《橋梁施工》 課件 第45講-懸索橋構(gòu)造

第45講懸索橋構(gòu)造陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院主講：張?jiān)３稑蛄菏┕ぁ肪焚Y源共享課項(xiàng)目任務(wù)懸索橋的組成與分類；懸索橋各組成部分的構(gòu)造；懸索橋各部分的連接。能力目標(biāo)認(rèn)識(shí)懸索橋的形式目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3了解懸索橋的組成掌握懸索橋的構(gòu)造項(xiàng)目任務(wù)懸索橋與斜拉橋相比，在形式上有何區(qū)別？懸索橋的組成有哪些？結(jié)合以前的學(xué)習(xí)方法，討論懸索橋的傳力途徑？123舟山西堠門大橋西堠門大橋是連接舟山本島與寧波的舟山連島工程五座跨海大橋中技術(shù)要求最高的特大型跨海橋梁，主橋?yàn)閮煽邕B續(xù)鋼箱梁懸索橋，主跨1650米，位居懸索橋世界第二、中國(guó)第一，其中鋼箱梁全長(zhǎng)在懸索橋中居世界第一。設(shè)計(jì)通航等級(jí)3萬(wàn)噸、使用年限100年。明石海峽大橋1998年4月5日，日本明石海峽大橋正式通車。大橋坐落在日本神戶市與淡路島之間，全長(zhǎng)3911米，主跨1991米，居世界第一。兩座主橋墩海拔297米，基礎(chǔ)直徑80米，水中部分高60米。兩條主鋼纜每條約4000米，直徑1.12米，由290根細(xì)鋼纜組成，重約5萬(wàn)噸。大橋于1988年5月動(dòng)工。1998年3月竣工。明石海峽大橋首次采用1800MP級(jí)超高強(qiáng)鋼絲，使主纜直徑縮小并簡(jiǎn)化了連接構(gòu)造，首創(chuàng)懸索橋主纜。蘇通大橋舟山西堠門大橋主跨1650米主跨1088米討論懸索橋與斜拉橋在形式及跨度上的區(qū)別。答案解析懸索橋與斜拉橋相比，在形式上有何區(qū)別？1懸索橋：塔比較單一，但構(gòu)造簡(jiǎn)單；索為承重結(jié)構(gòu)，跨徑更大；斜拉橋：塔形式比較豐富，索為受拉傳力結(jié)構(gòu)，跨徑比索懸橋小同其他橋式相比，跨度越大，懸索橋的優(yōu)勢(shì)越明顯大跨懸索橋的加勁梁〔材料用量占相當(dāng)比例）不是主要承重構(gòu)件，其截面積并不需要隨跨度而增加懸索橋的大纜、錨碇和塔在增加截面尺寸或承載能力方面遇到的困難較小受力：作為主要承重構(gòu)件的大纜具有非常合理的受力形式施工：先架大纜，形成一個(gè)現(xiàn)成的懸吊式腳手架；同懸臂方法比，風(fēng)險(xiǎn)較小不足柔性結(jié)構(gòu)，活載產(chǎn)生較大的撓曲變形，剛度較小；在風(fēng)荷載，車輛沖擊荷載等動(dòng)荷載作用下很容易振動(dòng)歷史與發(fā)展60年代以前在美國(guó)的發(fā)展：桁架式加勁梁，鋼主塔60～80年代在歐洲的發(fā)展：流線箱梁，混凝土橋塔70年代以后在日本及其它亞洲國(guó)家的發(fā)展

懸索橋特點(diǎn)1.我國(guó)懸索橋的發(fā)展我國(guó)現(xiàn)代懸索橋的建造起步較遲，60年代在西南山區(qū)建造了一些跨度在200m以內(nèi)的半加勁式單鏈和雙鏈?zhǔn)綉宜鳂?，其中較著名的是1969年建成的重慶朝陽(yáng)大橋。一、懸索橋的發(fā)展達(dá)孜橋跨越拉薩河，為跨徑500m的獨(dú)塔懸索橋。由于一側(cè)的塔架和鞍座設(shè)在山上，橋面長(zhǎng)度415m。橋面寬4.5m，為單車道橋。主索垂跨比1/15。1984年12月1日建成通車，大橋全長(zhǎng)500米，是中國(guó)跨徑最大的淺加勁鋼結(jié)構(gòu)懸索吊橋。

