 大 桥 日本 1 9 90
跨, 矢 径 龇 m
10 30 10 2+0+2 1: 6 钢
科隆 一迪兹桥 德国 j95;9. 1 . 9. 1 :.j 钢 1 1 2 +8 5 2 . 8 3 4+ 3 0 6
上 ,梁承受很大 的轴 向力 ,为此需加 大梁 的断面 。 随着 跨 径 的增 大 ,对 于钢 结 构 的加 劲 梁 造价 明显 增
中 图分 类 号 : 4 82 U 4 .5 文献标识码: A 文 章 编 号 :1 0 — 6 5 2 0 ) 2 0 3 — 3 0 4 4 5 I0 7 0 — 0 1 0
自锚式悬索桥结构设计及施工技术

自锚式悬索桥结构设计及施工技术[摘要] 本桥主跨主梁采用钢箱梁,边跨及锚跨主梁采用预应力混凝土箱梁。
分析了该桥主要结构设计、塔梁施工的新工艺以及缆索系统施工技术.[关键词] 自锚式悬索桥;结构设计;塔梁施工;施工技术1工程概况本大桥为独柱塔空间缆索自锚式悬索桥,主桥边跨跨度为137 m,在边跨设置一个辅助墩,将边跨跨度划分为(77+60)m;主跨跨度为248 m,边跨与主跨跨度比为0.55。
主梁分为两幅设置,净距为8.2 m,两幅主梁之间以多道横梁连为一体,形成纵横梁体系。
主跨主梁采用钢箱梁,边跨及锚跨主梁采用预应力混凝土箱梁。
主塔在桥面以上塔高为80 m,桥塔高跨比为0.32。
主塔位于两幅主梁的横桥向中间位置,为独柱形式。
主塔在主梁下方设置一道横梁,对主梁提供竖向支承。
在主塔横梁端部设置有一对斜拉索,该斜拉索穿过主梁锚固在主塔上。
在设计成桥状态下,主跨主缆理论垂度为19.670 m,矢跨比为1:12.43;边跨主缆理论垂度为8.402 m,矢跨比为1:15.83。
主缆在横桥向分为两股,在边跨位于竖直平面内,锚固于横梁中部;在主跨为空间索形,锚固于横梁两端。
吊索在边跨位于竖直平面内,锚固于横梁中部。
2结构设计2.1缆索系统主缆采用预制平行钢丝索股,共2根,每根含55股平行钢丝索股,每股含127丝Φ5.3 mm的镀锌高强钢丝。
索股锚头采用热铸锚,直接锚固在锚跨的锚固面上。
柔性吊索及斜拉索索股采用Φ7.0的镀锌高强钢丝平行集束索体;刚性吊杆直径140 mm,其杆体钢材采用460级。
吊索顺桥向间距为10 m。
主跨吊索下端锚固于钢箱梁横桥向两端的钢锚箱内,采用横桥向倾斜的单吊索,其中DS13~DS32采用PES7-85预制平行钢丝束股(PWS),外包PE进行防护,而DS33由于较短,根据结构受力及结构需要采用Φ140 mm刚性吊杆;边跨吊索下端锚固于混凝土箱梁的横梁中部,采用竖直双吊杆(顺桥向中心间距60 cm),采用PES7-121预制平行钢丝束股(PWS),外包PE进行防护。
关于自锚式悬索桥分析理论的探讨

值 .所以 .对于 自锚式悬 索桥 .有 了挠 度理 论与弹性 理论 相同结 果的 巧合 ,这
一
点不同 于传统 的地锚 式悬 索桥 。 当然,式 ()是在 吊索不 可以 伸长 5
的 基础上得 出的 。如果 吊索在 括载作 用 下可 以伸长 , 那么 , 根据式 () 2 和式 () 4.
