铁路悬索桥重要技术指标兼议悬索桥加劲梁选型

铁路悬索桥的几个重要技术指标探讨兼议悬索桥加劲梁选型报告人：万田保二○一○年十月热烈欢迎各位领导、各位专家、各位同仁！汇报内容

铁路悬索桥1适合于通行铁路的认识2加载模式3竖向刚度的判别指标4横向刚度的判别指标5主缆强度安全系数主缆与鞍座间抗滑移安全系数

加劲梁选型7悬索桥加劲梁的发展历史8我院设计的众多悬索桥的主梁选型9国内某大跨度悬索桥主梁选型的教益1.1古老的桥型：历史的回顾1.2布鲁克林桥1.3悬索桥刚度的来源1.4重力刚度的实质物理意义数学表表达1.5著名的公铁两用悬索桥—濑户大桥著名的公铁两用悬索桥—4月25日桥著名的公铁两用悬索桥—青马大桥

著名的公铁两用悬索桥—墨西拿大桥1.6我国铁路悬索桥建设的序幕已经拉开（必要性、基于受力特性、基于建设技术）1.7我院应当成为铁路悬索桥建设的先行者1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识1.1古老的桥型：历史的回顾

就像“横木为梁”一样，悬索桥源于热带地区的藤类植物。以树为塔、以藤为索、以木为梁、以石块为锚，就成了古老的悬索桥。1.1古老的桥型：历史的回顾1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识

我国的泸定铁索桥是世界最早的金属材料建成的悬索桥。该桥长102．6米，宽2．97米，高16．5米，以9根铁链作底索，上铺木板，形成桥面。1935年5月29日，22位红军勇士在这里“飞夺泸定桥”。1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识1.1古老的桥型：历史的回顾1935年5月29日，22位红军勇士在这里“飞夺泸定桥”。

布鲁克林桥建成于1883年，与帝国大厦和昔日的世贸中心双子塔楼一道，一直是纽约的标志性建筑。主跨1596英尺、126岁的布鲁克林桥至今使用良好。“基地”组织曾密令割断纽约布鲁克林大桥上的悬索，同时阴谋颠覆旅客列车，制造大规模恐怖行动1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识1.2布鲁克林桥

J.A.Roebling在设计世界第一座长大跨度悬索桥Niagara桥时，认识到重力刚度的重要性，该桥跨度821英尺，建成于1855年，平稳通过了铁路机车。见证了悬索桥通行铁路的历史。布鲁克林桥的设计者J.A.Roebling在1855年给桥梁公司的信中写道：“自重是一项重要的影响因素，对悬索桥的刚度影响尤其大”，这种来源于自重恒载的主缆的几何刚度被称为重力刚度。1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识1.3悬索桥刚度的来源重力刚度（GravityStiffness）实际上反映主缆的拉力，直观的表达式为HL2，反映到结构刚度矩阵上是轴力与单元长度的比值N/L（受拉为正，受压为负）。

主缆拉力越大，绷得越紧，受荷载作用抵抗变形的能力越强，这就好比拧紧后二胡的琴弦，用手指拨动感受其拉力，发出的音反映其源于几何刚度的振动频率。1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识1.4重力刚度的实质物理意义数学表表达式1.大跨度悬索桥适合于通行铁路的认识1.5著名的公铁两用悬索桥—濑户大桥濑户大桥下层桥面布置四线铁路（实际只通行两线），包括主跨1100米的南备赞桥和主跨990米的北备赞桥，专门开发了将梁端转角和梁端纵向位移分开的伸缩调节器，列车行驶速度160Km/h，运行情况良好。1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.5著名的公公铁两用用悬索桥桥—4月25日桥公铁两用用悬索桥桥，主跨跨跨度1013m，上层桥桥面六车车道公路路，下层层桥面通通行两线线客车。。梁端转转角达到到25‰，致使列列车行驶驶速度限限制在60Km/h。1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.5著名的公公铁两用用悬索桥桥—青马大桥桥主跨1377米公铁两两用桥梁梁，两线线铁路、、六车道道公路。。主梁：钢钢桁梁为为主体受受力结构构。大风风时，汽汽车在箱箱内通行行。1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.5著名的公公铁两用用悬索桥桥—墨西拿大大桥世界最大大跨度桥桥梁，主主跨3300米，通行行两线重重载铁路路和六车车道公路路。主缆缆直径超超过1.2m（按4根算），，梁端转转角和纵纵向位移移都达到到创纪录录的数值值。主梁采用用了抗风风性能极极好的断断面形式式，保障障了超大大跨度悬悬索桥的的抗风安安全。1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.6我国铁路路悬索桥桥建设的的序幕已已经拉开开我国是悬悬索桥的的故乡，，一般认认为：用用金属材材料做主主缆的悬悬索桥发发源于我我国西藏藏，始建建于1632年。我院独立立设计了了国内第第一座现现代悬索索桥——广东汕头头海湾大大桥；我我院设计计的悬索索桥形式式各异，，具有根根据不同同的建设设条件灵灵活设计计悬索桥桥的传统统。