跨度為452m的廣東汕頭海灣大橋采用混凝土加勁梁；廣東虎門大橋?yàn)榭缍冗_(dá)888m的鋼箱梁懸索橋；主跨1385m的江陰長(zhǎng)江大橋（1999是中國(guó)第一座跨徑超千米的橋梁，全橋總長(zhǎng)近3km）。使我國(guó)的橋梁科學(xué)技術(shù)迅速趕上世界先進(jìn)水平。（舟山西堠門大橋主跨達(dá)1650m，大橋創(chuàng)下的“第一”舉不勝舉。）邵陽(yáng)市洞口淘金橋洞口淘金橋是一座自錨上承式懸?guī)?，上部結(jié)構(gòu)由端錨梁、連續(xù)T梁、蓋梁排架和主索懸?guī)ЫM成。橋面系作為受壓構(gòu)件用來(lái)平衡懸?guī)У睦?。在施工階段需要設(shè)置臨時(shí)的隧洞式巖石錨碇，用以錨固兩組主索。預(yù)制懸?guī)Р坌蔚装灏惭b完成后，現(xiàn)澆主柱排架，然后安裝T梁和現(xiàn)澆橫隔板。在澆注懸?guī)Р蹆?nèi)的混凝土后再放松外錨使整個(gè)結(jié)構(gòu)成為自錨體系。1989年建成。2.國(guó)際的懸索橋位于日本本州四國(guó)聯(lián)絡(luò)線上的明石海峽，主跨1991米，1998建成。創(chuàng)下了世界橋梁最大跨徑的記錄。被譽(yù)為“世界橋梁之王”

