鋼橋設(shè)計課件之鋼懸索橋概述，懸索橋的主纜、主塔、加勁梁、吊索、錨碇等構(gòu)造特點，懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，懸索橋的計算方法

1、鋼橋設(shè)計,,本章內(nèi)容: 鋼懸索橋概述，懸索橋的主纜、主塔、加勁梁、吊索、錨碇等構(gòu)造特點，懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，懸索橋的計算方法。,,,第八章 鋼懸索橋,,8.1 懸索橋概述懸索橋的定義懸索橋由主纜索、塔架、錨碇、吊桿、加勁梁和橋面等主要構(gòu)件所組成，橋面荷載經(jīng)加勁梁、吊桿傳給主纜索，再由主纜索傳至塔架和兩端的錨碇。,,8.1懸索橋概述懸索橋的發(fā)展1883年，第一座現(xiàn)代懸索橋，美國Brooklyn橋，主跨486m1931年，第一座

2、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,,8.1懸索橋概述懸索橋的發(fā)展1997年，丹麥大海帶橋, 主跨1624米懸索橋1997年，中國香港青馬大橋, 主跨1377米, 是當(dāng)時最大跨度公鐵二用懸索橋1998年，日本明石海峽大橋，主跨1991米，是世界最大跨度懸索橋1999年，中國江陰長江大橋，主跨1385米，中國第一座超千

3、米懸索橋,,8.1懸索橋概述懸索橋的發(fā)展進(jìn)入二十世紀(jì)以來，懸索橋進(jìn)入了一個朝低高度主梁、高強(qiáng)度材料和大跨徑方向發(fā)展的階段，加勁梁以桁架為主，梁的高跨比在1/150左右。二戰(zhàn)后，懸索橋進(jìn)入了新的發(fā)展時期，歐洲各國采用了抗風(fēng)性能好的薄壁箱形截面加勁梁。,,8.1懸索橋概述我國懸索橋的發(fā)展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)江陰長江大橋（主跨1385m）,,8.

4、1懸索橋概述按錨固形式分地錨式：主纜拉力依靠錨固體傳遞給地基。自錨式：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（較小）由端支點承受。適宜：跨度不大、軟土地基、城市橋等。按力學(xué)性態(tài)分柔性懸索橋剛性懸索橋,,8.1懸索橋概述典型的懸索橋,美國新的舊金山海灣大橋方案,,8.1懸索橋概述典型的懸索橋,美國金門大橋,,8.1懸索橋概述典型的懸索橋,明石海峽橋,,8.1懸索橋概述典型的懸索橋,江陰長江公路大橋,

5、,8.2 懸索橋構(gòu)造特點主纜 結(jié)構(gòu)體系中的主要承重構(gòu)件；通過塔頂索鞍懸掛在主塔上并錨固于兩端錨固體中的柔性承重構(gòu)件。,,8.2 懸索橋構(gòu)造特點主塔 是懸索橋抵抗豎向荷載的主要承重構(gòu)件；支承主纜的重要構(gòu)件,,8.2 懸索橋構(gòu)造特點加勁梁 懸索橋承受風(fēng)荷載和其它橫向水平力的主要構(gòu)件，提供橋面和防止橋面發(fā)生過大的撓曲變形和扭曲變形，主要承受彎曲內(nèi)力,,8.2 懸索橋構(gòu)造特點吊索 將加勁梁自

6、重、外荷載傳遞到主纜的傳力構(gòu)件，是連系加勁梁和主纜的紐帶。,,8.2 懸索橋構(gòu)造特點錨碇 錨固主纜的結(jié)構(gòu)，它將主纜中的拉力傳遞給地基,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點主纜結(jié)構(gòu)形式雙面平行主纜（絕大多數(shù)）；單面主纜；空間主纜；復(fù)式主纜（雙鏈吊橋： 朝陽大橋）。截面形狀（六角形）尖頂形；平頂形；方陣式；,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點主纜編制方法——AS法 通過牽引索作來回走動的編絲輪，每次將兩根鋼絲從一

