[PPT]懸索橋結(jié)構(gòu)

1、懸索橋主要內(nèi)容 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。優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)作為主要承重構(gòu)件的主纜具有合理的受力在構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，懸索橋的主纜,錨碇和橋塔三項(xiàng)主要承重構(gòu)件在擴(kuò)充其面積或承載能力方面所遇到的困難比較小。方式。在施工方面，有在材料用量和截面設(shè)計(jì)方面，工程數(shù)量比較大的加勁梁，其截面積并不隨著跨度而增加。主纜構(gòu)成了現(xiàn)成的懸吊式腳手架。由于懸索橋是柔性結(jié)構(gòu)，剛度較小，可變作用會(huì)改變它的幾何狀態(tài)，引起橋跨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的撓曲變形。在風(fēng)荷載車輛沖擊荷載作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)，穩(wěn)定性差。與梁式橋的比

2、較跨越能力更大剛度小，在荷載作用下，幾何狀態(tài)易改變。懸索橋與斜拉橋的比較（1）結(jié)構(gòu)受力方面懸索橋：主要靠主纜承受荷載，并通過主纜將拉力傳給錨固體系，加勁梁僅僅起到局部承受荷載、傳遞荷載的作用；采用地錨時(shí)，加勁梁中不受軸向力作用，由加勁梁自重引起的恒載內(nèi)力較小。斜拉橋由斜拉索與主梁共同承受荷載，斜拉索的縱橋向水平分力在主梁中引起較大的軸向力，恒載內(nèi)力所占比重很大。懸索橋只有通過調(diào)整垂跨比才能改變主纜的恒載內(nèi)力，而斜拉橋可直接通過張拉斜拉索就能調(diào)整索、梁的恒載內(nèi)力。（2）材料方面（大跨度）懸索橋加勁梁多采用自重較輕的鋼材。斜拉橋主梁材料可以是鋼、混凝土或鋼混凝土結(jié)合。（3）剛度方面懸索橋：豎向剛度

3、較小，且基本由主纜提供；調(diào)整其豎向剛度的方法主要靠調(diào)整主纜的恒載拉力。斜拉橋：豎向剛度由斜拉索與主梁共同提供，相對(duì)于懸索橋而言，剛度可以較大；斜拉橋的主梁剛度對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響較大；改變斜拉橋的結(jié)構(gòu)布置形式，可調(diào)整其豎向剛度。（4）施工方面懸索橋：施工順序是錨碇、橋塔、主纜、吊索、加勁梁，施工需要的機(jī)械、技術(shù)和工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單；結(jié)構(gòu)的線形主要取決于主纜線型和吊桿長(zhǎng)度，因而施工控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單。斜拉橋在施工中將發(fā)生多次的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，必須嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的線形和拉索索力，施工控制較復(fù)雜、技術(shù)難度相對(duì)較大。與拱橋相比較拱橋主要有拱承重，為壓彎構(gòu)件，易失穩(wěn)。懸索橋有主纜承重，而主纜受拉，且受力均勻，不受疲勞

4、的控制。纜索拱應(yīng)長(zhǎng)度大，截面無接頭，不會(huì)被消弱，纜索本身為高強(qiáng)度材料，承載力大，適應(yīng)大跨度。懸索橋的型式與結(jié)構(gòu)組成懸索橋（吊橋）是特大跨度橋梁的主要型式之一。常見單跨和三跨（簡(jiǎn)支或連續(xù)）兩種結(jié)構(gòu)形式。懸索橋由主纜、橋塔、加勁梁、錨碇、吊索及索夾和鞍座六部分。主纜制造：AS法（空中送絲法）； PPWS法（預(yù)制束股法）（續(xù)） 塔架型式：一般采用門式框架；材料用鋼或混凝土。加勁梁：主要有鋼桁架梁和扁平鋼箱梁。錨碇：有重力式錨碇和隧道錨碇。 （采用重力式錨定居多；自錨則不用錨碇，直接錨固在邊跨端的主梁上。）二、 懸索橋的主要結(jié)構(gòu)類型 a 柔式懸索橋：不設(shè)加勁梁；只在活載與恒載的比值不大時(shí)適用；如人行橋

5、或(早期的)主纜很大的。b 單跨懸吊僅主跨懸吊，并在主跨上設(shè)加勁梁如存在邊跨，則邊跨獨(dú)立（簡(jiǎn)支于橋塔）。c 三跨懸吊簡(jiǎn)支體系加勁梁為三跨簡(jiǎn)支梁。d 三跨懸吊連續(xù)體系加勁梁為三跨連續(xù)梁。e 自錨式懸索橋：與組合體系中的系桿拱相似，懸索水平拉力不傳給錨碇而傳給加勁梁。f 纜索中段同加勁桁架的上弦合為一體。 懸索橋 一、一般特點(diǎn)由古老的索橋演變而來，主要承重結(jié)構(gòu)：纜索（含吊桿）、塔、錨碇。纜索幾何形狀：由力的平衡條件決定，一般接近拋物線；從纜索垂下許多吊桿，把橋面吊住。橋面和吊桿之間通常設(shè)置加勁梁同纜索形成組合體系，以減小活載所引起的撓度變形?？缭侥芰o與倫比，是目前跨徑超過1000m的唯一橋型。六

