第九章 懸索橋

1、第第 9 章章 懸懸 索索 橋橋大跨度橋梁設(shè)計(jì)大跨度橋梁設(shè)計(jì)本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容l 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系l 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成l 9.3 懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思l 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算l 9.5 懸索橋施工簡介懸索橋施工簡介l 9.6 懸索橋工程實(shí)例懸索橋工程實(shí)例 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系重力式錨碇重力式錨碇u懸索橋定義：由主纜和加勁梁構(gòu)成的一種柔性懸掛組合懸索橋定義：由主纜和加勁梁構(gòu)成的一種柔性懸掛組合體系，兼有索和梁的受力特點(diǎn)。體系，兼有索和梁的受力特點(diǎn)。u由橋塔

2、、主纜、吊索、加勁梁、錨碇、鞍座等主要部分由橋塔、主纜、吊索、加勁梁、錨碇、鞍座等主要部分組成。組成。u目前跨徑大于目前跨徑大于1000m的橋梁大部分都是懸索橋結(jié)構(gòu)。的橋梁大部分都是懸索橋結(jié)構(gòu)。懸索橋的四個發(fā)展階段：懸索橋的四個發(fā)展階段：第一代懸索橋，采用天然材料修建，后期也采用了鐵索等，第一代懸索橋，采用天然材料修建，后期也采用了鐵索等，一般沒有吊桿或吊索，承重結(jié)構(gòu)與使用構(gòu)造合二為一。一般沒有吊桿或吊索，承重結(jié)構(gòu)與使用構(gòu)造合二為一。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系第二代懸索橋，開始采用了吊桿將橋面與主索分開。第二代懸索橋，開始采用了吊桿將橋面與主索分開。 9.1

3、 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系第三代懸索橋，形成了美式懸索橋體系，主纜采用紡絲法，第三代懸索橋，形成了美式懸索橋體系，主纜采用紡絲法，加勁梁采用桁架梁，橋塔以鋼塔為主。加勁梁采用桁架梁，橋塔以鋼塔為主。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系第四代懸索橋，以流線形扁平鋼箱為主要特征的英式懸第四代懸索橋，以流線形扁平鋼箱為主要特征的英式懸索橋。索橋。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.1 懸索橋的受力特點(diǎn)懸索橋的受力特點(diǎn)v 主纜主纜是結(jié)構(gòu)體系中的主要承重構(gòu)

4、件，是結(jié)構(gòu)體系中的主要承重構(gòu)件，受拉受拉為主；為主；v 橋塔橋塔是懸索橋抵抗豎向荷載的主要承重構(gòu)件，是懸索橋抵抗豎向荷載的主要承重構(gòu)件，受壓受壓為主；為主；v 加勁梁加勁梁是懸索橋保證車輛行駛、提供結(jié)構(gòu)剛度的二次結(jié)構(gòu)，是懸索橋保證車輛行駛、提供結(jié)構(gòu)剛度的二次結(jié)構(gòu)，主要主要承受彎曲承受彎曲內(nèi)力；內(nèi)力；v 吊索吊索是將加勁梁自重、外荷載傳遞到主纜的傳力構(gòu)件，是是將加勁梁自重、外荷載傳遞到主纜的傳力構(gòu)件，是聯(lián)系加勁梁和主纜的紐帶，聯(lián)系加勁梁和主纜的紐帶，受拉受拉。v 錨碇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。是錨固主纜的結(jié)構(gòu)，它將主纜中的拉力傳遞給地基。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體

5、系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.1 懸索橋的受力特點(diǎn)懸索橋的受力特點(diǎn)l懸索橋的受力特點(diǎn)懸索橋的受力特點(diǎn)p 靜力特性靜力特性p 動力特性動力特性受力特征：荷載由吊索傳至纜，纜再傳至錨、墩及塔。受力特征：荷載由吊索傳至纜，纜再傳至錨、墩及塔。 在外荷載作用下，主纜和加勁梁共同受力。在外荷載作用下，主纜和加勁梁共同受力。 主纜是主要承重構(gòu)件，在荷載作用下的變形主纜是主要承重構(gòu)件，在荷載作用下的變形 直接影響橋梁的內(nèi)力和變形。直接影響橋梁的內(nèi)力和變形。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.1 懸索橋的受力特點(diǎn)懸索橋的受力特點(diǎn)p 靜力特性靜力特性（1）主纜是幾何可變體

6、，只能承受拉力。）主纜是幾何可變體，只能承受拉力。 主纜的承載方式除了通過自身的彈性變形（受力伸長）主纜的承載方式除了通過自身的彈性變形（受力伸長）外，還通過主纜的幾何形狀改變（曲線形狀改變）來影響外，還通過主纜的幾何形狀改變（曲線形狀改變）來影響體系平衡。體系平衡。 幾何形狀的改變對懸索橋受力的影響不可忽略，即纜幾何形狀的改變對懸索橋受力的影響不可忽略，即纜索受力呈現(xiàn)明顯的幾何非線性特征。索受力呈現(xiàn)明顯的幾何非線性特征。（2）恒載給主纜提供了重力剛度，使得主纜具有較大的抵）恒載給主纜提供了重力剛度，使得主纜具有較大的抵抗活載變形的能力?？够钶d變形的能力。 主纜的幾何形狀由恒載和活載確定，當(dāng)恒

