第十三章懸索橋簡(jiǎn)介

1、 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 懸索橋的歷史與發(fā)展懸索橋的歷史與發(fā)展 第三節(jié)第三節(jié) 湖南矮寨懸索橋簡(jiǎn)介湖南矮寨懸索橋簡(jiǎn)介懸索橋是一種適合于特大跨度的橋型。它以懸索橋是一種適合于特大跨度的橋型。它以大纜大纜（或叫主（或叫主纜、主索）、纜、主索）、錨碇錨碇和和塔塔作為主要構(gòu)件；以加勁梁、吊索、作為主要構(gòu)件；以加勁梁、吊索、鞍座等作為輔助構(gòu)件鞍座等作為輔助構(gòu)件同其他橋型相比，同其他橋型相比，跨度越大，懸索橋的優(yōu)勢(shì)越明顯?？缍仍酱螅瑧宜鳂虻膬?yōu)勢(shì)越明顯。l主要是承重構(gòu)件的大纜具有非常合理的受力（主要是承重構(gòu)件的大纜具有非常合理的受力（受拉受拉）方式。方式。l在材料用量和截面設(shè)計(jì)方面、構(gòu)件設(shè)計(jì)及施

2、工方面都在材料用量和截面設(shè)計(jì)方面、構(gòu)件設(shè)計(jì)及施工方面都有著較大的優(yōu)勢(shì)。有著較大的優(yōu)勢(shì)。l由于其跨度大，常可一跨過(guò)江過(guò)河，避免修建深水橋由于其跨度大，?？梢豢邕^(guò)江過(guò)河，避免修建深水橋墩和基礎(chǔ)，且滿足通航要求。墩和基礎(chǔ)，且滿足通航要求。l跨度大，其構(gòu)件顯得特別柔細(xì)，外形美觀，大跨度懸跨度大，其構(gòu)件顯得特別柔細(xì)，外形美觀，大跨度懸索橋所在地幾乎都成為重要的旅游景點(diǎn)。索橋所在地幾乎都成為重要的旅游景點(diǎn)。主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)：l懸索是柔性結(jié)構(gòu)，剛度較小，活載作用，會(huì)改懸索是柔性結(jié)構(gòu)，剛度較小，活載作用，會(huì)改變幾何形狀，引起橋跨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的撓曲變變幾何形狀，引起橋跨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的撓曲變形；形；l在風(fēng)荷載、

3、車(chē)輛沖擊荷載作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)。在風(fēng)荷載、車(chē)輛沖擊荷載作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)。 共同之處共同之處兩者的纜索都采用高強(qiáng)材料，受力合理；兩者的纜索都采用高強(qiáng)材料，受力合理；兩橋式均適于大跨度；兩橋式均適于大跨度；兩橋式的柔度和變形均較大，其抗風(fēng)及振動(dòng)問(wèn)兩橋式的柔度和變形均較大，其抗風(fēng)及振動(dòng)問(wèn)題都必須予以重視。題都必須予以重視。結(jié)構(gòu)受力方面結(jié)構(gòu)受力方面。懸索橋主要靠。懸索橋主要靠大纜受力大纜受力，加勁梁，加勁梁只是局部承受荷載，采用地錨體系時(shí)，加勁梁只是局部承受荷載，采用地錨體系時(shí)，加勁梁不不受軸向力受軸向力，靠調(diào)整，靠調(diào)整矢跨比矢跨比改變主纜的恒載內(nèi)力。改變主纜的恒載內(nèi)力。斜拉橋是主梁與斜索斜拉橋是主

