悬索结构和膜结构施工技术交底

1悬索结结构的的形式式和特特点2悬索结结构的的构造造3悬索结结构施施工4悬索桥桥的构构造5悬索桥桥的施施工悬索结结构和和膜结结构施施工技技术交交底课程内内容悬索结结构：以一系列列受拉拉钢索索为主主要承承重构构件，，按照一一定规规律组组成各各种不不同形形式的的布置置方式式，并并悬挂在在边缘缘构件件或支支承结结构上上而形形成的的一种种空间间结构。。钢索索一般般采用用由高高强钢钢丝组组成的的钢丝丝束，，钢绞线线或钢钢线绳绳用圆圆钢筋筋或带带状的的薄钢钢板。。边缘缘构件或或支承承结构构用于于锚固固钢索索并承承受悬悬索的的拉力，其其结构构形式式可依依据建建筑物物不同同类型型采用用圈梁、拱拱、桁桁架或或框架架等。。3.1悬索结结构的的形式式和特特点3.1.1概述悬索结结构单层悬悬索结结构双层悬悬索结结构3.1.2悬索结结构的的分类类一、单单层悬悬索体体系:由一系系列按按一定定规律律布置置的单单根悬悬索组组成，，悬索索两端端锚挂挂在稳稳固的的支承承结构构上。。在悬悬索结结构中中，单单层悬悬索体体系在在构造造和理理论计计算上上都比比较简简单。。单层层悬索索体系系又可可细分分为单单层单单向悬悬索结结构、、单层层辐射射状悬悬索结结构和和单层层网状状悬索索结构构三种种。①单层单单向悬悬索结结构。。由一一群平平行走走向的的承重重索组组成，，并构构成单单曲下下凹屋屋面。。如图所所示：：图5-1单层单单向悬悬索结结构②单层辐辐射状状悬索索结构构。当当屋盖盖为圆圆形或或椭圆圆形平平面时时，悬悬索一一般按按辐射射状布布置，，整个个屋面面形成成下凹凹的旋旋转曲曲面，，悬索索支承承在周周边构构件受受压圈圈梁上上。如图所所示：：图5-2辐射式式布置置的单单层索索体系系③单层网网状悬悬索结结构。。网状状布置置的单单层索索形成成下凹凹的双双曲率率曲面面，两两个方方向的的索一一般是是正交交布置置，适适用于于圆形形、矩矩形等等各种种平面面。单单层网网状悬悬索结结构其其边缘缘构件件的弯弯矩大大于辐辐射式式布置置，但但省去去了中中心拉拉环。如图所所示：：图5-3网状布布置的的单层层索体体系图5-4淄博市市化纤纤厂的的单层层悬索索屋盖盖单层悬悬索体体系与与单根根悬索索相似似，其其稳定定性较较差：a)单层悬悬索体体系是是一种种可变变体系系，平平衡形形式随随荷载分分布方方式而而变。。b)单层悬悬索体体系抗抗风能能力差差。作作用在在屋盖盖上的的风力主要要是吸吸力，，而且且分布布不均均匀，，会引引起较较大的的机构性性位移移，降降低屋屋盖稳稳定性性。当当屋面面较轻轻时，，甚至可可被风风力掀掀起。。为增大大单层层悬索索体系系的稳稳定性性，一一般可可采取取如下下措施施：a)采用重重屋面面，如如装配配式钢钢筋混混凝土土屋面面板等等；b)采用预预应力力钢筋筋混凝凝土悬悬挂薄薄壳；；c)采用横横向加加劲构构件（（如图图5-5）。图5-5预应力力横向向加劲劲单层层索系系横向加加劲单单层索索系一一般有有三个个工作作阶段段：：a)第一阶阶段在在锚固固好的的索上上敷设设横向向构件件b)第二阶阶段为为预应应力阶阶段C)第三阶阶段为为荷载载阶段段横向加加劲单单层索索系不不但受受力合合理，，用料料经济济，施施工也也比较较方便便。我我国是是世界界上首首先成成功地地将预预应力力横向向加劲劲单层层索系系应用用于工工程实实践的的国家家之一一。先先后在在1989年、1992年建成成安徽徽省体体育馆馆、潮潮州体体育馆馆，上上海杨杨浦体体育馆馆等工工程。。如图所所示：：图5-6安徽省省体育育馆的的结构构示意意图双层悬悬索体体系是是由一一系列列下凹凹的承承重索索和上上凸的的稳定索以以及它它们之之间的的连系系杆组组成。。