第九章悬索桥

1、第第 9 章章 悬悬 索索 桥桥大跨度桥梁设计大跨度桥梁设计本章的主要内容本章的主要内容l 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系l 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成l 9.3 悬索桥的设计构思悬索桥的设计构思l 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算l 9.5 悬索桥施工简介悬索桥施工简介l 9.6 悬索桥工程实例悬索桥工程实例 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系重力式锚碇重力式锚碇u悬索桥定义：由主缆和加劲梁构成的一种柔性悬挂组合悬索桥定义：由主缆和加劲梁构成的一种柔性悬挂组合体系，兼有索和梁的受力特点。体系，兼有索和梁的受力特点。u由桥塔

2、、主缆、吊索、加劲梁、锚碇、鞍座等主要部分由桥塔、主缆、吊索、加劲梁、锚碇、鞍座等主要部分组成。组成。u目前跨径大于目前跨径大于1000m的桥梁大部分都是悬索桥结构。的桥梁大部分都是悬索桥结构。悬索桥的四个发展阶段：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，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。一般没有吊杆或吊索，承重结构与使用构造合二为一。 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系第二代悬索桥，开始采用了吊杆将桥面与主索分开。第二代悬索桥，开始采用了吊杆将桥面与主索分开。 9.1

3、 悬索桥的受力特点与结构体系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，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。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。索桥。 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.1 悬索桥的受力特点悬索桥的受力特点v 主缆主缆是结构体系中的主要承重构

4、件，是结构体系中的主要承重构件，受拉受拉为主；为主；v 桥塔桥塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，受压受压为主；为主；v 加劲梁加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，主要主要承受弯曲承受弯曲内力；内力；v 吊索吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是是将加劲梁自重、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，联系加劲梁和主缆的纽带，受拉受拉。v 锚碇锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。 9.1 悬索桥的受力特点与结构体

5、系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.1 悬索桥的受力特点悬索桥的受力特点l悬索桥的受力特点悬索桥的受力特点p 静力特性静力特性p 动力特性动力特性受力特征：荷载由吊索传至缆，缆再传至锚、墩及塔。受力特征：荷载由吊索传至缆，缆再传至锚、墩及塔。 在外荷载作用下，主缆和加劲梁共同受力。在外荷载作用下，主缆和加劲梁共同受力。 主缆是主要承重构件，在荷载作用下的变形主缆是主要承重构件，在荷载作用下的变形 直接影响桥梁的内力和变形。直接影响桥梁的内力和变形。 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.1 悬索桥的受力特点悬索桥的受力特点p 静力特性静力特性（1）主缆是几何可变体

6、，只能承受拉力。）主缆是几何可变体，只能承受拉力。 主缆的承载方式除了通过自身的弹性变形（受力伸长）主缆的承载方式除了通过自身的弹性变形（受力伸长）外，还通过主缆的几何形状改变（曲线形状改变）来影响外，还通过主缆的几何形状改变（曲线形状改变）来影响体系平衡。体系平衡。 几何形状的改变对悬索桥受力的影响不可忽略，即缆几何形状的改变对悬索桥受力的影响不可忽略，即缆索受力呈现明显的几何非线性特征。索受力呈现明显的几何非线性特征。（2）恒载给主缆提供了重力刚度，使得主缆具有较大的抵）恒载给主缆提供了重力刚度，使得主缆具有较大的抵抗活载变形的能力。抗活载变形的能力。 主缆的几何形状由恒载和活载确定，当恒

7、载远大于活主缆的几何形状由恒载和活载确定，当恒载远大于活载时，活载对主缆几何形状改变很小，桥面线形变化也小。载时，活载对主缆几何形状改变很小，桥面线形变化也小。 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.1 悬索桥的受力特点悬索桥的受力特点p 静力特性静力特性（3）改变主缆的垂跨比将影响结构的内力，结构体系的刚）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。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。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

8、应越来越小。）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。总是随着桥梁跨径的增加而显著增加不同。 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.1 悬索桥的受力特点悬索桥的受力特点p 静力特性静力特性（5）边跨的不同形式对桥梁受力有很大的影响。）边跨的不同形式对桥梁受力有很大的影响。 悬索桥边中跨之比对挠度和内力有影响。边中跨比减悬索桥边中跨之比

