《桥梁施工》 课件 第45讲-悬索桥构造

第45讲悬索桥构造陕西铁路工程职业技术学院主讲：张裕超《桥梁施工》精品资源共享课项目任务悬索桥的组成与分类；悬索桥各组成部分的构造；悬索桥各部分的连接。能力目标认识悬索桥的形式目标1目标2目标3了解悬索桥的组成掌握悬索桥的构造项目任务悬索桥与斜拉桥相比，在形式上有何区别？悬索桥的组成有哪些？结合以前的学习方法，讨论悬索桥的传力途径？123舟山西堠门大桥西堠门大桥是连接舟山本岛与宁波的舟山连岛工程五座跨海大桥中技术要求最高的特大型跨海桥梁，主桥为两跨连续钢箱梁悬索桥，主跨1650米，位居悬索桥世界第二、中国第一，其中钢箱梁全长在悬索桥中居世界第一。设计通航等级3万吨、使用年限100年。明石海峡大桥1998年4月5日，日本明石海峡大桥正式通车。大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间，全长3911米，主跨1991米，居世界第一。两座主桥墩海拔297米，基础直径80米，水中部分高60米。两条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆组成，重约5万吨。大桥于1988年5月动工。1998年3月竣工。明石海峡大桥首次采用1800MP级超高强钢丝，使主缆直径缩小并简化了连接构造，首创悬索桥主缆。苏通大桥舟山西堠门大桥主跨1650米主跨1088米讨论悬索桥与斜拉桥在形式及跨度上的区别。答案解析悬索桥与斜拉桥相比，在形式上有何区别？1悬索桥：塔比较单一，但构造简单；索为承重结构，跨径更大；斜拉桥：塔形式比较丰富，索为受拉传力结构，跨径比索悬桥小同其他桥式相比，跨度越大，悬索桥的优势越明显大跨悬索桥的加劲梁〔材料用量占相当比例）不是主要承重构件，其截面积并不需要随跨度而增加悬索桥的大缆、锚碇和塔在增加截面尺寸或承载能力方面遇到的困难较小受力：作为主要承重构件的大缆具有非常合理的受力形式施工：先架大缆，形成一个现成的悬吊式脚手架；同悬臂方法比，风险较小不足柔性结构，活载产生较大的挠曲变形，刚度较小；在风荷载，车辆冲击荷载等动荷载作用下很容易振动历史与发展60年代以前在美国的发展：桁架式加劲梁，钢主塔60～80年代在欧洲的发展：流线箱梁，混凝土桥塔70年代以后在日本及其它亚洲国家的发展

悬索桥特点1.我国悬索桥的发展我国现代悬索桥的建造起步较迟，60年代在西南山区建造了一些跨度在200m以内的半加劲式单链和双链式悬索桥，其中较著名的是1969年建成的重庆朝阳大桥。一、悬索桥的发展达孜桥跨越拉萨河，为跨径500m的独塔悬索桥。由于一侧的塔架和鞍座设在山上，桥面长度415m。桥面宽4.5m，为单车道桥。主索垂跨比1/15。1984年12月1日建成通车，大桥全长500米，是中国跨径最大的浅加劲钢结构悬索吊桥。

跨度为452m的广东汕头海湾大桥采用混凝土加劲梁；广东虎门大桥为跨度达888m的钢箱梁悬索桥；主跨1385m的江阴长江大桥（1999是中国第一座跨径超千米的桥梁，全桥总长近3km）。使我国的桥梁科学技术迅速赶上世界先进水平。（舟山西堠门大桥主跨达1650m，大桥创下的“第一”举不胜举。）邵阳市洞口淘金桥洞口淘金桥是一座自锚上承式悬带桥，上部结构由端锚梁、连续T梁、盖梁排架和主索悬带组成。桥面系作为受压构件用来平衡悬带的拉力。在施工阶段需要设置临时的隧洞式岩石锚碇，用以锚固两组主索。预制悬带槽形底板安装完成后，现浇主柱排架，然后安装T梁和现浇横隔板。在浇注悬带槽内的混凝土后再放松外锚使整个结构成为自锚体系。1989年建成。2.国际的悬索桥位于日本本州四国联络线上的明石海峡，主跨1991米，1998建成。创下了世界桥梁最大跨径的记录。被誉为“世界桥梁之王”