双层层索系系中的的每对承重重索、、稳定定索一一般位位于同同一竖竖向平平面，，二者者之间通过过受拉拉或受受压的的连系系杆相相连（（图5一8)，其外外形与受受力特特点类类似于于承受受横向向荷载载的传传统平平面桁桁架，所所以又又称为为索桁桁架。。二.预应力力双层层悬索索体系系图5一8预应力力双层层悬索索体系系的平平面布布置简简图图5一9预应力力双层层悬索索体系系的一一般形形式☆双层索索系的的布置置也有有平行行布置置、辐辐射式式布置置和网网状布布置三三种形形式:①双层单单向悬悬索结结构（（平行行布置置）。。双层层单向向悬索索结构构是由由一群群平行行走向向的索索桁架架组成成，图图5一10，多用用于矩矩形、、多边边形建建筑平平面，，并可可用于于单跨跨或多多跨建建筑结结构（（图5一11）。图5一10双层单单向悬悬索结结构图图5一11平行布布置的的多跨跨双层层索系系②双层辐辐射状状悬索索结构构。当当平面面为圆圆形时时，常常将承承重索索、稳稳定索索沿辐辐射状状布置置，周周边锚锚固在在受压压圈梁梁上，，中心心宜设设置受受拉环环。③双层双双向悬悬索结结构。。双层层双向向悬索索结构构是将将平面面索桁桁架沿沿相互互正交交的两两个方方向布布置的的结构构形式式鞍形索索网是是由相相互正正交，，曲率率相反反的承承重索索和稳定索索叠交交而形形成的的负高高斯曲曲率的的曲面面悬索索结构构。下凹的的钢索索为承承重索索，上上凸的的钢索索为稳稳定索索，两两组索在交交点处处相互互连接接在一一起，，索网网周边边悬挂挂在强强大的周边边构件件上。。常见见的鞍鞍形索索网形形式如如图21所示。。为了保保证索索网具具有足足够的的刚度度和稳稳定性性，必必须对索网网施加加预应应力。。由于于两组组索的的曲率率相反反，因因此可以对对其中中任意意一组组或同同时对对两组组索进进行张张拉，，均可实现现预应应力。。三.预应力力鞍形形索网网组合悬悬索结结构是是指将将悬索索体系系（索索网、、单层层索系系、双层索索系等等）与与中间间支承承结构构组合合在一一起而而形成成的一种新新型结结构。。中间间支承承结构构由于于要承承受较较大载载，因此多多采用用刚度度大，，受力力合理理的拱拱、刚刚架、、索拱拱体系等结结构形形式。。四.组合悬悬索结结构混合悬悬挂体体系是是由柔柔性悬悬索与与刚性性构件件组合合而成。在在这类类体系系中，，或用用钢索索悬挂挂其他他构件件，或或由钢索对对其他他构件件提供供附加加支点点，以以减轻轻这些些构件件的担；或或用刚刚性的的受弯弯构件件来加加强悬悬索的的稳定定性，，以减少不不均匀匀荷载载作用用下的的机构构性位位移。。混合合悬挂挂结构常见见的形形式有有索拱拱体系系、吊吊挂式式混合合结构构和斜斜拉式混合合结构构等。。★索拱体体系包包括平面索索拱体体系和鞍形索索拱体体系两种。五.混合悬悬挂体体系★吊挂式式混合合结构构应用用悬索索桥的的结构构原理理，用用一系系列吊吊杆把把刚性性的屋屋面构构件连连接在在悬索索，由由悬索索承担担大部部分刚刚性屋屋盖构构件荷荷载，，不仅仅节省省了结结构所所占空空间，，而且且总体体受力力较为为合理理。★斜拉式式混合合结构构应用用斜拉拉桥的的结构构原理理，由由塔柱柱顶部部挂下下斜拉拉索直直接与与刚性性的屋屋盖构构件相相连，，大部部分刚刚性屋屋盖构构件荷荷载经经斜拉拉索传传递到到塔柱柱，最最终传传至基基础。。①预应力力悬挂挂薄壳壳②悬挂薄薄膜结结构（钢悬悬膜结结构、、涂涂层织织物悬悬挂薄薄膜））六.