9、对挠度和内力有影响。边中跨比减小，中跨跨中和小，中跨跨中和L/4的挠度和弯矩值减小，塔根弯矩也减小，的挠度和弯矩值减小，塔根弯矩也减小，主缆拉力增加。主缆拉力增加。 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.1 悬索桥的受力特点悬索桥的受力特点p 动力特性动力特性 与其他桥型相比，悬索桥的刚度小，固有频率低。与其他桥型相比，悬索桥的刚度小，固有频率低。 固有频率固有频率是影响抗风稳定性和动力特性方面的一个重要因是影响抗风稳定性和动力特性方面的一个重要因素，直接关系到结构的安全，因而对悬索桥进行动力分析素，直接关系到结构的安全，因而对悬索桥进行动力分析是十分重要的。是十

10、分重要的。自由振动自由振动强迫振动强迫振动（1 1）车振）车振（2 2）风振）风振（3 3）地震）地震p 1、按加劲梁的结构体系分类：、按加劲梁的结构体系分类：单跨两铰、双跨两铰、三跨单跨两铰、双跨两铰、三跨两铰、三跨连续、多跨连续和自锚式体系等。两铰、三跨连续、多跨连续和自锚式体系等。单跨两铰单跨两铰加劲梁悬索桥加劲梁悬索桥三跨两铰三跨两铰加劲梁悬索桥加劲梁悬索桥三跨连续三跨连续加劲梁悬索桥加劲梁悬索桥 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.2 悬索桥的分类悬索桥的分类p 2、按主缆的锚固形式分类、按主缆的锚固形式分类地锚式与自锚式悬索桥：地锚式与自锚式悬索桥：

11、主主缆锚固于锚碇者称地锚式；主缆锚固于加劲梁端部者称缆锚固于锚碇者称地锚式；主缆锚固于加劲梁端部者称自锚式。自锚式。主缆斜单杆主缆与主梁固结地锚式悬索桥地锚式悬索桥自锚式悬索桥自锚式悬索桥 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系悬索桥的受力特点与结构体系9.1.2 悬索桥的分类悬索桥的分类 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.1 锚碇锚碇用来锚固主缆的重要结构，将主缆的拉力传递给地基。用来锚固主缆的重要结构，将主缆的拉力传递给地基。重力式锚碇重力式锚碇依靠巨大的自重来抵抗主缆的垂直分力，水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。平力由锚碇与地基

12、间的摩擦力或嵌固阻力来承担。隧道式锚碇隧道式锚碇将主缆的拉力直接传递给周围的岩石。将主缆的拉力直接传递给周围的岩石。重力式锚碇重力式锚碇 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.1 锚碇锚碇地锚式地锚式广泛采用，承受水平反力和向上的竖直力，以自广泛采用，承受水平反力和向上的竖直力，以自重提供的摩擦力来抵抗主缆水平力重提供的摩擦力来抵抗主缆水平力隧道式隧道式（在坚实岩层中挖成）（在坚实岩层中挖成）重力式重力式（由混凝土锚固体的重量来固定主缆）（由混凝土锚固体的重量来固定主缆） 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.2 桥塔桥塔桥塔是支承主缆的重要构件。活载和恒载通过桥塔传递到桥

13、塔是支承主缆的重要构件。活载和恒载通过桥塔传递到下部的桥墩和基础。下部的桥墩和基础。 桥塔的高度主要由主缆的垂跨比确定。桥塔的高度主要由主缆的垂跨比确定。已建悬索桥大都采用钢结构。现在由于预应力混凝土和爬已建悬索桥大都采用钢结构。现在由于预应力混凝土和爬模技术的发展，混凝土桥塔越来越多。模技术的发展，混凝土桥塔越来越多。 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.2 桥塔桥塔 桥塔主要由桥塔主要由塔柱塔柱和和横向联结横向联结两部分组成。两部分组成。断面：断面：多为箱形多为箱形桥塔横向形式：桥塔横向形式： 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.3 主缆主缆主缆是悬索桥的主要构件。