7、載遠(yuǎn)大于活主纜的幾何形狀由恒載和活載確定，當(dāng)恒載遠(yuǎn)大于活載時，活載對主纜幾何形狀改變很小，橋面線形變化也小。載時，活載對主纜幾何形狀改變很小，橋面線形變化也小。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.1 懸索橋的受力特點(diǎn)懸索橋的受力特點(diǎn)p 靜力特性靜力特性（3）改變主纜的垂跨比將影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，結(jié)構(gòu)體系的剛）改變主纜的垂跨比將影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，結(jié)構(gòu)體系的剛度也將隨之改變。度也將隨之改變。 減小垂跨比，主纜的拉力將增大，從而起到減小撓度減小垂跨比，主纜的拉力將增大，從而起到減小撓度的作用，即增大體系的剛度。的作用，即增大體系的剛度。（4）隨著跨徑的增大，加勁梁的高跨比

8、應(yīng)越來越小。）隨著跨徑的增大，加勁梁的高跨比應(yīng)越來越小。 加勁梁的撓度是隨著主纜的變形產(chǎn)生的，加勁梁本身加勁梁的撓度是隨著主纜的變形產(chǎn)生的，加勁梁本身剛度的作用已影響不大，這與其他橋型的主要構(gòu)件截面積剛度的作用已影響不大，這與其他橋型的主要構(gòu)件截面積總是隨著橋梁跨徑的增加而顯著增加不同?？偸请S著橋梁跨徑的增加而顯著增加不同。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.1 懸索橋的受力特點(diǎn)懸索橋的受力特點(diǎn)p 靜力特性靜力特性（5）邊跨的不同形式對橋梁受力有很大的影響。）邊跨的不同形式對橋梁受力有很大的影響。 懸索橋邊中跨之比對撓度和內(nèi)力有影響。邊中跨比減懸索橋邊中跨之比

9、對撓度和內(nèi)力有影響。邊中跨比減小，中跨跨中和小，中跨跨中和L/4的撓度和彎矩值減小，塔根彎矩也減小，的撓度和彎矩值減小，塔根彎矩也減小，主纜拉力增加。主纜拉力增加。 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.1 懸索橋的受力特點(diǎn)懸索橋的受力特點(diǎn)p 動力特性動力特性 與其他橋型相比，懸索橋的剛度小，固有頻率低。與其他橋型相比，懸索橋的剛度小，固有頻率低。 固有頻率固有頻率是影響抗風(fēng)穩(wěn)定性和動力特性方面的一個重要因是影響抗風(fēng)穩(wěn)定性和動力特性方面的一個重要因素，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全，因而對懸索橋進(jìn)行動力分析素，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全，因而對懸索橋進(jìn)行動力分析是十分重要的。是十

10、分重要的。自由振動自由振動強(qiáng)迫振動強(qiáng)迫振動（1 1）車振）車振（2 2）風(fēng)振）風(fēng)振（3 3）地震）地震p 1、按加勁梁的結(jié)構(gòu)體系分類：、按加勁梁的結(jié)構(gòu)體系分類：單跨兩鉸、雙跨兩鉸、三跨單跨兩鉸、雙跨兩鉸、三跨兩鉸、三跨連續(xù)、多跨連續(xù)和自錨式體系等。兩鉸、三跨連續(xù)、多跨連續(xù)和自錨式體系等。單跨兩鉸單跨兩鉸加勁梁懸索橋加勁梁懸索橋三跨兩鉸三跨兩鉸加勁梁懸索橋加勁梁懸索橋三跨連續(xù)三跨連續(xù)加勁梁懸索橋加勁梁懸索橋 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.2 懸索橋的分類懸索橋的分類p 2、按主纜的錨固形式分類、按主纜的錨固形式分類地錨式與自錨式懸索橋：地錨式與自錨式懸索橋：

11、主主纜錨固于錨碇者稱地錨式；主纜錨固于加勁梁端部者稱纜錨固于錨碇者稱地錨式；主纜錨固于加勁梁端部者稱自錨式。自錨式。主纜斜單桿主纜與主梁固結(jié)地錨式懸索橋地錨式懸索橋自錨式懸索橋自錨式懸索橋 9.1 懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系懸索橋的受力特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)體系9.1.2 懸索橋的分類懸索橋的分類 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.1 錨碇錨碇用來錨固主纜的重要結(jié)構(gòu)，將主纜的拉力傳遞給地基。用來錨固主纜的重要結(jié)構(gòu)，將主纜的拉力傳遞給地基。重力式錨碇重力式錨碇依靠巨大的自重來抵抗主纜的垂直分力，水依靠巨大的自重來抵抗主纜的垂直分力，水平力由錨碇與地基間的摩擦力或嵌固阻力來承擔(dān)。平力由錨碇與地基

