悬索结构和膜结构施工技术交底

1悬索结构的形式和特点2悬索结构的构造3悬索结构施工4悬索桥的构造5悬索桥的施工悬索结构和膜结构施工技术交底课程内容悬索结构：以一系列受拉钢索为主要承重构件，按照一定规律组成各种不同形式的布置方式，并悬挂在边缘构件或支承结构上而形成的一种空间结构。钢索一般采用由高强钢丝组成的钢丝束，钢绞线或钢线绳用圆钢筋或带状的薄钢板。边缘构件或支承结构用于锚固钢索并承受悬索的拉力，其结构形式可依据建筑物不同类型采用圈梁、拱、桁架或框架等。

3.1

悬索结构的形式和特点3.1.1概述悬索结构单层悬索结构双层悬索结构3.1.2

悬索结构的分类一、单层悬索体系:

由一系列按一定规律布置的单根悬索组成，悬索两端锚挂在稳固的支承结构上。在悬索结构中，单层悬索体系在构造和理论计算上都比较简单。单层悬索体系又可细分为单层单向悬索结构、单层辐射状悬索结构和单层网状悬索结构三种。

①单层单向悬索结构。由一群平行走向的承重索组成，并构成单曲下凹屋面。如图所示：图5-1单层单向悬索结构②单层辐射状悬索结构。当屋盖为圆形或椭圆形平面时，悬索一般按辐射状布置，整个屋面形成下凹的旋转曲面，悬索支承在周边构件受压圈梁上

。如图所示：图5-2辐射式布置的单层索体系③单层网状悬索结构。网状布置的单层索形成下凹的双曲率曲面，两个方向的索一般是正交布置，适用于圆形、矩形等各种平面。单层网状悬索结构其边缘构件的弯矩大于辐射式布置，但省去了中心拉环

。如图所示：图5-3网状布置的单层索体系图5-4淄博市化纤厂的单层悬索屋盖

单层悬索体系与单根悬索相似，其稳定性较差

：a)单层悬索体系是一种可变体系，平衡形式随荷载分布方式而变。b)单层悬索体系抗风能力差。作用在屋盖上的风力主要是吸力，而且分布不均匀，会引起较大的机构性位移，降低屋盖稳定性。当屋面较轻时，甚至可被风力掀起。

为增大单层悬索体系的稳定性，一般可采取如下措施：a)采用重屋面，如装配式钢筋混凝土屋面板等；b)采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳；c)采用横向加劲构件（如图5-5）。图5-5预应力横向加劲单层索系横向加劲单层索系一般有三个工作阶段：a)第一阶段在锚固好的索上敷设横向构件b)第二阶段为预应力阶段C)第三阶段为荷载阶段

横向加劲单层索系不但受力合理，用料经济，施工也比较方便。我国是世界上首先成功地将预应力横向加劲单层索系应用于工程实践的国家之一。先后在1989年、1992年建成安徽省体育馆、潮州体育馆，上海杨浦体育馆等工程。如图所示：图5-6安徽省体育馆的结构示意图

双层悬索体系是由一系列下凹的承重索和上凸的稳定索以及它们之间的连系杆组成。双层索系中的每对承重索、稳定索一般位于同一竖向平面，二者之间通过受拉或受压的连系杆相连（图5一8)，其外形与受力特点类似于承受横向荷载的传统平面桁架，所以又称为索桁架。

