[PPT]悬索桥结构

1、悬索桥主要内容 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。优点与缺点作为主要承重构件的主缆具有合理的受力在构件设计方面，悬索桥的主缆,锚碇和桥塔三项主要承重构件在扩充其面积或承载能力方面所遇到的困难比较小。方式。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。主缆构成了现成的悬吊式脚手架。由于悬索桥是柔性结构，刚度较小，可变作用会改变它的几何状态，引起桥跨结构产生较大的挠曲变形。在风荷载车辆冲击荷载作用下容易产生振动，稳定性差。与梁式桥的比

2、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。（3）刚度方面悬索桥：竖向刚度

3、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。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

4、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。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。）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

5、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。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。 悬索桥 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

6、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，

7、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。8.3 桥塔悬索桥构造特点桥塔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

8、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。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3090股，但每股所含丝数n2多达4005

9、00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100300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。 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

10、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。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式两种，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。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

11、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。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1/21/4；耗钢量也较少。但钢

12、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。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。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

13、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。 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。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