4、梁與斜索共同受力共同受力，主梁中存在，主梁中存在較大較大軸向力軸向力，直接通過(guò)張拉斜拉索調(diào)整索的恒載內(nèi)力。，直接通過(guò)張拉斜拉索調(diào)整索的恒載內(nèi)力。材料方面。材料方面。懸索橋加勁梁大部采用鋼材。斜拉橋懸索橋加勁梁大部采用鋼材。斜拉橋主梁可以是鋼梁，也可以是混凝土梁，還可以是主梁可以是鋼梁，也可以是混凝土梁，還可以是結(jié)合梁或混合梁。結(jié)合梁或混合梁。剛度方面。剛度方面。懸索橋的豎向剛度主要由大纜提供，懸索橋的豎向剛度主要由大纜提供，調(diào)整其豎向剛度的方法主要靠調(diào)整大纜的恒載拉調(diào)整其豎向剛度的方法主要靠調(diào)整大纜的恒載拉力；斜拉橋的豎向剛度由拉索與主梁共同提供，力；斜拉橋的豎向剛度由拉索與主梁共同提供，主梁

5、剛度影響較大，可通過(guò)該變結(jié)構(gòu)的布置形式主梁剛度影響較大，可通過(guò)該變結(jié)構(gòu)的布置形式的辦法來(lái)調(diào)整其豎向剛度。的辦法來(lái)調(diào)整其豎向剛度。施工方面。施工方面。懸索橋的施工順序?yàn)椋哄^碇、橋塔、懸索橋的施工順序?yàn)椋哄^碇、橋塔、大纜、吊索、加勁梁，施工不復(fù)雜，結(jié)構(gòu)線形主大纜、吊索、加勁梁，施工不復(fù)雜，結(jié)構(gòu)線形主要由大纜線形和吊索長(zhǎng)度控制。斜拉橋施工中拉要由大纜線形和吊索長(zhǎng)度控制。斜拉橋施工中拉索與主梁交替懸臂伸出，施工時(shí)結(jié)構(gòu)體系發(fā)生多索與主梁交替懸臂伸出，施工時(shí)結(jié)構(gòu)體系發(fā)生多次轉(zhuǎn)換，需嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)線形和拉索拉力。次轉(zhuǎn)換，需嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)線形和拉索拉力。1.大纜大纜大纜的兩種形式：大纜的兩種形式： 鋼絲繩鋼絲繩

6、小跨度小跨度 平行鋼絲束平行鋼絲束 各種跨度各種跨度其架設(shè)方法分為其架設(shè)方法分為空中送絲法空中送絲法和和預(yù)制平行預(yù)制平行絲股法絲股法。 空中送絲法（空中送絲法（AS法法) )：在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)移動(dòng)的在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)移動(dòng)的紡輪在空中編絲而成。紡輪在空中編絲而成。 預(yù)制平行絲股法（預(yù)制平行絲股法（PS法）：法）：預(yù)先在工廠按規(guī)預(yù)先在工廠按規(guī)定的鋼絲根數(shù)及長(zhǎng)度制作成絲股，并做好錨頭，定的鋼絲根數(shù)及長(zhǎng)度制作成絲股，并做好錨頭，繞在絲股盤(pán)上，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)牽引系統(tǒng)架繞在絲股盤(pán)上，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)牽引系統(tǒng)架設(shè)到設(shè)計(jì)位置。設(shè)到設(shè)計(jì)位置。 不許采用麻芯繩，非封閉的鋼絲繩必須鍍鋅；不許采用麻芯繩，非封閉的鋼絲繩必

7、須鍍鋅； 必須全部施預(yù)應(yīng)力，以消除結(jié)構(gòu)的非彈性延伸。必須全部施預(yù)應(yīng)力，以消除結(jié)構(gòu)的非彈性延伸。 鋼絲繩回扭性要小。鋼絲繩回扭性要小。 鋼絲繩由絲捻成股，然后由股捻成繩。一般是鋼絲繩由絲捻成股，然后由股捻成繩。一般是7股股繩，每股絲數(shù)可分為繩，每股絲數(shù)可分為7、19、37和和61等。等。 鋼絲繩的彈性模量低，股是絲的鋼絲繩的彈性模量低，股是絲的0，85倍，繩是股倍，繩是股的的0.85倍。倍。絲捻成股的捻向與由股絲捻成股的捻向與由股捻成繩的捻向相反。捻成繩的捻向相反。 索力大，鋼絲數(shù)目多，鋼絲多采用索力大，鋼絲數(shù)目多，鋼絲多采用5mm5mm左右的鍍左右的鍍鋅冷拔低碳鋼絲。鋅冷拔低碳鋼絲。 由平行鋼

