悬索桥和斜拉桥分类及构造

第一节悬索桥和斜拉桥分类及构造悬索桥和斜拉桥简介内容概述悬索桥和斜拉桥的分类1悬索桥和斜拉桥的构造2一、悬索桥和斜拉桥的分类1、悬索桥（1）悬索桥的组成及发展概况定义：悬索桥也称吊桥，是指利用主缆和吊索作为加劲梁的悬挂体系，将桥跨所承受的荷载传递到桥塔、锚碇的桥梁。组成：由主缆、吊索、加劲梁、索塔和锚碇构成。主缆吊索加劲梁索塔锚碇一、悬索桥和斜拉桥的分类1、悬索桥（1）悬索桥的组成及发展概况旧金山金门大桥美式悬索桥恒比尔悬索桥英式悬索桥明石海峡大桥日式悬索桥江阴长江大桥中式悬索桥20世纪30年代1981199820世纪90年代一、悬索桥和斜拉桥的分类1、悬索桥（1）悬索桥的组成及发展概况一、悬索桥和斜拉桥的分类1、悬索桥（1）悬索桥的组成及发展概况国内主跨在450米以上的悬索桥1润扬长江大桥2005年1490米2江阴长江大桥1999年1385米3香港青马大桥1997年1377米4宜昌长江大桥2001年960米5西陵长江大桥1996年900米6虎门大桥1997年888米7厦门海沧大桥1999年648米8重庆鹅公岩长江大桥2001年560米9汕头海湾大桥1995年452米10重庆丰都长江大桥1997年450米1、悬索桥一、悬索桥和斜拉桥的分类（2）悬索桥的结构体系按悬吊跨数分单跨悬索桥三跨悬索桥多跨悬索桥福斯公路桥备赞濑户桥1、悬索桥一、悬索桥和斜拉桥的分类（2）悬索桥的结构体系按主缆锚固方式分地锚式悬索桥：主缆通过重力式锚碇或岩隧式锚碇将荷载产生的拉力传至大地达到全桥受力平衡。自锚式悬索桥：主缆在边跨两端将主缆直接锚固于加劲梁上，主缆的水平拉力由加劲梁提供轴压力自相平衡，不需另设置锚碇。江汉六桥大连星海湾跨海大桥1、悬索桥一、悬索桥和斜拉桥的分类（2）悬索桥的结构体系矮寨特大悬索桥采用竖直吊索并以钢桁架作加劲梁根据悬吊方式分1、悬索桥一、悬索桥和斜拉桥的分类（2）悬索桥的结构体系采用斜吊索钢箱加劲梁的悬索桥根据悬吊方式分英国恒伯尔桥1、悬索桥一、悬索桥和斜拉桥的分类（2）悬索桥的结构体系带斜拉索的悬索桥根据悬吊方式分纽约布鲁克林大桥1、悬索桥一、悬索桥和斜拉桥的分类（2）悬索桥的结构体系按支承结构分单跨两铰加劲梁三跨两铰加劲梁三跨连续加劲梁2、斜拉桥一、悬索桥和斜拉桥的分类组成：由斜拉索、索塔和主梁组成。斜拉索主梁索塔2、斜拉桥一、悬索桥和斜拉桥的分类分类：（1）按索塔布置方式分上虞章镇斜拉桥单塔式斜拉桥适于跨越宽度不大或基础、桥墩工程数量不是很大的情况。2、斜拉桥一、悬索桥和斜拉桥的分类分类：（1）按索塔布置方式分双塔式斜拉桥适于桥下净空要求较大的情况。辽河大桥2、斜拉桥一、悬索桥和斜拉桥的分类分类：（1）按索塔布置方式分多塔式斜拉桥适于宽阔水面大的情况。嘉绍跨海大桥2、斜拉桥一、悬索桥和斜拉桥的分类分类：（2）按主梁的支承条件分连续梁式斜拉桥在墩台支撑处均采用活动支座，行车顺畅，变形缝少。单悬臂式斜拉桥跨中有一段挂梁，对边跨临时支墩施工，中跨悬臂施工。T形刚架式斜拉桥梁根部与墩、塔连成整体，形成十字固结，主梁要强固。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点主缆吊索索夹索鞍加劲梁索塔锚碇二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点1）主缆主缆是悬索桥的主要受力构件，它通过吊索（或吊杆）与加劲梁相连。类型：钢丝绳一般用于中小跨度（600m以下）的悬索桥平行钢丝束适用于大跨悬索桥，平行钢丝束分为预制平行束股和空中纺丝法。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点1）主缆制作方法：空中纺线法（AS）利用牵引机械往复拽辣钢丝，在现场制作平行钢丝索股的施工方法。制索股的同时完成了架设，每股丝数量大，索股数量少，锚室内的锚固面积小，但编缆设备一次性投入高。预制平行索股法（PPWS）将在工厂预制平行高强钢丝组成的索股运到工地安装的方法。节省架设时间、提高索股质量，目前修建的悬索桥均采用此法。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点1）主缆截面组成：PPWS正六边形AS钢丝索股二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点2）吊索吊索：是连接主缆和加劲梁的构件，它通过索夹把加劲梁悬挂于主缆上。布置形式：竖直布置斜向布置二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点2）吊索材料：可用钢丝绳、平行钢丝束或钢绞线等材料制作。