悬索桥构造特点与设计特点概述

悬索桥构造特点与设计特点概述8.1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。8.1悬索桥概述悬索桥的发展1883年，第一座现代悬索桥，美国Brooklyn桥，主跨486m1931年，第一座突破千米的悬索桥—主跨1006米的美国纽约华盛顿桥1937年，主跨1280米的悬索桥，美国旧金山金门大桥1940年，美国华盛顿州

塔科马悬索桥8.1悬索桥概述悬索桥的发展1997年，丹麦大海带桥,主跨1624米悬索桥1997年，中国香港青马大桥,主跨1377米,是当时最大跨度公铁二用悬索桥1998年，日本明石海峡大桥，主跨1991米，是世界最大跨度悬索桥1999年，中国江阴长江大桥，主跨1385米，中国第一座超千米悬索桥8.1悬索桥概述悬索桥的发展进入二十世纪以来，悬索桥进入了一个朝低高度主梁、高强度材料和大跨径方向发展的阶段，加劲梁以桁架为主，梁的高跨比在1/150左右。二战后，悬索桥进入了新的发展时期，欧洲各国采用了抗风性能好的薄壁箱形截面加劲梁。8.1悬索桥概述我国悬索桥的发展汕头海湾大桥西陵长江大桥(主跨900米)广东虎门大桥(主跨888米)香港青马桥(主跨1377米)江阴长江大桥（主跨1385m）8.1悬索桥概述按锚固形式分地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。自锚式：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）承受；竖直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城市桥等。按力学性态分柔性悬索桥刚性悬索桥8.1悬索桥概述典型的悬索桥美国新的旧金山海湾大桥方案8.1悬索桥概述典型的悬索桥美国金门大桥8.1悬索桥概述典型的悬索桥明石海峡桥8.1悬索桥桥概述述典型的的悬索索桥江阴长长江公公路大大桥8.2悬索桥桥构造造特点点主缆结构体体系中中的主主要承承重构构件；；通过过塔顶顶索鞍鞍悬挂挂在主主塔上上并锚锚固于于两端端锚固固体中中的柔性承承重构构件。。8.2悬索桥桥构造造特点点主塔是悬索索桥抵抵抗竖向荷荷载的主要要承重重构件件；支支承主主缆的的重要要构件件8.2悬索桥桥构造造特点点加劲梁梁悬索桥桥承受受风荷荷载和和其它它横向水水平力力的主要要构件件，提供桥桥面和和防止止桥面面发生生过大大的挠挠曲变变形和和扭曲曲变形形，主要承承受弯弯曲内内力8.2悬索桥桥构造造特点点吊索将加劲劲梁自自重、、外荷荷载传传递到到主缆缆的传传力构构件，，是连连系加加劲梁梁和主主缆的的纽带带。8.2悬索桥桥构造造特点点锚碇锚固主主缆的的结构构，它它将主主缆中中的拉拉力传传递给给地基基8.3悬索桥桥的构构造特特点主缆结构形形式双面平平行主主缆（（绝大大多数数）；；单面面主缆缆；空空间主主缆；；复式式主缆缆（双双链吊吊桥：：朝朝阳大大桥））。截面形形状（（六角角形））尖顶形形；平顶形形；方阵式式；8.3悬索桥桥的构构造特特点主缆编制方方法——AS法通过牵牵引索索作来来回走走动的的编丝丝轮，，每次次将两两根钢钢丝从从一端端拉到到另一一端，，待钢钢丝达达到一一定数数量后后（可可达400～500根）编编扎成成一根根索股股。钢钢束股股数较较少，，便于于集中中锚固固，起起吊设设备轻轻便；；架设设主缆缆时抗抗风较较弱所所需劳劳动力力也较较多。。