12、間的摩擦力或嵌固阻力來承擔(dān)。隧道式錨碇隧道式錨碇將主纜的拉力直接傳遞給周圍的巖石。將主纜的拉力直接傳遞給周圍的巖石。重力式錨碇重力式錨碇 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.1 錨碇錨碇地錨式地錨式廣泛采用，承受水平反力和向上的豎直力，以自廣泛采用，承受水平反力和向上的豎直力，以自重提供的摩擦力來抵抗主纜水平力重提供的摩擦力來抵抗主纜水平力隧道式隧道式（在堅(jiān)實(shí)巖層中挖成）（在堅(jiān)實(shí)巖層中挖成）重力式重力式（由混凝土錨固體的重量來固定主纜）（由混凝土錨固體的重量來固定主纜） 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.2 橋塔橋塔橋塔是支承主纜的重要構(gòu)件?；钶d和恒載通過橋塔傳遞到橋

13、塔是支承主纜的重要構(gòu)件?；钶d和恒載通過橋塔傳遞到下部的橋墩和基礎(chǔ)。下部的橋墩和基礎(chǔ)。 橋塔的高度主要由主纜的垂跨比確定。橋塔的高度主要由主纜的垂跨比確定。已建懸索橋大都采用鋼結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在由于預(yù)應(yīng)力混凝土和爬已建懸索橋大都采用鋼結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在由于預(yù)應(yīng)力混凝土和爬模技術(shù)的發(fā)展，混凝土橋塔越來越多。模技術(shù)的發(fā)展，混凝土橋塔越來越多。 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.2 橋塔橋塔 橋塔主要由橋塔主要由塔柱塔柱和和橫向聯(lián)結(jié)橫向聯(lián)結(jié)兩部分組成。兩部分組成。斷面：斷面：多為箱形多為箱形橋塔橫向形式：橋塔橫向形式： 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.3 主纜主纜主纜是懸索橋的主要構(gòu)件。

14、通過索夾和吊索承受作用在橋主纜是懸索橋的主要構(gòu)件。通過索夾和吊索承受作用在橋面的活載和橋梁恒載。面的活載和橋梁恒載。 承擔(dān)橫向風(fēng)載承擔(dān)橫向風(fēng)載。1、鋼絲繩主纜：、鋼絲繩主纜：鋼絲繩主纜由鋼絲捻成股，再由股捻成繩。鋼絲繩主纜由鋼絲捻成股，再由股捻成繩。一般鋼絲繩采用一般鋼絲繩采用7股繩。一般用于小跨徑懸索橋。股繩。一般用于小跨徑懸索橋。主纜分為主纜分為鋼絲繩主纜鋼絲繩主纜和和平行鋼絲束主纜平行鋼絲束主纜兩種類型兩種類型。 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.3 主纜主纜2、平行鋼絲束主纜、平行鋼絲束主纜 預(yù)制平行鋼絲束股法（預(yù)制平行鋼絲束股法（PPWS法）：采用平行鋼絲索，加法）：采

15、用平行鋼絲索，加快了主纜的施工進(jìn)度，截面外形分為尖頂形和平頂形?？炝酥骼|的施工進(jìn)度，截面外形分為尖頂形和平頂形。 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.3 主纜主纜1、主纜銹蝕原因、主纜銹蝕原因 主纜架設(shè)期間水分進(jìn)入。主纜架設(shè)期間水分進(jìn)入。 防護(hù)完成后主纜表面的油漆開裂和索夾上受損的密封部位防護(hù)完成后主纜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)致主纜濕度高而產(chǎn)生銹蝕。開裂，水的滲入導(dǎo)致主纜濕度高而產(chǎn)生銹蝕。 主纜不可更換，長期暴露在雨、濕氣、化學(xué)作用等的腐主纜不可更換，長期暴露在雨、濕氣、化學(xué)作用等的腐蝕下，需要進(jìn)行防銹。蝕下，需要進(jìn)行防銹。2、主纜防銹措施、主纜防銹措施

16、 施工時采用油漆防銹。施工時采用油漆防銹。 防止水的滲入。防止水的滲入。 干空氣導(dǎo)入法。將除濕機(jī)的干燥空氣用管道輸入主纜。干空氣導(dǎo)入法。將除濕機(jī)的干燥空氣用管道輸入主纜。 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.4 吊索吊索也稱吊桿，是將活載和加勁梁恒載傳遞到主纜的構(gòu)件。也稱吊桿，是將活載和加勁梁恒載傳遞到主纜的構(gòu)件。作用：作用：將加勁梁的恒載和活載傳到主纜將加勁梁的恒載和活載傳到主纜材料：材料：要求有抗拉強(qiáng)度和一定的柔性。一般用：鋼絲繩、鋼要求有抗拉強(qiáng)度和一定的柔性。一般用：鋼絲繩、鋼絞線、平行鋼絲束、剛性吊桿（少）絞線、平行鋼絲束、剛性吊桿（少）布置形式：布置形式：等間距和等截面布

17、置等間距和等截面布置立面布置：立面布置：直吊索、斜吊索直吊索、斜吊索A、直吊索（美、日）、直吊索（美、日） B、斜吊索（歐洲）、斜吊索（歐洲） 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.5 索夾索夾 索夾安裝于主纜索夾安裝于主纜上，對主纜和吊索上，對主纜和吊索之間起聯(lián)接作用，之間起聯(lián)接作用，又對吊索和主纜起又對吊索和主纜起固定作用。固定作用。索夾索夾 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.6 主索鞍主索鞍支承主纜的重要構(gòu)件。將主纜中的拉力以垂直力和水平力支承主纜的重要構(gòu)件。將主纜中的拉力以垂直力和水平力的方式均勻地傳到塔頂或錨碇支架處。的方式均勻地傳到塔頂或錨碇支架處。主索鞍主