吊索与主缆连接：倒U骑挂式铰接式二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点2）吊索吊索与加劲梁的连接方式以传力直接可靠、方便检修和不易积水为原则，常用的方式如下：锚头承压式销接式二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点3）索夹索夹是紧箍主缆索股并连接主缆与吊索的构件。作用：把主缆箍紧，使主缆在受拉时，产生收缩变形时也不致滑动。形式：六边形索夹圆形索夹二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点4）索鞍索鞍是为主缆提供支承并使主缆平顺地改变方向的构件。类型：按材料及成型方法分二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点4）索鞍类型：按所处位置分塔顶主索鞍塔顶设置主索鞍，是主缆在塔顶的承重结构。支架副索鞍边跨靠近岸端的墩架或钢排架的顶部，改变主缆在竖平面内的倾角。也可不设。。锚固散索鞍多设置在桥台上，使构成主缆的许多钢丝束股在水平向及竖直向分散开的支撑鞍座，并导引各索股入锚固部分。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点4）索鞍主索鞍散索鞍二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点5）加劲梁加劲梁是提供桥面直接承受荷载的梁体结构。作用：加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。形式：钢板梁钢桁梁钢箱梁混凝土箱梁二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点5）加劲梁形式：①钢板梁：通常采用工字形截面，沿跨径设计成等高度梁，仅在翼缘板层数上变化，以适应弯矩变化的要求，为了保证腹板局部稳定，在腹板两侧设纵横加劲肋。②钢桁梁：特点：通透梁体，抗风稳定性好；空间桁架结构，抗扭刚度较大；不易产生颤振、抖振和涡激共振。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点5）加劲梁形式：③钢箱梁；特点：采用正交异性钢桥面板和带加劲肋的薄钢板组成，能充分发挥薄钢板比厚钢板力学性能好的优点，利于焊接，同时，正交异性板具有很高的承载力，截面设计更为经济合理。钢箱梁内部构造二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点5）加劲梁形式：④混凝土箱梁(预应力混凝土箱梁)；特点：在总用钢量上稍有减少，抗风、变形（刚度）较好，流线型梁体外形美观、养护容易；但总造价偏高，施工架设胶南、工期长，抗震性及适应性较差，吊索及索夹工作量加大。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点5）加劲梁加劲梁的布置：双铰加劲梁简支体系和连续加劲梁的连续体系。双铰加劲梁简支体系：构造简单、制造和架设时的误差对加劲梁无影响，适用于中小跨径和大跨径悬索桥。连续加劲梁：在桥塔处内力达到最大值，适于铁路悬索桥或公铁两用悬索桥。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点6）桥面钢桥面：是个多结构的组合体，一般包括防锈和主体铺装两大体系。混凝土加劲梁：采用混凝土桥面和沥青混凝土桥面，但近年混凝土桥面病害较多，故大多采用沥青混凝土桥面。二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点7）索塔索塔是支承主缆的重要构件。作用：支承主缆，分担主缆所受的竖向力，在风力和地震力作用下，对总体稳定提供保证。形式：①按横向结构形式：刚构式、桁架式、混合式1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点7）索塔形式：②按纵向结构形式：刚性塔、柔性塔、摇柱塔二、悬索桥和斜拉桥的构造1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点8）锚碇基本组成：主缆的锚碇架及固定装置、锚块、锚块基础。基本分类：重力式锚碇、隧道式锚碇、岩锚。二、悬索桥和斜拉桥的构造重力式锚碇依靠锚块自重来抵抗主缆的竖直分力，水平分力则由锚碇与地基之间的摩阻力（包括侧壁的）或者嵌固阻力来抵抗。1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点8）锚碇二、悬索桥和斜拉桥的构造隧道式锚碇主缆散开后各索股通过岩洞中的混凝土锚块内埋设的锚梁与拉杆的伸出端连接，并利用预应力工艺调整松紧。