维普资讯
的水平分 力 ,M 为相应等 效简支梁的恒 载弯 矩 ,v为 活载作 用下 主缆和 主粱同 时 产 生 的 变 形 , 其 他 符 号 同 弹 性 理
论 。
对戎 ( ) 进 行 详 细 分 析 , 2
悬索桥分析理论 的探讨
魏标 肖 春 李建中 同济大学土本工程学院
同分 析理 论对 于 自 式 悬索 挤6 适用 性 , 井 锚 寺 与恃 境 的地锚 式 悬幸 桥柞 了卑分 对比 主要
拜 击 了弹性理 跨和 挠崖 理 论 均遣 J 干 白锚文 f l 悬 索挤 的 阿题 =
M =M. 一H 【 +p ( f ) 5)
弹 性 理 论 用 普 通结 构 力学 即 可 求 解 ,计算方 便 ,而且用弹性 理 论简 化的 结 构具有线 弹性性 质 ,叠加 原理对 它适 用。但是 ,弹性 理论没 有考虑 恒载 对竖 向刚度的贡 献 ,也没 有考虑 大位移 的非 线性 影响 。
( ) 2
( ) 6 对 比 武 ( )和 式 ( 6 1)可 以 看 出 , 对 于 自锚式 悬 索 桥 的静 力分 析 , 由于 吊素 的 伸长 ,采 用弹 性 理 论偏 于
其中 ,Hn 由恒 载产生的 主缆拉力 为
桥 上时 , 主缆 的 几何形状 及长 度保持 不 变 .同时假 定主缆 无弯 曲刚度 , 吊索长 度不 因活载 q作 用而 伸长 ,如图 1 示 所 (此 时 主 缆 和 主 粱 的 竖 向 位 移
自锚式悬索桥抗震计算及减隔振措施
自锚式悬索桥抗震理论及减振措施1.自锚式悬索桥简介1.1 悬索桥的适用范围自锚式悬索桥作为一种独特的柔性悬吊组合体系,有其自身的受力特点,其优点为:(1)不需要修建大体积的锚碇,所以特别适用于地质条件较差的地区;(2)受地形限制小,可结合地形灵活布置;(3)保留悬索桥美观,错落有致的线性,特别适合景观要求较高的城市桥梁;(4)钢筋混凝土的加劲梁在轴向压力下刚度有很大的提高,且后期养护较钢梁有很大的优势。
自锚式悬索桥也有其不足之处:(1)在较大轴压作用下,梁需要加大截面,会引起自重增大,限制了跨度;(2)施工步骤受到影响。
必须先制造主塔、加劲梁在安装主缆和吊杆,需要搭建大量的临时支架来建造加劲梁;(3)锚固区局部受力复杂;(4)受到主缆非线性影响,吊杆的张拉时施工控制困难;(5)加劲梁属于压弯构件,需提高刚度来保证稳定。
1.2 自锚式悬索桥的分类自锚式悬索桥的结构形式主要有三种:美式自锚式悬索桥、英式自锚式悬索桥及其他类型自锚式悬索桥。
(1)美式自锚式悬索桥美式自锚式悬索桥的基本特征为采用竖直吊杆。
采用钢桁架的自锚式悬索桥的加劲梁是连续的,以承受主缆传递的压力。
加劲梁可做成双层公铁两用。
可以调整钢桁架的高度来提高加劲梁的刚度以保证桥梁有足够的刚度。
此类自锚悬索桥的典型代表为韩国的永宗大桥。
(2)英式自锚式悬索桥此类悬索桥的基本特征是采用三角形的斜吊杆和刚度较小的流线形扁平翼状钢箱梁作为加劲梁,用钢筋混凝土塔代替钢塔,有的还将主缆和加劲梁在跨中固结。
其优点是钢箱梁可减轻恒荷载,因而减小了主缆截面,降低了用钢量。
钢箱梁抗扭刚度大,受到横向的风力较小,有利于抗风,并大大减小了桥塔所承受的横向力,缺点是三角形斜吊杆在吊点处的结构复杂。
此类自锚式悬索桥的典型代表为日本的此花大桥。
(3)其他类型的自锚式悬索桥其他类型的自锚式悬索桥采用了竖直吊杆和流线形钢箱梁作为加劲梁,加劲梁的材料可采用钢材或钢筋混凝土材料。
自锚式悬索桥施工技术指南
自锚式悬索桥施工技术指南1. 概述
1.1 自锚式悬索桥的定义及特点
1.2 自锚式悬索桥的适用范围
2. 设计准备
2.1 地质勘察与场地评估
2.2 荷载计算与结构分析
2.3 材料选择与规范要求
3. 基础施工
3.1 锚锭基础施工
