悬索桥—构造

1、目录下页上页悬 索 桥目录下页上页内容提要能力要求本章主要介绍悬索桥的结构类型及构造，悬索桥的计算及施工简介。本章的教学重点悬索桥的结构类型及构造；教学难点为悬索桥的计算及施工。通过本章的学习，学生应达到掌握各类悬索桥的结构类型及构造，熟悉悬索桥的计算及施工简介。目 录 X.1 悬索桥的概述 X.2 悬索桥的构造 习题与思考题X.1 悬索桥的概述 一、悬索桥的发展史 悬索桥是跨越能力最强的桥型之一，其雏形三千多年前已在我国出现。 1883年，第一座现代悬索桥，美国Brooklyn桥，主跨486m 1931年，第一座突破千米的悬索桥主跨1006米的美国纽约华盛顿桥 1937年，主跨1280米的悬

2、索桥，美国旧金山金门大桥 1940年，美国华盛顿州 塔科马悬索桥风毁 1940年在华盛顿州建成主跨为853 m的塔科马海峡桥 ( The Tacoma Narrows Bridge ) ，全长1524m，位居世界第三。此桥的加劲梁不是钢桁梁而是下承式钢板梁，抗风稳定性差。 1940年11月7日，刚建成四个月的塔科马桥 ，在八级大风（风速19m/s）作用下；经过剧烈扭曲震荡后，吊索崩断，桥面结构解体损毁，半跨坠落水中旧塔可马桥旧塔可马桥 美国美国 2020世纪世纪5050年代悬索桥发展年代悬索桥发展风洞试验风洞试验的兴起的兴起 1940年塔科马老桥发生事故之后，美国的、世界的悬索桥建设事业的发展

3、整整停止了10年之久。但以此为转机，成立了塔科马桥的事故调查委员会，经过利用风洞进行三维模型试验，肯定了无衰减的反复力逐渐累积起来以后可以发生极度的共振乃至破坏。 1950年按原有跨度重建塔科马新桥。通过塔科马新桥的设计，悬索桥的模型风洞试验从此在设计中成为必要的手段。 50年代中，美国在克服了风灾挫折后重整旗豉再度致力于修建大跨度悬索桥。1957年又建成主跨为1158 m的麦基纳克湖口大桥。 在吸取塔科马老桥的痛苦教训的同时，美国还重新检查了一些在30年代所建悬索桥的抗风能力。塔科玛新桥塔科玛新桥(1950(1950年年) ) 在新桥的设计中，对加劲梁利用风洞试验作了反复的研究比较后，决定将

4、加劲梁改为钢桁梁，梁的高跨比从1/350提高到1/85，宽跨比从1/72提高到1/47，并在桥面部分开有若干带状孔隙，以进一步改善抗风性能。新塔可马桥 美国 1966年，英国Severn桥，首创流线形箱梁桥面和混凝土桥塔，主跨988米的新型悬索桥 1973年，日本第一座现代悬索桥, 主跨712米的关门大桥 1988年，日本南备赞悬索桥，主跨1100米，采用新型的预制平行钢丝索股代替传统的“空中纺缆法”编制主缆 改革开放后，我国相继建成了汕头海湾大桥、西陵长江大桥(主跨900米)、广东虎门大桥(主跨888米)、香港青马桥(主跨1377米)和江阴长江大桥（主跨1385m）。 悬索桥的发展有四次高峰

5、期： 第一次与第二次高峰在20世纪40年代 在60年代与80年代进入第二次、第三次高峰期 90年代全球范围内又出现新的建设高峰，视为第四次高峰期 已建世界大跨径悬索桥一览表排 名桥 名主 跨（米）国 家修建完成年代1明石海峡大桥1991日 本19982大贝尔特东桥1624丹 麦19983恒伯尔桥1410英 国19814江阴长江大桥1385中 国19995青马大桥1377中 国19976费雷泽诺桥1298美 国19647金门大桥1280美 国19378Hoega Kusten桥1210瑞 典19979梅克金海峡桥1158美 国195710南备赞濑户大桥1100日 本1988 一、类型（据主缆锚固

6、型式） （一）地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。X.2 悬索桥的构造 （二）自锚式： 1、主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）承受；竖直分力（较小）由端支点承受。 2、适宜：跨度不大、软土地基、城市桥等。 二、立面布置 （一）单跨：适于边跨建筑高度小、曲线形。边跨主缆的垂度较小对荷载变化有利，架设主缆时索鞍预偏量较大；梁端用吊杆或者摆柱作支撑的悬浮体系，纵向位移不受限制 （二）两跨：（单边跨）一岸建筑高度小和曲线边跨时。1377米青马大。单塔悬索桥 （三）三跨：最常见 （四）多跨： 因中间桥塔和两边桥塔的塔高不同导致主缆垂度偏大，悬索桥整体刚度降低，非均布活载下塔顶变位及加劲梁挠曲

