悬索桥的概述与结构组成（图片较多）

悬索桥的概述述与结构组成成主要内容悬索桥概述悬索桥的定义义悬索桥由主缆缆索、塔架、、锚碇、吊杆杆、加劲梁和和桥面等主要要构件所组成成，桥面荷载载经加劲梁、、吊杆传给主主缆索，再由由主缆索传至至塔架和两端端的锚碇。优点与缺点作为主要承重重构件的主缆缆具有合理的的受力在构件件设计方面，，悬索桥的主主缆,锚碇和桥塔三三项主要承重重构件在扩充充其面积或承承载能力方面面所遇到的困困难比较小。。方式。在施工方面，，有在材料用用量和截面设设计方面，工工程数量比较较大的加劲梁梁，其截面积积并不随着跨跨度而增加。。主缆构成了现现成的悬吊式式脚手架。由于悬索桥是是柔性结构，，刚度较小，，可变作用会会改变它的几几何状态，引引起桥跨结构构产生较大的的挠曲变形。。在风荷载车辆辆冲击荷载作作用下容易产产生振动，稳稳定性差。与梁式桥的比比较跨越能力更大大刚度小，在荷荷载作用下，，几何状态易易改变。悬索桥与斜拉拉桥的比较（1）结构受力方方面悬索桥：主要靠主缆承承受荷载，并并通过主缆将将拉力传给锚锚固体系，加劲梁仅仅起起到局部承受受荷载、传递递荷载的作用用；采用地锚时，，加劲梁中不不受轴向力作作用，由加劲劲梁自重引起起的恒载内力力较小。斜拉桥由斜拉索与主主梁共同承受受荷载，斜拉拉索的纵桥向向水平分力在在主梁中引起起较大的轴向向力，恒载内内力所占比重重很大。悬索桥只有通通过调整垂跨跨比才能改变变主缆的恒载载内力，而斜拉桥可直直接通过张拉拉斜拉索就能能调整索、梁梁的恒载内力力。（2）材料方面◎（大跨度））悬索桥加劲梁多采用用自重较轻的的钢材。◎斜拉桥主梁材料可以以是钢、混凝凝土或钢－混混凝土结合。。（3）刚度方面◎悬索桥：竖向刚度较小小，且基本由由主缆提供；；调整其竖向向刚度的方法法主要靠调整整主缆的恒载拉拉力。◎斜拉桥：竖向刚度由斜斜拉索与主梁梁共同提供，，相对于悬索索桥而言，刚刚度可以较大大；斜拉桥的主梁梁刚度对结构构刚度的影响响较大；改变变斜拉桥的结结构布置形式式，可调整其竖向向刚度。（4）施工方面◎悬索桥：～施工顺序是是锚碇、桥塔塔、主缆、吊吊索、加劲梁梁，施工需要要的机械、技技术和工艺相对对较简单；～结构的线形形主要取决于于主缆线型和和吊杆长度，，因而施工控控制相对比较较简单。◎斜拉桥～在施工中将将发生多次的的结构体系转转换，必须严严格控制结构构的线形和拉拉索索力，施工工控制较复杂杂、技术难度度相对较大。。与拱桥相比较较拱桥主要有拱拱承重，为压压弯构件，易易失稳。悬索桥有主缆缆承重，而主主缆受拉，且且受力均匀，，不受疲劳的的控制。缆索索拱应长度大大，截面无接接头，不会被被消弱，缆索索本身为高强强度材料，承承载力大，适适应大跨度。。悬索桥的型式式与结构组成成悬索桥（吊桥桥）是特大跨跨度桥梁的主主要型式之一一。常见单跨和三三跨（简支或或连续）两种种结构形式。。悬索桥由主缆、桥塔、加劲梁、锚碇、吊索及索夹和和鞍座六部分。主缆制造：AS法（空中送丝丝法）；PPWS法（预制束股股法）（续）塔架型式：一般采采用门式框架；材料用钢或或混凝土。加劲梁：主要有钢桁架梁和扁平钢箱梁。锚碇：有重力式锚碇和隧道锚碇。