第十章懸索橋構(gòu)造及設(shè)計(jì).ppt

懸索橋 懸索橋的構(gòu)造與設(shè)計(jì) 懸索橋的實(shí)例介紹 主要內(nèi)容懸索橋的組成懸索橋的形式懸索橋的各部分構(gòu)造懸索橋的設(shè)計(jì) 第一部分懸索橋的構(gòu)造與設(shè)計(jì) 一 懸索橋的組成 組成 懸索橋是由主纜 加勁梁 主塔 鞍座 錨碇 吊索等構(gòu)件構(gòu)成的柔性懸吊體系 其主要構(gòu)成如下圖所示 成橋時(shí) 主要由主纜和主塔承受結(jié)構(gòu)自重 加勁梁受力由施工方法決定 成橋后結(jié)構(gòu)共同承受外荷作用 受力按剛度分配 主纜是結(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 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 加勁梁是懸索橋承受風(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 吊索是將加勁梁自重 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 錨碇是錨固主纜的結(jié)構(gòu) 它將主纜中的拉力傳遞給地基 懸索橋各部分的作用 地錨式與自錨式懸索橋地錨式 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(diǎn)承受 適宜 跨度不大 軟土地基 城市橋等 雙鏈?zhǔn)綉宜鳂?小跨度懸索橋 雙鏈?zhǔn)綉宜鳂虻暮爿d及均布活載由上下鏈平均負(fù)擔(dān) 非均布活載以及半跨活載時(shí)結(jié)構(gòu)的受力及變形特性較好 分散構(gòu)件受力可減小構(gòu)件截面尺寸和單件重量 缺點(diǎn) 構(gòu)件增多分散 安裝及養(yǎng)護(hù)維修不利 二 懸索橋的形式 地錨式懸索橋的孔跨布置形式 力學(xué)體系 單跨 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(shí)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 1385米江陰大橋 三跨 最常見 兩跨 單邊跨 一岸建筑高度小和曲線邊跨時(shí) 1377米青馬大橋 多跨 因中間橋塔和兩邊橋塔的塔高不同導(dǎo)致主纜垂度偏大 懸索橋整體剛度降低 非均布活載下塔頂變位及加勁梁撓曲變形和彎矩較大 固有振動(dòng)頻率降低 故中塔必須加大剛度 4柱立體橋塔 或者減小主纜垂跨比 懸索橋的形式 續(xù) 單塔懸索橋效果圖 單塔懸索橋 直布羅陀跨海大橋 空間主纜懸索橋 南備贊懸索橋 剛性纜索體系懸索橋 三 懸索橋的構(gòu)造 主纜材料有效拉應(yīng)力大 拉伸延伸率小 彈模大 截面密度大 疲勞強(qiáng)度高 徐變小 成纜錨固及防銹容易 價(jià)廉物美 類型鋼絲繩主纜 鋼絞線繩 螺旋鋼絲繩 封閉式鋼絞線索等 適于600米以下 平行絲股主纜 采用空中繞線法 AS法或者預(yù)制絲股法 PS法 適于400米以上 是現(xiàn)代懸索橋主纜的主流結(jié)構(gòu)類型 大跨多采用耐疲勞的高強(qiáng)鋼絲 因?yàn)殇摻g線雖然施工方便 但彈模較低使結(jié)構(gòu)變形增大 截面形狀不易按照設(shè)計(jì)形狀壓緊 防腐較難 適于中小跨度 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 將鋼絲索故在豎向排列 列間插放隔片有助于通風(fēng)和保持真圓度較高的截面形狀 截面溫度均勻 主纜施工之初的鋼絲定位較難 平頂形 下層的鋼絲索股會受到較大的擠壓力 截面水平直徑較豎向直徑大 方陣式 豎橫雙向均利于插放隔片 鋼絲束股數(shù)目較為靈活 緊纜機(jī)操作時(shí)也較容易形成圓形截面 懸索橋的構(gòu)造 主纜 方陣式主纜斷面 施工中的主纜斷面 主纜編制方法AS法 通過牽引索作來回走動(dòng)的編絲輪 每次將兩根鋼絲從一端拉到另一端 