1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.6.1建设的必必要性在长江中中下游、、海峡、、海湾，，通航要要求的宽宽度越来来越高，，通航管管理部门门在批准准通航净净空时，，参照公公路桥的的标准，，客观要要求建设设跨度超超过1000的悬索桥桥，形势紧迫迫！悬索桥具具有相当当程度的的比较优优势。基基于减少少桥梁墩墩台的阻阻水比列列，减少少建桥对对河势、、水文的的变化，，要求在在合适的的桥位建建设铁路路悬索桥桥。1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.6.2发展的可可行性——基于受力力特性由高强度度钢丝编编织而成成的主缆缆是受拉拉结构，，没有受受压失稳稳的问题题；主缆缆全长范范围内没没有截面面削弱；；主梁称之之为加劲劲梁，基基本不受受轴向力力，主梁梁的受力力与跨度度没有必必然联系系；主塔纵向向受到主主缆强劲劲的约束束，稳定定问题不不突出，，高度的的选择范范围大；；锚碇可以以设计成成重力式式结构；；吊索是竖竖直拉索索，没有有弹性模模量折减减问题，，风振问问题不突突出；1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.6.2发展的可可行性——基于建设设技术进入新世世纪以来来，我国国材料工工业取得得长足进进展，主主缆高强强度钢丝丝在极限限强度、、韧性、、质量保保证率、、大规模模工业化化制作方方面上了了新的台台阶；结构钢的的材料、、制造技技术取得得突破；；相关实验验、研究究先进；；1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.7我院应当当成为铁铁路悬索索桥建设设的先行行者作为铁路路桥梁设设计单位位，同时时独立设设计了形形式各样样悬索桥桥的中铁铁大桥设设计院，，理应先先行一步步，推动动铁路桥桥梁向更更大跨度度、更好好的适应应性发展展；是实践科科学发展展观、加加快转变变发展方方式、统统筹交通通建设发发展对我我院的要要求；我院在芜芜湖桥、、天兴州州桥方案案研究中中进行了了有益的的探索，，有一定定技术基基础。1.大跨度悬悬索桥适适合于通通行铁路路的认识识1.7我院应当当成为铁铁路悬索索桥建设设的先行行者综上所述述：铁路路悬索桥桥建设具具有紧迫迫性，也也是完全全可行的的。结合合琼州海海峡跨海海通道和和淮扬镇镇铁路五五峰山公公铁两用用大桥的的研究，，实现突突破，我我院年轻轻技术人人员要勇勇于担当当。当前，迫迫切需要要深入研研究铁路路悬索桥桥的关键键技术，，基于铁铁路建设设遵循的的“安全全适用、、技术先先进、经经济合理理”原则则，编制制“铁路路悬索桥桥设计计计算补充充规定””；为了编制制“铁路路悬索桥桥设计计计算补充充规定””，提出出探讨““铁路悬悬索桥的的几个重重要技术术指标””。2大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之一—加载模式式2.1基本要求求2.2牵引定数数、到发发线长度度2.3旅客列车车的加载载长度2大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之一——加载模式式2.1基本要求求货车按照照技术标标准规定定的牵引引定数（（牵引质质量）加加载，客客运专线线按ZK荷载的荷荷载集度度加载，，规定ZK荷载加载载的最大大长度不不超过450m。以前的加加载模式式不限长长度、不不限重量量，按影影响线长长度加载载。大跨跨度铁路路悬索桥桥某些影影响线的的长度（（如主缆缆拉力、、主梁挠挠度）大大于火车车的长度度。2大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之一——加载模式式2.2牵引定数数、到发发线长度度牵引质量量作为铁铁路设计计的技术术标准，，系由运运输需求求决定，，与限制制坡度、、机车类类型，到到发线长长度密切切相关，，是整条条线路的的标准，，桥梁设设计中当当贯彻执执行。货运列车车的到发发线有效效长度也也是整条条线路的的技术标标准，与与列车长长度（包包括机车车长度和和车辆长长度），，安全停停车附加加距离，，邻近线线路的到到发线长长度，车车站间的的距离相相关。到发线长长度=站台长度度+2x(测速视距距误差的的安全防防护距离离约95m+警冲标记记到绝缘缘节的距距离约5m），站台台长度=列车长度度+2x停车余量量。2大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之一——加载模式式2.2牵引定数数、到发发线长度度当牵引机机车的类类型、机机车台数数、足坡坡站间距距离确定定后，牵牵引质量量与到发发线长度度存在对对应关系系。对桥梁加加载而言言，牵引引质量较较之到发发线长度度意义更更明确。。同一条线线上前后后两列列列车有追追击距离离的要求求，追击击距离必必然大于于桥跨的的联长，，可以认认为全桥桥每线仅仅可能有有一列列列车荷载载。2大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之一——加载模式式2.3旅客列车车的加载载长度对于客货货分线桥桥梁，不不存在特特殊情况况下火车车借道客客运线的的情况，，客车按按实际可可能的客客车最大大重量加加载。