3.2 墩柱基础施工
3.3 防护与排水措施
4. 主塔施工
4.1 主塔形式及结构设计
4.2 主塔施工工艺及控制
4.3 主塔质量检测与验收
5. 索面系统施工
5.1 索股制作与安装
5.2 索夹及附属装置安装
5.3 索面张拉与调整
6. 桥面系统施工
6.1 预制梁段制作与运输
6.2 桥面系统拼装与安装
6.3 伸缩缝及附属设施安装
7. 质量控制与安全管理
7.1 材料质量控制
7.2 施工质量控制
7.3 安全风险评估与管理
8. 维护与检测
8.1 日常维护与检修
8.2 定期检测与评估
8.3 加固与维修方案
9. 案例分析
9.1 国内外典型自锚式悬索桥工程案例 9.2 施工难点及解决方案
10. 发展前景与趋势
10.1 自锚式悬索桥的发展历程
10.2 未来发展趋势与展望。
自锚式预应力混凝土悬索桥的设计构思
自锚式预应力混凝土悬索桥的设计构思摘要:本文选取工程实例,从矢跨比、主梁、主塔、主缆及吊杆等方面,介绍了一座双塔双索面自锚式预应力混凝土悬索桥的设计构思。
设计结果在满足安全性及使用功能的前提下经济美观,对此类桥梁的设计具有较大参考价值。
关键词:自锚式悬索桥;预应力混凝土;矢跨比;双索面1引言自锚式悬索桥不需要修建大体积锚碇,特别适用于地质条件较差地区;同时由于主梁采用混凝土材料,可以克服钢结构悬索桥用钢量大、建造和后期维护费用高等缺点,故能取得良好的经济和社会效益。
现代桥梁设计除了满足自身结构要求外,越来越注重景观设计,自锚式混凝土悬索桥具有其特有的结构曲线,外观优雅美观。
在一定跨度范围内,此种桥型的适用性、经济性、美观性达到了完美的统一。
本文结合工程实例,对一座三跨自锚式预应力混凝土悬索桥的设计进行了研究,并着重阐述了主梁、主塔、主缆及吊杆等主要受力构件的设计构思,对同类桥梁的设计选型具有较大的参考价值。
2工程概况本工程为城市内跨河桥梁,河道宽约120m,由于其位于城市繁华地段,故对桥梁的景观性要求较高。
桥位处地质条件较差,地下土多为淤泥及粘性土。
经过经济性、景观性比选后,最终选定采用三跨双塔双索面自锚式混凝土悬索桥方案。
桥梁全长130m,跨径布置为30+70+30m;桥梁全宽30m,横向布置为2.5m 人行道+2m吊杆区+21m车行道+2m吊杆区+2.5m人行道。
桥梁总体布置如图1所示。
图1 桥梁总体布置图3 设计构思3.1矢跨比主缆矢跨比直接影响悬索桥结构受力,是悬索桥设计中的一个重要指标。
悬索桥常采用的矢跨比为1/8~1/12,矢跨比越大,则索的拉力越小,主缆及锚固点部分工程造价会大大降低,但塔高会大大增加,相应地桥塔部分工程造价会增大,反之亦然。
对于中小跨径悬索桥,矢跨比对桥梁结构受力影响并不是很明显,故在设计中常采用较大的矢跨比以期达到较好的美学效果。
在对桥梁进行安全性、经济性及美观性等多方面比较后,最终确定桥梁采用的矢跨比为1/5。
1海盐塘桥自锚式悬索桥工法8
自锚式悬索桥缆索施工工法一、前言四、施工工艺(一)工艺原理分批张拉主缆、吊索,每批先张拉吊索,吊索的张拉力先由其外套钢管承受压力来平衡,即先将吊索产生的拉力存储于吊索外套钢管;然后张拉主缆,通过主缆外套索箍将吊索钢管的压力释放,转换成主缆、吊索之间力的平衡。
(二)工艺流程(见图2)图2:缆索施工工艺流程图1、吊索、主缆钢管安装(1)吊索钢管安装吊索钢管分别按图纸尺寸吊装到位,校对十字中心线,修正高度尺寸后点焊,并用斜撑角铁临时固定,再将吊索钢管与其预埋件钢板焊接。
(2)主缆钢管安装主缆钢管工厂1:1放样制作,在现场利用简易移动扒杆进行吊装,安装前先按照主缆钢管线形搭设钢管支架,经现场监理核对位置、标高,复测合格后,将主缆钢管与吊索的下索箍点焊固定。