（采用重力式式锚定居多；；自锚则不用用锚碇，直接接锚固在边跨跨端的主梁上上。）二、悬索桥的主要要结构类型a·柔式悬索桥：：～不设加劲梁梁；～只在活载与与恒载的比值值不大时适用用；如人行桥或(早期的)主缆很大的。。b·单跨悬吊～仅主跨悬吊吊，并在主跨跨上设加劲梁梁～如存在边跨跨，则边跨独独立（简支于于桥塔）。c·三跨悬吊简支支体系～加劲梁为三三跨简支梁。。d·三跨悬吊连续续体系～加劲梁为三三跨连续梁。。e·自锚式悬索桥桥：～与组合体系系中的系杆拱拱相似，～悬索水平拉拉力不传给锚锚碇而传给加加劲梁。f·缆索中段同加加劲桁架的上上弦合为一体体。悬索桥一、一般特点点◎由古老的索索桥演变而来来，◎主要承重结结构：缆索（（含吊杆）、、塔、锚碇。。◎缆索几何形形状：由力的平衡条条件决定，一一般接近抛物物线；◎从缆索垂下下许多吊杆，，把桥面吊住住。◎桥面和吊杆杆之间通常设设置加劲梁同缆索形成组组合体系，以以减小活载所所引起的挠度度变形。◎跨越能力无无与伦比，是是目前跨径超超过1000m的唯一桥型。。六大构件及作作用1.桥塔桥塔也称主塔塔，它是支承承主缆的主要要构件，分担担主缆所受的的竖向荷载，，并传递到下下部的塔墩和和基础。另外外，在风荷载载和地震荷载载的作用下，，还可对全桥桥的总体稳定定提供安全保保证。按采用材料分分，桥塔有混混凝土塔和钢钢塔，因混凝凝土塔价格较较低，一般都都采用混凝土土桥塔。按桥塔外形分分，在横桥向向一般有刚构构式、桁架式式和混合式三三种结构形式式，如图11.6所示。刚构式式简洁明快，，可用于钢桥桥塔或混凝土土桥塔，桁架架式和混合式式由于交叉斜斜杆的施工对对混凝土桥墩墩有较大困难难，只能用于于钢桥塔。在顺桥桥向，，按力力学性性质可可分刚刚性塔塔、柔柔性塔塔和摇摇柱塔塔三种种结构构形式式。刚刚性塔塔可做做成单单柱形形或A字形，，一般般多用用于多多塔悬悬索桥桥中，，可提提高结结构纵纵向刚刚度，，减小小纵向向变位位，从从而减减小梁梁内应应力；；柔性性塔允允许塔塔顶有有较大大的变变位，，是现现代悬悬索桥桥中最最常用用的桥桥塔结结构，，一般般为塔塔柱下下端做做成固固结的的单柱柱形式式；摇摇柱塔塔为下下端做做成铰铰接的的单柱柱形式式，一一般只只用于于跨度度较小小的悬悬索桥桥。8.3桥塔塔悬索索桥桥构构造造特特点点桥塔塔2.主缆缆主缆缆通通过过塔塔顶顶的的鞍鞍座座悬悬挂挂于于主主塔塔上上并并锚锚固固于于两两端端锚锚固固体体中中。。主主缆缆的的布布置置形形式式一一般般是是采采用用每每桥桥两两根根，，平平行行布布置置于于加加劲劲梁梁两两侧侧吊吊点点之之上上。。现代代大大跨跨度度悬悬索索桥桥多多采采用用平平行行钢钢丝丝主主缆缆，，它它是是由由平平行行的的高高强强、、冷冷拔拔、、镀镀锌锌钢钢丝丝组组成成。。钢钢丝丝直直径径大大都都在在5mm左右右。。视视缆缆力力大大小小，，每每根根主主缆缆可可以以包包含含几几千千乃乃至至几几万万根根钢钢丝丝。。为为便便于于施施工工安安装装和和锚锚固固，，主主缆缆通通常常被被分分成成束束股股编编制制架架设设（（一一般般每每根根主主缆缆可可分分成成几几十十乃乃至至几几百百股股，，每每股股内内的的丝丝数数大大致致相相等等）），，并并在在两两端端锚锚碇碇处处分分别别锚锚固固。。