依据《高速铁路路设计规规范》条文说明明（TB10621-2009）：认为为ZK荷载用于于高速客客运列车车，有合合理的余余量，不不是考虑虑特殊情情况下重重载列车车通行的的结果。。条文说明明还规定定：客运运专线的的加载长长度为16列编组的的CRH1型，长2x214=428m，站台长长度考虑虑停车余余量后取取450m，对应的的到发线线长度为为650m；客运专线线的加载载长度不不应超过过站台长长度，按按留有余余量取450m3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.1基本要求求3.2我国铁路路钢桥设设计规范范的使用用范围3.3挠跨比的的本质认认识3.3.1大跨度铁铁路悬索索桥与中中小跨度度桥的不不同点3.3.2我国客运运专线设设计暂行行规定3.3.3欧洲规范范的规定定3.3.4源于挠度度曲线切切线角的的最大纵纵坡3.3.5挠度曲线线形成的的波长3.3.6列车爬坡坡能力3.3.7墨西拿大大桥的规规定3.4梁端转角角与伸缩缩量3.4.1规范的规规定3.4.2梁端转角角对行车车的影响响3.4.3减小梁端端转角的的措施3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.1基本要求求基于车—桥耦合振振动的动动力响应应和梁端端转角，，活载和和温度变变形引起起的纵向向连续坡坡度进行行规定，，不把主主梁挠跨跨比和结结构自振振频率作作为强制制性指标标。车桥耦合合振动的的动力响响应：按按技术标标准规定定的行车车速度、、桥面形形式，满满足相应应现行规规范规定定的脱轨轨系数、、轮重减减载率、、轮对横横向水平平力、车车体振动动加速度度、斯佩佩林系数数的要求求。梁端转角角：按技技术标准准规定的的行车速速度、桥桥面形式式，满足足相应现现行规范范规定梁梁端转角角的要求求。3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.2我国铁路路钢桥设设计规范范的使用用范围《铁路桥涵涵设计基基本规范范》（TBJ10002.1—2005）总则1.0.2条规定本本规范适适用跨度度：混凝凝土梁跨跨度小于于或等于于96m，钢梁跨跨度小于于或等于于168m。我国客运运专线铁铁路设计计暂行规规定：桥桥梁跨度度不大于于96m。特大跨度度桥梁适适应列车车行驶、、满足使使用要求求对于结结构刚度度指标的的要求与与中小跨跨度桥梁梁有本质质的区别别，有必必要基于于现行规规范的精精神，对对大跨度度铁路悬悬索桥的的刚度指指标进行行规定。。3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.3挠跨比的的本质认认识《铁路桥涵涵设计基基本规范范》对于挠跨跨比的规规定源于于通过挠挠跨比限限制梁端端转角，，采用假假定的挠挠度曲线线方程推推导，其其本质是是规定主主梁的梁梁端转角角，通过过转换借借用挠跨跨比这一一直观的的参数；；多个等跨跨、中小小跨度的的简支梁梁挠度曲曲线会形形成短波波长的竖竖向不平平顺，动动力响应应上得到到反映；；挠跨比相相同时，，大跨度度悬索桥桥挠度曲曲线的曲曲率半径径远大于于中小跨跨度桥，，可直接接反映到到轨道挠挠曲应力力和车体体竖向加加速度。。3.3.1大跨度铁铁路悬索索桥与中中小跨度度桥的不不同点3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.3挠跨比的的本质认认识3.3.2挠跨比的的本质认认识——我国客运运专线设设计暂行行规定《高速铁路路设计规规范》（TB10020-2009）基于小小跨度和和中等跨跨度的单单跨简支支梁和多多跨等跨跨简支梁梁研究了了主梁挠挠跨比与与包括脱脱轨系数数、轮重重减载率率、轮对对横向水水平力、、桥面板板加速度度的关系系，以动动力特性性、通过过对比得得出了对对于主梁梁挠跨比比的规定定，以挠挠跨比这这一简明明扼要的的参数实实现对动动力指标标的规定定3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.3挠跨比的的本质认认识3.3.3挠跨比的的本质认认识——欧洲规范范的规定定欧洲规范范基于多多跨简支支梁得出出速度与与挠跨比比的曲线线，跨度度越大，，允许的的挠跨比比越大。。该规范范同时指指出：对对跨度大大于120米的桥梁梁，应该该专门研研究；对对连续梁梁，则可可以在查查表的基基础上乘乘系数。。规范同时时规定：：如果表表示动力力响应的的车体竖竖向加速速度要求求可以降降低，挠挠跨比的的要求按按统一比比例降低低，可见见本质上上还是动动力响应应。3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.3挠跨比的的本质认认识3.3.4挠跨比的的本质认认识——源于挠度度曲线切切线角的的最大纵纵坡对大跨度度钢桥，，静荷载载挠度较较大还体体现在列列车运行行过程中中，结构构可能在在某一点点（不一一定是梁梁端或中中间支座座处）出出现瞬时时稍大的的、由挠挠度曲线线切线角角引起的的线路纵纵坡。计算同时时表明，，出现这这种情况况是特定定荷载作作用下，，个别点点瞬态下下的特征征，也不不一定在在列车加加载的区区域，与与路基上上线路纵纵坡有本本质区别别。