第十三章悬索桥简介

1、 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 悬索桥的历史与发展悬索桥的历史与发展 第三节第三节 湖南矮寨悬索桥简介湖南矮寨悬索桥简介悬索桥是一种适合于特大跨度的桥型。它以悬索桥是一种适合于特大跨度的桥型。它以大缆大缆（或叫主（或叫主缆、主索）、缆、主索）、锚碇锚碇和和塔塔作为主要构件；以加劲梁、吊索、作为主要构件；以加劲梁、吊索、鞍座等作为辅助构件鞍座等作为辅助构件同其他桥型相比，同其他桥型相比，跨度越大，悬索桥的优势越明显。跨度越大，悬索桥的优势越明显。l主要是承重构件的大缆具有非常合理的受力（主要是承重构件的大缆具有非常合理的受力（受拉受拉）方式。方式。l在材料用量和截面设计方面、构件设计及施

2、工方面都在材料用量和截面设计方面、构件设计及施工方面都有着较大的优势。有着较大的优势。l由于其跨度大，常可一跨过江过河，避免修建深水桥由于其跨度大，常可一跨过江过河，避免修建深水桥墩和基础，且满足通航要求。墩和基础，且满足通航要求。l跨度大，其构件显得特别柔细，外形美观，大跨度悬跨度大，其构件显得特别柔细，外形美观，大跨度悬索桥所在地几乎都成为重要的旅游景点。索桥所在地几乎都成为重要的旅游景点。主要缺点：主要缺点：l悬索是柔性结构，刚度较小，活载作用，会改悬索是柔性结构，刚度较小，活载作用，会改变几何形状，引起桥跨结构产生较大的挠曲变变几何形状，引起桥跨结构产生较大的挠曲变形；形；l在风荷载、

3、车辆冲击荷载作用下容易产生振动。在风荷载、车辆冲击荷载作用下容易产生振动。 共同之处共同之处两者的缆索都采用高强材料，受力合理；两者的缆索都采用高强材料，受力合理；两桥式均适于大跨度；两桥式均适于大跨度；两桥式的柔度和变形均较大，其抗风及振动问两桥式的柔度和变形均较大，其抗风及振动问题都必须予以重视。题都必须予以重视。结构受力方面结构受力方面。悬索桥主要靠。悬索桥主要靠大缆受力大缆受力，加劲梁，加劲梁只是局部承受荷载，采用地锚体系时，加劲梁只是局部承受荷载，采用地锚体系时，加劲梁不不受轴向力受轴向力，靠调整，靠调整矢跨比矢跨比改变主缆的恒载内力。改变主缆的恒载内力。斜拉桥是主梁与斜索斜拉桥是主

4、梁与斜索共同受力共同受力，主梁中存在，主梁中存在较大较大轴向力轴向力，直接通过张拉斜拉索调整索的恒载内力。，直接通过张拉斜拉索调整索的恒载内力。材料方面。材料方面。悬索桥加劲梁大部采用钢材。斜拉桥悬索桥加劲梁大部采用钢材。斜拉桥主梁可以是钢梁，也可以是混凝土梁，还可以是主梁可以是钢梁，也可以是混凝土梁，还可以是结合梁或混合梁。结合梁或混合梁。刚度方面。刚度方面。悬索桥的竖向刚度主要由大缆提供，悬索桥的竖向刚度主要由大缆提供，调整其竖向刚度的方法主要靠调整大缆的恒载拉调整其竖向刚度的方法主要靠调整大缆的恒载拉力；斜拉桥的竖向刚度由拉索与主梁共同提供，力；斜拉桥的竖向刚度由拉索与主梁共同提供，主梁

5、刚度影响较大，可通过该变结构的布置形式主梁刚度影响较大，可通过该变结构的布置形式的办法来调整其竖向刚度。的办法来调整其竖向刚度。施工方面。施工方面。悬索桥的施工顺序为：锚碇、桥塔、悬索桥的施工顺序为：锚碇、桥塔、大缆、吊索、加劲梁，施工不复杂，结构线形主大缆、吊索、加劲梁，施工不复杂，结构线形主要由大缆线形和吊索长度控制。斜拉桥施工中拉要由大缆线形和吊索长度控制。斜拉桥施工中拉索与主梁交替悬臂伸出，施工时结构体系发生多索与主梁交替悬臂伸出，施工时结构体系发生多次转换，需严格控制结构线形和拉索拉力。次转换，需严格控制结构线形和拉索拉力。1.大缆大缆大缆的两种形式：大缆的两种形式： 钢丝绳钢丝绳