为为了了保保护护钢钢丝丝，，并并使使主主缆缆的的形形状状明明确确，，主主缆缆的的其其余余区区段段则则挤挤紧紧成成规规则则的的圆圆形形，，然然后后缠缠以以软软质质钢钢丝丝捆捆扎扎并并进进行行外外部部涂涂装装防防腐腐。。对一一座座具具体体的的桥桥梁梁而而言言，，如如果果钢钢丝丝直直径径已已经经选选定定，，主主缆缆所所含含钢钢丝丝总总数数n就是是确确定定的的。。但但组组成成具具有有n根钢钢丝丝的的主主缆缆应应编编制制成成多多少少股股钢钢束束nl和每每股股钢钢束束含含多多少少根根钢钢丝丝n2，则则根根据据主主缆缆的的编编制制方方法法确确定定。。钢钢丝丝束束股股的的编编织织方方法法通通常常有有空空中中编编丝丝组组缆缆（（AirSpinning）法法和和预预制制平平行行钢钢丝丝束束股股（（PrefabricatedParallelStrands）法法。。前前者者简简称称AS法，，后后者者简简称称PS法或或PWS（ParallelWireStrands）法法。。AS法每每缆缆所所含含总总股股数数较较少少，，约约30~90股，，但但每每股股所所含含丝丝数数n2多达达400~500根以以上上。。因因而而其其单单股股锚锚固固吨吨位位大大，，锚锚固固空空间间相相对对集集中中。。PWS法束束股股通通常常按按正正六六边边形形平平行行排排列列定定型型，，其其主主缆缆空空隙隙率率可可以以最最小小，，故故现现用用钢钢丝丝束束股股的的钢钢丝丝数数为为61、91、127、169等，，图图11.7所示示为为钢钢丝丝数数为为127的排排列列形形式式。。PWS法每每缆缆总总股股数数nl多达达100~300股，，锚锚固固空空间间相相对对较较大大。。由由于于采采用用工工厂厂预预制制，，故故现现场场架架索索施施工工时时间间相相对对缩缩短短，，气气候候因因素素影影响响小小，，成成缆缆工工效效提提高高。。这这种种成成缆缆方方法法在在目目前前大大跨跨悬悬索索桥桥施施工工中中常常用用。。主缆缆结构构形形式式双面面平平行行主主缆缆（（绝绝大大多多数数））；；单单面面主主缆缆；；空空间间主主缆缆；；复复式式主主缆缆（（双双链链吊吊桥桥：：朝朝阳阳大大桥桥））。。截面面形形状状（（六六角角形形））尖顶顶形形；；平顶顶形形；；方阵阵式式；；3.吊索索吊索索是是将将加加劲劲梁梁上上的的竖竖向向荷荷载载通通过过索索夹夹（（CableBand）传传递递到到主主缆缆的的受受力力构构件件。。其其下下端端通通过过锚锚头头与与加加劲劲梁梁两两侧侧的的吊吊点点联联结结，，上上端端通通过过索索夹夹与与主主缆缆联联结结。。现现代代悬悬索索桥桥一一般般采采用用柔柔性性较较大大且且易易于于操操作作的的钢钢丝丝绳绳索索或或平平行行钢钢丝丝索索作作为为吊吊索索，，吊吊索索表表面面涂涂装装油油漆漆或或包包裹裹HDPE（高高密密度度聚聚乙乙烯烯））护护套套防防腐腐。。立面面布布置置上上，，传传统统的的悬悬索索桥桥都都是是竖竖直直的的，，斜斜向向吊吊索索是是英英国国式式悬悬索索桥桥的的一一大大特特点点。。