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(shí)抗風(fēng)較弱所需勞動(dòng)力也較多 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(yùn)輸設(shè)備和拽拉設(shè)備來搬運(yùn)鋼絲束股 目前多采用61 91 127 5左右鋼絲 最重可達(dá)40噸 懸索橋的構(gòu)造 主纜 AS法示意圖 主纜斷面 AS法示意圖 主纜的防護(hù) 不可更換的主要受力構(gòu)件 必須防腐 銹蝕原因 架設(shè)期間水份進(jìn)入 防護(hù)完成后因主纜線形變化 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?zhàn)?再纏繞鋼絲 退火鍍鋅 4鋼絲 最后作外涂裝 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 懸索橋的構(gòu)造 主纜 懸索橋各部分構(gòu)造 吊索 吊桿 吊索布置形式 豎直 傾斜 提高整體振動(dòng)時(shí)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 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 5 7鍍鋅鋼絲外加PE套管 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(shí)也不致滑動(dòng) 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)螺栓擰緊后的拉力來提供足夠索夾固定位置的摩擦阻力 兩半圓構(gòu)件之間留有一定空隙 以保證螺栓拉力 空隙內(nèi)填防腐料 索夾半圓內(nèi)表面加工后不能磨光 騎跨式 索夾上半部有4各凸肋形成兩條凹槽 銷鉸式 下側(cè)半索夾下帶有耳式吊板供銷鉸連接用 懸索橋各部分構(gòu)造 索夾 懸索橋各部分構(gòu)造 索夾 吊索與索夾的聯(lián)結(jié)方式 鋼絲繩 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 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 懸索橋各部分構(gòu)造 索夾主纜與索夾的連接方式 吊索與主纜連接4股騎跨式 吊索與主纜連接雙股銷鉸式索箍索夾 圖為香港青馬橋 圖為騎跨式吊索與主纜 索夾 以及與加勁梁之間的連接 橋塔材料 圬工 古老 小跨簡易 鋼筋砼 框架式 實(shí)心矩形或者箱形 最高155米 鋼 框架式 桁架式 箱形 多格箱形 H形 橋塔縱向結(jié)構(gòu)形式 搖柱塔 擺動(dòng)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 懸索橋各部分構(gòu)造 塔 懸索橋各部分構(gòu)造 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 若干組交叉的斜桿與水平橫梁組成桁架 施工時(shí)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 塔柱橫向可豎直或者稍帶傾斜 斜柱式 或轉(zhuǎn)折點(diǎn) 折柱式 后兩者穩(wěn)定性能好且較為經(jīng)濟(jì) 現(xiàn)代認(rèn)為鋼筋砼剛構(gòu)式橋塔是懸索橋的橋塔最佳選擇 虎門大橋主塔 喬治華盛頓橋 Panay Guimaras 錨碇 用于地錨式懸索橋 基本組成 主纜的錨碇架及固定裝置 錨塊 錨塊基礎(chǔ) 基本分類 重力式錨碇 隧道式錨碇 巖錨 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(shí)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(shí)的纜索錨固方式 鑄鋼索靴與眼桿的結(jié)合 現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力錨拉工藝 近期已經(jīng)陸續(xù)取代前兩者 