6、小跨度小跨度 平行钢丝束平行钢丝束 各种跨度各种跨度其架设方法分为其架设方法分为空中送丝法空中送丝法和和预制平行预制平行丝股法丝股法。 空中送丝法（空中送丝法（AS法法) )：在施工现场通过移动的在施工现场通过移动的纺轮在空中编丝而成。纺轮在空中编丝而成。 预制平行丝股法（预制平行丝股法（PS法）：法）：预先在工厂按规预先在工厂按规定的钢丝根数及长度制作成丝股，并做好锚头，定的钢丝根数及长度制作成丝股，并做好锚头，绕在丝股盘上，然后运到现场通过牵引系统架绕在丝股盘上，然后运到现场通过牵引系统架设到设计位置。设到设计位置。 不许采用麻芯绳，非封闭的钢丝绳必须镀锌；不许采用麻芯绳，非封闭的钢丝绳必

7、须镀锌； 必须全部施预应力，以消除结构的非弹性延伸。必须全部施预应力，以消除结构的非弹性延伸。 钢丝绳回扭性要小。钢丝绳回扭性要小。 钢丝绳由丝捻成股，然后由股捻成绳。一般是钢丝绳由丝捻成股，然后由股捻成绳。一般是7股股绳，每股丝数可分为绳，每股丝数可分为7、19、37和和61等。等。 钢丝绳的弹性模量低，股是丝的钢丝绳的弹性模量低，股是丝的0，85倍，绳是股倍，绳是股的的0.85倍。倍。丝捻成股的捻向与由股丝捻成股的捻向与由股捻成绳的捻向相反。捻成绳的捻向相反。 索力大，钢丝数目多，钢丝多采用索力大，钢丝数目多，钢丝多采用5mm5mm左右的镀左右的镀锌冷拔低碳钢丝。锌冷拔低碳钢丝。 由平行钢

8、丝组成丝股，再由若干丝股组成大缆，由平行钢丝组成丝股，再由若干丝股组成大缆，各丝股受力较均匀。各丝股受力较均匀。六边形六边形圆形圆形 优点：优点：（1 1）主跨在）主跨在500m500m以上时，工费比其他形式便宜；以上时，工费比其他形式便宜；（2 2）大缆的弹性模量大，一般与单根钢丝相当；）大缆的弹性模量大，一般与单根钢丝相当；（3 3）大缆的延伸率小；）大缆的延伸率小；（4 4）大缆截面内的应力分布非常均匀；）大缆截面内的应力分布非常均匀；（5 5）单位有效截面积的拉力强度最大，疲劳强度高；）单位有效截面积的拉力强度最大，疲劳强度高；大缆的矢跨比大缆的矢跨比l大缆的矢高与跨度之比称为大缆的矢

9、高与跨度之比称为矢跨比矢跨比。矢跨比越。矢跨比越小，大缆中的恒载内力就越大，其刚度就越大。小，大缆中的恒载内力就越大，其刚度就越大。l桁式加劲梁的悬索桥矢跨比比较大，梭状扁平桁式加劲梁的悬索桥矢跨比比较大，梭状扁平钢箱加劲梁的矢跨比比较小。钢箱加劲梁的矢跨比比较小。l矢跨比的选择主要从结构布置、经济合理、美矢跨比的选择主要从结构布置、经济合理、美观和结构抗风稳定性等综合考虑。观和结构抗风稳定性等综合考虑。 桥塔也称主塔桥塔也称主塔，它是支承大缆的重要构件。，它是支承大缆的重要构件。 桥塔按结构受力分为桥塔按结构受力分为刚性塔、柔性塔刚性塔、柔性塔和和摆柱式摆柱式三种。三种。 刚性塔需在主鞍座下

10、设辊轴，使鞍座能够沿纵刚性塔需在主鞍座下设辊轴，使鞍座能够沿纵向移动；柔性塔鞍座固定于塔顶，由塔的弹性向移动；柔性塔鞍座固定于塔顶，由塔的弹性变形来适应鞍座的线位移。变形来适应鞍座的线位移。大跨度悬索桥的桥大跨度悬索桥的桥塔通常采用柔性塔塔通常采用柔性塔。 悬索桥大缆两端的锚固方式有悬索桥大缆两端的锚固方式有地锚地锚与与自锚自锚两种。两种。 地锚分地锚分重力式重力式和和隧洞式隧洞式两种。两种。 悬索桥加劲梁的作用小于斜拉桥，现在多采用悬索桥加劲梁的作用小于斜拉桥，现在多采用钢结构，一般采用桁架梁或梭状扁平钢箱梁。钢结构，一般采用桁架梁或梭状扁平钢箱梁。 梭状扁平钢箱梁：梭状扁平钢箱梁：建筑高度