18、索鞍設(shè)置在橋塔頂部，將主纜荷載傳到塔上。設(shè)置在橋塔頂部，將主纜荷載傳到塔上。塔頂主鞍座塔頂主鞍座 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.7 散索鞍散索鞍散索鞍散索鞍設(shè)置錨碇支架處，目的是改變主纜索的方向，把主設(shè)置錨碇支架處，目的是改變主纜索的方向，把主纜鋼絲繩股分散開來，引入各自的錨固位置。纜鋼絲繩股分散開來，引入各自的錨固位置。 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.8 加勁梁加勁梁主要提供橋面行車、行人等。主要提供橋面行車、行人等。防止橋面發(fā)生過大的撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。防止橋面發(fā)生過大的撓曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。是承受橋面活載、風(fēng)荷載和其他橫向水平力的主要構(gòu)件。是承受橋面活載

19、、風(fēng)荷載和其他橫向水平力的主要構(gòu)件。 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.8 加勁梁加勁梁 懸索橋加勁梁主要起支承和傳遞荷載的作用。主要有鋼板梁、懸索橋加勁梁主要起支承和傳遞荷載的作用。主要有鋼板梁、鋼桁梁、鋼箱梁、混凝土箱梁。鋼桁梁、鋼箱梁、混凝土箱梁。汕頭海灣橋混凝土加勁箱梁汕頭海灣橋混凝土加勁箱梁鋼桁梁（早期多用）鋼桁梁（早期多用）扁平鋼箱梁（今多用）扁平鋼箱梁（今多用）鋼板梁（早期個別中小跨徑用）鋼板梁（早期個別中小跨徑用） 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.8 加勁梁加勁梁鋼箱梁截面基本上由四部分組成：上翼緣板、下翼緣板、鋼箱梁截面基本上由四部分組成：上翼緣

20、板、下翼緣板、腹板和加勁構(gòu)件。上翼緣板兼做橋面板之用。腹板和加勁構(gòu)件。上翼緣板兼做橋面板之用。為增加加勁梁的整體性，往往采用由橋面鋼板、縱肋。橫為增加加勁梁的整體性，往往采用由橋面鋼板、縱肋。橫肋焊接組成的正交異性鋼橋面板。肋焊接組成的正交異性鋼橋面板。 9.2 懸索橋的結(jié)構(gòu)組成懸索橋的結(jié)構(gòu)組成9.2.8 加勁梁加勁梁鋼桁梁由主桁架、縱向水平聯(lián)結(jié)和橫向聯(lián)結(jié)、橋面系組成鋼桁梁由主桁架、縱向水平聯(lián)結(jié)和橫向聯(lián)結(jié)、橋面系組成的空間結(jié)構(gòu)。的空間結(jié)構(gòu)。主桁架是鋼桁梁的主要承重構(gòu)件，由上、下弦桿和腹桿組主桁架是鋼桁梁的主要承重構(gòu)件，由上、下弦桿和腹桿組成。弦桿和腹桿采用成。弦桿和腹桿采用H形或閉合斷面。形或

21、閉合斷面。 9.3 懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思9.3.1 總體布置總體布置懸索橋的總體布置首先應(yīng)研究地形、地質(zhì)、水文及接線懸索橋的總體布置首先應(yīng)研究地形、地質(zhì)、水文及接線等條件限制，從而決定采用何種形式的懸索橋進(jìn)行總體等條件限制，從而決定采用何種形式的懸索橋進(jìn)行總體布置。布置。針對選定的橋型進(jìn)一步確定懸索橋的針對選定的橋型進(jìn)一步確定懸索橋的邊中跨比、垂跨比、邊中跨比、垂跨比、吊索間距、加勁梁高寬尺寸吊索間距、加勁梁高寬尺寸等。等。l1、跨徑布置、跨徑布置懸索橋跨徑宜控制在懸索橋跨徑宜控制在500-2000m之間，目前在建的最大之間，目前在建的最大跨徑懸索橋是跨徑懸索橋是3300m的墨西拿

22、海峽大橋。的墨西拿海峽大橋。懸索橋懸索橋跨徑布置跨徑布置邊中跨比邊中跨比L1：L= 0.20.5 9.3 懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思9.3.1 總體布置總體布置l2、主纜垂跨比、主纜垂跨比是指主纜在主孔內(nèi)的垂度是指主纜在主孔內(nèi)的垂度 f 與主孔的跨度與主孔的跨度 L 之比。之比。垂跨比的大小一方面對主纜中的拉力有很大的影響，另垂跨比的大小一方面對主纜中的拉力有很大的影響，另一方面對懸索橋的整體（橫向和豎向）剛度有明顯的影一方面對懸索橋的整體（橫向和豎向）剛度有明顯的影響，響，垂跨比越小，剛度越大。垂跨比越小，剛度越大。設(shè)計(jì)時需結(jié)合整體剛度和主纜用鋼量選取合適的垂跨比。設(shè)計(jì)時需結(jié)合整體剛度