懸索橋各部分構(gòu)造 錨碇 懸索橋各部分構(gòu)造 錨碇 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(gè)巖孔內(nèi) 每股一個(gè)孔 最后再進(jìn)入錨固室 主纜經(jīng)散索鞍轉(zhuǎn)向并在散索室分散后 每根鋼絲索錨拉在鋼桿上 鋼桿再錨拉在澆注在傳力塊體內(nèi)的錨板上 各鋼桿與插放在各鉆孔內(nèi)的后張力筋連接 力筋最后在錨固室內(nèi)張拉后防腐 重力式錨碇用于持力層位于地表以下20 50米較合理 過深可以采用深基礎(chǔ) 沉箱 沉井 樁 管柱等 隧道式錨碇用于基巖外露處 主纜各索股集中在一個(gè)巖洞內(nèi)錨固 挪威研究的新型錨碇 例如 瑞典高海岸大橋 構(gòu)造簡單而經(jīng)濟(jì) 重力式錨碇外觀圖 圖a 為現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng) 前錨式 圖b 為一般后錨式錨固系統(tǒng) 青馬大橋錨碇 索靴 特殊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 懸索橋各部分構(gòu)造 錨碇 三角形空腹構(gòu)架式重力錨 丹麥大海帶橋 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 結(jié)構(gòu)形式 鋼板梁鋼桁梁鋼箱梁砼箱 板 梁 鋼板梁的橫截面 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 鋼桁架的橫截面 雙層公路橋面鋼桁架梁公鐵兩用的雙層橋面鋼桁架梁單層橋面鋼桁架梁流線型閉合式桁架箱梁 香港青馬大橋鋼桁架加勁梁的特點(diǎn) 通透梁體 抗風(fēng)穩(wěn)定性好 空間桁架結(jié)構(gòu) 抗扭剛度較大 不易產(chǎn)生顫振 抖振和渦激共振 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 一般桁架加勁梁橫截面 在兩片主桁架的外圍 沿著橋梁縱向每隔4 5米加設(shè)一道包括上下橋面系橫梁 兩側(cè)尖端形導(dǎo)風(fēng)角與中間兩根立柱等構(gòu)件組成的六邊形橫向主框架 在導(dǎo)風(fēng)角部分用1 5毫米后的不銹鋼板圍封 這樣連同上下橫梁部分的正交異性鋼橋面板 組成一個(gè)類似與鋼箱梁的封閉性截面 上層橋面的中央3 5米寬度部分和下層橋面的鐵道橋面系部分均以交叉的斜桿代替正交異性板 整個(gè)截面中央部分形成一條縱向的上下通風(fēng)道 對抗風(fēng)極為有利 閉合式鋼桁梁橫截面 香港青馬大橋 汲水門大橋 斜拉橋 鋼箱梁的特點(diǎn)采用正交異性鋼橋面板和帶加勁肋的薄鋼板組成 能充分發(fā)揮薄鋼板比厚鋼板力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn) 利于焊接 同時(shí) 正交異性板具有很高的承載力 截面設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理 為提高梁體抗失穩(wěn)能力 縱向每隔一定間距設(shè)置框架橫聯(lián)或橫向聯(lián)結(jié)系 相鄰兩橫聯(lián)之間可加設(shè)橫向加勁肋 支座處橫聯(lián)更應(yīng)加強(qiáng) 為保證翼緣板及腹板屈曲穩(wěn)定 受壓區(qū)架設(shè)縱向加勁肋 多為閉口縱肋 抗扭剛度大 屈曲穩(wěn)定好 外側(cè)貼角焊縫長度減少一半 連續(xù)貫通的縱肋可作為翼緣板截面的一部分予以計(jì)算 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 鋼箱梁內(nèi)部構(gòu)造 鋼箱梁的橫截面 扁平棱形鋼箱梁增設(shè)抗風(fēng)分流板的扁平棱形鋼箱梁流線型鋼箱梁增設(shè)抗風(fēng)分流板的流線型鋼箱梁 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 1500米以上的懸索橋盡可能采用開槽分離箱 