8.3悬索桥桥的构构造特特点主缆编制方方法——PS法避免了了钢丝丝编成成钢丝丝束股股的作作业从从而加加快主主缆的的施工工进度度，但但要求求大吨吨位的的起重重运输输设备备和拽拽拉设设备来来搬运运钢丝丝束股股。目目前多多采用用61、91、127Φ5左右钢钢丝，，最重重可达达40吨。8.3悬索桥桥的构构造特特点主缆的的保护护锈蚀原原因架设期期间水水份进进入；；防护护完成成后线线形变变化、、温度度变化化引起起伸缩缩而导导致粗粗糙表表面的的油漆漆开裂裂和索索夹上上受损损的密密封部部位开开裂，，水的的渗入入导致致主缆缆湿度度高而而锈蚀蚀。防护方方法施工期期间镀镀锌钢钢丝外外涂底底漆或或者树树脂类类，然然后手手工满满刮腻腻子，，再缠缠绕钢钢丝（（退火火镀锌锌Φ4钢丝）），最最后作作外涂涂装。8.3悬索桥桥的构构造特特点改良措措施：：以S形截面面的缠缠绕钢钢丝代代替圆圆端面面钢丝丝，使使主缆缆表面面光滑滑、丝丝丝相相扣，，油漆漆不易易开裂裂、水水不能能渗入入。开空气气导入入法：：将除除湿机机产生生的干干燥空空气用用管道道输送送，通通过入入口索索夹输输入主主缆，，经出出口索索夹排排出主主缆（（出入入口索索夹间间距140米左右）），一般般可维持持相对湿湿度在40％以下。。8.3悬索桥的的构造特特点吊索布置形式式：竖直直；倾斜斜（提高高整体振振动时的的结构阻阻尼值））。材料：刚刚性吊杆杆（少量量小跨：：圆钢或或钢管））；柔性性吊索：：钢丝绳绳或者平平行钢丝丝索（多多采用））。8.3悬索桥的的构造特特点吊索钢丝绳索索绳心式：：以一股股钢丝绳绳为中央央形心，，外围用用钢丝束束股围绕绕扭绞而而成。股心式：：7股钢丝束束股扭绞绞而成，，中央一一股为股股心。注意：钢钢丝束股股的扭绞绞方向与与其间钢钢丝的扭扭转方向向相反。。平行钢丝丝索（PWS）：多根根Φ5～7镀锌钢丝丝外加PE套管。8.3悬索桥的的构造特特点索夹作用刚性索夹夹与柔而而松的主主缆索体体间的连连接为不不稳定连连接。依依靠摩擦擦力来保保证主缆缆在受拉拉产生收收缩变形形时也不不致滑动动。8.3悬索桥的的构造特特点索夹构造六边形（（中小跨跨）：少少用；圆形一对铸钢钢半圆构构件以高高强螺栓栓相连接接，依靠靠高强螺螺栓拧紧紧8.3悬索桥的的构造特特点吊索与索索夹的联联结方式式4股骑跨式式两根两端端带锚头头的钢丝丝绳索绕绕跨在索索夹顶部部的嵌索索槽中，，锚头与与加劲梁梁连接。。不宜用用平行钢钢丝索，，索夹分分左右两两半。8.3悬索桥的的构造特特点吊索与索索夹的联联结方式式双股销铰铰式两根下端端带锚头头、上端端带销铰铰的钢丝丝绳索或或平行钢钢丝索，，上端利利用销铰铰与索夹夹下的耳耳板（吊吊板）连连接，下下端用锚锚头或者者同样用用销铰与与加劲梁梁连接。。索夹分分上下两两半。8.3悬索桥的的构造特特点吊索与索索夹的联联结方式式8.3悬索桥的的构造特点吊索与主主缆连接接4股骑跨式式8.3悬索桥的的构造特点点吊索与主主缆连接双股销铰铰式索索箍索索夹8.3悬索桥的的构造特点点骑跨式吊吊索与与主缆（（索夹））