6、大構(gòu)件及作用 1. 橋塔橋塔也稱主塔，它是支承主纜的主要構(gòu)件，分擔(dān)主纜所受的豎向荷載，并傳遞到下部的塔墩和基礎(chǔ)。另外，在風(fēng)荷載和地震荷載的作用下，還可對(duì)全橋的總體穩(wěn)定提供安全保證。按采用材料分，橋塔有混凝土塔和鋼塔，因混凝土塔價(jià)格較低，一般都采用混凝土橋塔。按橋塔外形分，在橫橋向一般有剛構(gòu)式、桁架式和混合式三種結(jié)構(gòu)形式，如圖11.6所示。剛構(gòu)式簡(jiǎn)潔明快，可用于鋼橋塔或混凝土橋塔，桁架式和混合式由于交叉斜桿的施工對(duì)混凝土橋墩有較大困難，只能用于鋼橋塔。在順橋向，按力學(xué)性質(zhì)可分剛性塔、柔性塔和搖柱塔三種結(jié)構(gòu)形式。剛性塔可做成單柱形或A字形，一般多用于多塔懸索橋中，可提高結(jié)構(gòu)縱向剛度，減小縱向變位，

7、從而減小梁內(nèi)應(yīng)力；柔性塔允許塔頂有較大的變位，是現(xiàn)代懸索橋中最常用的橋塔結(jié)構(gòu)，一般為塔柱下端做成固結(jié)的單柱形式；搖柱塔為下端做成鉸接的單柱形式，一般只用于跨度較小的懸索橋。8.3 橋塔懸索橋構(gòu)造特點(diǎn)橋塔2. 主纜主纜通過塔頂?shù)陌白鶓覓煊谥魉喜㈠^固于兩端錨固體中。主纜的布置形式一般是采用每橋兩根，平行布置于加勁梁兩側(cè)吊點(diǎn)之上?，F(xiàn)代大跨度懸索橋多采用平行鋼絲主纜，它是由平行的高強(qiáng)、冷拔、鍍鋅鋼絲組成。鋼絲直徑大都在5mm左右。視纜力大小，每根主纜可以包含幾千乃至幾萬根鋼絲。為便于施工安裝和錨固，主纜通常被分成束股編制架設(shè)（一般每根主纜可分成幾十乃至幾百股，每股內(nèi)的絲數(shù)大致相等），并在兩端錨碇處分

8、別錨固。為了保護(hù)鋼絲，并使主纜的形狀明確，主纜的其余區(qū)段則擠緊成規(guī)則的圓形，然后纏以軟質(zhì)鋼絲捆扎并進(jìn)行外部涂裝防腐。對(duì)一座具體的橋梁而言，如果鋼絲直徑已經(jīng)選定，主纜所含鋼絲總數(shù)n就是確定的。但組成具有n根鋼絲的主纜應(yīng)編制成多少股鋼束nl和每股鋼束含多少根鋼絲n2，則根據(jù)主纜的編制方法確定。鋼絲束股的編織方法通常有空中編絲組纜（Air Spinning）法和預(yù)制平行鋼絲束股（Prefabricated Parallel Strands）法。前者簡(jiǎn)稱AS法，后者簡(jiǎn)稱PS法或PWS（Parallel Wire Strands）法。AS法每纜所含總股數(shù)較少，約3090股，但每股所含絲數(shù)n2多達(dá)4005

9、00根以上。因而其單股錨固噸位大，錨固空間相對(duì)集中。PWS法束股通常按正六邊形平行排列定型，其主纜空隙率可以最小，故現(xiàn)用鋼絲束股的鋼絲數(shù)為61、91、127、169等，圖11.7所示為鋼絲數(shù)為127的排列形式。PWS法每纜總股數(shù)nl多達(dá)100300股，錨固空間相對(duì)較大。由于采用工廠預(yù)制，故現(xiàn)場(chǎng)架索施工時(shí)間相對(duì)縮短，氣候因素影響小，成纜工效提高。這種成纜方法在目前大跨懸索橋施工中常用。 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；3. 吊索吊索是將加勁梁上的豎向荷載通過索夾（Cable Band）傳遞到主纜