及其它導(dǎo)流穩(wěn)定措施才能滿足要求 加勁梁寬達(dá)60 4m 由3個(gè)縱向的鋼箱 鋼箱梁之間的鋼橋面板和鋼橫梁等三部分組成 鋼橫梁的立面作成倒梯形 中間部分高約5m 橫梁間距30m 縱向箱梁凈跨徑26m 主跨的寬跨比為1 54 6 能夠經(jīng)受高于216Km h的大風(fēng) 公路平臺能夠承受大于140 000輛 天的交通量 雙線鐵路允許通過列車200輛 天 3300米方案 鋼箱加勁梁橫截面 Messina海峽大橋 青龍大橋布置圖 箱型加勁梁截面構(gòu)造 中央開槽箱梁 混凝土加勁梁的橫截面 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在總用鋼量上稍有減少 抗風(fēng) 變形 剛度 較好 流線型梁體外形美觀 養(yǎng)護(hù)容易 但總造價(jià)偏高 施工架設(shè)膠南 工期長 抗震性及適應(yīng)性較差 吊索及索夾工作量加大 汕頭海灣大橋 單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土板梁 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 汕頭海灣大橋 452米 砼箱加勁梁橫截面 加勁梁的橋面構(gòu)件 鋼筋混凝土橋面板鋼橋面板橋面板上的鋪裝層要求 高溫穩(wěn)定性 低溫抗裂性 常溫抗疲勞性 防水性 多以熱鋪改性瀝青混凝土 澆注式或攤鋪式 為主 其上為磨耗層 其下為與鋼橋面板之間的粘結(jié)層與防水層 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 橋面鋪裝層的幾種常見鋪裝方法 1 單層澆注式混凝土 歐洲 2 下層澆注式瀝青混凝土 上層為密級配攤鋪式瀝青混凝土 或者SMA 日本 3 上 下層分別采用不同粒徑石料的SMA 中國 4 單層環(huán)氧瀝青混凝土 美國 重點(diǎn)是確定鋪裝層結(jié)構(gòu)形式和厚度 一般 單層3 5 5cm 雙層6 5 8cm 懸索橋各部分構(gòu)造 加勁梁 索鞍 鞍座 支承主纜的支承件或配件類型 塔頂主索鞍 支架副索鞍 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 也可不設(shè) 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 懸索橋各部分構(gòu)造 索鞍 塔頂主索鞍主要構(gòu)件 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) 布置形式 兩塊斜腹板 大部分鞍下應(yīng)力由斜腹板直接徑塔柱兩側(cè)橫壁板傳給橋塔 單 兩 塊豎腹板 大部分壓力經(jīng)鞍座板間接傳遞給塔柱頂板 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弧 不小于主纜直徑的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 懸索橋各部分構(gòu)造 索鞍 散索鞍構(gòu)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 懸索橋各部分構(gòu)造 索鞍 香港青馬橋主索鞍 虎門主索鞍 江陰主索鞍 展束錨固索鞍 散索鞍 小海帶橋 四 懸索橋的設(shè)計(jì) 懸索橋 懸索橋的美學(xué)考慮 國際著名建筑美學(xué)專家JENSENPoulOve認(rèn)為 美的可感知性和結(jié)構(gòu)的實(shí)在性之間具有強(qiáng)烈關(guān)系 最有效地挖掘材料強(qiáng)度和材料特殊屬性的結(jié)構(gòu)形式是最美的 主要構(gòu)件為受拉或承壓的結(jié)構(gòu)通常比受彎結(jié)構(gòu)更容易感知 懸掛結(jié)構(gòu)的美學(xué)潛能是十分優(yōu)越的 具有柔梁和懸掛系統(tǒng)的大跨度橋梁具有內(nèi)在美 給設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)創(chuàng)造真正偉大設(shè)計(jì)的機(jī)會 