11、小，自重较轻，用建筑高度小，自重较轻，用钢量省，结构抗风性能好。钢量省，结构抗风性能好。 为保证传力途径安全可靠，需在大缆上安装索夹。为保证传力途径安全可靠，需在大缆上安装索夹。吊耳吊耳 传统吊索都是垂直的，但从英国的塞文桥开始使传统吊索都是垂直的，但从英国的塞文桥开始使用斜吊索用斜吊索.目的是为了提高大跨度悬索桥振动时的目的是为了提高大跨度悬索桥振动时的结构阻尼值结构阻尼值。 鞍座鞍座是设在塔顶及桥台上直接支承大缆荷载传递是设在塔顶及桥台上直接支承大缆荷载传递给塔及桥台的装置。设在塔顶的叫给塔及桥台的装置。设在塔顶的叫主鞍主鞍。1.601.60年代以前在美国的发展年代以前在美国的发展l布鲁克

12、林桥布鲁克林桥: :1.1.花岗岩砌筑的塔柱；花岗岩砌筑的塔柱；2.2.从锻铁到现代钢材、从锻铁到现代钢材、钢丝钢丝 3.3.设计主要凭经验；设计主要凭经验；4.4.纽约的象征。纽约的象征。l曼哈顿桥：曼哈顿桥：在内力分析中，第一次采用考虑非线性的在内力分析中，第一次采用考虑非线性的“挠挠度理论度理论”（指在内力分析中把大缆因变形所致的挠度考虑（指在内力分析中把大缆因变形所致的挠度考虑进去）做实桥设计，从而认识到降低梁高可使梁所受弯矩进去）做实桥设计，从而认识到降低梁高可使梁所受弯矩减少。减少。布鲁克林桥布鲁克林桥: : 18831883年修建，跨度年修建，跨度486.5m486.5m布鲁克林

13、桥布鲁克林桥 威廉姆斯堡桥威廉姆斯堡桥 曼哈顿桥曼哈顿桥曼哈顿桥曼哈顿桥: : 19091909年修建，跨度年修建，跨度448m448m 乔治乔治华盛顿桥：华盛顿桥：19311931年完成主跨达年完成主跨达1067m1067m的一期工程，的一期工程，世界上第一座跨度超过世界上第一座跨度超过1000m1000m的桥梁。的桥梁。 19401940年在华盛顿州建成主跨为年在华盛顿州建成主跨为853m853m的塔科马老的塔科马老桥。此桥的加劲梁不是钢桁梁而是下承式桥。此桥的加劲梁不是钢桁梁而是下承式( (半半穿式穿式) )钢板梁。由于加劲梁断面抗风稳定性差，钢板梁。由于加劲梁断面抗风稳定性差，在建成当

14、年的在建成当年的1111月月7 7日近中午的时候被风吹断。日近中午的时候被风吹断。 因此，整个因此，整个4040年代，美国几乎没有修建悬索桥。年代，美国几乎没有修建悬索桥。新塔科马海峡桥：新塔科马海峡桥：2020世纪世纪5050年代，年代，风洞试验的兴起风洞试验的兴起 美国美国 19641964年，年， 超金门超金门的的维拉扎诺海峡桥维拉扎诺海峡桥(1298m)(1298m)保持了保持了1717年，年， 6060年代以后，美国修建的悬索桥较少，但在整年代以后，美国修建的悬索桥较少，但在整个个2020世纪，悬索桥最多的国家还是美国。世纪，悬索桥最多的国家还是美国。 美国悬索桥的构造特点（美国悬索

15、桥的构造特点（美国流派美国流派）：）： 钢结构主塔；钢结构主塔； 垂直吊索；垂直吊索； 非连续的桁架式加劲梁；非连续的桁架式加劲梁； 钢筋混凝土桥面板；钢筋混凝土桥面板； 铸钢鞍座和眼杆锚拉杆。铸钢鞍座和眼杆锚拉杆。 欧洲最早的大跨度悬索桥：欧洲最早的大跨度悬索桥： 英国英国19641964年，年， 苏格兰苏格兰 1006m 1006m 福斯公路桥福斯公路桥 19661966年，英国，年，英国，988m 988m ，首次钢箱梁，首次钢箱梁 斜吊索斜吊索 塞文桥。塞文桥。 葡萄牙葡萄牙 19661966年年 首都里斯本首都里斯本 1013m1013m的的4 4月月2525日日大桥大桥 19811