悬挂薄薄壳与与薄膜膜结构构3.1.3悬索结结构的的特点点①受力合合理，，经济济性好好，悬悬索结结构依依靠高高强度度钢索索的轴轴向拉拉伸来来抵抗抗外荷荷载作作用，，最充充分地地利用用了钢钢材的的强度度，因因而可可以较较经济济地跨跨越很很大的的跨度度。②施工方方便。。③建筑造造型多多样、、美观观。④悬索结结构的的边缘缘构件件或支支承结结构受受力较较大，，一般般需要要强大大的截截面，，耗费费较多多的材材料，，而且且其刚刚度对对悬索索结构构的受受力影影响较较大，，因此此边缘缘构件件或支支承结结构的的设计计极为为重要要。⑤悬索结结构设设计计计算理理论相相对复复杂。。一、钢索的的分类类用于悬悬挂结结构的的钢索索有如如下数数种：：圆钢、、型钢钢、钢钢绞线线、钢钢丝绳绳及钢钢丝束束等。。3.2悬索结结构的的构造造3.2.1钢索二、钢索的的制作作钢钢索制制作一一般须须经下下料、、编束束、预预张拉拉力及及防护护等几几个程程序。。3.2.2锚具一、螺杆式式锚具具二、镦头式式锚具具三、夹片式式锚具具四、锥销式式锚具具五、其他形形式的的锚具具3.2.3其他节节点构构造一、钢索与与钢索索连接接二、钢索连连接件件三、钢索与与屋面面板连连接图5-47连接板板连接接图5-48混凝土土板内内伸出出钢筋筋连接接四、钢索与与中心心环的的连接接图5-49钢索与与中心心环的的连接接之一一五、钢索的的锚固固钢索的的锚固固可根根据拉拉力的的大小小、倾倾角和和地基基土等等条件件采用用下列列方法法：重重力式式；板板式；；挡土土墙式式；桩桩式。。3.3悬索结结构施施工3.3.1单层单单向悬悬挂屋屋盖结结构施施工①钢索的的制作作。钢丝的的下料料长度度L可由下下式计计算：：L=两锚头头之间间钢丝丝束的的净长长＋2(锚头长长＋锚锚头端端部露露出钢钢丝长长＋垫垫圈厚厚〕例如，，本工工程钢钢丝束束中钢钢丝的的下料料长度度为：：L=54.8+2(0.155+0.05+0.036)=55.282(m)②装锚具具（又又称挂挂锚））。③挂索。。（图图5-52）④铺槽形形板。。⑤槽板加加荷。。⑥挂稳定定索。。（图5-53）⑦槽形板板灌缝缝。⑧预留孔孔道灌灌浆。。⑨卸去红红砖。。3.3.2双层辐辐射式式悬索索屋盖盖结构构施工工双层辐辐射式式悬索索屋盖盖适用用于圆圆形的的建筑筑平面面，它它由外外环、、内环环、辐辐射形形承重重索及及稳定定索等等构成成。该结结构构体体系系分分两两种种：：拉环环体体系系和压环环体体系系悬索索各各阶阶段段进进行行施施工工3.3.3索网网悬悬索索屋屋盖盖结结构构施施工工该结结构构由由索索网网和和它它的的支支承承结结构构（（边边梁梁或或边边梁梁与与拱拱组组合合））组组成成，，索索网网由由承承重重索索（（负负高高斯斯曲曲率率））和和稳稳定定索索（（正正高高斯斯曲曲率率））组组成成。。稳稳定定索索的的作作用用是是使使索索网网屋屋面面在在各各种种荷荷载载作作用用下下能能维维持持预预定定的的曲曲面面。。①制制索索。。②②穿穿索索。。③③标标高高控控制制。。④④张张拉拉。。3.4悬索索桥桥的的构构造造3.4.1概述述悬索索桥桥主主要要由由悬悬索索（（主主缆缆））、、塔塔柱柱、、吊吊杆杆、、锚锚碇碇和和桥桥道道系系组组成成。。悬悬索索包包括括主主索索、、边边索索和和锚锚索索；；桥桥道道系系包包括括桥桥面面、、桥桥道道和和加加劲劲梁梁。。新世世纪纪大大跨跨度度桥桥梁梁的的发发展展趋趋势势世界界桥桥梁梁发发展展的的历历史史是桥桥梁梁跨跨度度不不断断增增大大的的历历史史，，是是桥桥型型不不断断丰丰富富的的历历史史，，是是结结构构不不断断轻轻型型化化的的历历史史。。发展展现现状状预预示示本世世纪纪将将迎迎来来世世界界桥桥梁梁更更大大规规模模的的建建设设高高潮潮。。