懸索橋—構(gòu)造

1、目錄下頁上頁懸 索 橋目錄下頁上頁內(nèi)容提要能力要求本章主要介紹懸索橋的結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)造，懸索橋的計(jì)算及施工簡介。本章的教學(xué)重點(diǎn)懸索橋的結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)造；教學(xué)難點(diǎn)為懸索橋的計(jì)算及施工。通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到掌握各類懸索橋的結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)造，熟悉懸索橋的計(jì)算及施工簡介。目 錄 X.1 懸索橋的概述 X.2 懸索橋的構(gòu)造 習(xí)題與思考題X.1 懸索橋的概述 一、懸索橋的發(fā)展史 懸索橋是跨越能力最強(qiáng)的橋型之一，其雛形三千多年前已在我國出現(xiàn)。 1883年，第一座現(xiàn)代懸索橋，美國Brooklyn橋，主跨486m 1931年，第一座突破千米的懸索橋主跨1006米的美國紐約華盛頓橋 1937年，主跨1280米的懸

2、索橋，美國舊金山金門大橋 1940年，美國華盛頓州 塔科馬懸索橋風(fēng)毀 1940年在華盛頓州建成主跨為853 m的塔科馬海峽橋 ( The Tacoma Narrows Bridge ) ，全長1524m，位居世界第三。此橋的加勁梁不是鋼桁梁而是下承式鋼板梁，抗風(fēng)穩(wěn)定性差。 1940年11月7日，剛建成四個月的塔科馬橋 ，在八級大風(fēng)（風(fēng)速19m/s）作用下；經(jīng)過劇烈扭曲震蕩后，吊索崩斷，橋面結(jié)構(gòu)解體損毀，半跨墜落水中舊塔可馬橋舊塔可馬橋 美國美國 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代懸索橋發(fā)展年代懸索橋發(fā)展風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn)的興起的興起 1940年塔科馬老橋發(fā)生事故之后，美國的、世界的懸索橋建設(shè)事業(yè)的發(fā)展

3、整整停止了10年之久。但以此為轉(zhuǎn)機(jī)，成立了塔科馬橋的事故調(diào)查委員會，經(jīng)過利用風(fēng)洞進(jìn)行三維模型試驗(yàn)，肯定了無衰減的反復(fù)力逐漸累積起來以后可以發(fā)生極度的共振乃至破壞。 1950年按原有跨度重建塔科馬新橋。通過塔科馬新橋的設(shè)計(jì)，懸索橋的模型風(fēng)洞試驗(yàn)從此在設(shè)計(jì)中成為必要的手段。 50年代中，美國在克服了風(fēng)災(zāi)挫折后重整旗豉再度致力于修建大跨度懸索橋。1957年又建成主跨為1158 m的麥基納克湖口大橋。 在吸取塔科馬老橋的痛苦教訓(xùn)的同時，美國還重新檢查了一些在30年代所建懸索橋的抗風(fēng)能力。塔科瑪新橋塔科瑪新橋(1950(1950年年) ) 在新橋的設(shè)計(jì)中，對加勁梁利用風(fēng)洞試驗(yàn)作了反復(fù)的研究比較后，決定將

4、加勁梁改為鋼桁梁，梁的高跨比從1/350提高到1/85，寬跨比從1/72提高到1/47，并在橋面部分開有若干帶狀孔隙，以進(jìn)一步改善抗風(fēng)性能。新塔可馬橋 美國 1966年，英國Severn橋，首創(chuàng)流線形箱梁橋面和混凝土橋塔，主跨988米的新型懸索橋 1973年，日本第一座現(xiàn)代懸索橋, 主跨712米的關(guān)門大橋 1988年，日本南備贊懸索橋，主跨1100米，采用新型的預(yù)制平行鋼絲索股代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“空中紡纜法”編制主纜 改革開放后，我國相繼建成了汕頭海灣大橋、西陵長江大橋(主跨900米)、廣東虎門大橋(主跨888米)、香港青馬橋(主跨1377米)和江陰長江大橋（主跨1385m）。 懸索橋的發(fā)展有四次高峰