23、和主纜用鋼量選取合適的垂跨比。懸索橋懸索橋垂跨比垂跨比f：L= 1/91/12 9.3 懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思9.3.1 總體布置總體布置l3、吊索間距、吊索間距吊索間距決定了吊桿的截面、加勁梁的橫肋間距等。吊索間距決定了吊桿的截面、加勁梁的橫肋間距等。直接影響索夾設(shè)計(jì)。直接影響索夾設(shè)計(jì)。須考慮梁段分塊運(yùn)輸和吊裝能力。須考慮梁段分塊運(yùn)輸和吊裝能力。跨徑越大，吊索間距也增大?？鐝皆酱?，吊索間距也增大。懸索橋懸索橋吊索間距吊索間距一般取一般取58m，跨徑增大間，跨徑增大間距增大，最大可達(dá)距增大，最大可達(dá)20m。 9.3 懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思9.3.1 總體布置總體布置l4、加

24、勁梁的尺寸、加勁梁的尺寸加勁梁的尺寸主要是確定加勁梁的高度和寬度。加勁梁的尺寸主要是確定加勁梁的高度和寬度。桁架式桁架式加勁梁加勁梁梁高梁高高跨比高跨比h=814mh：L= 1/701/180箱形箱形加勁梁加勁梁梁高梁高高寬比高寬比高跨比高跨比h=2.54.5m h：B= 1/71/11 h：L= 1/3001/400抗風(fēng)穩(wěn)定性需要抗風(fēng)穩(wěn)定性需要 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算l懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算過程懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算過程否否是是 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算 精確合理地確定懸索橋精確合理地確定懸索橋成橋內(nèi)力狀態(tài)與構(gòu)形成橋內(nèi)力狀態(tài)與構(gòu)形； 合理確定懸索橋合理確定懸索橋施工階段的受力狀態(tài)與構(gòu)形

25、施工階段的受力狀態(tài)與構(gòu)形，以期在成，以期在成橋時滿足設(shè)計(jì)要求；橋時滿足設(shè)計(jì)要求； 精確分析懸索橋運(yùn)營階段在精確分析懸索橋運(yùn)營階段在活載活載及其它附加荷載作用下及其它附加荷載作用下的靜力響應(yīng)。的靜力響應(yīng)。 懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的設(shè)計(jì)懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的設(shè)計(jì)階段、不同的計(jì)算內(nèi)容和要求來選用不同的力學(xué)模式和階段、不同的計(jì)算內(nèi)容和要求來選用不同的力學(xué)模式和計(jì)算理論。計(jì)算理論?；旧弦杂?jì)算主纜為主?；旧弦杂?jì)算主纜為主。 l懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容懸索橋的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算l懸索橋的分析理論懸索橋的分析理論 懸索橋計(jì)算理論的發(fā)展與懸索

26、橋自身的發(fā)展有著密切聯(lián)懸索橋計(jì)算理論的發(fā)展與懸索橋自身的發(fā)展有著密切聯(lián)系，豎向荷載作用下懸索橋分析理論為：系，豎向荷載作用下懸索橋分析理論為： 早期，結(jié)構(gòu)分析采用連續(xù)體的早期，結(jié)構(gòu)分析采用連續(xù)體的線彈性理論線彈性理論。由于橋跨小，索。由于橋跨小，索自重較輕，結(jié)構(gòu)剛度主要由加勁梁提供。自重較輕，結(jié)構(gòu)剛度主要由加勁梁提供。中期中期(1877)，隨著跨度的增加，梁的剛度相對降低，采用考，隨著跨度的增加，梁的剛度相對降低，采用考慮位移影響的慮位移影響的撓度理論撓度理論 ?，F(xiàn)代懸索橋分析采用非線性有限元理論的現(xiàn)代懸索橋分析采用非線性有限元理論的有限位移理論有限位移理論。 基本假定：基本假定：（1）主纜為

27、柔性索，不計(jì)彎曲剛度。）主纜為柔性索，不計(jì)彎曲剛度。（2）加勁梁恒載由主纜承擔(dān)。）加勁梁恒載由主纜承擔(dān)。（3）在主纜吊梁段，主纜、索夾、吊索和加勁梁自重等都）在主纜吊梁段，主纜、索夾、吊索和加勁梁自重等都等效為均布荷載等效為均布荷載q ；在無梁段，主纜自重沿索長均勻分布。；在無梁段，主纜自重沿索長均勻分布。重力式錨碇重力式錨碇l1、成橋狀態(tài)的近似計(jì)算、成橋狀態(tài)的近似計(jì)算 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算9.4.1 主纜索段基本方程主纜索段基本方程 8.1 懸索橋的設(shè)計(jì)與分析理論懸索橋的設(shè)計(jì)與分析理論8.1.2 懸索橋作為連續(xù)體的靜力分析懸索橋作為連續(xù)體的靜力分析l2、成橋狀態(tài)計(jì)算的主要內(nèi)容、成