二.预应力双层悬索体系

图5一8预应力双层悬索体系的平面布置简图图5一9预应力双双层悬索索体系的的一般形形式☆双层索系系的布置置也有平平行布置置、辐射射式布置置和网状状布置三三种形式式:①双层单向向悬索结结构（平平行布置置）。双双层单向向悬索结结构是由由一群平平行走向向的索桁桁架组成成，图5一10，多用于于矩形、、多边形形建筑平平面，并并可用于于单跨或或多跨建建筑结构构（图5一11）。图5一10双层单向向悬索结结构图图5一11平行布置置的多跨跨双层索索系②双层辐射射状悬索索结构。。当平面面为圆形形时，常常将承重重索、稳稳定索沿沿辐射状状布置，，周边锚锚固在受受压圈梁梁上，中中心宜设设置受拉拉环。③双层双向向悬索结结构。双双层双向向悬索结结构是将将平面索索桁架沿沿相互正正交的两两个方向向布置的的结构形形式鞍形索网网是由相相互正交交，曲率率相反的的承重索索和稳定索叠叠交而形形成的负负高斯曲曲率的曲曲面悬索索结构。。下凹的钢钢索为承承重索，，上凸的的钢索为为稳定索索，两组组索在交点点处相互互连接在在一起，，索网周周边悬挂挂在强大大的周边构构件上。。常见的的鞍形索索网形式式如图21所示。为了保证证索网具具有足够够的刚度度和稳定定性，必必须对索网施施加预应应力。由由于两组组索的曲曲率相反反，因此此可以对其其中任意意一组或或同时对对两组索索进行张张拉，均均可实现预预应力。。三.预应力鞍鞍形索网网组合悬索索结构是是指将悬悬索体系系（索网网、单层层索系、、双层索系系等）与与中间支支承结构构组合在在一起而而形成的的一种新型型结构。。中间支支承结构构由于要要承受较较大载，，因此多采采用刚度度大，受受力合理理的拱、、刚架、、索拱体体系等结构构形式。。四.组合悬索索结构混合悬挂挂体系是是由柔性性悬索与与刚性构构件组合合而成。在这这类体系系中，或或用钢索索悬挂其其他构件件，或由由钢索对其其他构件件提供附附加支点点，以减减轻这些些构件的的担；或用用刚性的的受弯构构件来加加强悬索索的稳定定性，以以减少不均均匀荷载载作用下下的机构构性位移移。混合合悬挂结结构常见的的形式有有索拱体体系、吊吊挂式混混合结构构和斜拉拉式混合结结构等。。★索拱体系系包括平面索拱拱体系和鞍形索拱拱体系两种。五.混合悬挂挂体系★吊挂式混混合结构构应用悬悬索桥的的结构原原理，用用一系列列吊杆把把刚性的的屋面构构件连接接在悬索索，由悬悬索承担担大部分分刚性屋屋盖构件件荷载，，不仅节节省了结结构所占占空间，，而且总总体受力力较为合合理。★斜拉式混混合结构构应用斜斜拉桥的的结构原原理，由由塔柱顶顶部挂下下斜拉索索直接与与刚性的的屋盖构构件相连连，大部部分刚性性屋盖构构件荷载载经斜拉拉索传递递到塔柱柱，最终终传至基基础。①预应力悬悬挂薄壳壳②悬挂薄膜膜结构（钢悬膜膜结构、、涂层层织物悬悬挂薄膜膜）六.悬挂薄壳壳与薄膜膜结构3.1.3悬索结构构的特点点①受力合理理，经济济性好，，悬索结结构依靠靠高强度度钢索的的轴向拉拉伸来抵抵抗外荷荷载作用用，最充充分地利利用了钢钢材的强强度，因因而可以以较经济济地跨越越很大的的跨度。。②施工方便。③建筑造型多样样、美观。④悬索结构的边边缘构件或支支承结构受力力较大，一般般需要强大的的截面，耗费费较多的材料料，而且其刚刚度对悬索结结构的受力影影响较大，因因此边缘构件件或支承结构构的设计极为为重要。⑤悬索结构设计计计算理论相相对复杂。一、钢索的分类用于悬挂结构构的钢索有如如下数种：圆钢、型钢、、钢绞线、钢钢丝绳及钢丝丝束等。3.2悬索结构的构构造3.2.1钢索二、钢索的制作钢钢索索制作一般须须经下料、编编束、预张拉拉力及防护等等几个程序。。3.2.2锚具一、螺杆式锚具二、镦头式锚具三、夹片式锚具四、锥销式锚具五、其他形式的锚锚具3.2.3其他节点构造造一、钢索与钢索连连接二、钢索连接件三、钢索与屋面板板连接图5-47连接板连接图5-48混凝土板内伸伸出钢筋连接接四、钢索与中心环环的连接图5-49钢索与中心环环的连接之一一五、钢索的锚固钢索的锚固可可根据拉力的的大小、倾角角和地基土等等条件采用下下列方法：重重力式；板式式；挡土墙式式；桩式。