2、主缆、吊索钢绞线穿束(1)主缆钢绞线穿束主缆穿束由底向上逐层逐束进行,事先将7Ф15.24mm钢绞线下料,编成一束,并将边跨主缆尾端挤压成“P”锚。
边跨主缆由从塔柱内下放的引导绳牵引,依次穿入梁中的波纹管、锚块、主缆钢管,直至从塔帽中穿出,安装7孔锚板,并用夹片临时固定。
中跨主缆钢绞线下料编成一束后,在中跨的西锚块处的主缆钢管开口处,由从东塔柱内下放的引导绳向东牵引,依次穿过梁内波纹管,锚块、主缆钢管,直至从东塔帽中穿出后。
然后在西锚块跨主缆钢管开口处,将该束另一端与西塔帽内下放的引导绳相连,并向西塔柱倒牵引直从西塔帽穿出,两端安装锚板和夹片临时固定。
(2)吊索钢绞线穿束每根吊索的16根钢绞线下料后,先将其上端挤压成“P”锚,在主缆钢绞线排放后,扣上上索箍,将16根钢绞线穿经吊索钢管,直至从梁底穿出,并套上锚板和夹片,等待张拉。
3、主缆、吊索张拉主缆、吊索张拉施工前进行摩阻试验,以准确确定控制张拉力和理论伸长量,便于张拉过程实行“双控”。
之后开始缆索的预紧、张拉等工作。
(1)预紧四个塔帽共8个工作点同步预紧,每根钢绞线预紧力为20KN,预紧顺序按由上排到下排、由中间到两边对称开展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
摘要: 介绍自锚式悬索桥的特点、历史及国内外发展情况。重点分析了钢筋混凝土桥的设计和发展,并对其施工工艺做了简单介绍。总结展望了自锚式悬索桥的发展空间及其需进一步研究的问题。
关键词: 悬索桥;自锚式体系;施工;实例
一、前言 一般索桥的主要承重构件主缆都锚固在锚碇上,在少数情况下,为满足特殊的设计要求,也可将主缆直接锚固在加劲梁上,从而取消了庞大的锚碇,变成了自锚式悬索桥。
过去建造的自锚式悬索桥加劲梁大多采用钢结构,如1990 年通车的日本此花大桥,韩国永宗悬索桥、美国旧金山——奥克兰海湾新桥、爱沙尼亚穆胡岛桥墩等。2002年7月在大连建成了世界上第一座钢筋混凝土材料的自锚式悬索桥——金石滩金湾桥墩,为该类桥墩型的研究提供了宝贵的经验。此后在吉林、河北、辽宁又有4座钢筋混凝土自锚式悬索桥正在设计和设计和建造中。
自锚式悬索桥有以下的优点:①不需要修建大体积的锚碇,所以特别适用于地质条件很差的地区。
②因受地形限制小,可结合地形灵活布置,既可做成双塔三跨的悬索桥,了可做成单塔双跨的悬索桥。
③对于钢筋混凝土材料的加劲梁,由于需要承受主缆传递的压力,刚度会提高,节省了大量预应力构造及装置,同时也克服了钢在较大轴向力下容易压屈的缺点。
④采用混凝土材料可克服以往自锚式悬索桥用钢量大、建造和后期维护费用高的缺点,能取得很好的经济效益和社会效益。
⑤保留了传统悬索桥的外形,在中小跨径桥梁中是很有竞争力的方案。 ⑥由于采用钢筋混凝土材料造价较低,结构合理,桥梁外形美观,所以不公局限于在地基很差、锚碇修建军困难的地区采用。 自锚式悬索桥也不可避免地有其自身的缺点:①由于主缆直接锚固在加劲梁上,梁承受了很大的轴向力,为此需加大梁的截面,对于钢结构的加劲梁则造价明显增加,对于混凝土材料的加劲梁则增加了主梁自重,从而使主缆钢材用量增加,所以采用了这两种材料跨径都会受到限制。
②施工步骤受到了限制,必须在加劲梁、桥塔做好之后再吊装主缆、安装吊索,因此需要搭建大量临时支架以安装加劲梁。所以自锚式悬索桥若跨径增大,其额外的施工费用就会增多。
③锚固区局部受力复杂。 ④ 相对地锚式悬索桥而言,由于主缆非线性的影响,使得吊杆张拉时的施工控制更加复杂。
二、历史回顾 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。本德在1867年申请了专利,朗金则在1870年在波兰建造了一座小型的铁路自锚式悬索桥。