3大跨度铁铁路悬索索桥技术术指标之之二——竖向刚度度指标3.3挠跨比的的本质认认识3.3.4挠跨比的的本质认认识——挠度曲线线形成的的波长短波不平平顺引起起簧下质质量与钢钢轨间的的冲击振振动，产产生较大大的轮轨轨作用力力，其周周期性的的成分可可能引起起机车车车辆的谐谐振。速度120Km/h以下，轨轨道不平平顺的波波长范围围多在30m以内，随随着行车车速度的的提高，，轨道不不平顺的的影响波波长相应应增长，，速度为为350KM/h时，有影影响的波波长可超超过100m，波长越越长、影影响越小小，波长长超过150m时，则基本没没有影响。大跨度悬索桥桥挠度曲线远远超出影响动动力响应的波波长范围。特特别是，对多多线铁路或多多线铁路、公公路两用的大大跨度钢桥，，出现最大挠挠度的概率较较中小跨度桥桥梁低得多。。3大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之二——竖向刚度指标标3.3挠跨比的本质质认识3.3.5列车爬坡能力力《铁路线路设计计规范》规定线路的最最大限制纵坡坡（非加力坡坡）如下表：：挠度曲线形成成的纵坡与线线路的纵坡有有本质区别，，最大纵坡指指挠度曲线的的切线斜率，，只在个别点点产生，是瞬瞬时的坡度，，其他区域的的坡度逐渐减减小至零乃至至反向坡度，，不会因机车车牵引功率不不足影响行车车速度，或列列车制动时造造成车钩断钩钩或脱钩。3大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之二——竖向刚度指标标3.3挠跨比的本质质认识3.3.6墨西拿大桥的的规定墨西拿桥对铁铁路要求的刚刚度规定参考考了“美国铁铁路工程师协协会”和印度度国家铁路的的规定：专门针对该桥桥制定的“设设计基准”不不对挠跨比做做硬性规定，，也没有规定定最大纵坡，，但规定纵坡坡的变化；由于竖向挠度度引起的主梁梁100米范围内纵坡坡坡度的变化化不超过0.05%，相当于规定定了挠度曲线线的竖曲线半半径；3大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之二——竖向刚度指标标3.4梁端转角与伸伸缩量3.4.1规范的规定①我国铁路路规范对列车车活载作用下下梁体的转角角进行了规定定。我国《铁路桥涵设计计规范》（TB10002.1-2005）（适用于旅旅客列车速度度160Km/h，虽没有对梁梁端转角限值值进行规定，，但限制主梁梁的挠跨比，，其本质是规规定主梁的梁梁端转角。简简支梁挠跨比比不大于1/900对应的梁端转转角3.5‰（单侧，按有有砟轨道考虑虑）；我国高速铁路路设计规范对对于梁端转角角的规定如下下：3大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之二——竖向刚度指标标3.4梁端转角与伸伸缩量3.4.1规范的规定对有砟轨道，，列车行驶速速度250KM/h以上时，梁端端转角不大于于2‰，无砟轨道减减半。1.日本新干线采采用无砟轨道道，跨度大于于30m的梁端转角的的规定为：3大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之二——竖向刚度指标标3.4梁端转角与伸伸缩量3.4.1其他的规定可见新干线梁梁端转角的规规定与行车速速度对应，速速度越高、限限值越严格。。香港青马大桥桥规定梁端竖竖向转角不大大于±0.33度，合5.75‰3大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之二——竖向刚度指标标3.4梁端转角与伸伸缩量3.4.2梁端转角对行行车的影响梁端转角一则则影响线路的的平顺，二则则影响轨道扣扣件的使用，，按现行规范范规定限制。。3大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之二——竖向刚度指标标3.4梁端转角与伸伸缩量3.4.3减小梁端转角角的措施大跨度悬索桥桥梁端转角与与主梁刚度的的关联性不如如梁桥密切，，可以采取诸诸多措施减小小梁端转角；；梁端转角由两两部分构成，，其一为主梁梁或者桁架杆杆件端部在总总体加载效应应出现的总体体转角，其二二为桥面系在在列车轮对荷荷载作用下的的局部转角。。让主梁连续伸伸出边跨以外外，并采用合合理的伸出跨跨跨度，可以以有效控制梁梁端总体转角角；通过采用用适宜的桥面面系结构形式式，大幅度减减小梁端桥面面系纵向受力力结构的跨度度，可以有效效控制梁端局局部转角。4大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之三——横向刚度指标标4.1基本要求4.2现行规范规定定的适应范围围4.3现行规范规定定的本质——条文说明4.4本建议指标体体现了规范的的精神4大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之三——横向刚度指标标4.1基本要求基于风—车—桥耦合振动的的动力响应和和梁端侧向转转角，风载作作用下主梁侧侧向挠曲对行行车的影响进进行规定，不不把主梁侧向向挠跨比和主主梁宽跨比作作为强制性指指标。风—车—桥耦合振动的的动力响应：：满足相应现现行规范规定定的脱轨系数数、轮重减载载率、轮对横横向水平力、、车体振动加加速度、斯佩佩林系数的要要求。