14、通过索夹和吊索承受作用在桥主缆是悬索桥的主要构件。通过索夹和吊索承受作用在桥面的活载和桥梁恒载。面的活载和桥梁恒载。 承担横向风载承担横向风载。1、钢丝绳主缆：、钢丝绳主缆：钢丝绳主缆由钢丝捻成股，再由股捻成绳。钢丝绳主缆由钢丝捻成股，再由股捻成绳。一般钢丝绳采用一般钢丝绳采用7股绳。一般用于小跨径悬索桥。股绳。一般用于小跨径悬索桥。主缆分为主缆分为钢丝绳主缆钢丝绳主缆和和平行钢丝束主缆平行钢丝束主缆两种类型两种类型。 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.3 主缆主缆2、平行钢丝束主缆、平行钢丝束主缆 预制平行钢丝束股法（预制平行钢丝束股法（PPWS法）：采用平行钢丝索，加法）：采

15、用平行钢丝索，加快了主缆的施工进度，截面外形分为尖顶形和平顶形。快了主缆的施工进度，截面外形分为尖顶形和平顶形。 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.3 主缆主缆1、主缆锈蚀原因、主缆锈蚀原因 主缆架设期间水分进入。主缆架设期间水分进入。 防护完成后主缆表面的油漆开裂和索夹上受损的密封部位防护完成后主缆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产生锈蚀。开裂，水的渗入导致主缆湿度高而产生锈蚀。 主缆不可更换，长期暴露在雨、湿气、化学作用等的腐主缆不可更换，长期暴露在雨、湿气、化学作用等的腐蚀下，需要进行防锈。蚀下，需要进行防锈。2、主缆防锈措施、主缆防锈措施

16、 施工时采用油漆防锈。施工时采用油漆防锈。 防止水的渗入。防止水的渗入。 干空气导入法。将除湿机的干燥空气用管道输入主缆。干空气导入法。将除湿机的干燥空气用管道输入主缆。 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.4 吊索吊索也称吊杆，是将活载和加劲梁恒载传递到主缆的构件。也称吊杆，是将活载和加劲梁恒载传递到主缆的构件。作用：作用：将加劲梁的恒载和活载传到主缆将加劲梁的恒载和活载传到主缆材料：材料：要求有抗拉强度和一定的柔性。一般用：钢丝绳、钢要求有抗拉强度和一定的柔性。一般用：钢丝绳、钢绞线、平行钢丝束、刚性吊杆（少）绞线、平行钢丝束、刚性吊杆（少）布置形式：布置形式：等间距和等截面布

17、置等间距和等截面布置立面布置：立面布置：直吊索、斜吊索直吊索、斜吊索A、直吊索（美、日）、直吊索（美、日） B、斜吊索（欧洲）、斜吊索（欧洲） 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.5 索夹索夹 索夹安装于主缆索夹安装于主缆上，对主缆和吊索上，对主缆和吊索之间起联接作用，之间起联接作用，又对吊索和主缆起又对吊索和主缆起固定作用。固定作用。索夹索夹 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.6 主索鞍主索鞍支承主缆的重要构件。将主缆中的拉力以垂直力和水平力支承主缆的重要构件。将主缆中的拉力以垂直力和水平力的方式均匀地传到塔顶或锚碇支架处。的方式均匀地传到塔顶或锚碇支架处。主索鞍主

18、索鞍设置在桥塔顶部，将主缆荷载传到塔上。设置在桥塔顶部，将主缆荷载传到塔上。塔顶主鞍座塔顶主鞍座 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.7 散索鞍散索鞍散索鞍散索鞍设置锚碇支架处，目的是改变主缆索的方向，把主设置锚碇支架处，目的是改变主缆索的方向，把主缆钢丝绳股分散开来，引入各自的锚固位置。缆钢丝绳股分散开来，引入各自的锚固位置。 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.8 加劲梁加劲梁主要提供桥面行车、行人等。主要提供桥面行车、行人等。防止桥面发生过大的挠曲变形和扭转变形。防止桥面发生过大的挠曲变形和扭转变形。是承受桥面活载、风荷载和其他横向水平力的主要构件。是承受桥面活载