到20 世纪,自锚式悬索桥已经在德国兴起。1915年,德国设计师在科隆的莱茵河上建造了第一座大型自锚式悬索桥——科隆-迪兹桥,当时主要是因为地质条件的限制而使工程师们选择了这种桥型,该桥主跨185m,用木脚手架支撑钢梁直到主缆就位。此后,美国宾夕尼亚州的匹兹堡跨越阿勒格尼河的3座桥和在日本东京修建的清洲桥都受科隆-迪兹桥的影响。虽然科隆-迪兹桥1945年被毁,但原桥台上的钢箱梁仍保存至今。匹兹堡的3座悬索桥比科隆-迪兹桥的跨径要小,但施工技术比科隆-迪兹桥有了很大的进步。科隆-迪兹桥建成后的25年内在德国莱茵河上又修建了4座悬索桥,其中最著名的是1929年建成的科隆-米尔海姆桥,该桥主跨315m,虽然该桥在1945年被毁,但它至 仍然保持着自锚式悬索桥的跨径记录。在20世纪30年代,工程师们认为自锚式悬索桥加劲梁的轴力将使该种桥梁的受力性能接近于弹性理论,所以这段时间美国德国修建了许多座自锚式悬索桥。
三、国外现代自锚式悬索桥 1、 日本此花大桥 日本此花大桥原名大阪北港连络桥,是现有的最早修建的特大跨径自锚式悬索桥,又是世界上唯一的英国式自锚式悬索桥。1990年通车。
跨径布置为(120+300+120)m,是现有最大跨径的自锚式悬索桥。垂跨比叫大,为1/6,以减小主缆的索力,使能为梁所承受。
钢箱加劲梁为三室箱,梁高3.17m,箱总宽26.5m.由于单索面,按抗扭的需要,箱高较大。塔成呈花瓶形,但下塔柱较矮。人字形上塔柱要在加劲梁节段架设后才能安装。
2 韩国永宗大悬索桥 永宗大悬索桥位于韩国汉城仁川国际机场通往汉城市区的高速公路上,是世界上第一座双层行车的公铁两用自锚式县索桥。
跨径布置为125+300+125m,主跨径与日本此花大桥相同。垂跨比为1/5,以减小主缆索力。
塔设计成花瓶形,高104.6m,较美观。采用空中纺线法制索,主缆直径46.7cm.主缆塔处横向间距受塔型限制,公6.6m,而在主跨中部则展宽为35m(与梁宽相同),主缆呈三维空间曲面。
加劲梁三跨连续,其腹板及行驶铁路部分的下层为桁架。梁总高12m,宽35m.上层设6个车道;下设4个车道及双线铁路。加劲梁的上层桥面系为一钢箱,以承受巨大的水平轴力。箱高3m,连同风嘴,总宽41m.梁的施工,分为8个节段,用3000t的海上浮吊架设,全部放在临时排架或塔上,然后安设吊索。
防护体系,加劲梁采用抽湿防护,只要有一个传感器测得相对湿度高于50%时,抽湿系统自动开始一切工作,直至相对湿度降至40%以下。
主缆防护采用s形钢丝缠绕,再设涂装,并采用干燥空气体系,与日本明石海峡大桥相同。 3、 美国旧金山——奥克兰海湾新桥 20 世纪30年代中期修建的旧金山——奥克兰海湾桥,全长12.8m,是当时世界上最长的、技术水平很高的桥梁,至今人仍为旧金山半岛至东海湾的主干线,车辆繁忙,每天通行近28万车次。设计的地震力很小,其东桥(钢桁架桥)于1989年在里氏7.1度地震烈度时局部坍塌,因此决定修建新海湾桥来代替现有东桥,全长3.6km.新桥每方向有宽25m的桥面,各包括5个车道和一条轻轨铁路。南侧还有宽4.8m的人行道,考虑1500年回归的地震。
主航道桥为自锚式悬索桥,单塔,跨径为385 +180m.两主缆直径0.78m,东侧(385m侧)锚固在东墩处的梁上,其素鞍由箱梁支承,并设计成可移动的,以平衡两主缆索力差。西侧(180m 侧)主缆通过两分离的索鞍环绕在西墩上,这两个分离索鞍固定在西墩上在施工期间两主缆索力差异采用一项进的座板来平衡。西墩上设计一个预应力帽梁,其重量可以平衡桥梁跨径不对称而在西墩产生的恒载拨力,也用以承受西墩两主缆在运营荷载和地震荷载作用时其素鞍产生的不同应力。塔高160m.主缆不跨越而是固定在单一的索鞍上。塔由4柱组成,沿高度用剪力杆连接。塔柱为钢箱。柱间有间距3m的横隔梁连接。承台高6.5m,支承在13根直径2.5m的钢管桩上,桩内填灌混凝土,桩净长20m,嵌入岩石。