但是 是否能夠成功依賴于設(shè)計(jì)者的意愿和能力 有意識地和一致地設(shè)計(jì)所有構(gòu)件 不但要滿足指定功能 而且在視覺上相互補(bǔ)充而形成一個(gè)整體 纜索承重橋梁的美學(xué)考慮 續(xù) 懸索橋的美學(xué)比例 1 邊跨跨經(jīng)應(yīng)小于主跨跨經(jīng)的一半 可達(dá)0 21 0 31 2 橋下空間應(yīng)呈扁平 橋面越高 跨經(jīng)越大 3 加勁梁易扁平 使空氣動(dòng)力性能好而外形纖巧 4 錨碇安全而不過于龐大 5 橋塔結(jié)構(gòu)簡潔而不失雄偉 懸索橋的設(shè)計(jì) 懸索橋的設(shè)計(jì) 懸索橋的總體設(shè)計(jì)適用范圍1000米以上幾乎是唯一可選橋型 300 1000米之間采用砼加勁梁也可與斜拉橋競爭 與其它大跨度橋梁的比較選擇拱橋 主拱是壓彎構(gòu)件 過大的軸力和彎距會使其失穩(wěn) 材料強(qiáng)度很難發(fā)揮 拱質(zhì)量中心較高 不利于抗震 施工抗風(fēng)難 斜拉橋 受壓彎的加勁梁在跨度很大時(shí)恒載壓力巨大 截面尺寸勢必加大 跨度較大時(shí)剛度較好 施工抗風(fēng)難 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn)跨度比垂跨比寬跨比高跨比加勁梁的支承體系主纜與加勁梁的特殊聯(lián)結(jié) 懸索橋的設(shè)計(jì) 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(shí)又使用鋼量較省 跨度比在0 2 0 4之間 懸索橋的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn) Messina海峽大橋立面圖 Messina海峽大橋最終方案選用主跨為3300m的懸索橋 本土側(cè)和西西里島側(cè)的邊跨分別為810m和960m 共長5070m 除主跨全長用豎直吊索懸吊加勁梁之外 兩個(gè)邊跨都是在橋塔附近較短的局部區(qū)段內(nèi)設(shè)有豎向吊索 在西西里島側(cè)由于地形較高設(shè)有若干短跨小墩 跨度布置實(shí)例 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 從而所需主纜截面面積越大 增加單位橋長用鋼量 鋼橋塔的用鋼量隨垂跨比的增加而增加 鋼橋塔時(shí) 總用鋼量隨著垂跨比的加大而略有降低 混凝土塔時(shí) 大跨徑的總用鋼量隨著垂跨比的增加而略有增加 垂跨比越大 懸索橋的豎向 橫向整體剛度越大 對振動(dòng)特性的影響 垂跨比增大時(shí) 豎向撓振固有頻率和極慣矩降低 扭振固有頻率增大 懸索橋的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn) 高跨比 加勁梁高與主孔跨度之比 懸索橋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) 所以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 一般而言 桁架式加勁梁的高度為8 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 問題 扁平鋼箱梁的流線型設(shè)計(jì)有利于風(fēng)動(dòng)穩(wěn)定 但高度太小會導(dǎo)致加勁梁抗扭剛度削弱太多 容易導(dǎo)致渦振和抖振發(fā)生而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞 因此 一般控制高寬比在1 7 1 11 懸索橋的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn) 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) 一般而言 寬跨比越大 梁體越寬 梁體橫向撓曲剛度越大 可以非常有效地減小邊跨梁體的橫向最大撓角以及主跨梁體的橫向最大撓角 對主跨梁體的橫向最大撓度減小不是很顯著 