西西里桥，意大利，主跨3300

米，拟建美国旧金山金门大桥，1937年建成美国金门大桥，主跨1280.2米（343.9+1280.2+343.9），加劲梁高7.6米，公路面宽18米，两边各设3.3米的人行道，桥塔高228米，采用由闭合格组成的截面，表面上组成显著的肋形线条，宽度分三次作阶梯式收缩减小，每阶段高度及横梁高度自下而上逐渐减小。1883年美国的Brooklyn桥布鲁克林大桥建筑工程师约翰·罗布林一家两代三口人的传奇故事。采用气压沉箱法建桥墩布达佩斯达努伯河上的伊丽莎白大桥，1903年建成时，是当时最长的眼杆链悬索桥，跨度290米.幕色降临时，灯光强调了优美的悬索链和雄伟的桥塔的对比.3.世界最大悬索桥一览表桥名主跨(m)建成年地点1明石海峡大桥(Akashi-Kaikyo)1991日本本州四国联络线(神户-鸣门)2舟山西堠门大桥1650中国3大贝尔特东桥(GreatBeltEast)1624丹麦4润扬长江公路大桥1490中国5恒贝尔桥(Humber)1410英国6江阴长江公路大桥1385中国7青马大桥(TsingMa)1377香港特区,中国8费拉赞诺桥(Verrazana-Narrows)1298纽约,美国9金门大桥(GoldenGate)1280旧金山,美国10武汉阳逻长江公路大桥1280中国日本明石海峡大桥舟山西堠门大桥大贝尔特东桥润扬长江大桥恒贝尔桥1940年11月7日上午11：00刚开通几个月的塔科玛大桥（主跨度853.4米悬索桥）由于风致振动而倒塌！！！1中跨扭转2扭转的严重程度：右侧人行道比左侧高8.5m3该开始破坏时，有一块混凝土桥面掉入水中4第一轮破坏后的样子5中跨破坏后，边跨的松弛、下垂现象6桥刚倒塌后的照片二、悬索桥的构造悬索桥，又称为吊桥，是一种古老的桥型。现代悬索桥通常由桥塔、主缆索、锚碇、吊索、加劲梁、吊索及索鞍等主要部分组成。传力途径小组讨论悬索桥的主要受力特点有哪些？提示：分别从静力和动力特征方面进行讨论总结。1.桥塔桥塔是悬索桥最重要构件。作用：支承主缆索和加劲梁，将悬索桥的活载和恒载(包括桥面、加劲梁、吊索、主缆索及其附属构件如鞍座和索夹等的重量)以及加劲梁在桥塔上的支反力直接传至塔墩和基础，同时还受到风载与地震的作用。桥塔的高度主要由桥面标高和主缆索的垂跨比f/L确定，通常垂跨比f/L为1/9～1/12。材料：石料（早期），钢，钢筋混凝土桥塔的腹杆组合形式(a)桁架式(b)刚构式(c)混合式大跨度悬索桥的桥塔主要采用钢结构和钢筋混凝土结构。其结构形式可分为桁架式、刚架式和混合式（较少用）三种。刚架式桥塔通常采用箱形截面。由于预应力混凝土和爬模技术的发展，钢筋混凝土桥塔的桥塔的使用呈较快增长趋势。桥塔塔顶必须设主索鞍，以便主缆索能与桥塔合理的衔接和平顺的转折，并将主缆索的拉力均匀的传至桥塔。2.锚碇锚碇是主缆索的锚固构造。主缆索中的拉力通过锚碇传至基础。通常采用的锚碇有两种形式：重力式和隧洞式。重力式锚碇依靠其巨大的自重来承担主缆索的垂直分力，而水平分力则由锚碇与地基之间的摩阻力或嵌固阻力承担。隧道式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。隧道式锚碇适用于锚碇处有坚实基岩的地质条件。当锚固地基处无岩层可利用时，均采用重力式锚碇。锚碇主要由锚碇基础、锚块、锚碇架及固定装置和锚固索鞍组成。锚碇的构造和种类主缆支架主缆支架可分为钢筋混凝土刚性支架、钢制柔性支架及钢制摇杆支架主缆支架（a）刚性支架；（b）柔性支架；（c）摇杆支架3.主缆索作用：主缆索是悬索桥的主要承重构件，不仅承担自重恒载，还通过索夹和吊索承担加劲梁(包括桥面)等其它恒载以及各种活载。主缆索还要承担部分横向风载，并将其传至桥塔顶部。