5、期： 第一次與第二次高峰在20世紀(jì)40年代 在60年代與80年代進(jìn)入第二次、第三次高峰期 90年代全球范圍內(nèi)又出現(xiàn)新的建設(shè)高峰，視為第四次高峰期 已建世界大跨徑懸索橋一覽表排 名橋 名主 跨（米）國 家修建完成年代1明石海峽大橋1991日 本19982大貝爾特東橋1624丹 麥19983恒伯爾橋1410英 國19814江陰長江大橋1385中 國19995青馬大橋1377中 國19976費(fèi)雷澤諾橋1298美 國19647金門大橋1280美 國19378Hoega Kusten橋1210瑞 典19979梅克金海峽橋1158美 國195710南備贊瀨戶大橋1100日 本1988 一、類型（據(jù)主纜錨固

6、型式） （一）地錨式：主纜拉力依靠錨固體傳遞給地基。X.2 懸索橋的構(gòu)造 （二）自錨式： 1、主纜拉力水平分力直接傳遞給加勁梁（軸向壓力）承受；豎直分力（較?。┯啥酥c(diǎn)承受。 2、適宜：跨度不大、軟土地基、城市橋等。 二、立面布置 （一）單跨：適于邊跨建筑高度小、曲線形。邊跨主纜的垂度較小對荷載變化有利，架設(shè)主纜時索鞍預(yù)偏量較大；梁端用吊桿或者擺柱作支撐的懸浮體系，縱向位移不受限制 （二）兩跨：（單邊跨）一岸建筑高度小和曲線邊跨時。1377米青馬大。單塔懸索橋 （三）三跨：最常見 （四）多跨： 因中間橋塔和兩邊橋塔的塔高不同導(dǎo)致主纜垂度偏大，懸索橋整體剛度降低，非均布活載下塔頂變位及加勁梁撓曲

7、變形和彎矩較大；固有振動頻率降低。故中塔必須加大剛度（4柱立體橋塔）或者減小主纜垂跨比。 三、組成 懸索橋是由主纜、加勁梁、主塔、鞍座、錨碇、吊索等構(gòu)件構(gòu)成的柔性懸吊體系，其主要構(gòu)件如下圖所示索塔索塔錨碇錨碇纜索纜索吊桿吊桿橋面系橋面系索索塔塔吊桿吊桿纜索纜索錨碇錨碇橋面系橋面系 （一）錨碇：（用于地錨式懸索橋） 1、錨固主纜的結(jié)構(gòu)，將主纜中的拉力傳遞給地基 2、組成：錨碇架、固定裝置、錨塊、錨塊基礎(chǔ) 3、分類 （1）自錨式錨碇 （2）地錨式錨碇 重力式錨碇 隧道式錨碇（巖洞錨） 重力式錨碇： 依靠錨塊自重來抵抗主纜的豎直分力，水平分力則由錨碇與地基之間的摩阻力（包括側(cè)壁的）或者嵌固阻力來抵抗

8、。 前錨式：就是索股錨頭在錨塊前錨固，通過錨固系統(tǒng)將纜力作用到錨體，多用在PS法施工中。 后錨式：即將索股直接穿過錨塊，錨固于錨塊后面，多用在AS法施工中 圖a）為現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)（前錨式） 圖b）為一般后錨式錨固系統(tǒng)三角形空腹構(gòu)架式重力錨三角形空腹構(gòu)架式重力錨 隧道式錨碇（巖洞式）： 主纜散開后各索股通過巖洞中的混凝土錨塊內(nèi)埋設(shè)的錨梁與拉桿的伸出端連接，并利用預(yù)應(yīng)力工藝調(diào)整松緊。 適用：巖石堅(jiān)實(shí)完整 4、散索鞍 （二）索塔 1、抵抗豎向荷載的主要承重構(gòu)件 2、分類 按索塔縱向剛性 搖柱塔（擺動式）：單柱塔下設(shè)鉸、塔頂索鞍固定于塔，適于小跨。 柔性塔：一般為下端固定式，塔頂水平變位量相對較大