洲际际跨跨海海、、建建立立全全球球交交通通网网的的构构想想跨海海工工程程不不是是可可望望而而不不可可即即的的宏宏伟伟蓝蓝图图。。大跨跨度度桥桥梁梁向向索索结结构构方方向向发发展展特大大跨跨桥桥梁梁采采用用以以斜斜缆缆为为主主的的空间间网网状状承承重重体体系系或采采用用悬索索加加斜斜拉拉的的混混合合体体系系。采用用流线线型型钢钢箱箱或采采用用轻轻型型而而刚刚度度大大的的复合合材材料料作加加劲劲梁梁。。采用用自自重重小小强强度度高高的的碳纤纤维维材材料料做主主缆缆。。斜拉拉桥桥在在密索索体体系系的基基础础上上采采用用开开口口截截面面，，减减小小梁梁的的高高跨跨比比。。大跨跨度度桥桥梁梁上上部部结构构轻轻型型化化问题题。。大跨跨度度桥桥梁梁的的动动力力稳稳定定性性问问题题跨海海工工程程常常年年受受台台风风、、海海浪浪频频繁繁袭袭击击；；海峡峡地地震震带带，，多多支支地地震震力力激激励励；；多车车、、快快车车、、重重车车等等行行车车动动力力作作用用；；研究究特特大大跨跨桥桥梁梁气气动动特特性性，，改善善气气动动弹弹性性稳稳定定性性。。跨海海结结构构振振动动控控制制，抗抗震震、、减减震震、、抑抑震震。。避免免车车激激共共振振，增增大大特特大大跨跨桥桥梁梁刚刚度度。。大型型深深水水基基础础工工程程的的难难点点突突破破目前前世世界界桥桥梁梁基基础础工工程程实实践践尚尚未未超超过过100m深海海。。直布布罗罗陀陀海海峡峡桥桥的的悬悬索索桥桥和和多多跨跨斜斜拉拉桥桥方方案案，，基基础础深深达达300m。美国国将将在在墨墨西西哥哥湾湾修修建建的的石石油油钻钻井井平平台台基基础础，，水水深深达达411m.解决决100~300m深海海基基础础施施工工难难题题迫迫在在眉眉睫睫。。基础础及及桥桥墩墩分分大大块块预预制制安安装装。。大跨跨度度桥桥梁梁应应是是建建筑筑艺艺术术精精品品空间间艺艺术术精精品品增添添湖湖光光山山色色、、海海空空景景观观；；成为为世世界界名名城城永永久久的的标志志性性建建筑筑；重视视建建筑筑艺艺术术造造型型，，重重视视桥桥梁梁美美学学和和景景观观设设计计，，重重视视环环境境保保护护，，达达到到人文文景景观观同同环环境境景景观观的的完完美美结结合合。杰出出的的桥桥梁梁工工程程师师，，也也应应是是卓卓越越的的桥桥梁梁建建筑筑师师。。3.4.2悬索索桥桥的的构构造造特特点点一、、主缆缆主缆缆是是悬悬索索桥桥的的主主要要承承重重构构件件，，除除承承受受自自重重和和吊吊索索（（吊吊杆杆））重重外外，，又又通通过过吊吊索索承承受受加加劲劲梁梁、、桥桥面面系系恒恒载载及及活活载载。。悬悬索索桥桥一一般般采采用用双双面面主主缆缆，，一一般般是是一一侧侧布布置置一一根根，，分分别别有有一一侧侧用用两两根根主主缆缆的的设设计计，，对对称称设设置置在在加加劲劲梁梁的的上上方方，，主主缆缆下下的的吊吊索索吊吊挂挂加加劲劲梁梁的的上上弦弦或或上上弦弦伸伸出出的的抚抚架架。。悬悬索索桥桥主主缆缆主主要要有有三三种种类类型型：：①①平平行行钢钢丝丝；；②②平平行行钢钢丝丝束束；；③③钢钢丝丝绳绳。。二、、加劲劲梁梁加劲劲梁梁由由均均匀匀间间隔隔的的分分布布吊吊索索悬悬挂挂在在主主缆缆的的索索夹夹上上，，其其主主要要功功能能是是提提供供桥桥面面系系和和防防止止桥桥面面发发生生过过大大的的挠挠曲曲和和扭扭曲曲变变形形。。悬索索桥桥加加劲劲梁梁主主要要有有两两种种形形式式：：钢钢桁桁架架和和扁扁平平钢钢箱箱梁梁三、、吊索索吊索索也也称称吊吊杆杆，，是是主主要要传传力力杆杆件件，，通通过过吊吊索索将将桥桥面面荷荷载载传传给给悬悬索索。。