其他桥型(悬索桥).ppt

1、2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,1,第八章 其他桥型,预应力混凝土连续梁桥 拱桥 斜拉桥 悬索桥,背景图片：虎门大桥,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,2,概 述,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

2、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 6080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,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,3,中外悬索桥,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,4,悬索桥的组成部分及构造,悬索桥主要组成部分 构造变化 在跨中将主缆与加劲梁直接连在一起（减小竖向变位和增大扭转刚度） 交叉吊索，竖吊索与斜吊索混合使用 独塔，或独缆,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,5,主 缆,称呼缆、索、链、绳都是柔性大的构件，独立的、直径较大的，宜称为缆。 特点抗弯刚度EI/L很小

3、，只适合于受拉 布置全桥设根平行的主缆，4根（极少），1根（一座） 材料直径5mm左右，镀锌冷拔低碳钢丝，平行丝股（另，钢丝绳） 截面如图 架设空中送丝法和预制丝股法,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,6,锚 碇,作用：固定大缆 自锚式和地锚式 自锚式锚于加劲梁，适于较小跨度，施工不便，极少采用 地锚式广泛采用者，承受水平反力和向上的竖直力，以自重提供的摩擦力来抵抗主缆水平力 隧洞式（在坚实岩层中挖成） 重力式（由混凝土锚固体的重量或再加配重来固定主缆）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,7,锚碇构造华盛顿桥,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,8

4、,锚碇构造华盛顿桥,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,9,锚碇构造（江阴大桥北锚碇）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,10,桥 塔,作用：支承大缆 受力：巨大竖向力作用在塔顶（缆在塔顶有转角） 形式：桁架式，框架式，混合式（较少用） 材料：石料 （早期），钢，钢筋混凝土 结构：刚性、柔性和摆柱式 刚性塔不变形，主鞍座下设辊轴，可沿纵向移动； 摆柱式塔底设铰，小跨度桥，较少采用 柔性主鞍座固定在塔顶，桥塔可挠曲，受力常为弯、压甚至扭转共同作用，以受压为主，靠桥塔柔性满足位移要求,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,11,桥塔构造,一般形式,虎门大桥

5、,明石海峡大桥,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,12,鞍 座,主鞍：支承大缆，传递竖向力的构造，鞍座与大缆之间不允许出现相对滑移 副鞍：设置在锚碇的前端（靠水一侧），调节大缆进入锚碇的角度 展束鞍（散束鞍）或展束套：设置在锚碇之内，在大缆从扎紧状态到散开状态之处,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,13,福思桥主鞍座,间接型,直接型,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,14,福思桥副鞍座,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,15,展束鞍,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,16,加劲梁,主要功能：承受和传递竖向活载，桥面

6、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，34m,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,17,加劲梁构造,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,18,加劲梁构造（续）,旧金山海湾大桥横截面,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,19,加劲梁构造（续）,明石海峡大桥横截面（正交异性钢桥面板）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,20,

7、加劲梁构造（续）,美国纽波特桥（混凝土桥面）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,21,吊索与索夹,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 索夹：大缆与吊索的连接件 连接方式：鞍挂式和销接式,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,22,索夹构造（鞍挂式）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,23,索夹构造（销接式）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,24,施 工,施工顺序锚碇、桥塔、大缆、吊索、加劲梁、桥面 锚碇基础施工 桥塔混凝土：滑模施工；钢：拼装连接 大缆空中送丝法，预制平行丝股法 空中送丝法：空中

8、编制大缆，猫道等设备，调丝、调股、紧缆、缠缆等工序 预制平行丝股法：丝股工厂制造，工地就位形成大缆 加劲梁悬臂安装（桁架梁）或梁段提升（浮运就位后），连同吊索安装,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,25,用空中送丝法架缆的基本原理,无端牵引绳及固定的送丝轮 卷筒钢丝，一头固定在靴跟处，套过送丝轮 动力机驱动送丝轮，将钢丝套圈送至对岸 返回（可放空，或从对岸的卷筒钢丝带一钢丝套圈回来） 反复进行直至一根丝股的设计数目,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,26,猫道构造,猫道位于大缆之下，进行大缆作业的脚手架 构造悬吊在几根承重绳上，上铺面层（钢丝网），两条猫道之间设

9、横道，下方设抗风索 汕头海湾大桥猫道截面,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,27,福思桥猫道构造,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,28,预制平行丝股的制造和架设,大缆由若干两端带锚头的丝股组成，每丝股含丝若干。 基准丝确定其他各丝的长度。 带色丝为了便于检查安装在缆中的丝股是否扭曲。,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,29,南备赞大桥架缆全过程示意,长臂浮吊架设先锋绳,架设牵引绳并猫道绳,猫道面层，溜放到位,安装抗风索,安装索夹,安装吊索,拆抗风索（未绘）,架缆（未绘）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,30,虎门大桥施工：索塔