3.3悬索结构施工工3.3.1单层单向悬挂挂屋盖结构施施工①钢索的制作。。钢丝的下料长长度L可由下式计算算：L=两锚头之间钢钢丝束的净长长＋2(锚头长＋锚头头端部露露出钢丝丝长＋垫圈厚厚〕例如，本工程程钢丝束中钢钢丝的下料长长度为：L=54.8+2(0.155+0.05+0.036)=55.282(m)②装锚具（又称称挂锚）。③挂索。（图5-52）④铺槽形板。⑤槽板加荷。⑥挂稳定索。（图5-53）⑦槽形板灌缝。。⑧预留孔道灌浆浆。⑨卸去红砖。3.3.2双层辐射式悬悬索屋盖结构构施工双层辐射式悬悬索屋盖适用用于圆形的建建筑平面，它它由外环、内内环、辐射形形承重索及稳稳定索等构成成。该结构体系分分两种：拉环体系和压环体系悬索各阶段进进行施工3.3.3索网悬索屋盖盖结构施工该结构由索网网和它的支承承结构（边梁梁或边梁与拱拱组合）组成成，索网由承承重索（负高高斯曲率）和和稳定索（正正高斯曲率））组成。稳定定索的作用是是使索网屋面面在各种荷载载作用下能维维持预定的曲曲面。①制索。②②穿索。。③标高控控制。④张张拉。3.4悬索桥的构造造3.4.1概述悬索桥主要由由悬索（主缆缆）、塔柱、、吊杆、锚碇碇和桥道系组组成。悬索包包括主索、边边索和锚索；；桥道系包括括桥面、桥道道和加劲梁。。新世纪大跨度度桥梁的发展展趋势世界桥梁发展展的历史是桥梁跨度不不断增大的历历史，是桥型型不断丰富的的历史，是结结构不断轻型型化的历史。。发展现状预示示本世纪将迎来来世界桥梁更更大规模的建建设高潮。洲际跨海、建建立全球交通通网的构想跨海工程不是是可望而不可可即的宏伟蓝蓝图。大跨度桥梁向向索结构方向向发展特大跨桥梁采采用以斜缆为为主的空间网状承重重体系或采用悬索加斜拉的的混合体系。采用流线型钢箱或采用轻型而而刚度大的复合材料作加劲梁。采用自重小强强度高的碳纤维材料做主缆。斜拉桥在密索体系的基础上采用用开口截面，，减小梁的高高跨比。大跨度桥梁上上部结构轻型化问题。大跨度桥梁的的动力稳定性性问题跨海工程常年年受台风、海海浪频繁袭击击；海峡地震带，，多支地震力力激励；多车、快车、、重车等行车车动力作用；；研究特大跨桥桥梁气动特性性，改善气动弹性性稳定性。跨海结构振动动控制，抗震、减震震、抑震。避免车激共振振，增大特大跨跨桥梁刚度。。大型深水基础础工程的难点点突破目前世界桥梁梁基础工程实实践尚未超过过100m深海。直布罗陀海峡峡桥的悬索桥桥和多跨斜拉拉桥方案，基基础深达300m。美国将在墨西西哥湾修建的的石油钻井平平台基础，水水深达411m.解决100~300m深海基础施工工难题迫在眉眉睫。基础及桥墩墩分大块预预制安装。。大跨度桥梁梁应是建筑筑艺术精品品空间艺术精精品增添湖光山山色、海空空景观；成为世界名名城永久的的标志性建筑筑；重视建筑艺艺术造型，，重视桥梁梁美学和景景观设计，，重视环境境保护，达达到人文景观同同环境景观观的完美结结合。杰出的桥梁梁工程师，，也应是卓卓越的桥梁梁建筑师。。3.4.2悬索桥的构构造特点一、主缆主缆是悬索索桥的主要要承重构件件，除承受受自重和吊吊索（吊杆杆）重外，，又通过吊吊索承受加加劲梁、桥桥面系恒载载及活载。。悬索桥一一般采用双双面主缆，，一般是一一侧布置一一根，分别别有一侧用用两根主缆缆的设计，，对称设置置在加劲梁梁的上方，，主缆下的的吊索吊挂挂加劲梁的的上弦或上上弦伸出的的抚架。悬悬索桥主缆缆主要有三三种类型：：①平行行钢丝；②②平行钢钢丝束；③③钢丝绳绳。二、加劲梁加劲梁由均均匀间隔的的分布吊索索悬挂在主主缆的索夹夹上，其主主要功能是是提供桥面面系和防止止桥面发生生过大的挠挠曲和扭曲曲变形。悬索桥加劲劲梁主要有有两种形式式：钢桁架架和扁平钢钢箱梁三、吊索吊索也称吊吊杆，是主主要传力杆杆件，通过过吊索将桥桥面荷载传传给悬索。。吊索有直直吊索和斜斜吊索两种种，如图66，其上端通通过索夹与与悬索相连连，下端与与加劲梁连连接。图5-68吊索与主缆缆连接方式式四、索塔索塔是支承承主缆的重重要构件，，恒载和活活载大都通通过索塔传传到塔墩和和基础。