第十章悬索桥构造及设计

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1、悬索桥 悬索桥的构造与设计悬索桥的实例介绍主 要 内 容 悬索桥的组成 悬索桥的形式 悬索桥的各部分构造 悬索桥的设计第一部分第一部分 悬索桥的构造与设计悬索桥的构造与设计一、一、 悬索桥的组成悬索桥的组成组成：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，其主要构成如下图所示。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。成桥后结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。v 主缆主缆是结构体系中的主要承重构件；通过塔顶索鞍悬挂是结构体系中的主要承重构件；通过塔顶索鞍悬挂在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件。在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件

2、。v 主塔主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件；支承主缆是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件；支承主缆的重要构件。的重要构件。v 加劲梁加劲梁是悬索桥承受风荷载和其它横向水平力的主要构是悬索桥承受风荷载和其它横向水平力的主要构件，件，提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形，形，主要承受弯曲内力。主要承受弯曲内力。v 吊索吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带。是连系加劲梁和主缆的纽带。v 锚碇锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。是锚固主缆的结构，它将主

3、缆中的拉力传递给地基。 悬索桥各部分的作用悬索桥各部分的作用v 地锚式与自锚式悬索桥地锚式与自锚式悬索桥地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。自锚式：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁自锚式：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）（轴向压力）承受；竖承受；竖直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城市桥等。市桥等。v 双链式悬索桥双链式悬索桥（小跨度悬索桥）（小跨度悬索桥）双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布活载以及双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布

4、活载以及半跨活载时结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构半跨活载时结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构件截面尺寸和单件重量；缺点：构件增多分散，安装及养护维修件截面尺寸和单件重量；缺点：构件增多分散，安装及养护维修不利。不利。二、悬索桥的形式二、悬索桥的形式v 地锚式悬索桥的孔跨布置形式地锚式悬索桥的孔跨布置形式( (力学体系力学体系) )单跨：单跨：适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由于边跨主缆的垂适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由于边跨主缆的垂度较小对荷载变形有利，架设主缆时索鞍预偏量较大度较小对荷载变形有利，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

5、移不受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。限制。13851385米江阴大桥。米江阴大桥。三跨：三跨：最常见最常见。两跨：两跨：（单边跨（单边跨）一岸建筑高度小和曲线边跨时。）一岸建筑高度小和曲线边跨时。13771377米青米青马大桥。马大桥。多跨：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，因中间桥塔和两边桥塔的塔高不同导致主缆垂度偏大，悬索桥整体刚度悬索桥整体刚度降低降低，非均布活载下塔顶变位及加劲梁非均布活载下塔顶变位及加劲梁挠曲变形和弯矩较大；固有振动频率降低。挠曲变形和弯矩较大；固有振动频率降低。故中塔必须故中塔必须加大刚度（加大刚度（4 4柱立体桥塔）或者

6、减小主缆垂跨比。柱立体桥塔）或者减小主缆垂跨比。悬索桥的形式（续）悬索桥的形式（续）单塔悬索桥效果图单塔悬索桥效果图单塔悬索桥单塔悬索桥空间主缆悬索桥空间主缆悬索桥三、悬索桥的构造三、悬索桥的构造 主缆主缆 材料材料有效拉应力大；拉伸延伸率小；弹模大；截面密度大；疲劳强度高、有效拉应力大；拉伸延伸率小；弹模大；截面密度大；疲劳强度高、徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。 类型类型 钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式钢绞线索等，钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式钢绞线索等， 适于适于600米以下；米以下； 平行丝股主缆：采用空中绕线法平行丝股主

7、缆：采用空中绕线法AS法或者预制丝股法法或者预制丝股法PS法），法）， 适于适于400米以上，是现代悬索桥主缆的主流结构类型。米以上，是现代悬索桥主缆的主流结构类型。 大跨多采用耐疲劳的高强钢丝，因为钢绞线虽然施工方便，但弹大跨多采用耐疲劳的高强钢丝，因为钢绞线虽然施工方便，但弹模较低使结构变形增大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难，模较低使结构变形增大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难，适于中小跨度。适于中小跨度。 结构形式结构形式双面平行主缆（绝大多数）；双面平行主缆（绝大多数）；单面主缆；空间主缆；单面主缆；空间主缆； 复式主缆（双链吊桥：复式主缆（双链吊桥： 朝阳大桥）。朝

8、阳大桥）。 截面形状（截面形状（六角形）六角形）尖顶形：尖顶形：将钢丝索故在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆将钢丝索故在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。平顶形：平顶形：下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直径大。径大。方阵式：方阵式：竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操作时也较容易形成圆形截面。作时也较容易形成圆形截

9、面。悬索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆方阵式主缆断面方阵式主缆断面施工中的主缆断面施工中的主缆断面l主缆编制方法主缆编制方法lASAS法：法：通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将两根通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将两根钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可达达400400500500根）编扎成一根索股。钢束股数较少，便根）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。需劳动力也较多。lPSPS法：法：避免了钢丝编成钢丝束股的作业从而加快主缆避免了

10、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。目前多采用备来搬运钢丝束股。目前多采用6161、9191、12751275左右左右钢丝，最重可达钢丝，最重可达4040吨。吨。悬索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆ASAS法法示意图示意图主缆断面主缆断面ASAS法示意图法示意图l主缆的防护主缆的防护（不可更换的主要受力构件，必须防腐）（不可更换的主要受力构件，必须防腐）l锈蚀原因：锈蚀原因：架设期间水份进入；防护完成后因主缆线形变化、架设期间水份进入；防护完成后因主缆线形变化、温度变化引起伸缩而导致粗糙表面

11、的油漆开裂和索夹上受损温度变化引起伸缩而导致粗糙表面的油漆开裂和索夹上受损的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。l防护方法：防护方法：施工期间镀锌钢丝外涂底漆或者树脂类，然后手施工期间镀锌钢丝外涂底漆或者树脂类，然后手工满刮腻子，再缠绕钢丝（退火镀锌工满刮腻子，再缠绕钢丝（退火镀锌44钢丝钢丝），最后作外），最后作外涂装。涂装。 改良措施：l以S 形截面的缠绕钢丝代替圆端面钢丝，使主缆表面光滑、丝丝相扣，油漆不易开裂、水不能渗入。l开空气导入法：将除湿机产生的干燥空气用管道输送，通过入口索夹输入主缆，经出口索夹排出主缆（出入口索夹间距140