8、絲組成絲股，再由若干絲股組成大纜，由平行鋼絲組成絲股，再由若干絲股組成大纜，各絲股受力較均勻。各絲股受力較均勻。六邊形六邊形圓形圓形 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）主跨在）主跨在500m500m以上時(shí)，工費(fèi)比其他形式便宜；以上時(shí)，工費(fèi)比其他形式便宜；（2 2）大纜的彈性模量大，一般與單根鋼絲相當(dāng)；）大纜的彈性模量大，一般與單根鋼絲相當(dāng)；（3 3）大纜的延伸率??；）大纜的延伸率小；（4 4）大纜截面內(nèi)的應(yīng)力分布非常均勻；）大纜截面內(nèi)的應(yīng)力分布非常均勻；（5 5）單位有效截面積的拉力強(qiáng)度最大，疲勞強(qiáng)度高；）單位有效截面積的拉力強(qiáng)度最大，疲勞強(qiáng)度高；大纜的矢跨比大纜的矢跨比l大纜的矢高與跨度之比稱為大纜的矢

9、高與跨度之比稱為矢跨比矢跨比。矢跨比越。矢跨比越小，大纜中的恒載內(nèi)力就越大，其剛度就越大。小，大纜中的恒載內(nèi)力就越大，其剛度就越大。l桁式加勁梁的懸索橋矢跨比比較大，梭狀扁平桁式加勁梁的懸索橋矢跨比比較大，梭狀扁平鋼箱加勁梁的矢跨比比較小。鋼箱加勁梁的矢跨比比較小。l矢跨比的選擇主要從結(jié)構(gòu)布置、經(jīng)濟(jì)合理、美矢跨比的選擇主要從結(jié)構(gòu)布置、經(jīng)濟(jì)合理、美觀和結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性等綜合考慮。觀和結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性等綜合考慮。 橋塔也稱主塔橋塔也稱主塔，它是支承大纜的重要構(gòu)件。，它是支承大纜的重要構(gòu)件。 橋塔按結(jié)構(gòu)受力分為橋塔按結(jié)構(gòu)受力分為剛性塔、柔性塔剛性塔、柔性塔和和擺柱式擺柱式三種。三種。 剛性塔需在主鞍座下

10、設(shè)輥軸，使鞍座能夠沿縱剛性塔需在主鞍座下設(shè)輥軸，使鞍座能夠沿縱向移動(dòng)；柔性塔鞍座固定于塔頂，由塔的彈性向移動(dòng)；柔性塔鞍座固定于塔頂，由塔的彈性變形來(lái)適應(yīng)鞍座的線位移。變形來(lái)適應(yīng)鞍座的線位移。大跨度懸索橋的橋大跨度懸索橋的橋塔通常采用柔性塔塔通常采用柔性塔。 懸索橋大纜兩端的錨固方式有懸索橋大纜兩端的錨固方式有地錨地錨與與自錨自錨兩種。兩種。 地錨分地錨分重力式重力式和和隧洞式隧洞式兩種。兩種。 懸索橋加勁梁的作用小于斜拉橋，現(xiàn)在多采用懸索橋加勁梁的作用小于斜拉橋，現(xiàn)在多采用鋼結(jié)構(gòu)，一般采用桁架梁或梭狀扁平鋼箱梁。鋼結(jié)構(gòu)，一般采用桁架梁或梭狀扁平鋼箱梁。 梭狀扁平鋼箱梁：梭狀扁平鋼箱梁：建筑高度