10、,塔身：翻模施工 系梁：支架施工,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,31,虎门大桥施工：锚锭及钢框架,地下连续墙基础,后锚块,散索鞍墩,鞍部,西锚锭,散索鞍,钢框架,散索室,顶板,桥墩,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,32,虎门大桥施工：锚锭及钢框架（续）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,33,虎门大桥施工：索鞍及索夹,左上：主鞍（一半） 右上；展索鞍 右下：索夹,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,34,虎门大桥施工：先导索及牵引系统,拖轮架设先导索 利用先导索架设牵引索,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,35

11、,虎门大桥施工：猫道,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,36,虎门大桥施工：索股预制,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,37,虎门大桥施工：索股架设等,左：索股沿猫道滚筒前进 牵引索股,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,38,虎门大桥施工：索股架设等,左：索股入鞍 上：索股锚固,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,39,虎门大桥施工：索股架设等（续）,紧缆,缠丝,安装索夹,防腐涂装,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,40,虎门大桥施工：加劲钢箱梁制造,上：钢箱梁截面组成 左：实物,2020年8月30日,李亚东：桥梁工

12、程概论第八章,41,虎门大桥施工：钢箱梁吊装与焊接,箱梁吊装从跨中开始,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,42,虎门大桥施工：钢箱梁吊装与焊接,液压提升吊机跨猫道布置,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,43,虎门大桥施工：桥面铺装,左：白色第一道防水胶底漆，起到钢板与防水胶粘结作用 右：黄色第二道防水胶底漆，起防水作用,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,44,虎门大桥施工：桥面铺装,左：红色第三道防水胶面漆，起到与粘结层、防水层粘结作用 右：喷沥青粘结剂,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,45,虎门大桥施工：桥面铺装,左：铺装沥青

13、混凝土 右：碾压,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,46,设计理论简介弹性理论,弹性理论悬索桥是大缆系统和加劲梁系统两者的简单组合。对单跨两铰悬索桥，其为一次超静定结构。将大缆从跨中切开，作用一对冗余力H，则可按力法（以大缆切口两面相对位移是零为条件）分析大缆以及加劲梁的内力。若忽略不计活载p对结构变形的影响，即假定大缆几何形状由满跨均布恒载决定（可推算其线形为二次抛物线），且这一线形不因活载p作用而发生改变，则由此分析悬索桥内力的方法就是传统的“弹性理论”。 在求出H之后，将H作用在基本体系上，就可以求出加劲梁的弯矩M： MM0Hy,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论

14、第八章,47,设计理论简介挠度理论,实际上，大缆是柔性受拉构件。“弹性理论”假定它的几何形状及长度都不因活载而改变，这是一个很大的缺点。早在1888年建立的“挠度理论”就纠正了这一缺点。“挠度理论”的主要特点是：大缆在恒载下取得平衡的几何形状（二次抛物线）将因活载的介入而改变，大缆因活载作用引起的拉伸量也需考虑。因此，应采用位移法，并计及结构的几何非线形，来分析悬索桥内力。见下图，大缆在恒载下的平衡位置（实线）因活载作用而有所改变（虚线）。按右图的分离体，可求得加劲梁的M为： MM0HqvHp（yv）,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,48,设计理论简介重力刚度法,对加劲梁很柔

15、的悬索桥，还可以先让加劲梁的抗弯刚度是零，取大缆做基本体系，并且让基本体系用改变其几何线形的方式来承担活荷载。在缆的线形改变量或挠度（从只受恒载变到承受恒载加活载）求得后，可以就每一吊索上端的位置推算位于吊索下端的梁的挠度，再凭梁的挠度的各阶导数推算梁的弯矩及其所分担的活载集度。从给定的活载集度中将梁所分担的集度扣除，余下者就是经由吊索传给大缆，让大缆所分担的活载集度。按吊索传来的活载重新计算大缆挠度，将上述计算重复迭代几次，就能取得使人满意的结果。 所谓重力刚度，指原本柔性的大缆因承受（巨大恒载所生）重力而产生的抵抗（活载所致）变形的刚度。该法抓住了大跨悬索桥的两大特点：一是较大恒载使缆的线形稳定（即其挠度不因活载而发生大的变化）；二是柔性很大的加劲梁所能分担的活载份额必然很小。这样，所需的最终结果也就同该法在迭代开始时所假定的情况很相近了。,2020年8月30日,李亚东：桥梁工程概论第八章,49,设计理论简介非线性有限元分析,从60年代以来，随着计算机、计算数学和计算力学的发展，借助