28、橋狀態(tài)計(jì)算的主要內(nèi)容主纜設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：主纜設(shè)計(jì)計(jì)算步驟： 導(dǎo)出主纜成橋態(tài)的導(dǎo)出主纜成橋態(tài)的線形、張力以及幾何長度線形、張力以及幾何長度的計(jì)算公式；的計(jì)算公式； 扣除加勁梁恒載作用下主纜產(chǎn)生的彈性伸長量，得到主纜自扣除加勁梁恒載作用下主纜產(chǎn)生的彈性伸長量，得到主纜自由懸掛態(tài)的纜長，即由懸掛態(tài)的纜長，即自重索長自重索長； 在索鞍兩邊無應(yīng)力索長不變的情況下，用主纜在空掛狀態(tài)塔在索鞍兩邊無應(yīng)力索長不變的情況下，用主纜在空掛狀態(tài)塔頂左、右水平力相等的條件求頂左、右水平力相等的條件求索鞍預(yù)偏量索鞍預(yù)偏量；1) 由自由懸掛狀態(tài)下的纜長扣除主纜自重產(chǎn)生的彈性伸長，得由自由懸掛狀態(tài)下的纜長扣除主纜自重產(chǎn)生的彈性

29、伸長，得到到主纜無應(yīng)力長度主纜無應(yīng)力長度。以中跨為例，說明成橋狀態(tài)的計(jì)算以中跨為例，說明成橋狀態(tài)的計(jì)算。 為了使主塔在施工過程為了使主塔在施工過程中始終處于低彎矩狀態(tài)，中始終處于低彎矩狀態(tài)，從掛索開始就必須使鞍從掛索開始就必須使鞍座有一個座有一個預(yù)偏量預(yù)偏量，并在，并在施工過程中對它進(jìn)行不施工過程中對它進(jìn)行不斷調(diào)整。斷調(diào)整。 8.1 懸索橋的設(shè)計(jì)與分析理論懸索橋的設(shè)計(jì)與分析理論8.1.2 懸索橋作為連續(xù)體的靜力分析懸索橋作為連續(xù)體的靜力分析以中跨為例，說明成橋狀態(tài)的計(jì)算以中跨為例，說明成橋狀態(tài)的計(jì)算 1) 中跨主纜索形與張力計(jì)算中跨主纜索形與張力計(jì)算 圖示，中跨主纜微小單元圖示，中跨主纜微小單

30、元dx與主纜豎向分力的平衡條件為：與主纜豎向分力的平衡條件為：0)sin(qdxTdqqqHTcosdxdyHtgHHTqqqqsincossinqdxydHq22(2) (3) (1) 所以有：所以有： 1) 中跨主纜索形與張力計(jì)算中跨主纜索形與張力計(jì)算 若座標(biāo)系如圖選取，式若座標(biāo)系如圖選取，式(3)的解為：的解為：(4) )(42xlxlfy式中：式中：f 為索端連線在跨中到主纜的豎向距離，即矢高；為索端連線在跨中到主纜的豎向距離，即矢高； l 為跨徑；為跨徑； Hq為主纜水平力為主纜水平力 式式(4)是一拋物線方程，用這種方法計(jì)算主纜也稱拋物是一拋物線方程，用這種方法計(jì)算主纜也稱拋物線法

31、。線法。 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算9.4.1 主纜索段基本方程主纜索段基本方程1) 中跨主纜索形與張力計(jì)算中跨主纜索形與張力計(jì)算 (5) 將式將式(4)代入式代入式(3)，得：，得： 可知：成橋態(tài)主纜水平分力處處相等?？芍撼蓸驊B(tài)主纜水平分力處處相等。對于不吊梁的主纜段，其索形為懸鏈線。對于不吊梁的主纜段，其索形為懸鏈線。用拋物線法確定的索形是近似的用拋物線法確定的索形是近似的。 8fqlH=2 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算9.4.1 主纜索段基本方程主纜索段基本方程2) 中跨主纜成橋態(tài)和自由懸掛態(tài)的中心索長計(jì)算中跨主纜成橋態(tài)和自由懸掛態(tài)的中心索長計(jì)算 根據(jù)中跨索形方程根據(jù)中跨索形

32、方程(4)積分，可得成橋態(tài)主纜中心積分，可得成橋態(tài)主纜中心線有應(yīng)力索長為：線有應(yīng)力索長為： (6) 將（將（6）展開為級數(shù)形式，則：）展開為級數(shù)形式，則： S=l(1+8/3 n2 32/5 n4 + . ) 其中其中: n=f/l，為矢跨比；，為矢跨比；S為索長。為索長。)161 (4ln8)161 (22/122/12nnnlnlS(7) 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算9.4.1 主纜索段基本方程主纜索段基本方程(8) 加勁梁自重作用下加勁梁自重作用下主纜產(chǎn)生的彈性伸長量為：主纜產(chǎn)生的彈性伸長量為： 式中：式中：H=ql2/8f，為恒載引起的主纜近似水平拉力；，為恒載引起的主纜近似水平拉