19、、风荷载和其他横向水平力的主要构件。 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.8 加劲梁加劲梁 悬索桥加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。主要有钢板梁、悬索桥加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。主要有钢板梁、钢桁梁、钢箱梁、混凝土箱梁。钢桁梁、钢箱梁、混凝土箱梁。汕头海湾桥混凝土加劲箱梁汕头海湾桥混凝土加劲箱梁钢桁梁（早期多用）钢桁梁（早期多用）扁平钢箱梁（今多用）扁平钢箱梁（今多用）钢板梁（早期个别中小跨径用）钢板梁（早期个别中小跨径用） 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.8 加劲梁加劲梁钢箱梁截面基本上由四部分组成：上翼缘板、下翼缘板、钢箱梁截面基本上由四部分组成：上翼缘

20、板、下翼缘板、腹板和加劲构件。上翼缘板兼做桥面板之用。腹板和加劲构件。上翼缘板兼做桥面板之用。为增加加劲梁的整体性，往往采用由桥面钢板、纵肋。横为增加加劲梁的整体性，往往采用由桥面钢板、纵肋。横肋焊接组成的正交异性钢桥面板。肋焊接组成的正交异性钢桥面板。 9.2 悬索桥的结构组成悬索桥的结构组成9.2.8 加劲梁加劲梁钢桁梁由主桁架、纵向水平联结和横向联结、桥面系组成钢桁梁由主桁架、纵向水平联结和横向联结、桥面系组成的空间结构。的空间结构。主桁架是钢桁梁的主要承重构件，由上、下弦杆和腹杆组主桁架是钢桁梁的主要承重构件，由上、下弦杆和腹杆组成。弦杆和腹杆采用成。弦杆和腹杆采用H形或闭合断面。形或

21、闭合断面。 9.3 悬索桥的设计构思悬索桥的设计构思9.3.1 总体布置总体布置悬索桥的总体布置首先应研究地形、地质、水文及接线悬索桥的总体布置首先应研究地形、地质、水文及接线等条件限制，从而决定采用何种形式的悬索桥进行总体等条件限制，从而决定采用何种形式的悬索桥进行总体布置。布置。针对选定的桥型进一步确定悬索桥的针对选定的桥型进一步确定悬索桥的边中跨比、垂跨比、边中跨比、垂跨比、吊索间距、加劲梁高宽尺寸吊索间距、加劲梁高宽尺寸等。等。l1、跨径布置、跨径布置悬索桥跨径宜控制在悬索桥跨径宜控制在500-2000m之间，目前在建的最大之间，目前在建的最大跨径悬索桥是跨径悬索桥是3300m的墨西拿

22、海峡大桥。的墨西拿海峡大桥。悬索桥悬索桥跨径布置跨径布置边中跨比边中跨比L1：L= 0.20.5 9.3 悬索桥的设计构思悬索桥的设计构思9.3.1 总体布置总体布置l2、主缆垂跨比、主缆垂跨比是指主缆在主孔内的垂度是指主缆在主孔内的垂度 f 与主孔的跨度与主孔的跨度 L 之比。之比。垂跨比的大小一方面对主缆中的拉力有很大的影响，另垂跨比的大小一方面对主缆中的拉力有很大的影响，另一方面对悬索桥的整体（横向和竖向）刚度有明显的影一方面对悬索桥的整体（横向和竖向）刚度有明显的影响，响，垂跨比越小，刚度越大。垂跨比越小，刚度越大。设计时需结合整体刚度和主缆用钢量选取合适的垂跨比。设计时需结合整体刚度

23、和主缆用钢量选取合适的垂跨比。悬索桥悬索桥垂跨比垂跨比f：L= 1/91/12 9.3 悬索桥的设计构思悬索桥的设计构思9.3.1 总体布置总体布置l3、吊索间距、吊索间距吊索间距决定了吊杆的截面、加劲梁的横肋间距等。吊索间距决定了吊杆的截面、加劲梁的横肋间距等。直接影响索夹设计。直接影响索夹设计。须考虑梁段分块运输和吊装能力。须考虑梁段分块运输和吊装能力。跨径越大，吊索间距也增大。跨径越大，吊索间距也增大。悬索桥悬索桥吊索间距吊索间距一般取一般取58m，跨径增大间，跨径增大间距增大，最大可达距增大，最大可达20m。 9.3 悬索桥的设计构思悬索桥的设计构思9.3.1 总体布置总体布置l4、加