梁端转角：按按技术标准规规定的行车速速度、桥面形形式，满足相相应现行规范范规定梁端转转角的要求。。侧向挠度曲线线的曲率：参参考国内外已已有特大跨度度铁路桥规定定侧向挠曲曲曲率半径与行行车速度的关关系。4大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之三——横向刚度指标标4.2现行规范规定定的适应范围围梁体的横向刚刚度应按梁体体的横向自振振频率和梁体体的水平挠度度进行控制。。不同类型桥桥梁的横向自自振频率f的要求如下表表：《铁路桥涵设计计基本规范》规定如下：在列车摇摆力力、离心力和和风力作用下下，梁体的水水平挠度应小小于或等于梁梁体计算跨度度的1/4000。钢梁的横向刚刚度除满足上上表规定外，，梁的宽跨比比：下承式简简支和连续桁桁梁边跨应不不小于1/20；连续桁梁除除边跨以外其其余各跨应不不小于1/25。4大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之三——横向刚度指标标4.3现行规范规定定的本质——条文说明《铁路桥涵设计计基本规范》条文说明：为为了保证车辆辆以规定的高高速安全通过过桥梁，既有有铁路桥梁是是以横向振幅幅行车安全限限值为检验标标准，实桥测测试横向自振振频率与横向向振幅相关性性良好，在设设计中采用横横向自振频率率能较好反映映列车运行状状态；为了保证空载载货车通过时时车轮抗脱轨轨的安全度，，同样规定桥桥跨结构横向向自振频率；；从控制梁端转转角的角度，，按假定横向向挠度曲线为为圆曲线，得得出横向挠跨跨比与梁端转转角的关系，，以横向挠跨跨比直观指标标作为梁端横横向转角的控控制。4大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之三——横向刚度指标标4.3现行规范规定定的本质——条文说明由规范的条文文说明可知：：针对的是中小小跨度桥梁，，对大跨度桥桥梁和特大跨跨度桥梁没有有成熟的研究究基础；规定桥跨结构构横向自振频频率的目的是是列车按设计计速度安全行行驶，基于对对振幅的限值值，根据自振振频率与振幅幅的相关性，，得出对自振振频率的限制制值；以自振频率反反映空车的脱脱轨安全；以横向挠跨比比这一直观指指标反映对于于梁端横向转转角的本质规规定4大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之三——横向刚度指标标4.5本建议指标体体现了规范的的精神以风—车—桥耦合分析得得出的动力响响应指标本身身就是为了反反映列车运行行的安全性和和平稳性，以以不同的车辆辆按不同的速速度进行分析析，更有针对对性，较之简简单限制横向向自振频率更更加科学。由于大跨度桥桥梁梁端转角角与挠跨比的的关系不同于于传统的小跨跨度桥，梁端端转角由边跨跨跨度、边跨跨支承体系、、索面的形式式等多种因素素决定，直接接规定梁端转转角更加明确确。大跨度桥梁当当采用连续结结构，各跨受受风荷载作用用时，在连续续支承处横向向挠度曲线会会形成两个反反弯点，该处处虽然挠度曲曲线是连续的的，但挠度曲曲线的切线角角改变比较快快，列车高速速行驶成蛇形形运动，需要要限制挠度曲曲线的曲率半半径。4大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之三——横向刚度指标标4.5本建议指标体体现了规范的的精神《高速铁路设计计规范》条文说明（TB10621-2009）给出了在摇摇摆力、离心心力、风力作作用下，水平平弯曲引起的的最大转角和和最小曲线半半径的规定如如下表：表中“最大折折角变化”相相当于梁端两两孔梁转角之之和，最小水水平半径适用用于主梁上任任意点香港青马大桥桥规定侧向转转角的限值为为0.1度，合1.75‰‰5大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之四——主缆强度安全全系数5.1基本要求5.2钢材允许应力力的一般规定定5.3长期以来约定定俗成的主缆缆安全系数5.4主缆钢丝的伸伸长量控制5.5主缆的破坏机机理5.6主缆钢丝的疲疲劳5.7基于加载出现现的几率5.8工程实例5大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之四——主缆强度安全全系数5.1基本要求同时满足下列列三项规定：：①按允许应应力法计算：：主缆钢丝极极限破断拉力力总和与主缆缆在（恒载+活载）作用下下最大截面拉拉力的比值：：K≥2.2；②按极限状状态法计算：：参照现行公公路规范，对对恒载、活载载去用不同的的荷载系数，，考虑材料系系数，按钢丝丝的屈服强度度控制；③采用合适适的主缆二次次应力的分析析方法，按考考虑二次应力力后K≥1.7；5大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之四——主缆强度安全全系数5.2钢材允许应力力的一般规定定我国铁路桥梁梁与公路桥梁梁的钢结构设设计规范，都都采用允许应应力法，对于于有明显屈服服台阶的钢材材，按屈服极极限除以1.7作为使用应力力的限值；对对于没有明显显屈服极限的的钢材，按极极限强度除以以2.5作为使用应力力；我国建筑钢结结构设计规范范采用极限状状态法；欧、美钢结构构设计采用极极限状态法。。