9、，適于大跨。 剛性塔：塔頂水平變位量相對較小，單柱或者A形，多用于多跨懸索橋的中間塔柱，縱向剛度較大，塔頂位移小從而減小加勁梁內(nèi)的應(yīng)力 按索塔橫向型式： 剛架式（框架式）：單層或者多層門架，明快簡潔。 桁架式：若干組交叉的斜桿與水平橫梁組成桁架，施工時稍顯困難。 混合式：僅在橋面以下設(shè)置交叉斜桿以改善受力和經(jīng)濟(jì)性能。 塔柱橫向豎直或者稍帶傾斜（斜柱式）或轉(zhuǎn)折點(diǎn)（折柱式），后兩者穩(wěn)定性能好且較為經(jīng)濟(jì)。 現(xiàn)代認(rèn)為鋼筋砼剛構(gòu)式橋塔是懸索橋的橋塔最佳選擇。 按材料 圬工索塔：（老、小跨簡易） 鋼筋砼索塔 一般采用門式剛架形式， 兩個塔柱：有實(shí)心矩形或空心箱形虎門大橋主塔香港青馬橋混凝土塔 鋼索塔 剛架

10、式、桁架式、混合式喬治華盛頓橋日本明石橋鋼塔日本明石橋鋼塔 3、主索鞍 （三）主纜 1、主要承重構(gòu)件，要求彈模大、截面密度大、疲勞強(qiáng)度高、徐變小、延伸率小 2、材料類型 （1）鐵鏈索：瀘定大渡河鐵索橋?yàn)o定大渡河鐵索橋 （2）鋼絲繩 適于600米以下都江堰都江堰安瀾鐵索橋安瀾鐵索橋 （3）鋼絞線 施工方便 彈模較低，變形較大，截面形狀不易按照設(shè)計(jì)形狀壓緊，防腐較難 適于中小跨度。丹麥丹麥小貝爾特懸索橋主纜小貝爾特懸索橋主纜 （4）平行鋼絲束 適用大跨，400米以上汕頭海灣大橋主纜，目前使用最廣汕頭海灣大橋主纜，目前使用最廣 主纜編制方法 AS法（空中繞線法）：通過牽引索作來回走動的編絲輪，每次將

11、兩根鋼絲從一端拉到另一端，待鋼絲達(dá)到一定數(shù)量后（可達(dá)400500根）編扎成一根索股。 鋼束股數(shù)較少，便于集中錨固，起吊設(shè)備輕便；架設(shè)主纜時抗風(fēng)較弱所需勞動力也較多。 PS法（預(yù)制絲股法）：避免了鋼絲編成鋼絲束股的作業(yè)從而加快主纜的施工進(jìn)度，但要求大噸位的起重運(yùn)輸設(shè)備和拽拉設(shè)備來搬運(yùn)鋼絲束股。目前多采用61、91、1275左右鋼絲，最重可達(dá)40噸。 （四）加勁梁 1、承受風(fēng)荷載、其它橫向水平力的主要構(gòu)件 2、加勁梁的支承體系 3、類型： 鋼桁架梁 特點(diǎn)： 通透梁體，抗風(fēng)穩(wěn)定性好；空間桁架結(jié)構(gòu)，抗扭剛度較大；不易產(chǎn)生顫振、抖振和渦激共振。 鋼箱梁鋼箱梁內(nèi)部構(gòu)造 砼箱（板）梁汕頭海灣橋混凝土加勁箱梁 （五）吊索 1、將加勁梁自重、外荷載傳遞到主纜的傳力構(gòu)件 2、吊索聯(lián)結(jié)方式 4股騎跨式：兩根兩端帶錨頭的鋼絲繩繞跨在索夾頂部的嵌