斜斜吊吊索索和和竖竖直直吊吊索索相相比比，，索索力力较较大大，，因因此此可可以以提提高高悬悬索索桥桥整整体体振振动动时时的的结结构构阻阻尼尼。。但但多多数数人人认认为为斜斜吊吊索索在在抗抗疲疲劳劳强强度度方方面面不不如如竖竖直直吊吊索索。。吊索索与与索索夹夹的的连连结结方方式式上上一一般般分分为为四四股股骑骑跨跨式式和和双双股股销销铰铰式式两两种种，，如如图图11.8所示示。。其其中中，，前前者者不不宜宜采采用用平平行行钢钢丝丝索索，，而而后后者者对对钢钢丝丝绳绳索索与与平平行行钢钢丝丝索索都都能能适适应应。吊索索与与主主缆缆连连接接股股骑骑跨跨式式4.加劲劲梁梁加劲劲梁梁的的主主要要功功能能是是提提供供桥桥面面和和防防止止桥桥面面发发生生过过大大的的挠挠曲曲变变形形和和扭扭曲曲变变形形，，它它直直接接承承担担竖竖向向活活载载，，也也是是悬悬索索桥桥承承受受风风荷荷载载和和其其他他横横向向水水平平荷荷载载的的主主要要构构件件，，所所以以，，必必须须具具有有足足够够的的抗抗扭扭刚刚度度或或自自重重以以保保持持在在风风荷荷载载作作用用下下的的气气动动稳稳定定性性。。加加劲劲梁梁所所承承担担的的活活载载及及本本身身的的恒恒载载通通过过吊吊索索和和索索夹夹传传至至主主缆缆。。加加劲劲梁梁的的变变形形从从属属于于主主缆缆，，它它的的刚刚度度对对悬悬索索桥桥的的总总体体刚刚度度贡贡献献不不大大，，因因而而梁梁高高通通常常不不必必做做得得太太大大。。加劲劲梁梁一一般般都都采采用用钢钢结结构构，，混混凝凝土土结结构构由由于于自自重重太太大大，，从从耗耗材材、、造造价价、、工工期期等等方方面面考考虑虑，，当当跨跨径径大大于于200m的时时候候就就不不再再采采用用。。钢钢加加劲劲梁梁的的截截面面形形式式主主要要有有美美国国流流派派的的钢钢桁桁梁梁和和英英国国流流派派的的扁扁平平钢钢箱箱梁梁（（如如图图11.9和图图11.10所示示）），，钢钢箱箱梁梁的的抗抗风风性性能能较较好好，，风风的的阻阻离离析析数数仅仅为桁架式式的1/2~1/4；耗钢量量也较少少。但钢钢桁梁在在双层桥桥面的适适应性方方面远较较钢箱梁梁优越，，因此它它适合于于交通量量较大的的或公铁铁两用的的悬索桥桥。锚碇锚碇即主主缆的锚锚固体，，用于固固定住主主缆的端端头，防防止其走走动。锚锚碇又可可分为重重力式锚锚碇（或或称锚台台）和隧隧道式锚锚碇两种种，如图图11.11所示。重力式锚锚碇依靠靠锚固体体的巨大大自重来来抵抗主主缆的垂垂直分力力，水平平分力则则由锚固固体与地地基之间间（包括括侧壁））的摩阻阻力或嵌嵌固阻力力来抵抗抗，从而而实现对对主缆的的锚固。。锚碇中中预埋有有锚碇架架，它是是由钢锚锚杆和支支撑架构构成，主主缆束股股是通过过锚头与与锚杆联联接，再再由锚杆杆通过支支撑架分分散至整整个混凝凝土锚体体。隧道式锚锚碇是先先在两岸岸天然完完整坚固固的岩体体中开凿凿隧道，，将锚碇碇架置于于其中后后，用混混凝土浇浇筑而成成，这是是利用岩岩体强度度对混凝凝土锚体体形成嵌嵌固作用用，达到到锚固主主缆的目目的，因因而其锚锚碇混凝凝土用量量较重力力式锚碇碇大为节节省，经经济性能能更为显显著。