上部结构为两个空心的各向异性版,并将吊杆荷载分布在箱梁上,箱梁间用宽10m、高2.5m、间距30m的横梁连接。该横梁承受吊杆横向72m跨的荷载,保证两箱在荷载、特别是风和地震荷载时的整体作用。吊杆设在两箱的外侧,形成两空间索面,很美观。
4、 其它自锚式悬索桥 sorok 岛桥是韩国与geogcum岛连接本土的桥梁,跨径布置为110m+480m+200m,矢跨比为1:8,加劲梁为钢箱梁,高跨比为1:400,桥塔为h 形。1996年哥本哈根的国际桥梁和结构工程协会(labse)学术会议论文集中,j.f.klcin介绍了一种自锚式悬索桥的比较方案,跨径布置为 303m+950m+303m,采用单主缆,主跨跨中约200m长的主缆在梁体内部,与梁固结,使结构具有很高的刚度,索夹处设有锚固装置,所以主缆截面沿桥梁是可变化的,这样可大大节省主缆造价。
四、国内自锚式悬索桥 尽管自锚式悬索桥在国处产生发展较早,在国内却很少建造,相关文献也很少,使这种桥型在国内的发展远远落后于国外。2002年在大连建成了世界上第一座加劲梁采用钢筋混凝土材料的自锚式悬索桥,此后大连理工大学桥梁研究所又设计了多座钢筋混凝土自锚式悬索桥,为国内桥梁的建设提供了宝贵的经验。 1 大连金石滩金湾悬索桥 金石滩金湾悬索桥是我国,也是世界上第一座钢筋混凝土结构的自锚式悬索桥,位于大连金石滩旅游度假区的滨海路上,横跨帆船港池入海口,已成为当地的一处特殊景观。
金石滩金湾桥主桥为自锚式混凝土悬索桥,它直接把主缆锚固于加劲梁的两端,用加劲梁做成拱形(吊拱体系),用主缆的水平分力来抵搞拱脚的推力,起到了系杆拱桥中系杆的作用。这样既满足了跨中通航的净空要求,同时也使主桥两端高度降低,大大减少了引桥的长度,节省了投资。这种拱度也可使加劲梁刚度增加、挠度减小,从而使该桥在受力和经济上都达到了很好的效果。金湾悬索桥总长198m,其中主桥长108m,引桥长90m,主桥跨径为(24+60+24)m,桥宽10m,矢跨比为1:8,双塔双主缆结构。主桥的加劲梁采用钢筋混凝土边主梁形式,梁高1m,梁段中间浇注横隔梁,引桥为钢筋混凝土连续梁。桥塔为钢筋混凝土门式塔架,塔高27m,塔柱直径为1.5m.主桥的加劲梁及横梁采用50号混凝土。主缆索采用ф7,吊杆采用ф5镀锌高强钢丝,冷铸锚具。基础采用ф1.6m钻孔灌注桩基础。主缆跨过桥塔索鞍,不散开,两端锚固在主梁上,在端部主索套筒内设减震器。梁上吊杆间距为3m.主桥施工主要工序为:钻孔桩基础;浇筑桥墩桥塔;搭设临时支架,支架上浇筑加劲梁;加劲梁达到强度后挂主缆,上索夹,张拉吊杆。
金石滩悬殊索桥采用了新的结构形式,总造价只有498万元,不但取得了良好的经济效益,而且其独特的设计为美丽的海滨城市大连又增添了一处亮丽的风景,同时也为该类桥型的建造提供了宝贵的经验。
2、浙江省平湖市海盐塘桥 海盐塘桥位于浙江省平湖市东湖风景区,上部结构构为自锚式钢筋混凝土悬索桥,主跨跨径组合为(30+70+30)m,全桥长164m;桥面全宽40.0.m;桥梁纵坡为k2.20%.
平湖海盐塘自锚式悬索桥充分利用自锚式悬索桥的受力特性,借鉴了同类桥梁的一些优点,并经过改进。其主要有以下几个特点:主缆锚于梁端,不需要建造昂贵的锚碇;主梁采用了钢筋混凝土箱梁,利用主缆的水平分力,为主梁施加免费预应力,主梁内不再配置预应力钢束;塔顶不设置鞍座,主缆直接锚固在塔顶上。这种桥型结构新颖,造型美观,结构轻巧,构件受力合理,用材经济,造价比同等跨径的预应力混凝土连续梁桥、部分斜拉桥都要低,是一种在中小跨径内非常具有竞争力的桥型。
五、自锚式悬索桥的受力分析