11、小，自重較輕，用建筑高度小，自重較輕，用鋼量省，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能好。鋼量省，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能好。 為保證傳力途徑安全可靠，需在大纜上安裝索夾。為保證傳力途徑安全可靠，需在大纜上安裝索夾。吊耳吊耳 傳統(tǒng)吊索都是垂直的，但從英國(guó)的塞文橋開(kāi)始使傳統(tǒng)吊索都是垂直的，但從英國(guó)的塞文橋開(kāi)始使用斜吊索用斜吊索.目的是為了提高大跨度懸索橋振動(dòng)時(shí)的目的是為了提高大跨度懸索橋振動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)阻尼值結(jié)構(gòu)阻尼值。 鞍座鞍座是設(shè)在塔頂及橋臺(tái)上直接支承大纜荷載傳遞是設(shè)在塔頂及橋臺(tái)上直接支承大纜荷載傳遞給塔及橋臺(tái)的裝置。設(shè)在塔頂?shù)慕薪o塔及橋臺(tái)的裝置。設(shè)在塔頂?shù)慕兄靼爸靼啊?.601.60年代以前在美國(guó)的發(fā)展年代以前在美國(guó)的發(fā)展l布魯克

12、林橋布魯克林橋: :1.1.花崗巖砌筑的塔柱；花崗巖砌筑的塔柱；2.2.從鍛鐵到現(xiàn)代鋼材、從鍛鐵到現(xiàn)代鋼材、鋼絲鋼絲 3.3.設(shè)計(jì)主要憑經(jīng)驗(yàn)；設(shè)計(jì)主要憑經(jīng)驗(yàn)；4.4.紐約的象征。紐約的象征。l曼哈頓橋：曼哈頓橋：在內(nèi)力分析中，第一次采用考慮非線性的在內(nèi)力分析中，第一次采用考慮非線性的“撓撓度理論度理論”（指在內(nèi)力分析中把大纜因變形所致的撓度考慮（指在內(nèi)力分析中把大纜因變形所致的撓度考慮進(jìn)去）做實(shí)橋設(shè)計(jì)，從而認(rèn)識(shí)到降低梁高可使梁所受彎矩進(jìn)去）做實(shí)橋設(shè)計(jì)，從而認(rèn)識(shí)到降低梁高可使梁所受彎矩減少。減少。布魯克林橋布魯克林橋: : 18831883年修建，跨度年修建，跨度486.5m486.5m布魯克林

13、橋布魯克林橋 威廉姆斯堡橋威廉姆斯堡橋 曼哈頓橋曼哈頓橋曼哈頓橋曼哈頓橋: : 19091909年修建，跨度年修建，跨度448m448m 喬治喬治華盛頓橋：華盛頓橋：19311931年完成主跨達(dá)年完成主跨達(dá)1067m1067m的一期工程，的一期工程，世界上第一座跨度超過(guò)世界上第一座跨度超過(guò)1000m1000m的橋梁。的橋梁。 19401940年在華盛頓州建成主跨為年在華盛頓州建成主跨為853m853m的塔科馬老的塔科馬老橋。此橋的加勁梁不是鋼桁梁而是下承式橋。此橋的加勁梁不是鋼桁梁而是下承式( (半半穿式穿式) )鋼板梁。由于加勁梁斷面抗風(fēng)穩(wěn)定性差，鋼板梁。由于加勁梁斷面抗風(fēng)穩(wěn)定性差，在建成當(dāng)