33、力； Ec為主纜彈性模量；為主纜彈性模量；Ac為主纜面積。為主纜面積。 成橋態(tài)纜長扣除加勁梁自重引起的主纜彈性伸長量，可成橋態(tài)纜長扣除加勁梁自重引起的主纜彈性伸長量，可得自由懸掛態(tài)的纜長為：得自由懸掛態(tài)的纜長為： S1 = SS1 )3161 ()1 (2021nAEHldxyAEHScclcc(9) 2) 中跨主纜成橋態(tài)和自由懸掛態(tài)的中心索長計(jì)算中跨主纜成橋態(tài)和自由懸掛態(tài)的中心索長計(jì)算 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算9.4.1 主纜索段基本方程主纜索段基本方程 主纜自由懸掛狀態(tài)下，索形為主纜自由懸掛狀態(tài)下，索形為懸鏈線懸鏈線。取中跨曲線最低。取中跨曲線最低點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則對稱懸鏈線方程為：

34、點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則對稱懸鏈線方程為： (11) (10) 式中：式中： c=H/q；H為索力水平投影；為索力水平投影；q為主纜每延米重。為主纜每延米重。 主纜自重主纜自重引起的彈性伸長量為：引起的彈性伸長量為： 3) 主纜與吊索的無應(yīng)力索長計(jì)算主纜與吊索的無應(yīng)力索長計(jì)算 ) 1(cxchcy202202)(2)1 (2cos12lCCCClCCclcshlAEHdxyAEHdsAEHS 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算9.4.1 主纜索段基本方程主纜索段基本方程3) 主纜與吊索的無應(yīng)力索長計(jì)算主纜與吊索的無應(yīng)力索長計(jì)算 主纜無應(yīng)力長度主纜無應(yīng)力長度為為: S0=S S1 S2 根據(jù)成橋狀態(tài)主纜的

35、幾何線型、橋面線型，求得各吊索根據(jù)成橋狀態(tài)主纜的幾何線型、橋面線型，求得各吊索的有應(yīng)力長度，扣除彈性伸長量，即得的有應(yīng)力長度，扣除彈性伸長量，即得吊索無應(yīng)力長度。吊索無應(yīng)力長度。 (12) 9.4 懸索橋的計(jì)算懸索橋的計(jì)算9.4.1 主纜索段基本方程主纜索段基本方程 9.5 懸索橋施工懸索橋施工 施工順序施工順序錨碇、橋塔、主纜、吊索、加勁梁、橋面錨碇、橋塔、主纜、吊索、加勁梁、橋面 錨碇錨碇基礎(chǔ)施工基礎(chǔ)施工 橋塔橋塔混凝土：滑模施工；鋼：拼裝連接混凝土：滑模施工；鋼：拼裝連接 主纜主纜空中送絲法，預(yù)制平行絲股法空中送絲法，預(yù)制平行絲股法 空中送絲法空中送絲法：空中編制主纜，貓道等設(shè)備，調(diào)絲、

36、：空中編制主纜，貓道等設(shè)備，調(diào)絲、調(diào)股、緊纜、纏纜等工序調(diào)股、緊纜、纏纜等工序 預(yù)制平行絲股法預(yù)制平行絲股法：絲股工廠制造，工地就位形成大：絲股工廠制造，工地就位形成大纜纜 加勁梁加勁梁懸臂安裝（桁架梁）或梁段提升（浮運(yùn)就位懸臂安裝（桁架梁）或梁段提升（浮運(yùn)就位后），連同吊索安裝后），連同吊索安裝地錨式懸索橋地錨式懸索橋地錨式懸索橋地錨式懸索橋在主纜之下、平行于主纜的線形臨時施工便道，在主纜之下、平行于主纜的線形臨時施工便道，是主纜系統(tǒng)乃至懸索橋整個上部結(jié)構(gòu)的施工平臺。施工人員是主纜系統(tǒng)乃至懸索橋整個上部結(jié)構(gòu)的施工平臺。施工人員在貓道上完成諸如索股牽引、調(diào)股、整形入鞍、擠緊、索夾在貓道上完成諸

37、如索股牽引、調(diào)股、整形入鞍、擠緊、索夾及吊索安裝、箱梁吊裝及工地連接、主纜纏絲、防護(hù)涂裝等及吊索安裝、箱梁吊裝及工地連接、主纜纏絲、防護(hù)涂裝等重要任務(wù)。重要任務(wù)。上下游各一條，斷面通上下游各一條，斷面通常呈常呈U型，狹長且有一些搖型，狹長且有一些搖晃，故稱晃，故稱“貓道貓道”，英文為，英文為Catway 。它是懸索橋施工它是懸索橋施工中極其重要的臨時設(shè)施，大中極其重要的臨時設(shè)施，大橋竣工后將被拆除。橋竣工后將被拆除。 9.5 懸索橋施工懸索橋施工地錨式懸索橋地錨式懸索橋懸索橋安裝流程懸索橋安裝流程 9.5 懸索橋施工懸索橋施工地錨式懸索橋地錨式懸索橋l主塔施工布置主塔施工布置 塔吊塔吊 電梯電