24、劲梁的尺寸、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。加劲梁的尺寸主要是确定加劲梁的高度和宽度。桁架式桁架式加劲梁加劲梁梁高梁高高跨比高跨比h=814mh：L= 1/701/180箱形箱形加劲梁加劲梁梁高梁高高宽比高宽比高跨比高跨比h=2.54.5m h：B= 1/71/11 h：L= 1/3001/400抗风稳定性需要抗风稳定性需要 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算l悬索桥的设计计算过程悬索桥的设计计算过程否否是是 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算 精确合理地确定悬索桥精确合理地确定悬索桥成桥内力状态与构形成桥内力状态与构形； 合理确定悬索桥合理确定悬索桥施工阶段的受力状态与构形

25、施工阶段的受力状态与构形，以期在成，以期在成桥时满足设计要求；桥时满足设计要求； 精确分析悬索桥运营阶段在精确分析悬索桥运营阶段在活载活载及其它附加荷载作用下及其它附加荷载作用下的静力响应。的静力响应。 悬索桥的设计计算要根据不同的结构形式、不同的设计悬索桥的设计计算要根据不同的结构形式、不同的设计阶段、不同的计算内容和要求来选用不同的力学模式和阶段、不同的计算内容和要求来选用不同的力学模式和计算理论。计算理论。基本上以计算主缆为主。基本上以计算主缆为主。 l悬索桥的设计计算内容悬索桥的设计计算内容 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算l悬索桥的分析理论悬索桥的分析理论 悬索桥计算理论的发展与悬索

26、桥自身的发展有着密切联悬索桥计算理论的发展与悬索桥自身的发展有着密切联系，竖向荷载作用下悬索桥分析理论为：系，竖向荷载作用下悬索桥分析理论为： 早期，结构分析采用连续体的早期，结构分析采用连续体的线弹性理论线弹性理论。由于桥跨小，索。由于桥跨小，索自重较轻，结构刚度主要由加劲梁提供。自重较轻，结构刚度主要由加劲梁提供。中期中期(1877)，随着跨度的增加，梁的刚度相对降低，采用考，随着跨度的增加，梁的刚度相对降低，采用考虑位移影响的虑位移影响的挠度理论挠度理论 。现代悬索桥分析采用非线性有限元理论的现代悬索桥分析采用非线性有限元理论的有限位移理论有限位移理论。 基本假定：基本假定：（1）主缆为

27、柔性索，不计弯曲刚度。）主缆为柔性索，不计弯曲刚度。（2）加劲梁恒载由主缆承担。）加劲梁恒载由主缆承担。（3）在主缆吊梁段，主缆、索夹、吊索和加劲梁自重等都）在主缆吊梁段，主缆、索夹、吊索和加劲梁自重等都等效为均布荷载等效为均布荷载q ；在无梁段，主缆自重沿索长均匀分布。；在无梁段，主缆自重沿索长均匀分布。重力式锚碇重力式锚碇l1、成桥状态的近似计算、成桥状态的近似计算 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算9.4.1 主缆索段基本方程主缆索段基本方程 8.1 悬索桥的设计与分析理论悬索桥的设计与分析理论8.1.2 悬索桥作为连续体的静力分析悬索桥作为连续体的静力分析l2、成桥状态计算的主要内容、成

28、桥状态计算的主要内容主缆设计计算步骤：主缆设计计算步骤： 导出主缆成桥态的导出主缆成桥态的线形、张力以及几何长度线形、张力以及几何长度的计算公式；的计算公式； 扣除加劲梁恒载作用下主缆产生的弹性伸长量，得到主缆自扣除加劲梁恒载作用下主缆产生的弹性伸长量，得到主缆自由悬挂态的缆长，即由悬挂态的缆长，即自重索长自重索长； 在索鞍两边无应力索长不变的情况下，用主缆在空挂状态塔在索鞍两边无应力索长不变的情况下，用主缆在空挂状态塔顶左、右水平力相等的条件求顶左、右水平力相等的条件求索鞍预偏量索鞍预偏量；1) 由自由悬挂状态下的缆长扣除主缆自重产生的弹性伸长，得由自由悬挂状态下的缆长扣除主缆自重产生的弹性