14、年的在建成當(dāng)年的1111月月7 7日近中午的時(shí)候被風(fēng)吹斷。日近中午的時(shí)候被風(fēng)吹斷。 因此，整個(gè)因此，整個(gè)4040年代，美國(guó)幾乎沒(méi)有修建懸索橋。年代，美國(guó)幾乎沒(méi)有修建懸索橋。新塔科馬海峽橋：新塔科馬海峽橋：2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，年代，風(fēng)洞試驗(yàn)的興起風(fēng)洞試驗(yàn)的興起 美國(guó)美國(guó) 19641964年，年， 超金門(mén)超金門(mén)的的維拉扎諾海峽橋維拉扎諾海峽橋(1298m)(1298m)保持了保持了1717年，年， 6060年代以后，美國(guó)修建的懸索橋較少，但在整年代以后，美國(guó)修建的懸索橋較少，但在整個(gè)個(gè)2020世紀(jì)，懸索橋最多的國(guó)家還是美國(guó)。世紀(jì)，懸索橋最多的國(guó)家還是美國(guó)。 美國(guó)懸索橋的構(gòu)造特點(diǎn)（美國(guó)懸索

15、橋的構(gòu)造特點(diǎn)（美國(guó)流派美國(guó)流派）：）： 鋼結(jié)構(gòu)主塔；鋼結(jié)構(gòu)主塔； 垂直吊索；垂直吊索； 非連續(xù)的桁架式加勁梁；非連續(xù)的桁架式加勁梁； 鋼筋混凝土橋面板；鋼筋混凝土橋面板； 鑄鋼鞍座和眼桿錨拉桿。鑄鋼鞍座和眼桿錨拉桿。 歐洲最早的大跨度懸索橋：歐洲最早的大跨度懸索橋： 英國(guó)英國(guó)19641964年，年， 蘇格蘭蘇格蘭 1006m 1006m 福斯公路橋福斯公路橋 19661966年，英國(guó)，年，英國(guó)，988m 988m ，首次鋼箱梁，首次鋼箱梁 斜吊索斜吊索 塞文橋。塞文橋。 葡萄牙葡萄牙 19661966年年 首都里斯本首都里斯本 1013m1013m的的4 4月月2525日日大橋大橋 19811

16、981年英國(guó)年英國(guó) 1410m 1410m 恒比爾橋恒比爾橋。英國(guó)流派：英國(guó)流派：代表作：代表作： 塞文橋塞文橋和和恒比爾橋恒比爾橋特點(diǎn)：特點(diǎn)： 梭裝扁平鋼箱梁梭裝扁平鋼箱梁和和斜吊索斜吊索 日本在日本在7070年代開(kāi)始大跨度懸索橋的實(shí)踐年代開(kāi)始大跨度懸索橋的實(shí)踐 如：如：19731973年年 712m712m的關(guān)門(mén)橋的關(guān)門(mén)橋 19771977年年 長(zhǎng)崎長(zhǎng)崎 465m465m的平戶橋的平戶橋 兒島一坂出線上的南備贊大橋兒島一坂出線上的南備贊大橋(1100m(1100m，19881988年年) )和北備贊大橋和北備贊大橋(990m(990m，19881988年年) ) 1998 1998年建成的

17、明石海峽橋，跨度達(dá)年建成的明石海峽橋，跨度達(dá)1990m1990m，創(chuàng)下，創(chuàng)下了了2020世紀(jì)橋梁跨度的世界紀(jì)錄。世紀(jì)橋梁跨度的世界紀(jì)錄。 桁式加勁梁桁式加勁梁，垂直吊索垂直吊索和和鋼索塔鋼索塔 在大纜施工上，用在大纜施工上，用預(yù)制平行絲股法預(yù)制平行絲股法代替歐美廣代替歐美廣泛使用的泛使用的空中送絲法空中送絲法 我國(guó)大跨度懸索橋的建設(shè)始于我國(guó)大跨度懸索橋的建設(shè)始于9090年代年代如：如：主跨為主跨為1385m1385m的的江陰長(zhǎng)江大橋江陰長(zhǎng)江大橋，世界第四。，世界第四。 19981998年年 主跨為主跨為1377m1377m的的香港青馬大橋香港青馬大橋 第五第五位。位。 主跨為主跨為648m64