已建大跨度懸索橋的寬跨比大致在1 40 1 60 懸索橋的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn) 懸索橋的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn) 加勁梁的支承體系 塔墩處是否連續(xù) 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(shí)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 1385米江陰大橋 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(diǎn)處產(chǎn)生較大彎距 梁穿過塔 使塔柱間橫向間距大 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 單跨懸索橋中的一些特殊布置 單跨懸索橋加勁梁在兩個(gè)非懸吊的邊跨內(nèi)各帶有連續(xù)伸出段 可有效減小變形 懸索橋的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn) 主纜與加勁梁的特殊聯(lián)結(jié)及其它 傳統(tǒng)做法 主纜只通過吊索與加勁梁聯(lián)結(jié) 特殊做法 主跨中點(diǎn)將主纜與加勁梁直接固結(jié) 優(yōu)點(diǎn) 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(dòng)以及風(fēng)荷載和地震荷載引起的縱向位移量 1959年法國首創(chuàng) 現(xiàn)逐漸廣泛 布置方式 主跨跨中設(shè)計(jì)特殊夾具連接主纜與加勁梁 主跨跨中設(shè)計(jì)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(jì)一對相對的短斜索 懸索橋的減振措施主要包括 縱向彈性支承 主纜在跨中與主梁固接 抗風(fēng)索 懸索橋的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特性要點(diǎn) 主纜主纜設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下幾何線形的確定 主纜中心線控制點(diǎn)理論高程計(jì)算 矢跨比的選擇 1 9 1 11 m 時(shí) 全橋剛度 主纜拉力 截面及預(yù)制平行鋼絲束布置 空隙率約為0 17 0 21左右 備由著色觀察鋼絲和標(biāo)準(zhǔn)長度鋼絲各一根 沿索長全使用長度內(nèi)不能有接頭 2米左右布置定型強(qiáng)力膠帶 主纜無應(yīng)力長度的計(jì)算 主纜成橋態(tài)長度 一 二期恒載作用下的彈性伸長 自由懸掛狀態(tài)的伸長 無應(yīng)力長度 懸索橋的設(shè)計(jì) 主纜 主纜的重力剛度 吊索及索夾吊索 現(xiàn)代吊索索力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮加勁梁的荷載分配效應(yīng) 設(shè)計(jì)拉力的荷載組合為 恒載 活載 溫度效應(yīng) 制造誤差 架設(shè)誤差 彎曲二次應(yīng)力 安全系數(shù)取值在3 1 4 5之間 吊桿間距影響橋面構(gòu)造以及橋面系材料用量 一般為5 8米 最大可達(dá)25米以上 索夾 螺栓預(yù)應(yīng)力損失在30 50 截面尺寸的設(shè)計(jì) a 直徑的確定 b 應(yīng)力驗(yàn)算 環(huán)向拉應(yīng)力 圓周向彎曲應(yīng)力 順橋向彎曲應(yīng)力 主纜直徑平面的平均壓力 螺栓的預(yù)應(yīng)力損失 主纜受力變細(xì) 鍍鋅層蠕動(dòng) 鋼絲變位 螺栓時(shí)效 索夾變形 溫差等 抗滑安全度 定期緊固螺栓 考慮了螺栓預(yù)應(yīng)力損失后安全系數(shù)不應(yīng)低于3 懸索橋的設(shè)計(jì) 吊索 加勁梁 直接承受豎向荷載 