29、伸长，得到到主缆无应力长度主缆无应力长度。以中跨为例，说明成桥状态的计算以中跨为例，说明成桥状态的计算。 为了使主塔在施工过程为了使主塔在施工过程中始终处于低弯矩状态，中始终处于低弯矩状态，从挂索开始就必须使鞍从挂索开始就必须使鞍座有一个座有一个预偏量预偏量，并在，并在施工过程中对它进行不施工过程中对它进行不断调整。断调整。 8.1 悬索桥的设计与分析理论悬索桥的设计与分析理论8.1.2 悬索桥作为连续体的静力分析悬索桥作为连续体的静力分析以中跨为例，说明成桥状态的计算以中跨为例，说明成桥状态的计算 1) 中跨主缆索形与张力计算中跨主缆索形与张力计算 图示，中跨主缆微小单元图示，中跨主缆微小单

30、元dx与主缆竖向分力的平衡条件为：与主缆竖向分力的平衡条件为：0)sin(qdxTdqqqHTcosdxdyHtgHHTqqqqsincossinqdxydHq22(2) (3) (1) 所以有：所以有： 1) 中跨主缆索形与张力计算中跨主缆索形与张力计算 若座标系如图选取，式若座标系如图选取，式(3)的解为：的解为：(4) )(42xlxlfy式中：式中：f 为索端连线在跨中到主缆的竖向距离，即矢高；为索端连线在跨中到主缆的竖向距离，即矢高； l 为跨径；为跨径； Hq为主缆水平力为主缆水平力 式式(4)是一抛物线方程，用这种方法计算主缆也称抛物是一抛物线方程，用这种方法计算主缆也称抛物线法

31、。线法。 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算9.4.1 主缆索段基本方程主缆索段基本方程1) 中跨主缆索形与张力计算中跨主缆索形与张力计算 (5) 将式将式(4)代入式代入式(3)，得：，得： 可知：成桥态主缆水平分力处处相等。可知：成桥态主缆水平分力处处相等。对于不吊梁的主缆段，其索形为悬链线。对于不吊梁的主缆段，其索形为悬链线。用抛物线法确定的索形是近似的用抛物线法确定的索形是近似的。 8fqlH=2 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算9.4.1 主缆索段基本方程主缆索段基本方程2) 中跨主缆成桥态和自由悬挂态的中心索长计算中跨主缆成桥态和自由悬挂态的中心索长计算 根据中跨索形方程根据中跨索形

32、方程(4)积分，可得成桥态主缆中心积分，可得成桥态主缆中心线有应力索长为：线有应力索长为： (6) 将（将（6）展开为级数形式，则：）展开为级数形式，则： S=l(1+8/3 n2 32/5 n4 + . ) 其中其中: n=f/l，为矢跨比；，为矢跨比；S为索长。为索长。)161 (4ln8)161 (22/122/12nnnlnlS(7) 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算9.4.1 主缆索段基本方程主缆索段基本方程(8) 加劲梁自重作用下加劲梁自重作用下主缆产生的弹性伸长量为：主缆产生的弹性伸长量为： 式中：式中：H=ql2/8f，为恒载引起的主缆近似水平拉力；，为恒载引起的主缆近似水平拉

33、力； Ec为主缆弹性模量；为主缆弹性模量；Ac为主缆面积。为主缆面积。 成桥态缆长扣除加劲梁自重引起的主缆弹性伸长量，可成桥态缆长扣除加劲梁自重引起的主缆弹性伸长量，可得自由悬挂态的缆长为：得自由悬挂态的缆长为： S1 = SS1 )3161 ()1 (2021nAEHldxyAEHScclcc(9) 2) 中跨主缆成桥态和自由悬挂态的中心索长计算中跨主缆成桥态和自由悬挂态的中心索长计算 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算9.4.1 主缆索段基本方程主缆索段基本方程 主缆自由悬挂状态下，索形为主缆自由悬挂状态下，索形为悬链线悬链线。取中跨曲线最低。取中跨曲线最低点为坐标原点，则对称悬链线方程为：