7、端拉到另一端，待鋼絲達(dá)到一定數(shù)量后（可達(dá)400～500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。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點主纜編制方法——PS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輸設(shè)備和拽拉設(shè)備來搬運鋼絲束股。目前多采用61、91、127Φ5左右鋼絲，最重可達(dá)40噸。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點主纜的保護(hù)銹蝕原因

8、 架設(shè)期間水份進(jìn)入；防護(hù)完成后線形變化、溫度變化引起伸縮而導(dǎo)致粗糙表面的油漆開裂和索夾上受損的密封部位開裂，水的滲入導(dǎo)致主纜濕度高而銹蝕。防護(hù)方法 施工期間鍍鋅鋼絲外涂底漆或者樹脂類，然后手工滿刮膩子，再纏繞鋼絲（退火鍍鋅Φ4鋼絲），最后作外涂裝。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點改良措施：以S 形截面的纏繞鋼絲代替圓端面鋼絲，使主纜表面光滑、絲絲相扣，油漆不易開裂、水不能滲入。開空氣導(dǎo)入法：將除濕機(jī)產(chǎn)生的干燥空

9、氣用管道輸送，通過入口索夾輸入主纜，經(jīng)出口索夾排出主纜（出入口索夾間距140米左右），一般可維持相對濕度在40％以下。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點吊索布置形式：豎直；傾斜（提高整體振動時的結(jié)構(gòu)阻尼值）。材料：剛性吊桿（少量小跨：圓鋼或鋼管）；柔性吊索：鋼絲繩或者平行鋼絲索（多采用）。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點吊索鋼絲繩索繩心式：以一股鋼絲繩為中央形心，外圍用鋼絲束股圍繞扭絞而成。股心式：7股鋼絲束股扭絞而成，中央一

10、股為股心。注意：鋼絲束股的扭絞方向與其間鋼絲的扭轉(zhuǎn)方向相反。平行鋼絲索（PWS）：多根Φ5～7鍍鋅鋼絲外加PE套管。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點索夾作用 剛性索夾與柔而松的主纜索體間的連接為不穩(wěn)定連接。依靠摩擦力來保證主纜在受拉產(chǎn)生收縮變形時也不致滑動。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點索夾構(gòu)造六邊形（中小跨）：少用；圓形 一對鑄鋼半圓構(gòu)件以高強(qiáng)螺栓相連接，依靠高強(qiáng)螺栓擰緊,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點

11、吊索與索夾的聯(lián)結(jié)方式4股騎跨式 兩根兩端帶錨頭的鋼絲繩索繞跨在索夾頂部的嵌索槽中，錨頭與加勁梁連接。不宜用平行鋼絲索，索夾分左右兩半。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點吊索與索夾的聯(lián)結(jié)方式雙股銷鉸式 兩根下端帶錨頭、上端帶銷鉸的鋼絲繩索或平行鋼絲索，上端利用銷鉸與索夾下的耳板（吊板）連接，下端用錨頭或者同樣用銷鉸與加勁梁連接。索夾分上下兩半。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點吊索與索夾的聯(lián)結(jié)方式,,8.3 懸索橋的構(gòu)造

12、 特點吊索與主纜連接4股騎跨式,,8.3 懸索橋的 構(gòu)造特點吊索與主纜 連接雙股銷鉸式索箍索夾,,8.3 懸索橋的 構(gòu)造特點騎跨式吊索與主纜（索夾）以及與加勁梁之間的連接,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點橋塔材料 圬工（古老、小跨簡易） 鋼筋砼（框架式；實心矩形或者箱形）最高155米 鋼（框架式、桁架式；箱形、多格

13、箱形、H形）,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點橋塔橋塔縱向結(jié)構(gòu)形式搖柱塔（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，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。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點橋塔橋塔橫向結(jié)構(gòu)形式：剛構(gòu)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