16、981年英国年英国 1410m 1410m 恒比尔桥恒比尔桥。英国流派：英国流派：代表作：代表作： 塞文桥塞文桥和和恒比尔桥恒比尔桥特点：特点： 梭装扁平钢箱梁梭装扁平钢箱梁和和斜吊索斜吊索 日本在日本在7070年代开始大跨度悬索桥的实践年代开始大跨度悬索桥的实践 如：如：19731973年年 712m712m的的关门桥关门桥 19771977年年 长崎长崎 465m465m的平户桥的平户桥 儿岛一坂出线上的儿岛一坂出线上的南备赞大桥南备赞大桥( (1100m1100m，19881988年年) )和和北备赞大桥北备赞大桥(990m(990m，19881988年年) ) 1998 1998年建成

17、的明石海峡桥，跨度达年建成的明石海峡桥，跨度达1990m1990m，创下，创下了了2020世纪桥梁跨度的世界纪录。世纪桥梁跨度的世界纪录。 桁式加劲梁桁式加劲梁，垂直吊索垂直吊索和和钢索塔钢索塔 在大缆施工上，用在大缆施工上，用预制平行丝股法预制平行丝股法代替欧美广代替欧美广泛使用的泛使用的空中送丝法空中送丝法 我国大跨度悬索桥的建设始于我国大跨度悬索桥的建设始于9090年代年代如：如：主跨为主跨为1385m1385m的的江阴长江大桥江阴长江大桥，世界第四。，世界第四。 19981998年年 主跨为主跨为1377m1377m的的香港青马大桥香港青马大桥 第五第五位。位。 主跨为主跨为648m6

18、48m的的厦门海沧大桥厦门海沧大桥、主跨为、主跨为900m900m的的西陵长江大桥西陵长江大桥、888m888m的的广东虎门大桥广东虎门大桥及及452m452m的的广东广东汕头海湾大桥汕头海湾大桥，主跨为主跨为960m960m的湖北的湖北宜昌长宜昌长江大桥江大桥与重庆市主跨为与重庆市主跨为612m612m鹅公岩长江大桥。鹅公岩长江大桥。江阴长江大桥江阴长江大桥 世界第四世界第四香港青马大桥 第第 五五 位位 我国我国对加劲梁基本上都接受了对加劲梁基本上都接受了英国流派英国流派的流线的流线型扁平钢箱梁型式，对吊索仍保持型扁平钢箱梁型式，对吊索仍保持美国流派美国流派的的竖直形式。竖直形式。第三节第

19、三节 湖南矮寨悬索桥简介湖南矮寨悬索桥简介 吉首矮寨特大悬索桥是国家高速公路重点规划吉首矮寨特大悬索桥是国家高速公路重点规划的的8 8条西部公路大通道条西部公路大通道长沙至重庆高速公长沙至重庆高速公路的控制性工程，是世界上跨越峡谷最大的钢路的控制性工程，是世界上跨越峡谷最大的钢桁梁悬索桥。悬索桥位于湘西大山中，在矮寨桁梁悬索桥。悬索桥位于湘西大山中，在矮寨镇上空镇上空335335米处跨越德夯大峡谷，右侧为著名米处跨越德夯大峡谷，右侧为著名风景旅游区德夯，左侧则是中国著名的风景旅游区德夯，左侧则是中国著名的“公路公路奇观奇观”209209国道矮寨盘山公路国道矮寨盘山公路. . 桥面设计标高与地面

20、高差达桥面设计标高与地面高差达330330米左右（中国米左右（中国第三）。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥第三）。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥 。 险要的地形，复杂的地质，多变的气候，吊装险要的地形，复杂的地质，多变的气候，吊装和运输的极大困难，让矮寨悬索桥面临巨大的和运输的极大困难，让矮寨悬索桥面临巨大的施工难度。施工难度。 最核心的技术难度就是主梁的架设。一根加劲最核心的技术难度就是主梁的架设。一根加劲梁重的有四五百吨，轻的也有两三百吨，没有梁重的有四五百吨，轻的也有两三百吨，没有水运条件，更没有公路交通大通道，又是在悬水运条件，更没有公路交通大通道，又是在悬崖上施工，施工技术含量、施工难度在国际上崖上施工，施工技术含量、施工难度在国际上都是罕见的都是罕见的 悬索桥的主跨为1176m,工程计划投入7.2亿元，占吉茶高速公路计划总投资的15%。2012年3月底，创4项世界第一的湖