5大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之四——主缆强度安全全系数5.3长期以来约定定俗成的主缆缆安全系数①美国早期修修建的悬索桥桥，按主缆钢钢丝破断拉力力总和除以2.5作为使用应力力限值，其后后为其他悬索索桥广泛采用用，作为约定定俗成的内容容；②当时对于主主缆强度安全全系数的取值值，并没有进进行太多的研研究，所生产产的主缆钢丝丝性能，包括括韧性、塑形形和均匀性远远不如现在的的钢丝。主缆缆架设采用空空中编丝法，，受力均匀程程度不如现今今成熟的预制制平行丝股法法，特别是空空中编丝法在在靴根处主缆缆钢丝弯折。。③主缆钢丝的的力学性能、、主缆架设工工艺的额提高高为采用低于于2.5的强度安全系系数提供了保保障。5大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之四——主缆强度安全全系数5.4主缆钢丝的伸伸长量控制相对于预应力力钢丝、钢绞绞线，主缆钢钢丝使用应力力比较低的，，主缆钢丝一一般不需考虑虑松弛因素，，（恒载+活载）作用下下最大截面拉拉力的强度安安全系数采用用2.2，恒载作用的的安全系数更更高，主缆钢钢丝在弹性范范围内工作，，松弛则可以以或略不计；；5大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之四——主缆强度安全全系数5.5主缆的破坏机机理曼哈顿悬索桥桥和威廉斯堡堡悬索桥在使使用140年后，发现部部分主缆钢丝丝断裂，究其其原因，认为为钢丝在制作作过程中经过过盐浴、酸洗洗，留下微小小点坑，加之之钢丝伸直性性不够好，初初始应力高，，主缆内部潮潮湿环境，经经过多年后，，钢丝断裂，，表现为耐久久性问题；钢丝在索夹、、鞍座、锚固固处存在应力力集中，促使使钢丝受力不不均匀；改善耐久性、、降低主缆钢钢丝受力不均均匀程度为采采用小于2.5的强度安全系系数提供了可可能。5大跨度铁路悬悬索桥技术指指标之四——主缆强度安全全系数5.6主缆钢丝的疲疲劳①大跨度铁路路悬索桥主缆缆恒载拉力是是主缆总拉力力的最主要构构成，活载拉拉力仍然只占占较小的比列列，仅从活载载引起的主缆缆拉力变化考考虑，由于活活载加载引起起的主缆疲劳劳问题不会成成为控制因素素；②与斜拉索、、吊索不同，，悬索桥主缆缆不会因为风风振和车振产产生可观的次次应力。③由由于于主主缆缆钢钢丝丝受受力力不不均均匀匀、、存存在在局局部部应应力力、、弯弯曲曲二二次次应应力力、、鞍鞍座座转转角角处处次次应应力力，，设设计计中中应应着着力力优优化化结结构构细细节节，，减减小小二二次次应应力力。。5大跨跨度度铁铁路路悬悬索索桥桥技技术术指指标标之之四四———主缆缆强强度度安安全全系系数数5.7基于于加加载载出出现现的的几几率率①考考虑虑到到铁铁路路荷荷载载即即为为技技术术标标准准规规定定的的牵牵引引质质量量，，对对大大跨跨度度公公铁铁两两用用桥桥梁梁，，铁铁路路荷荷载载的的长长度度小小于于悬悬索索桥桥主主跨跨跨跨度度；；②公公路路荷荷载载虽虽然然没没有有规规定定最最大大加加载载长长度度，，但但实实际际上上要要出出现现全全跨跨满满载载的的可可能能性性毕毕竟竟不不大大，，其其与与铁铁路路组组合合同同时时出出现现的的可可能能性性则则更更低低；；③铁铁路路荷荷载载与与公公路路荷荷载载组组合合后后的的总总活活载载与与恒恒载载比比仍仍然然不不大大，，借借用用极极限限状状态态法法的的概概念念，，可可以以采采用用更更加加合合适适的的、、比比2.5稍小小的的强强度度安安全全系系数数。。5大跨跨度度铁铁路路悬悬索索桥桥技技术术指指标标之之四四———主缆缆强强度度安安全全系系数数5.8工程程实实例例①日日本本明明石石海海峡峡大大桥桥考考虑虑到到活活载载比比列列较较低低的的原原因因，，主主缆缆强强度度安安全全系系数数采采用用2.2；②明明石石桥桥采采用用极极限限状状态态法法分分析析公公式式为为：：式中中：：恒恒载载与与活活载载采采用用了了不不同同的的分分项项安安全全系系数数，，Tb为破破坏坏强强度度。。③国国内内在在泰泰州州长长江江公公路路大大桥桥、、南南京京长长江江第第四四大大桥桥的的设设计计中中也也针针对对主主缆缆强强度度安安全全系系数数做做过过探探讨讨，，均均认认为为可可以以采采用用比比2.5稍小小的的系系数数。。6大跨跨度度铁铁路路悬悬索索桥桥技技术术指指标标之之五五———主缆缆与与鞍鞍座座间间抗抗滑滑安安全全系系数数6.1多塔塔悬悬索索桥桥的的受受力力特特点点6.2基本本要要求求6.3相关关测测试试结结果果6.4泰州州长长江江公公路路大大桥桥试试验验研研究究6.5相关关三三塔塔悬悬索索桥桥设设计计采采用用值值6.6欧洲洲规规范范的的规规定定6.7结论论6大跨跨度度铁铁路路悬悬索索桥桥技技术术指指标标之之五五———主缆缆与与鞍鞍座座间间抗抗滑滑安安全全系系数数6.1多塔塔悬悬索索桥桥的的受受力力特特点点多塔塔悬悬索索桥桥的的中中间间主主塔塔，，在在不不对对称称加加载载情情况况下下，，塔塔顶顶两两侧侧主主缆缆拉拉力力相相差差较较大大；；两两塔塔悬悬索索桥桥的的边边塔塔，，当当两两侧侧主主缆缆的的切切线线角角相相差差较较大大时时，，也也可可能能出出现现。。