34、点为坐标原点，则对称悬链线方程为： (11) (10) 式中：式中： c=H/q；H为索力水平投影；为索力水平投影；q为主缆每延米重。为主缆每延米重。 主缆自重主缆自重引起的弹性伸长量为：引起的弹性伸长量为： 3) 主缆与吊索的无应力索长计算主缆与吊索的无应力索长计算 ) 1(cxchcy202202)(2)1 (2cos12lCCCClCCclcshlAEHdxyAEHdsAEHS 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算9.4.1 主缆索段基本方程主缆索段基本方程3) 主缆与吊索的无应力索长计算主缆与吊索的无应力索长计算 主缆无应力长度主缆无应力长度为为: S0=S S1 S2 根据成桥状态主缆的

35、几何线型、桥面线型，求得各吊索根据成桥状态主缆的几何线型、桥面线型，求得各吊索的有应力长度，扣除弹性伸长量，即得的有应力长度，扣除弹性伸长量，即得吊索无应力长度。吊索无应力长度。 (12) 9.4 悬索桥的计算悬索桥的计算9.4.1 主缆索段基本方程主缆索段基本方程 9.5 悬索桥施工悬索桥施工 施工顺序施工顺序锚碇、桥塔、主缆、吊索、加劲梁、桥面锚碇、桥塔、主缆、吊索、加劲梁、桥面 锚碇锚碇基础施工基础施工 桥塔桥塔混凝土：滑模施工；钢：拼装连接混凝土：滑模施工；钢：拼装连接 主缆主缆空中送丝法，预制平行丝股法空中送丝法，预制平行丝股法 空中送丝法空中送丝法：空中编制主缆，猫道等设备，调丝、

36、：空中编制主缆，猫道等设备，调丝、调股、紧缆、缠缆等工序调股、紧缆、缠缆等工序 预制平行丝股法预制平行丝股法：丝股工厂制造，工地就位形成大：丝股工厂制造，工地就位形成大缆缆 加劲梁加劲梁悬臂安装（桁架梁）或梁段提升（浮运就位悬臂安装（桁架梁）或梁段提升（浮运就位后），连同吊索安装后），连同吊索安装地锚式悬索桥地锚式悬索桥地锚式悬索桥地锚式悬索桥在主缆之下、平行于主缆的线形临时施工便道，在主缆之下、平行于主缆的线形临时施工便道，是主缆系统乃至悬索桥整个上部结构的施工平台。施工人员是主缆系统乃至悬索桥整个上部结构的施工平台。施工人员在猫道上完成诸如索股牵引、调股、整形入鞍、挤紧、索夹在猫道上完成诸

37、如索股牵引、调股、整形入鞍、挤紧、索夹及吊索安装、箱梁吊装及工地连接、主缆缠丝、防护涂装等及吊索安装、箱梁吊装及工地连接、主缆缠丝、防护涂装等重要任务。重要任务。上下游各一条，断面通上下游各一条，断面通常呈常呈U型，狭长且有一些摇型，狭长且有一些摇晃，故称晃，故称“猫道猫道”，英文为，英文为Catway 。它是悬索桥施工它是悬索桥施工中极其重要的临时设施，大中极其重要的临时设施，大桥竣工后将被拆除。桥竣工后将被拆除。 9.5 悬索桥施工悬索桥施工地锚式悬索桥地锚式悬索桥悬索桥安装流程悬索桥安装流程 9.5 悬索桥施工悬索桥施工地锚式悬索桥地锚式悬索桥l主塔施工布置主塔施工布置 塔吊塔吊 电梯电