抵抗橫向風(fēng)壓 抗震 鋼桁梁 桁架設(shè)計(jì) 沿跨度等高 腹桿多為加豎桿的三角形 桿件多為四支角鋼和鋼板組成的H型截面 較長桿件可為箱形截面 桁架間按剛度控制設(shè)計(jì)縱橫向聯(lián)結(jié)系 節(jié)點(diǎn)二次內(nèi)力的考慮 為了便于計(jì)算 假定桁架節(jié)點(diǎn)為鉸接 而實(shí)際結(jié)構(gòu)在荷載作用下桁架的變形受到剛性節(jié)點(diǎn)的約束時(shí)要產(chǎn)生附加彎距 附加彎距的大小于交匯桿件的剛度有關(guān) 當(dāng)桿件高度小于長度的1 10時(shí) 可不考慮附加彎距引起的二次內(nèi)力 懸索橋的設(shè)計(jì) 加勁梁 加勁梁扁平鋼箱梁 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容 鋼橋面板 第一結(jié)構(gòu)體系 梁體系 第二結(jié)構(gòu)體系 橋面體系 按正交異性板理論計(jì)算 第三結(jié)構(gòu)體系 橋面板是支承在加勁肋上的連續(xù)各向同性板 作用在肋間的局部荷載由板傳給加勁肋 此項(xiàng)計(jì)算可略 箱形截面的應(yīng)力設(shè)計(jì)計(jì)算 彎曲正應(yīng)力和剪力 對稱荷載 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 偏心荷載 純扭轉(zhuǎn) 約束扭轉(zhuǎn) 懸索橋的設(shè)計(jì) 加勁梁 加勁梁砼箱梁 不多使用 適于400 800米 應(yīng)為流線型全封閉式整體箱形截面 抗扭剛度大 抗風(fēng)性能良好 較大的自重為主纜提供強(qiáng)大的初應(yīng)力剛度 活載彎距與撓度也減小 其構(gòu)造類同于斜拉橋 汕頭海灣大橋 主跨452米 結(jié)合梁 混凝土橋面板與鋼梁共同工作 梁的截面中性軸較高 混凝土受到的應(yīng)力較小 包括負(fù)彎距所致的拉伸應(yīng)力 重慶朝陽大橋 主跨186米 懸索橋的設(shè)計(jì) 加勁梁 加勁梁的風(fēng)洞試驗(yàn) 節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn) 目的 進(jìn)一步改善加勁梁的基本截面 提高其氣動(dòng)穩(wěn)定性能 改進(jìn)措施 混凝土橋面板與鋼梁共同工作橫截面兩側(cè)增設(shè)分流板 增設(shè)導(dǎo)風(fēng)尖角或改變導(dǎo)風(fēng)尖角的角度 在橫截面的四角增設(shè)導(dǎo)風(fēng)附件 如翼板 轉(zhuǎn)折器等 在橋面上布置一定的格柵形透風(fēng)孔 懸索橋的設(shè)計(jì) 加勁梁 橋塔 多為底部固定的柔性 框架 鋼桁架 塔柱 設(shè)計(jì)步驟為 計(jì)算作用于塔的外力 塔頂豎直反力及加勁梁反力 及其位移 塔頂水平位移及加勁梁反力點(diǎn)的位移 擬定截面 以剛度為大致標(biāo)準(zhǔn)擬定各構(gòu)件截面及尺寸 塔頂及塔基的加勁 應(yīng)力及屈曲驗(yàn)算 順橋向及橫橋向 容許應(yīng)力 驗(yàn)算腹桿及橫系梁截面 多為橫橋向控制 承載力驗(yàn)算 懸索橋的設(shè)計(jì) 橋塔 鞍座塔頂主索鞍 索鞍鞍槽曲面的半徑為主纜直徑的8倍以上 日規(guī) 索槽形狀按繩股排列形狀設(shè)計(jì) 內(nèi)設(shè)襯墊以增大主纜與鞍座摩擦力 大跨度懸索橋主鞍座輥軸在架梁過程中有用 成橋后固定于塔頂 柔性塔柱的主索鞍下可不設(shè)輥軸 懸索橋的設(shè)計(jì) 鞍座 鞍座展束錨固索鞍 一般應(yīng)設(shè)置在輥軸 搖軸或擺柱上 鞍座進(jìn)口處設(shè)圓槽以與主纜圓截面適配 在錨跨一側(cè)的豎直方向?qū)⒅骼|各繩股分散開的出口處 鞍座應(yīng)使具有小偏角的上部繩股 在索鞍上支承于短區(qū)間 和具有大偏角的底部繩股 在長區(qū)間內(nèi)支承 的延長線在上端匯交于一點(diǎn) 下端指向其錨固點(diǎn) 鞍座索槽 鞍槽 在縱向的曲率半徑應(yīng)由大變小 多為復(fù)合圓