1、悬索桥上部结构的主要形式和构造特点8）锚碇二、悬索桥和斜拉桥的构造岩锚各索股先分散在各个岩孔内（每股一个孔），最后再进入锚固室。主缆经散索鞍转向并在散索室分散后，每根钢丝索锚拉在钢杆上，钢杆再锚拉在浇注在传力块体内的锚板上，各钢杆与插放在各钻孔内的后张力筋连接，力筋最后在锚固室内张拉后防腐。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造布置与分孔拉索塔柱主梁2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（1）布置与分孔1）单跨单跨斜拉桥为地锚或无背索结构体系，建设成本高，较少采用。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（1）布置与分孔2）双跨独塔双跨斜拉桥，以跨度较大者为主跨。跨越中小河流或较大河流主航道。当边跨跨度比较大时，边跨设置辅助墩或者增大桥塔刚度。1当边跨跨度比较小时，要避免支座出现负反力。22、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（1）布置与分孔3）三跨双塔三跨斜拉桥以中间跨为主跨，边跨L1/L2宜为0.33~0.50.2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（1）布置与分孔4）多跨三跨以上的斜拉桥由于中间桥塔没有端锚索限制其变形，结构刚度小、施工过程中形状控制困难，较少采用。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（1）布置与分孔5）辅助墩为提高斜拉桥的整体刚度，有时在非通航的边跨适当设置辅助墩约束主梁的变形。其作用使改善结构的受力状态，增加施工期的安全。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置1）拉索的横桥向布置横桥向布置单索面双平行索面双斜索面2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置1）拉索的横桥向布置横桥方向只有单个支撑点，结构抗扭刚度低，宜采用抗扭刚度较大的主梁，适合于设有中央分隔带的桥梁，可以利用分隔带布置索面，桥面有效宽度大，桥墩布置灵活，视觉效果好。单索面2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置1）拉索的横桥向布置抗扭刚度大，动力抗风性能好，因此主梁抗扭刚度要求可以小些，但从安全性和抗风险要求方面考虑，主梁截面抗扭刚度也不宜设计得过小。双平行索面和双斜索面2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置2）拉索的顺桥向布置顺桥向布置辐射式竖琴式扇式星式2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置2）拉索的顺桥向布置辐射式拉索集中在塔顶，斜索倾角大，发挥效力好，钢索用量省，但塔顶锚固过于集中，构造处理困难，适用于拉索数量不多的小跨斜拉桥。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置2）拉索的顺桥向布置竖琴式斜索彼此平行，倾角相等，避免拉索之间相互交叉的视觉效应，外形简洁美观，对主梁轴向变形的约束刚度大，但钢索用量大，竖向传力效果差。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置2）拉索的顺桥向布置扇式特点介于辐射式和竖琴式之间，长大跨径斜拉桥多采用该方式，索力传递接近于最合理，构造也满足施工要求，是斜拉桥普遍采用的一种结构形式。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置2）拉索的顺桥向布置星式将分散锚固在塔柱上的斜索合并锚在边跨两端与桥台上或毛在边跨桥墩上，斜索倾角最小，锚固复杂，目前较少采用。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（2）拉索的布置3）索距的布置稀索密索2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的构造（3）塔柱1）塔柱的纵桥向布置塔柱是将索力传至基础的关键构件，其内力主要是索力和自重作用下产生的轴向压力及对应的弯矩。顺桥向以单柱为主，当设计要求塔柱的纵向刚度很大时，可设计成A形（倒V形）、Y形。2、斜拉桥构造二、悬索桥和斜拉桥的