7、变形和弯矩较大；固有振动频率降低。故中塔必须加大刚度（4柱立体桥塔）或者减小主缆垂跨比。 三、组成 悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系，其主要构件如下图所示索塔索塔锚碇锚碇缆索缆索吊杆吊杆桥面系桥面系索索塔塔吊杆吊杆缆索缆索锚碇锚碇桥面系桥面系 （一）锚碇：（用于地锚式悬索桥） 1、锚固主缆的结构，将主缆中的拉力传递给地基 2、组成：锚碇架、固定装置、锚块、锚块基础 3、分类 （1）自锚式锚碇 （2）地锚式锚碇 重力式锚碇 隧道式锚碇（岩洞锚） 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

8、。 前锚式：就是索股锚头在锚块前锚固，通过锚固系统将缆力作用到锚体，多用在PS法施工中。 后锚式：即将索股直接穿过锚块，锚固于锚块后面，多用在AS法施工中 图a）为现代预应力锚固系统（前锚式） 图b）为一般后锚式锚固系统三角形空腹构架式重力锚三角形空腹构架式重力锚 隧道式锚碇（岩洞式）： 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。 适用：岩石坚实完整 4、散索鞍 （二）索塔 1、抵抗竖向荷载的主要承重构件 2、分类 按索塔纵向刚性 摇柱塔（摆动式）：单柱塔下设铰、塔顶索鞍固定于塔，适于小跨。 柔性塔：一般为下端固定式，塔顶水平变位量相对较大

9、，适于大跨。 刚性塔：塔顶水平变位量相对较小，单柱或者A形，多用于多跨悬索桥的中间塔柱，纵向刚度较大，塔顶位移小从而减小加劲梁内的应力 按索塔横向型式： 刚架式（框架式）：单层或者多层门架，明快简洁。 桁架式：若干组交叉的斜杆与水平横梁组成桁架，施工时稍显困难。 混合式：仅在桥面以下设置交叉斜杆以改善受力和经济性能。 塔柱横向竖直或者稍带倾斜（斜柱式）或转折点（折柱式），后两者稳定性能好且较为经济。 现代认为钢筋砼刚构式桥塔是悬索桥的桥塔最佳选择。 按材料 圬工索塔：（老、小跨简易） 钢筋砼索塔 一般采用门式刚架形式， 两个塔柱：有实心矩形或空心箱形虎门大桥主塔香港青马桥混凝土塔 钢索塔 刚架

10、式、桁架式、混合式乔治华盛顿桥日本明石桥钢塔日本明石桥钢塔 3、主索鞍 （三）主缆 1、主要承重构件，要求弹模大、截面密度大、疲劳强度高、徐变小、延伸率小 2、材料类型 （1）铁链索：泸定大渡河铁索桥泸定大渡河铁索桥 （2）钢丝绳 适于600米以下都江堰都江堰安澜铁索桥安澜铁索桥 （3）钢绞线 施工方便 弹模较低，变形较大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难 适于中小跨度。丹麦丹麦小贝尔特悬索桥主缆小贝尔特悬索桥主缆 （4）平行钢丝束 适用大跨，400米以上汕头海湾大桥主缆，目前使用最广汕头海湾大桥主缆，目前使用最广 主缆编制方法 AS法（空中绕线法）：通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将

11、两根钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可达400500根）编扎成一根索股。 钢束股数较少，便于集中锚固，起吊设备轻便；架设主缆时抗风较弱所需劳动力也较多。 PS法（预制丝股法）：避免了钢丝编成钢丝束股的作业从而加快主缆的施工进度，但要求大吨位的起重运输设备和拽拉设备来搬运钢丝束股。目前多采用61、91、1275左右钢丝，最重可达40吨。 （四）加劲梁 1、承受风荷载、其它横向水平力的主要构件 2、加劲梁的支承体系 3、类型： 钢桁架梁 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。 钢箱梁钢箱梁内部构造 砼箱（板）梁汕头海湾桥混凝土加劲箱梁 （五）吊索 1、将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件 2、吊索联结方式 4股骑跨式：两根两端带锚头的钢丝绳绕跨在索夹顶部的嵌