以及及与加劲劲梁之之间的连连接8.3悬索桥的的构造特特点桥塔材料圬工（古古老、小小跨简易易）钢筋砼（（框架式式；实心心矩形或或者箱形形）最高高155米钢（框架架式、桁桁架式；；箱形、、多格箱箱形、H形）8.3悬索桥的的构造特特点桥塔桥塔纵向向结构形形式摇柱塔（摆动式式）：单单柱塔下下设铰、、塔顶索索鞍固定定于塔，，适于小小跨。柔性塔：一般为为下端固固定式，，塔顶水水平变位位量相对对较大，，适于大大跨。刚性塔：塔顶水水平变位位量相对对较小，，单柱或或者A形，多用用于多跨跨悬索桥桥的中间间塔柱，，纵向刚刚度较大大，塔顶顶位移小小从而减减小加劲劲梁内的的应力。。8.3悬索桥的的构造特特点桥塔桥塔横向向结构形形式：刚构式（（框架式式）：单单层或者者多层门门架，明明快简洁洁桁架式：：若干组组交叉的的斜杆与与水平横横梁组成成桁架，，施工时时稍显困困难混合式：：仅在桥桥面以下下设置交交叉斜杆杆以改善善受力和和经济性性能8.3悬索桥构构造特点点桥塔8.3悬索桥的的构造特特点桥塔塔柱横向向可竖直直或者稍稍带倾斜斜（斜柱柱式）或或转折点点（折柱柱式），，后两者者稳定性性能好且且较为经经济。钢筋砼刚刚构式桥桥塔是悬悬索桥的的桥塔最最佳选择择。8.3悬索桥构构造特点点加劲梁8.3悬索桥的的构造特特点加劲梁比较项目加劲梁形式钢桁梁钢箱梁砼箱梁抗风性能涡流激振最不易发生易发生不易发生自激振动可能性大可能性小静态阻力系数大小小风致变形大小小结构刚度小大结构梁高高低低用钢量最大低最低桥面系一般与主梁分离一般与主梁结合为整体为主梁的一部分制造制造杆件多，节点结构复杂，标准化大量生产困难箱梁由板构件组成，标准化大量生产容易工厂预制节段，标准化生产容易施工架设单根杆件平面构件立体节段多样化节段法架设或与现浇节段并用预制节段法养护养护维修油漆养护难油漆养护方便一般无需养护桥面菲结合型损伤时易与主梁结合损伤难维修损伤时易维修此外，钢钢板梁也有采用用8.3悬索桥的的构造特特点锚碇（地锚式悬悬索桥））由主缆的锚锚碇架及及固定装装置、锚锚块、锚锚块基础础组成基本分类类重力式锚锚碇隧道式锚锚碇岩锚8.3悬索桥的的构造特特点锚碇（地锚式悬悬索桥））重力式锚锚碇：依依靠锚块自重重来抵抗主主缆的竖竖直分力力，水平平分力则则由锚碇碇与地基基之间的的摩阻力力（包括括侧壁的的）或者者嵌固阻阻力来抵抵抗。前锚式：：主缆采采用PS法施工时时的缆索索锚固方方式，支支承（定定位）钢钢构架与与传力钢钢构架的的结合。。后锚式：：主缆采用用AS法施工时时的缆索索锚固方方式，铸铸钢索靴靴与眼杆杆的结合合。目前预应应力锚拉拉工艺已已经陆续续取代前前两者。。8.3悬索桥的的构造特特点锚碇（地锚式悬悬索桥））隧道式锚锚碇（岩岩洞式））主缆散开开后各索索股通过过岩洞中中的混凝凝土锚块块内埋设设的锚梁梁与拉杆杆的伸出出端连接接，并利利用预应应力工艺艺调整松松紧。岩锚（岩岩孔锚））：各索股先先分散在在各个岩岩孔内（（每股一一个孔）），最后后再进入入锚固室室。8.3悬索桥的的构造特特点锚碇（地锚式悬悬索桥））8.3悬索桥的的构造特特点（（重力锚锚碇实例例）8.3悬索桥的的构造特特点目前常采采用的锚锚碇构造造8.3悬索桥的的构造特特点其它的特特殊的锚锚碇多跨悬索索桥的共共用锚墩墩三角形空空腹构架架式重力力锚平板式重重力锚软土层中中的深基基础重力力锚8.3悬索桥的的构造特特点索鞍（鞍鞍座）塔顶主索索鞍塔顶主索索鞍边跨靠近近岸端的的墩架或或钢排架架的顶部部，改变变主缆在在竖平面面内的倾倾角展束锚固固索鞍多设置在在桥台上上，使构构成主缆缆的许多多钢丝束束股在水水平向及及竖直向向分散开开的支撑撑鞍座，，并导引引各索股股入锚固固部分。。