38、梯 塔頂門架塔頂門架 塔頂平臺塔頂平臺 貓道錨固支承貓道錨固支承 承臺面設(shè)施承臺面設(shè)施門架門架平臺平臺電梯電梯塔吊塔吊 9.5 懸索橋施工懸索橋施工地錨式懸索橋地錨式懸索橋l錨碇施工布置錨碇施工布置 散索鞍門架散索鞍門架 主纜錨固系統(tǒng)安裝主纜錨固系統(tǒng)安裝 錨頭牽引張拉系統(tǒng)錨頭牽引張拉系統(tǒng) 索盤運(yùn)輸存放場布置索盤運(yùn)輸存放場布置 錨碇錨后主纜牽引布置錨碇錨后主纜牽引布置 錨碇錨后主纜放索場布置錨碇錨后主纜放索場布置 9.5 懸索橋施工懸索橋施工地錨式懸索橋地錨式懸索橋 主鞍座安裝主鞍座安裝l鞍座安裝鞍座安裝主鞍座安裝主鞍座安裝l主索鞍包括鞍體、底座、主索鞍附件、主索鞍包括鞍體、底座、主索鞍附件、格

39、柵及反力架、鞍罩、塔頂上斜梯及平格柵及反力架、鞍罩、塔頂上斜梯及平臺、檢修道支架等臺、檢修道支架等l吊裝塔頂格柵及反力架，精確定位后，吊裝塔頂格柵及反力架，精確定位后，澆筑格柵混凝土。澆筑格柵混凝土。l按照鞍座底板、前后鞍體順序依次吊裝。按照鞍座底板、前后鞍體順序依次吊裝。l底板面按設(shè)計(jì)涂減摩劑，確保能頂推。底板面按設(shè)計(jì)涂減摩劑，確保能頂推。l鞍體分段起吊，在塔頂用高強(qiáng)度螺栓連鞍體分段起吊，在塔頂用高強(qiáng)度螺栓連成整體；成整體；l主索鞍安裝就位時，將主索鞍安裝在預(yù)主索鞍安裝就位時，將主索鞍安裝在預(yù)偏位置上臨時固定，其后隨主纜加載過偏位置上臨時固定，其后隨主纜加載過程按設(shè)計(jì)和監(jiān)控要求逐步頂推調(diào)整和

40、固程按設(shè)計(jì)和監(jiān)控要求逐步頂推調(diào)整和固定。定。l主索鞍安裝就位并在上部結(jié)構(gòu)安裝完成主索鞍安裝就位并在上部結(jié)構(gòu)安裝完成后，割除反力架及格柵懸出部分，補(bǔ)澆后，割除反力架及格柵懸出部分，補(bǔ)澆索塔缺口混凝土，安裝鞍罩。索塔缺口混凝土，安裝鞍罩。 9.5 懸索橋施工懸索橋施工地錨式懸索橋地錨式懸索橋l鞍座安裝鞍座安裝散索鞍安裝散索鞍安裝散索鞍散索鞍包包括鞍體、底座、散索鞍附括鞍體、底座、散索鞍附件、檢修道斜梯等件、檢修道斜梯等拼焊底板格柵支架，安裝底板隔柵，拼焊底板格柵支架，安裝底板隔柵，精確定位后澆筑底板格柵混凝土。精確定位后澆筑底板格柵混凝土。安裝散索鞍底座，與底板上預(yù)埋螺安裝散索鞍底座，與底板上預(yù)埋

41、螺桿栓接就位。桿栓接就位。在支墩頂安裝臨時支架；在支墩頂安裝臨時支架；吊裝散索鞍體，將散索鞍調(diào)整至空吊裝散索鞍體，將散索鞍調(diào)整至空纜位置臨時固定，其后隨主纜加載纜位置臨時固定，其后隨主纜加載過程按圖紙要求逐步調(diào)整、固定。過程按圖紙要求逐步調(diào)整、固定。 9.5 懸索橋施工懸索橋施工散索鞍安裝散索鞍安裝地錨式懸索橋地錨式懸索橋l導(dǎo)索安裝導(dǎo)索安裝主纜安裝是由小到大編織而成，主纜安裝是由小到大編織而成，一般在兩錨之間架設(shè)一般在兩錨之間架設(shè)導(dǎo)索和牽引索導(dǎo)索和牽引索，上、下游主纜各架設(shè)上、下游主纜各架設(shè)1根導(dǎo)索和牽引根導(dǎo)索和牽引系統(tǒng)。系統(tǒng)。導(dǎo)索是懸索橋第導(dǎo)索是懸索橋第1根索根索，它的粗細(xì)由拽拉安裝第，它的粗細(xì)由拽拉安裝第2根牽根牽引引索的支承重量確定，按高低支承的懸索計(jì)算。索的支承重量確定，按高低支承的懸索計(jì)算。 9.5 懸索橋施工懸索橋施工地錨式懸索橋地錨式懸索橋l主纜架設(shè)主纜架設(shè) 拽拉器牽引拽拉器牽引 控制點(diǎn)對位控制點(diǎn)對位 鞍座段整形鞍座段整形 吊裝對位入鞍扣緊鎖定吊裝對位入鞍扣緊鎖定 錨頭牽引張拉錨固錨頭牽引張拉錨固 基準(zhǔn)束調(diào)束控制基準(zhǔn)束調(diào)束控制 平行束