14、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,,8.3 懸索橋構(gòu)造特點橋塔,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點橋塔塔柱橫向可豎直或者稍帶傾斜（斜柱式）或轉(zhuǎn)折點（折柱式），后兩者穩(wěn)定性能好且較為經(jīng)濟(jì)。鋼筋砼剛構(gòu)式橋塔是懸索橋的橋塔最佳選擇。,,8.3 懸索橋構(gòu)造特點加勁梁,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點加勁梁,此外，鋼板梁也有采用,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點錨碇（地錨式懸索橋）

15、由主纜的錨碇架及固定裝置、錨塊、錨塊基礎(chǔ)組成基本分類重力式錨碇隧道式錨碇巖錨,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點錨碇（地錨式懸索橋）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。前錨式：主纜采用PS法施工時的纜索錨固方式，支承（定位）鋼構(gòu)架與傳力鋼構(gòu)架的結(jié)合。后錨式：主纜采用AS法施工時的纜索錨固方式，鑄鋼索靴與眼桿的結(jié)合。目前預(yù)應(yīng)力錨拉工藝已經(jīng)

16、陸續(xù)取代前兩者。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點錨碇（地錨式懸索橋）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。巖錨（巖孔錨）： 各索股先分散在各個巖孔內(nèi)（每股一個孔），最后再進(jìn)入錨固室。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點錨碇（地錨式懸索橋）,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點 （重力錨碇實例）,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點目前常采用的錨碇構(gòu)造,,8.3

17、懸索橋的構(gòu)造特點其它的特殊的錨碇多跨懸索橋的共用錨墩三角形空腹構(gòu)架式重力錨平板式重力錨軟土層中的深基礎(chǔ)重力錨,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點索鞍（鞍座）塔頂主索鞍塔頂主索鞍邊跨靠近岸端的墩架或鋼排架的頂部，改變主纜在豎平面內(nèi)的傾角展束錨固索鞍多設(shè)置在橋臺上，使構(gòu)成主纜的許多鋼絲束股在水平向及豎直向分散開的支撐鞍座，并導(dǎo)引各索股入錨固部分。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點索鞍（鞍座）塔頂主索鞍：

18、鞍槽、腹板底板和加勁肋板等（腹板傳遞鞍槽壓力，橫肋加強(qiáng)）構(gòu)成布置形式： 兩塊斜腹板；單（兩）塊豎腹板,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點索鞍（鞍座）塔頂鞍槽的縱向曲率半徑：縱向圓弧半徑（可為縱向非對稱多段圓?。┎恍∮谥骼|直徑的8～12倍，入口處鞍槽半徑局部略小以防破壞主纜防腐。鞍槽的截面形狀：配合主纜鋼絲索股的排列形狀。制造方法：全鑄、鑄件鞍槽＋焊接鋼板（鑄焊）——傾向、全焊。,,8.3 懸索橋的構(gòu)造特點散索鞍構(gòu)

19、造形式：為調(diào)節(jié)主纜在各種條件下的長度變化，散索鞍由輥軸、搖軸支承，或者作成擺柱構(gòu)件。鞍槽的縱向曲率半徑：入口處鞍槽形狀與塔頂鞍槽相同，出口處略小，滿足轉(zhuǎn)向和散索。鞍槽的截面形狀： 配合主纜鋼絲索股的排列形狀。,,8.3 懸索橋構(gòu)造特點塔頂鞍座,虎門主索鞍,江陰主索鞍,散索鞍,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點跨度比（邊跨與中跨之比）一般取值自由度較小，為0.3～0.5單位橋長用鋼量隨跨度比的減小而增大； 結(jié)構(gòu)的豎向變形及

20、豎向撓角隨跨度比的減小而減小取消懸吊的邊跨加勁梁又導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體剛度降低大跨懸索橋多小邊跨來增加剛度的同時又使用鋼量較省，跨度比在0.2～0.4之間。,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點垂跨比 （主纜矢跨比）（f/l）一般取值范圍為1/9～1/12垂跨比對主纜拉力影響較大，垂跨比越小主纜拉力越大鋼橋塔的用鋼量隨垂跨比的增加而增加,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點垂跨比 （主纜矢跨比）垂跨比越大，懸索橋的豎向、橫向整體剛度