吊吊索索有有直直吊吊索索和和斜斜吊吊索索两两种种，，如如图图66，其上端通过过索夹与悬索索相连，下端端与加劲梁连连接。图5-68吊索与主缆连连接方式四、索塔索塔是支承主主缆的重要构构件，恒载和和活载大都通通过索塔传到到塔墩和基础础。索塔还承承受作用于塔塔身、加劲梁梁及主缆上的的风力。主塔塔顶设有鞍座座，底部支承承于主墩，由由立柱、横撑撑组成平面框框架。五、锚碇锚碇是主缆的的锚固体，与与索塔一样是是支承主缆的的重要部分，，它将主缆的的拉力传递给给地基。锚碇碇一般由锚碇碇基础、锚块块、主缆的锚锚碇架及固定定装置、遮棚棚等部分组成成。当主缆需需要改变方向向时，锚碇中中还包括主缆缆支架和锚固固鞍座。六、鞍座①塔顶鞍座。由主缆传来的的很大的竖直直力通过鞍座座均匀分布到到塔柱顶截面面。②主缆支架架鞍座。主缆支架鞍座座主要功能是是改变主缆方方向，并把主主缆的钢丝束束股在水平及及竖直方向分分散开来，然然后把这些钢钢丝束股引人人各自的锚固固位置。其构构造类同塔顶顶鞍座。七、桥面多用钢板铺设设，也有浇筑筑沥青混凝土土和铺设木板板等的。目前前，大跨度吊吊桥一般采用用正交异性板板作行车桥面面。正交异性性板在桥宽内内是一块很薄薄的钢板，在在板下全长内内用连续、间间距很密的纵纵肋加固，使使它足以承受受活载的压力力，且能减轻轻桥梁自重。。3.5悬索桥的施工工3.5.1悬索的施工一、悬索的制制作悬索由缆索制制成。缆索在在运输、丈量量、切割和安安装中应注意意避免扭转、、松散。钢缆缆索安装时应应做破断试验验，要检查破破断所在部位位，总破断力力是否达到设设计要求，钢钢索应不致从从锚头中拔出出。①下料；；②切割。。二、锚头的制制作锚头制作是将将钢索端部钢钢丝散开并理理直做成锚头头套筒相似的的锥形，以便便插入套筒后后浇铸合金时时能均匀分布布。三、索鞍的安安装索鞍的安装与与斜拉桥相同同，有强制法和预偏法。四、主索的安安装安装主索时，，要检查锚碇碇，索鞍和索索塔的中心线线，标高、距距离。五、索夹和吊吊杆的安装索夹和吊杆可可在施工索道道上安装。3.5.2索塔的施工索塔材料可用用金属、钢筋筋混凝土或预预应力混凝土土。钢索塔需要用用铆、栓、焊焊等连接形式式进行装配，，截面一般是是由型钢组成成的桁架和框框架形式。混凝土索塔施施工大体上可可分为搭架现现浇、预制吊吊装、滑升模模板浇筑等几几种方法。一、搭架现浇浇二、预制吊装装三、滑模施工工这种方法的最最大优点是施施工进度快，，适用于高塔塔的施工。3.5.3加劲梁的架设设加劲梁架设的的主要工具是是缆载起重机机。架设顺序序可以从主跨跨中中开始，向桥桥塔方向逐段段吊装；也可以从桥塔塔开始，向主主跨跨中及边边跨岸边前进进。一、架设方式式二、缆载起重重机缆载起重机由由主梁、端梁梁及各种运行行、提升机构构组成。3.5.4支座、桥面和和锚碇的施工工一、支座固定和活动支支座、混凝土土垫块等均要要在吊桥全部部构件的安装装、加劲梁的的建筑拱度调调整、桥端标标高的调整和和临时支座垫垫搁置等工序序全部完成后后，再安装。。二、桥面安装正交异性性板桥面时，，可将正交异异性板作为加加劲梁的上弦弦杆或上翼缘缘的一部分，，使之与梁共共同受力。板板上设一层38一51mm厚的沥青磨耗耗层使之与钢钢板牢固粘结结在一起。三、锚碇空间膜结构3.6.1概述膜结构又叫张张拉膜结构（（TensionedMembranestructure），是以建建筑织物，即即膜材料为张张拉主体，与与支撑构件或或拉索共同组组成的结构构体系，它以以其新颖独特特的建筑造型型，良好的受受力特点，成成为大跨度空空间结构的的主要形式之之一。膜结构构是一种建筑筑与结构完美美结合的结构构体系。它是是用高强度柔柔性薄膜材料料与支撑体