6.2基本本要要求求主缆缆与与鞍鞍座座间间抗抗滑滑移移检检算算的的计计算算公公式式为为：：K=μμααs/Ln(Fct/Fcl)K=式中中，，μ：主主缆缆与与鞍鞍座座鞍鞍槽槽间间摩摩擦擦系系数数，，Fct：拉拉力力较较大大一一侧侧的的主主缆缆力力，，Fcl：拉拉力力较较小小一一侧侧的的主主缆缆力力，，αs：主主缆缆在在鞍鞍座座上上的的包包角角。。主缆缆与与鞍鞍座座间间的的摩摩擦擦系系数数μ=0.2，抗抗滑滑移移安安全全系系数数K≥≥1.5。6大跨跨度度铁铁路路悬悬索索桥桥技技术术指指标标之之五五———主缆缆与与鞍鞍座座间间抗抗滑滑安安全全系系数数6大跨跨度度铁铁路路悬悬索索桥桥技技术术指指标标之之五五———主缆缆与与鞍鞍座座间间抗抗滑滑安安全全系系数数6.3相关测测试结结果①美国国对Washington桥、英英国对对ForthRoad桥进行行了鞍鞍座摩摩擦系系数的的测定定，根根据测测试的的结果果,两座桥桥鞍座座与主主缆间间的摩摩擦系系数值值为0.3；②美国国Delaware桥摩擦擦系数数的测测试结结果为为0.19-0.21；③日本本的众众多测测试结结果μ=0.3～0.32；④阳逻逻长江江公路路大桥桥测试试结果果为μ=0.286～0.328；6大跨度度铁路路悬索索桥技技术指指标之之五——主缆与与鞍座座间抗抗滑安安全系系数6.4泰州长长江公公路大大桥试试验研研究泰州长长江公公路大大桥进进行了了较全全面的的主缆缆与鞍鞍座间间抗滑滑移试试验。。试验验包括括两个个工况况，工工况一一试验验束股股10根，每每根束束股37根钢丝丝、钢钢丝直直径5.25mm，三组组试验验测试试的鞍鞍座与与索股股之间间的摩摩擦系系数分分别为为0.521、0.535和0.535；工况二二采用用一根根束股股：三三组试试验测测试得得到鞍鞍座与与索股股之间间的摩摩擦系系数分分别为为0.302、0.326、0.391；6大跨度度铁路路悬索索桥技技术指指标之之五——主缆与与鞍座座间抗抗滑安安全系系数6.5相关三三塔悬悬索桥桥设计计采用用值国内对对于悬悬索桥桥主缆缆与鞍鞍座间间的抗抗滑移移验算算的规规定仅仅有尚尚停留留在报报批阶阶段、、并且且业已已明确确不会会批准准。①泰州州长江江公路路大桥桥三塔塔悬索索桥设设计中中曾针针对中中塔制制订了了主缆缆与鞍鞍座间间摩擦擦系数数μ=0.2，抗滑滑移安安全系系数K≥2.0的补充充规定定，得得到行行业主主管部部门的的认可可；②智力力查考考桥初初步设设计说说明书书中指指出：：主缆缆与鞍鞍座鞍鞍槽间间摩擦擦系数数为0.2，抗滑滑移安安全系系数K＝2.0；③福州州市螺螺州大大桥在在泰州州长江江公路路大桥桥三塔塔悬索索桥研研究的的基础础上，，结合合国内内规范范关于于稳定定安全全系数数的取取值，，取用用μ=0.2，K＝1.65。6大跨度度铁路路悬索索桥技技术指指标之之五——主缆与与鞍座座间抗抗滑安安全系系数6.6欧洲规规范的的规定定①欧洲洲钢结结构设设计规规范（（Eurocode3——Designofsteelstructures）规定定特大大桥的的摩擦擦系数数μ由实验验确定定，抗抗滑滑移安安全系系数K≥1.65。②由众众多试试验可可知，，摩擦擦系数数当不不会小小于0.2。6大跨度度铁路路悬索索桥技技术指指标之之五——主缆与与鞍座座间抗抗滑安安全系系数6.7结论对大跨跨度公公铁两两用三三塔悬悬索桥桥，中中塔主主缆与与鞍座座间抗抗滑移移稳定定的控控制工工况为为：一一个主主跨铁铁路和和公路路满负负荷、、另一一个主主跨空空载，，相对对于国国内外外其他他三塔塔悬索索桥，，出现现这种种工况况的几几率更更低；；在此此基础础上，，结合合摩擦擦系数数的裕裕量，，在μ和K两个方方面留留出合合理的的安全全保障障，取取用μ=0.2，K＝1.50。对比比欧洲洲规范范，相相当于于μ=0.22，K＝1.65。7悬索桥桥加劲劲梁的的发展展历史史7.1悬索桥桥加劲劲梁选选型的的因素素7.2悬索桥桥加劲劲梁历历史沿沿革7.1悬索桥桥加劲劲梁选选型的的因素素①桥面面布置置：需需要的的桥面面宽度度、单单层桥桥面或或双层层桥面面、是是否通通行铁铁路；；②恒载载重量量：恒恒载越越大，，悬索索桥的的重力力刚度度越大大，造造价也也越高高，因因为主主缆、、锚碇碇的造造价几几乎与与恒载载成正正比关关系；；③抗风风：不不同的的主梁梁结构构形式式，抗抗风性性能差差别很很大；；④运输输条件件：是是否具具备水水运大大型节节段的的条件件、或或公路路运输输钢梁梁快件件的条条件；；⑤养护护因素素：养养护的的工作作量、、养护护条件件。7悬索桥桥加劲劲梁的的发展展历史史7.2悬索桥桥加劲劲梁历历史沿沿革①挠度度理论论出现现以前前，悬悬索桥桥跨度度不大大，加加劲梁梁的刚刚度与与主缆缆的重重力刚刚度共共同成成为悬悬索桥桥悬索索桥结结构刚刚度的的来源源，美美国早早期修修建的的悬索索桥，，主梁梁采用用钢桁桁梁，，抗弯弯刚度度大；；②挠度度理论论出现现以后后，认认识到到主缆缆重力力刚度度的重重要性性，倾倾向于于减小小主梁梁的刚刚度；；③主梁梁刚度度减小小的趋趋势到到老塔塔科马马桥到到达顶顶峰，，该桥桥采用用开口口式钢钢板梁梁，主主跨853m，梁高高2.45m，1940年被风风吹垮垮，促促使业业界认认识到到加劲劲梁抗抗扭刚刚度对对悬索索桥抗抗风稳稳定性性的认认识；；7悬索桥桥加劲劲梁的的发展展历史史7.2悬索桥桥加劲劲梁历历史沿沿革①挠度度理论论出现现以前前，悬悬索桥桥跨度度不大大，加加劲梁梁的刚刚度与与主缆缆的重重力刚刚度共共同成成为