21、越大對振動特性的影響：垂跨比增大時，豎向撓振固有頻率和極慣矩降低；扭振固有頻率增大,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點高跨比（加勁梁高與主孔跨度之比） 加勁梁在恒載作用下除了承受與吊索節(jié)間長度有關(guān)的撓曲應(yīng)力外，一般處于無應(yīng)力狀態(tài)，加勁梁高度與主孔跨度基本沒有關(guān)系減小加勁梁豎向變形的有效辦法是減小跨度比而不是增大加勁梁高度,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點高跨比（加勁梁高與主孔跨度之比） 一般而言，桁架式加勁梁的高度為8

22、～14米，箱型加勁梁高度為2.5～4.5米。已建桁架式加勁梁懸索橋的高跨比大致在1/180～1/70；箱型加勁梁懸索橋的高跨比大致在1/400～1/300 ；,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點寬跨比一般中小跨度橋梁：（B/l）一般取值范圍為大于等于1/20但是大跨度懸索橋的寬跨比尚無合理而科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點寬跨比一般而言，寬跨比越大，梁體越寬，梁體橫向撓曲剛度越大已建大跨度懸索橋的寬跨比

23、大致在1/40～1/60。,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點加勁梁的支承體系簡支（雙鉸）體系 適于邊跨建筑高度小、曲線邊跨。由于邊跨主纜的垂度較小對荷載變形有利，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。不太適合鐵路橋。,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點加勁梁的支承體系連續(xù)體系 加勁梁撓度（豎向及橫向）、梁端角變位及伸縮量較小。但是，主塔支點處產(chǎn)生較大彎距；梁穿過塔，使塔柱間橫

24、向間距大，基礎(chǔ)尺寸也相應(yīng)加大；制造、架設(shè)誤差以及基礎(chǔ)的不均勻沉降對加勁梁應(yīng)力影響較大。,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點加勁梁的支承體系：單跨懸索橋中的一些特殊布置： 單跨懸索橋加勁梁在兩個非懸吊的邊跨內(nèi)各帶有連續(xù)伸出段。可有效減小變形。,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點主纜與加勁梁的特殊聯(lián)結(jié)傳統(tǒng)做法：主纜只通過吊索與加勁梁聯(lián)結(jié),,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點主纜與加勁梁的特殊聯(lián)結(jié)特殊做法： 主跨中點將主纜

25、與加勁梁直接固結(jié)。優(yōu)點：可以減小非對稱荷載作用下的撓度，提高縱向位移的復(fù)原力，減小正常情況下活載引起的振動以及風(fēng)荷載和地震荷載引起的縱向位移量,,8.4 懸索橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點主纜與加勁梁的特殊聯(lián)結(jié)布置方式： 主跨跨中設(shè)計特殊夾具連接主纜與加勁梁；主跨跨中設(shè)計一對相對的短斜索；主跨跨中（中斜索）以及邊跨端部（端斜索）設(shè)計一對相對的短斜索。,,8.5 懸索橋的計算方法彈性理論不考慮結(jié)構(gòu)體系變形對內(nèi)力的影響，按普通

26、的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算，計算結(jié)構(gòu)偏大。這種方法只適用于跨度小于200m且加勁梁的高度為跨徑的1/40左右時的懸索橋。,,8.5 懸索橋的計算方法撓度理論隨著懸索橋向大跨度方向發(fā)展，主纜的幾何非線性問題非常突出，必須考慮結(jié)構(gòu)體系變形對內(nèi)力的影響，這是二次內(nèi)力影響問題，不能采用普通結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算，從而發(fā)展了撓度理論，建立了非線性微分方程。,,8.5 懸索橋的計算方法線性撓度理論這是撓度理論的簡化方法，隨著懸索橋橋跨度的增大，活