索索塔还承受受作用于塔塔身、加劲劲梁及主缆缆上的风力力。主塔顶顶设有鞍座座，底部支支承于主墩墩，由立柱柱、横撑组组成平面框框架。五、锚碇锚碇是主缆缆的锚固体体，与索塔塔一样是支支承主缆的的重要部分分，它将主主缆的拉力力传递给地地基。锚碇碇一般由锚锚碇基础、、锚块、主主缆的锚碇碇架及固定定装置、遮遮棚等部分分组成。当当主缆需要要改变方向向时，锚碇碇中还包括括主缆支架架和锚固鞍鞍座。六、鞍座①塔顶鞍座。。由主缆传来来的很大的的竖直力通通过鞍座均均匀分布到到塔柱顶截截面。②主缆支支架鞍座。。主缆支架鞍鞍座主要功功能是改变变主缆方向向，并把主主缆的钢丝丝束股在水水平及竖直直方向分散散开来，然然后把这些些钢丝束股股引人各自自的锚固位位置。其构构造类同塔塔顶鞍座。。七、桥面多用钢板铺铺设，也有有浇筑沥青青混凝土和和铺设木板板等的。目目前，大跨跨度吊桥一一般采用正正交异性板板作行车桥桥面。正交交异性板在在桥宽内是是一块很薄薄的钢板，，在板下全全长内用连连续、间距距很密的纵纵肋加固，，使它足以以承受活载载的压力，，且能减轻轻桥梁自重重。3.5悬索桥的施施工3.5.1悬索的施工工一、悬索的的制作悬索由缆索索制成。缆缆索在运输输、丈量、、切割和安安装中应注注意避免扭扭转、松散散。钢缆索索安装时应应做破断试试验，要检检查破断所所在部位，，总破断力力是否达到到设计要求求，钢索应应不致从锚锚头中拔出出。①下料；；②切切割。二、锚头的的制作锚头制作是是将钢索端端部钢丝散散开并理直直做成锚头头套筒相似似的锥形，，以便插入入套筒后浇浇铸合金时时能均匀分分布。三、索鞍的的安装索鞍的安装装与斜拉桥桥相同，有有强制法和预偏法。四、主索的的安装安装主索时时，要检查查锚碇，索索鞍和索塔塔的中心线线，标高、、距离。五、索夹和和吊杆的安安装索夹和吊杆杆可在施工工索道上安安装。3.5.2索塔的施工工索塔材料可可用金属、、钢筋混凝凝土或预应应力混凝土土。钢索塔需要要用铆、栓栓、焊等连连接形式进进行装配，，截面一般般是由型钢钢组成的桁桁架和框架架形式。混凝土索塔塔施工大体体上可分为为搭架现浇浇、预制吊吊装、滑升升模板浇筑筑等几种方方法。一、搭架现现浇二、预制吊吊装三、滑模施施工这种方法的的最大优点点是施工进进度快，适适用于高塔塔的施工。。3.5.3加劲梁的架架设加劲梁架设设的主要工工具是缆载载起重机。。架设顺序序可以从主跨跨跨中开始，，向桥塔方方向逐段吊吊装；也可以从桥桥塔开始，，向主跨跨跨中及边跨跨岸边前进进。一、架设方方式二、缆载起起重机缆载起重机机由主梁、、端梁及各各种运行、、提升机构构组成。3.5.4支座、桥面面和锚碇的的施工一、支座固定和活动动支座、混混凝土垫块块等均要在在吊桥全部部构件的安安装、加劲劲梁的建筑筑拱度调整整、桥端标标高的调整整和临时支支座垫搁置置等工序全全部完成后后，再安装装。二、桥面安装正交异异性板桥面面时，可将将正交异性性板作为加加劲梁的上上弦杆或上上翼缘的一一部分，使使之与梁共共同受力。。板上设一一层38一51mm厚的沥青磨磨耗层使之之与钢板牢牢固粘结在在一起。三、锚碇空间膜结构构3.6.1概述膜结构又叫张拉膜膜结构（TensionedMembranestructure），是以建筑织织物，即膜材料为为张拉主体，与支支撑构件或拉索共共同组成的结构构体系，它以其新新颖独特的建筑造造型，良好的受力力特点，成为大跨跨度空间结构的的主要形式之一。。膜结构是一种建建筑与结构完美结结合的结构体系。。它是用高强度柔柔性薄膜材料与支支撑体系相结合形形成具有一定刚刚度的稳定曲面，，能承受一定外荷荷载的空间结构形形式。其造型自由由轻巧、阻燃、制制作简易、安装装快捷、能易于施施工、使用安全等等优点，因而使它它在世界各地受到到广泛应用。这种种结构形式特别适用于大型体育育场馆、入口廊道道、小品、公众休休闲娱乐广场、展展览会场、购物中中心等领域。3.6.2膜结构的分类膜结构按其支承方方式的不同，一般般可以分为空气膜结构、悬悬挂膜结构、骨架架模结构和复合膜结构（索穹顶顶）等。一、空气膜结构图5-85空气膜结构二、悬挂膜结构一般采用独立的桅桅杆或拱作