10、的受力構(gòu)件。其下端通過錨頭與加勁梁兩側(cè)的吊點(diǎn)聯(lián)結(jié)，上端通過索夾與主纜聯(lián)結(jié)?，F(xiàn)代懸索橋一般采用柔性較大且易于操作的鋼絲繩索或平行鋼絲索作為吊索，吊索表面涂裝油漆或包裹HDPE（高密度聚乙烯）護(hù)套防腐。立面布置上，傳統(tǒng)的懸索橋都是豎直的，斜向吊索是英國式懸索橋的一大特點(diǎn)。斜吊索和豎直吊索相比，索力較大，因此可以提高懸索橋整體振動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)阻尼。但多數(shù)人認(rèn)為斜吊索在抗疲勞強(qiáng)度方面不如豎直吊索。吊索與索夾的連結(jié)方式上一般分為四股騎跨式和雙股銷鉸式兩種，如圖11.8所示。其中，前者不宜采用平行鋼絲索，而后者對(duì)鋼絲繩索與平行鋼絲索都能適應(yīng)。吊索與主纜連接股騎跨式4. 加勁梁加勁梁的主要功能是提供橋面和防止橋

11、面發(fā)生過大的撓曲變形和扭曲變形，它直接承擔(dān)豎向活載，也是懸索橋承受風(fēng)荷載和其他橫向水平荷載的主要構(gòu)件，所以，必須具有足夠的抗扭剛度或自重以保持在風(fēng)荷載作用下的氣動(dòng)穩(wěn)定性。加勁梁所承擔(dān)的活載及本身的恒載通過吊索和索夾傳至主纜。加勁梁的變形從屬于主纜，它的剛度對(duì)懸索橋的總體剛度貢獻(xiàn)不大，因而梁高通常不必做得太大。加勁梁一般都采用鋼結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)由于自重太大，從耗材、造價(jià)、工期等方面考慮，當(dāng)跨徑大于200m的時(shí)候就不再采用。鋼加勁梁的截面形式主要有美國流派的鋼桁梁和英國流派的扁平鋼箱梁（如圖11.9和圖11.10所示），鋼箱梁的抗風(fēng)性能較好，風(fēng)的阻離析數(shù)僅為桁架式的1/21/4；耗鋼量也較少。但鋼

12、桁梁在雙層橋面的適應(yīng)性方面遠(yuǎn)較鋼箱梁優(yōu)越，因此它適合于交通量較大的或公鐵兩用的懸索橋。錨碇 錨碇即主纜的錨固體，用于固定住主纜的端頭，防止其走動(dòng)。錨碇又可分為重力式錨碇（或稱錨臺(tái)）和隧道式錨碇兩種，如圖11.11所示。重力式錨碇依靠錨固體的巨大自重來抵抗主纜的垂直分力，水平分力則由錨固體與地基之間（包括側(cè)壁）的摩阻力或嵌固阻力來抵抗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主纜的錨固。錨碇中預(yù)埋有錨碇架，它是由鋼錨桿和支撐架構(gòu)成，主纜束股是通過錨頭與錨桿聯(lián)接，再由錨桿通過支撐架分散至整個(gè)混凝土錨體。隧道式錨碇是先在兩岸天然完整堅(jiān)固的巖體中開鑿隧道，將錨碇架置于其中后，用混凝土澆筑而成，這是利用巖體強(qiáng)度對(duì)混凝土錨體形成嵌固作

13、用，達(dá)到錨固主纜的目的，因而其錨碇混凝土用量較重力式錨碇大為節(jié)省，經(jīng)濟(jì)性能更為顯著。但迄今為止，大部分懸索橋都由于缺乏堅(jiān)固的山體巖壁可利用，而一般采用重力式錨碇。 懸索橋的構(gòu)造特點(diǎn)目前常采用的錨碇構(gòu)造懸索橋的構(gòu)造特點(diǎn) （重力錨碇實(shí)例）鞍座塔頂鞍座位于主纜和塔頂之間，其上座設(shè)有索槽用以安放主纜（圖11.12）。剛性橋塔上的主鞍座，一般在上座下面設(shè)一排輥軸，用來調(diào)整施工中主纜在塔頂兩側(cè)的水平分力使之接近平衡。輥軸下面設(shè)下座底板。柔性塔和搖柱塔上的主鞍座僅設(shè)上座，它將通過螺栓與塔固定。散索鞍座是主纜進(jìn)入錨碇之前的最后鞍座分為塔頂鞍座（亦稱主鞍座）和散索鞍座。 一個(gè)支承構(gòu)件。置于錨碇的前墻處，起著支承轉(zhuǎn)向和分散大纜束股使之便于錨固的作用，如圖11.13所示。與塔頂主鞍座不同的是，散索鞍座在主纜因活