悬悬索桥桥悬索索桥结结构刚刚度的的来源源，美美国早早期修修建的的悬索索桥，，主梁梁采用用钢桁桁梁，，抗弯弯刚度度大；；②挠度度理论论出现现以后后，认认识到到主缆缆重力力刚度度的重重要性性，倾倾向于于减小小主梁梁的刚刚度；；③主梁梁刚度度减小小的趋趋势到到老塔塔科马马桥到到达顶顶峰，，该桥桥采用用开口口式钢钢板梁梁，主主跨853m，梁高高2.45m，1940年被风风吹垮垮，促促使业业界认认识到到加劲劲梁抗抗扭刚刚度对对悬索索桥抗抗风稳稳定性性的认认识；；7悬索桥桥加劲劲梁的的发展展历史史7悬索桥桥加劲劲梁的的发展展历史史7.2悬索桥桥加劲劲梁历历史沿沿革主梁刚刚度减减小的的趋势势到老老塔科科马桥桥到达达顶峰峰，该该桥采采用开开口式式钢板板梁，，主跨跨853m，梁高高2.45m，1940年被风风吹垮垮，促促使业业界认认识到到加劲劲梁抗抗扭刚刚度对对悬索索桥抗抗风稳稳定性性的认认识；；7.2悬索桥桥加劲劲梁历历史沿沿革①20世纪六六十年年代，，英国国在建建设SEVEN桥的研研究过过程中中，发发现扁扁平钢钢箱梁梁作大大跨悬悬索桥桥加劲劲梁的的诸多多优势势：优优良的的抗风风颤振振稳定定性、、较小小的静静风阻阻力、、较小小的建建筑高高度、、较小小的恒恒载、、较少少的材材料用用量；；7悬索桥桥加劲劲梁的的发展展历史史②随随后，，扁平平钢箱箱梁作作为大大跨悬悬索桥桥的加加劲梁梁被广广泛采采用；；时至至今日日，对对于单单层桥桥面的的悬索索桥，，扁平平钢箱箱梁仍仍然是是大跨跨度悬悬索桥桥加劲劲梁的的重要要选项项；③双层层桥和和公铁铁两用用桥，，多采采用钢钢桁梁梁加劲劲梁。。8我院设设计的的众多多悬索索桥的的主梁梁选型型的技技术考考虑8.1西陵长长江大大桥8.2汕头海海湾大大桥8.3贵毕公公路西西溪大大桥和和落脚脚和大大桥、、关胜胜公路路北盘盘江大大桥8.4柳州红红光大大桥8.5新北盘盘江大大桥8.6泰州长长江公公路大大桥、、马鞍鞍山长长江公公路大大桥8.7鹦鹉洲洲长江江大桥桥8.8哈尔滨滨三环环西桥桥自锚锚式悬悬索桥桥8.9悬索桥桥主梁梁选型型的综综合考考虑8.1西陵长长江大大桥是国内内建成成最早早的钢钢箱梁梁悬索索桥，，1996年8月通车车，经经过多多次检检测，，使用用情况况良好好。该该桥的的建成成，充充分体体现了了扁平平钢箱箱梁作作大跨跨悬索索桥加加劲梁梁的优优势。。8我院设设计的的众多多悬索索桥的的主梁梁选型型的技技术考考虑8.2汕头海海湾大大桥国内首首座现现代悬悬索桥桥，1995年12月28日通车车。采采用混混凝土土箱梁梁作悬悬索桥桥加劲劲梁，，具有有抗风风性能能好、、维护护工作作量相相对较较省的的特点点，同同时，，又因因为跨跨度相相对不不大，，主缆缆造价价占总总造价价比列列相对对不高高，采采用混混凝土土主梁梁有一一定比比较优优势。。8我院设设计的的众多多悬索索桥的的主梁梁选型型的技技术考考虑8.3贵毕公公路西西溪大大桥和和落脚脚和大大桥、、关胜胜公路路北盘盘江大大桥主跨338m、278m、388m预应力力板梁梁悬索索桥，，因桥桥面较较窄，，跨度度不大大，采采用预预应力力板梁梁作加加劲梁梁，具具有省省维护护、造造价低低、无无需大大件运运输的的特点点。8我院设设计的的众多多悬索索桥的的主梁梁选型型的技技术考考虑8.4柳州红红光大大桥①主跨跨380m开口式式钢板板梁悬悬索桥桥；②采用用设计计施工工总承承包方方式招招标，，桥型型方案案造价价上必必须节节省；；③桥址址区不不具有有大件件运输输条件件，主主梁但但具备备分块块运输输的条条件；；④钢板板梁主主梁适适合分分块运运输，，自重重省，，造价价低；；⑤采用用裙板板和中中央扣扣改善善气动动性能能，保保障抗抗风稳稳定性性；⑥因为为活载载/恒载的的比例例达到到0.348，采用用阻尼尼器改改善行行车条条件。。8我院设设计的的众多多悬索索桥的的主梁梁选型型的技技术考考虑8.5新北盘江江大桥①主跨576m钢桁梁悬悬索桥；；②为了适适应山区区运输、、减小吊吊装重量量、同时时保障抗抗风安全全，采用用钢桁梁梁；、③③正正交异性性钢桥面面板支承承在桁架架上，竖竖向不共共同作用用、横向向部分共共同作用用。8我院设计计的众多多悬索桥桥的主梁梁选型的的技术考考虑8.6泰州长江江公路大大桥、马马鞍山长长江公路路大桥泰州长江江公路大大桥因为为在中塔塔上设置置纵向弹弹性索，，加之吊吊索纵向向倾斜明明显，设设置厚度度为12mm、14mm的纵向直直腹板。。8我院设计计的众多多悬索桥桥的主梁梁选型的的技术考考虑8.8鹦鹉洲长长江大桥桥为改善路路面工作作条件，，采用结结合梁作作加劲梁梁；为方便钢钢梁制作作，节省省用钢量量，采用用了开口口式断面面；8我院设计计的众多多悬索桥桥的主梁梁选型的的技术考考虑8.9哈尔滨三三环西桥桥自锚式式悬索桥桥主跨248m自锚式悬悬索桥。。原本选选用钢箱箱梁做加加劲梁，，考虑到到哈尔滨滨低温达达-40°°，难于在在如此低低温环境境下保障障正交异异性钢桥桥面板上上路面的的实用条条件，采采用结合合梁桥面面。8我院设计计的众多多悬索桥桥的主梁梁选型的的技术考考虑8.10悬索桥主主梁选型型的综合合考虑悬索桥的的主梁决决定悬索索桥的恒恒载、抗抗风稳定定性，需需结合桥桥跨、实实用要求求、多项项建设条条件灵活活选取；；我院设计计的悬索索桥主梁梁多种多多样，有有预应力力箱梁、、钢箱梁梁、钢板板梁、预预应力板板梁、钢钢桁梁、、结合梁梁。8