类型：主缆索可采用钢丝绳钢缆或平行丝束钢缆（常用），由于平行丝束钢缆弹性模量高，空隙率低，抗锈蚀性能好，因此大跨度吊桥的主缆索均采用这种形式。现代悬索桥的主缆索多采用直径5mm的高强度镀锌钢丝组成。先由数十到数百根5mm的高强度镀锌钢丝制成正六边形的索束(股),再将数十至上百股索束挤压形成主缆索,并做防锈蚀处理。线型：设计中主缆索的线形一般采用二次抛物曲线。材料－直径5mm左右，镀锌冷拔低碳钢丝，平行丝股（另，钢丝绳）4.吊索吊索也称吊杆，是将加劲梁等恒载和桥面活载传递到主缆索的主要构件。吊索作用：将作用在加劲梁上的恒、活载传递给大缆吊索材料：钢丝绳，钢绞线吊索可布置成垂直形式的直吊索或倾斜形式的斜吊索，其上端通过索夹与主缆索相连，下端与加劲梁连接。吊索与主缆索连结有两种方式：鞍挂式和销接式。吊索与加劲梁连结也有两种方式：锚固式和销接固定式。锚固式连结是将吊索的锚头锚固在加劲梁的锚固构造处。销接固定式连结是将带有耳板的吊索锚头与固定在加劲梁上的吊耳通过销钉连结。索布置形式(a)垂直布置(b)斜向布置4.吊索索夹：大缆与吊索的连接件连接方式：鞍挂式和销接式悬索桥吊索与索夹的联结5.索夹铰接式铰接式骑跨式6.加劲梁作用：直接承受车辆、行人及其它荷载，以实现桥梁的基本功能，并与主缆索、桥塔和锚碇共同组成悬索桥结构体系。加劲梁是承受风荷载和其它横向水平力的主要构件，应考虑其结构的动力稳定特性，防止其发生过大挠曲变形和扭曲变形，避免对桥梁正常使用造成影响。形式：大跨度悬索桥的加劲梁均为钢结构，通常采用桁架梁和箱形梁。预应力混凝土加劲梁仅适用于跨径500m以下的悬索桥，大多采用箱形梁。采用箱形梁时，应选择流线型主梁截面，并适当设置风嘴、导流板、分流板等抗风装置；采用桁架梁时，应加强主梁和桥面车道部分的联系，并注意保证主梁及桥面构造横向通风良好，不得有任何阻碍空气流动的多余障碍物存在，也可适当设置抗风装置。钢箱梁桁架梁主要功能：承受和传递竖向活载，桥面系的补充体系：简支或连续材料：钢材，混凝土（极少）类型：桁架式，流线型箱钢梁桁架式——适应双层桥面，适合于交通量较大的或公铁两用的悬索桥，梁较高流线型箱钢梁抗风性能好（风嘴）；抗扭刚度大；节省材料（正交异性桥面板和横向静风压力小）；建筑高度小，3－4m。6.加劲梁6.加劲梁加劲梁的构造和尺寸主要取决于其抗风稳定性。通常参考其它已建成悬索桥的加劲梁拟定其初步设计的构造和尺寸，再根据结构计算结果进行适当修改，最后对较为合理的几个方案，通过风洞试验检验其抗风性能，并选择抗风性能好的加劲梁及其构造和尺寸。小组讨论比较三类（钢桁梁、钢箱梁、混凝土箱梁）加劲梁特点。提示：从抗风、结构、制造、施工、养护方面。

三类加劲梁优缺点比较比较项目加劲梁型式钢桁梁钢箱梁混凝土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力产生的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板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构成，标准化大量生产容易工厂预制凶段，标准化生产容易施工架设架设方法有单根杆件平面构件立体节段多样化可选只能采用节段法架设或与现浇节段并用可采用预制节段法架设养护养护维修构件多，油漆养护难平板构件油漆养护方便一般无需养护桥面非结合型损伤时易维修与主梁结合损伤难维修损伤时易维修7.鞍座作用：索鞍是支承主缆的重要构件，其作用是保证主缆索平顺转折；将主缆索中的拉力在索鞍处分解为垂直力和不平衡水平力，并均匀地传至塔顶或锚碇的支架处。类型：索鞍可分为塔顶索鞍和锚固索鞍。塔顶索鞍设置在桥塔顶部，将主缆索荷载传至塔上；锚固索鞍(亦称散索鞍)，设置在锚碇的支架处，主要作用是改变主缆索的方向，把主缆索的钢丝绳束在水平及竖直方向分散开来，