18、8m的的廈門(mén)海滄大橋廈門(mén)海滄大橋、主跨為、主跨為900m900m的的西陵長(zhǎng)江大橋西陵長(zhǎng)江大橋、888m888m的的廣東虎門(mén)大橋廣東虎門(mén)大橋及及452m452m的的廣東汕頭海灣大橋廣東汕頭海灣大橋，主跨為主跨為960m960m的湖北的湖北宜昌長(zhǎng)宜昌長(zhǎng)江大橋江大橋與重慶市主跨為與重慶市主跨為612m612m鵝公巖長(zhǎng)江大橋。鵝公巖長(zhǎng)江大橋。江陰長(zhǎng)江大橋江陰長(zhǎng)江大橋 世界第四世界第四香港青馬大橋 第第 五五 位位 我國(guó)我國(guó)對(duì)加勁梁基本上都接受了對(duì)加勁梁基本上都接受了英國(guó)流派英國(guó)流派的流線的流線型扁平鋼箱梁型式，對(duì)吊索仍保持型扁平鋼箱梁型式，對(duì)吊索仍保持美國(guó)流派美國(guó)流派的的豎直形式。豎直形式。第三節(jié)第三

19、節(jié) 湖南矮寨懸索橋簡(jiǎn)介湖南矮寨懸索橋簡(jiǎn)介 吉首矮寨特大懸索橋是國(guó)家高速公路重點(diǎn)規(guī)劃吉首矮寨特大懸索橋是國(guó)家高速公路重點(diǎn)規(guī)劃的的8 8條西部公路大通道條西部公路大通道長(zhǎng)沙至重慶高速公長(zhǎng)沙至重慶高速公路的控制性工程，是世界上跨越峽谷最大的鋼路的控制性工程，是世界上跨越峽谷最大的鋼桁梁懸索橋。懸索橋位于湘西大山中，在矮寨桁梁懸索橋。懸索橋位于湘西大山中，在矮寨鎮(zhèn)上空鎮(zhèn)上空335335米處跨越德夯大峽谷，右側(cè)為著名米處跨越德夯大峽谷，右側(cè)為著名風(fēng)景旅游區(qū)德夯，左側(cè)則是中國(guó)著名的風(fēng)景旅游區(qū)德夯，左側(cè)則是中國(guó)著名的“公路公路奇觀奇觀”209209國(guó)道矮寨盤(pán)山公路國(guó)道矮寨盤(pán)山公路. . 橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高與地面高

20、差達(dá)橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高與地面高差達(dá)330330米左右（中國(guó)米左右（中國(guó)第三）。橋型方案為鋼桁加勁梁?jiǎn)慰鐟宜鳂虻谌?。橋型方案為鋼桁加勁梁?jiǎn)慰鐟宜鳂?。 險(xiǎn)要的地形，復(fù)雜的地質(zhì)，多變的氣候，吊裝險(xiǎn)要的地形，復(fù)雜的地質(zhì)，多變的氣候，吊裝和運(yùn)輸?shù)臉O大困難，讓矮寨懸索橋面臨巨大的和運(yùn)輸?shù)臉O大困難，讓矮寨懸索橋面臨巨大的施工難度。施工難度。 最核心的技術(shù)難度就是主梁的架設(shè)。一根加勁最核心的技術(shù)難度就是主梁的架設(shè)。一根加勁梁重的有四五百噸，輕的也有兩三百噸，沒(méi)有梁重的有四五百噸，輕的也有兩三百噸，沒(méi)有水運(yùn)條件，更沒(méi)有公路交通大通道，又是在懸水運(yùn)條件，更沒(méi)有公路交通大通道，又是在懸崖上施工，施工技術(shù)含量、施工難度在國(guó)際上崖上施工，施工技術(shù)含量、施工難度在國(guó)際上都是罕見(jiàn)的都是罕見(jiàn)的 懸索橋的主跨為1176m,工程計(jì)劃投入7.2億元，占吉茶高速公路計(jì)劃總投資的15%。2012年3月底，創(chuàng)4項(xiàng)世界第一的湖