38、梯 塔顶门架塔顶门架 塔顶平台塔顶平台 猫道锚固支承猫道锚固支承 承台面设施承台面设施门架门架平台平台电梯电梯塔吊塔吊 9.5 悬索桥施工悬索桥施工地锚式悬索桥地锚式悬索桥l锚碇施工布置锚碇施工布置 散索鞍门架散索鞍门架 主缆锚固系统安装主缆锚固系统安装 锚头牵引张拉系统锚头牵引张拉系统 索盘运输存放场布置索盘运输存放场布置 锚碇锚后主缆牵引布置锚碇锚后主缆牵引布置 锚碇锚后主缆放索场布置锚碇锚后主缆放索场布置 9.5 悬索桥施工悬索桥施工地锚式悬索桥地锚式悬索桥 主鞍座安装主鞍座安装l鞍座安装鞍座安装主鞍座安装主鞍座安装l主索鞍包括鞍体、底座、主索鞍附件、主索鞍包括鞍体、底座、主索鞍附件、格

39、栅及反力架、鞍罩、塔顶上斜梯及平格栅及反力架、鞍罩、塔顶上斜梯及平台、检修道支架等台、检修道支架等l吊装塔顶格栅及反力架，精确定位后，吊装塔顶格栅及反力架，精确定位后，浇筑格栅混凝土。浇筑格栅混凝土。l按照鞍座底板、前后鞍体顺序依次吊装。按照鞍座底板、前后鞍体顺序依次吊装。l底板面按设计涂减摩剂，确保能顶推。底板面按设计涂减摩剂，确保能顶推。l鞍体分段起吊，在塔顶用高强度螺栓连鞍体分段起吊，在塔顶用高强度螺栓连成整体；成整体；l主索鞍安装就位时，将主索鞍安装在预主索鞍安装就位时，将主索鞍安装在预偏位置上临时固定，其后随主缆加载过偏位置上临时固定，其后随主缆加载过程按设计和监控要求逐步顶推调整和

40、固程按设计和监控要求逐步顶推调整和固定。定。l主索鞍安装就位并在上部结构安装完成主索鞍安装就位并在上部结构安装完成后，割除反力架及格栅悬出部分，补浇后，割除反力架及格栅悬出部分，补浇索塔缺口混凝土，安装鞍罩。索塔缺口混凝土，安装鞍罩。 9.5 悬索桥施工悬索桥施工地锚式悬索桥地锚式悬索桥l鞍座安装鞍座安装散索鞍安装散索鞍安装散索鞍散索鞍包包括鞍体、底座、散索鞍附括鞍体、底座、散索鞍附件、检修道斜梯等件、检修道斜梯等拼焊底板格栅支架，安装底板隔栅，拼焊底板格栅支架，安装底板隔栅，精确定位后浇筑底板格栅混凝土。精确定位后浇筑底板格栅混凝土。安装散索鞍底座，与底板上预埋螺安装散索鞍底座，与底板上预埋

41、螺杆栓接就位。杆栓接就位。在支墩顶安装临时支架；在支墩顶安装临时支架；吊装散索鞍体，将散索鞍调整至空吊装散索鞍体，将散索鞍调整至空缆位置临时固定，其后随主缆加载缆位置临时固定，其后随主缆加载过程按图纸要求逐步调整、固定。过程按图纸要求逐步调整、固定。 9.5 悬索桥施工悬索桥施工散索鞍安装散索鞍安装地锚式悬索桥地锚式悬索桥l导索安装导索安装主缆安装是由小到大编织而成，主缆安装是由小到大编织而成，一般在两锚之间架设一般在两锚之间架设导索和牵引索导索和牵引索，上、下游主缆各架设上、下游主缆各架设1根导索和牵引根导索和牵引系统。系统。导索是悬索桥第导索是悬索桥第1根索根索，它的粗细由拽拉安装第，它的粗细由拽拉安装第2根牵根牵引引索的支承重量确定，按高低支承的悬索计算。索的支承重量确定，按高低支承的悬索计算。 9.5 悬索桥施工悬索桥施工地锚式悬索桥地锚式悬索桥l主缆架设主缆架设 拽拉器牵引拽拉器牵引 控制点对位控制点对位 鞍座段整形鞍座段整形 吊装对位入鞍扣紧锁定吊装对位入鞍扣紧锁定 锚头牵引张拉锚固锚头牵引张拉锚固 基准束调束控制基准束调束控制 平行束