8.3悬索桥的的构造特特点索鞍（鞍鞍座）塔顶主索索鞍：鞍槽、腹腹板底板板和加劲劲肋板等等（腹板板传递鞍鞍槽压力力，横肋肋加强））构成布置形式式：两块斜腹腹板；单单（两））块竖腹腹板8.3悬索桥的的构造特特点索鞍（鞍鞍座）塔顶鞍槽槽的纵向向曲率半半径：纵向圆弧弧半径（（可为纵纵向非对对称多段段圆弧））不小于于主缆直直径的8～12倍，入口口处鞍槽槽半径局局部略小小以防破破坏主缆缆防腐。。鞍槽的截截面形状状：配合合主缆钢钢丝索股股的排列列形状。。制造方法法：全铸铸、铸件件鞍槽＋＋焊接钢钢板（铸铸焊）——倾向、全全焊。8.3悬索桥的的构造特特点散索鞍构造形式式：为调调节主缆缆在各种种条件下下的长度度变化，，散索鞍鞍由辊轴轴、摇轴轴支承，，或者作作成摆柱柱构件。。鞍槽的纵纵向曲率率半径：：入口处处鞍槽形形状与塔塔顶鞍槽槽相同，，出口处处略小，，满足转转向和散散索。鞍槽的截截面形状状：配配合主缆缆钢丝索索股的排排列形状状。8.3悬索桥构构造特点点塔顶鞍座座虎门主索鞍江阴主索鞍散索鞍8.4悬索桥的的结构设设计特点点跨度比（（边跨与与中跨之之比）一般取值值自由度度较小，，为0.3～0.5单位桥长用钢量随随跨度比的减小而而增大；结构的竖向变形及及竖向挠角随跨度度比的减小而减小小取消悬吊的边跨加加劲梁又导致结构构的整体刚度降低低大跨悬索桥多小边边跨来增加刚度的的同时又使用钢量量较省，跨度比在在0.2～0.4之间。8.4悬索桥的结构设计计特点垂跨比（主缆矢矢跨比）（f/l）一般取值范围为为1/9～1/12垂跨比对主缆拉力力影响较大，垂跨跨比越小主缆拉力力越大钢桥塔的用钢量随随垂跨比的增加而而增加8.4悬索桥的结构设计计特点垂跨比（主缆矢矢跨比）垂跨比越大，悬索索桥的竖向、横向向整体刚度越大对振动特性的影响响：垂跨比增大时时，竖向挠振固有有频率和极惯矩降降低；扭振固有频频率增大8.4悬索桥的结构设计计特点高跨比（加劲梁高高与主孔跨度之比比）加劲梁在恒载作用用下除了承受与吊吊索节间长度有关关的挠曲应力外，，一般处于无应力力状态，加劲梁高度与主孔孔跨度基本没有关关系减小加劲梁竖向变变形的有效办法是是减小跨度比而不不是增大加劲梁高高度8.4悬索桥的结构设计计特点高跨比（加劲梁高高与主孔跨度之比比）一般而言，桁架式式加劲梁的高度为为8～14米，箱型加劲梁高高度为2.5～4.5米。已建桁架式加劲梁梁悬索桥的高跨比比大致在1/180～1/70；箱型加劲梁悬索桥桥的高跨比大致在在1/400～1/300；8.4悬索桥的结构设计计特点宽跨比一般中小跨度桥梁梁：（B/l）一般取值范围为为大于等于1/20但是大跨度悬索桥桥的宽跨比尚无合合理而科学的标准准。8.4悬索桥的结构设计计特点宽跨比一般而言，宽跨比比越大，梁体越宽宽，梁体横向挠曲曲刚度越大已建大跨度悬索桥桥的宽跨比大致在在1/40～1/60。8.4悬索桥的结构设计计特点加劲梁的支承体系系简支（双铰）体系系适于边跨建筑高度度小、曲线边跨。。由于边跨主缆的的垂度较小对荷载载变形有利，架设设主缆时索鞍预偏偏量较大；梁端用用吊杆或者摆柱作作支撑的悬浮体系系，纵向位移不受受限制。不太适合合铁路桥。8.4悬索桥的结构设计计特点加劲梁的支承体系系连续体系加劲梁挠度（竖向向及横向）、梁端端角变位及伸缩量量较小。但是，主主塔支点处产生较较大弯距；梁穿过过塔，使塔柱间横横向间距大，基础础尺寸也相应加大大；制造、架设误误差以及基础的不不均匀沉降对加劲劲梁应力影响较大大。8.4悬索桥的结构设计计特点加劲梁的支承体系系：单跨悬索桥中的一一些特殊布置：单跨悬索桥加劲梁梁在两个非悬吊的的边跨内各带