西西里橋，意大利，主跨3300

米，擬建美國(guó)舊金山金門大橋，1937年建成美國(guó)金門大橋，主跨1280.2米（343.9+1280.2+343.9），加勁梁高7.6米，公路面寬18米，兩邊各設(shè)3.3米的人行道，橋塔高228米，采用由閉合格組成的截面，表面上組成顯著的肋形線條，寬度分三次作階梯式收縮減小，每階段高度及橫梁高度自下而上逐漸減小。1883年美國(guó)的Brooklyn橋布魯克林大橋建筑工程師約翰·羅布林一家兩代三口人的傳奇故事。采用氣壓沉箱法建橋墩布達(dá)佩斯達(dá)努伯河上的伊麗莎白大橋，1903年建成時(shí)，是當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)的眼桿鏈懸索橋，跨度290米.幕色降臨時(shí)，燈光強(qiáng)調(diào)了優(yōu)美的懸索鏈和雄偉的橋塔的對(duì)比.3.世界最大懸索橋一覽表橋名主跨(m)建成年地點(diǎn)1明石海峽大橋(Akashi-Kaikyo)1991日本本州四國(guó)聯(lián)絡(luò)線(神戶-鳴門)2舟山西堠門大橋1650中國(guó)3大貝爾特東橋(GreatBeltEast)1624丹麥4潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋1490中國(guó)5恒貝爾橋(Humber)1410英國(guó)6江陰長(zhǎng)江公路大橋1385中國(guó)7青馬大橋(TsingMa)1377香港特區(qū),中國(guó)8費(fèi)拉贊諾橋(Verrazana-Narrows)1298紐約,美國(guó)9金門大橋(GoldenGate)1280舊金山,美國(guó)10武漢陽(yáng)邏長(zhǎng)江公路大橋1280中國(guó)日本明石海峽大橋舟山西堠門大橋大貝爾特東橋潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋恒貝爾橋1940年11月7日上午11：00剛開(kāi)通幾個(gè)月的塔科瑪大橋（主跨度853.4米懸索橋）由于風(fēng)致振動(dòng)而倒塌！?。?中跨扭轉(zhuǎn)2扭轉(zhuǎn)的嚴(yán)重程度：右側(cè)人行道比左側(cè)高8.5m3該開(kāi)始破壞時(shí)，有一塊混凝土橋面掉入水中4第一輪破壞后的樣子5中跨破壞后，邊跨的松弛、下垂現(xiàn)象6橋剛倒塌后的照片二、懸索橋的構(gòu)造懸索橋，又稱為吊橋，是一種古老的橋型。現(xiàn)代懸索橋通常由橋塔、主纜索、錨碇、吊索、加勁梁、吊索及索鞍等主要部分組成。傳力途徑小組討論懸索橋的主要受力特點(diǎn)有哪些？提示：分別從靜力和動(dòng)力特征方面進(jìn)行討論總結(jié)。1.橋塔橋塔是懸索橋最重要構(gòu)件。作用：支承主纜索和加勁梁，將懸索橋的活載和恒載(包括橋面、加勁梁、吊索、主纜索及其附屬構(gòu)件如鞍座和索夾等的重量)以及加勁梁在橋塔上的支反力直接傳至塔墩和基礎(chǔ)，同時(shí)還受到風(fēng)載與地震的作用。橋塔的高度主要由橋面標(biāo)高和主纜索的垂跨比f(wàn)/L確定，通常垂跨比f(wàn)/L為1/9～1/12。材料：石料（早期），鋼，鋼筋混凝土橋塔的腹桿組合形式(a)桁架式(b)剛構(gòu)式(c)混合式大跨度懸索橋的橋塔主要采用鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式可分為桁架式、剛架式和混合式（較少用）三種。剛架式橋塔通常采用箱形截面。由于預(yù)應(yīng)力混凝土和爬模技術(shù)的發(fā)展，鋼筋混凝土橋塔的橋塔的使用呈較快增長(zhǎng)趨勢(shì)。橋塔塔頂必須設(shè)主索鞍，以便主纜索能與橋塔合理的銜接和平順的轉(zhuǎn)折，并將主纜索的拉力均勻的傳至橋塔。2.錨碇錨碇是主纜索的錨固構(gòu)造。主纜索中的拉力通過(guò)錨碇傳至基礎(chǔ)。通常采用的錨碇有兩種形式：重力式和隧洞式。重力式錨碇依靠其巨大的自重來(lái)承擔(dān)主纜索的垂直分力，而水平分力則由錨碇與地基之間的摩阻力或嵌固阻力承擔(dān)。隧道式錨碇則是將主纜中的拉力直接傳遞給周圍的基巖。隧道式錨碇適用于錨碇處有堅(jiān)實(shí)基巖的地質(zhì)條件。當(dāng)錨固地基處無(wú)巖層可利用時(shí)，均采用重力式錨碇。錨碇主要由錨碇基礎(chǔ)、錨塊、錨碇架及固定裝置和錨固索鞍組成。錨碇的構(gòu)造和種類主纜支架主纜支架可分為鋼筋混凝土剛性支架、鋼制柔性支架及鋼制搖桿支架主纜支架（a）剛性支架；（b）柔性支架；（c）搖桿支架3.主纜索作用：主纜索是懸索橋的主要承重構(gòu)件，不僅承擔(dān)自重恒載，還通過(guò)索夾和吊索承擔(dān)加勁梁(包括橋面)等其它恒載以及各種活載。主纜索還要承擔(dān)部分橫向風(fēng)載，并將其傳至橋塔頂部。類型：主纜索可采用鋼絲繩鋼纜或平行絲束鋼纜（常用），由于平行絲束鋼纜彈性模量高，空隙率低，抗銹蝕性能好，因此大跨度吊橋的主纜索均采用這種形式。現(xiàn)代懸索橋的主纜索多采用直徑5mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成。先由數(shù)十到數(shù)百根5mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲制成正六邊形的索束(股),再將數(shù)十至上百股索束擠壓形成主纜索,并做防銹蝕處理。線型：設(shè)計(jì)中主纜索的線形一般采用二次拋物曲線。材料－直徑5mm左右，鍍鋅冷拔低碳鋼絲，平行絲股（另，鋼絲繩）4.吊索吊索也稱吊桿，是將加勁梁等恒載和橋面活載傳遞到主纜索的主要構(gòu)件。吊索作用：將作用在加勁梁上的恒、活載傳遞給大纜吊索材料：鋼絲繩，鋼絞線吊索可布置成垂直形式的直吊索或傾斜形式的斜吊索，其上端通過(guò)索夾與主纜索相連，下端與加勁梁連接。吊索與主纜索連結(jié)有兩種方式：鞍掛式和銷接式。吊索與加勁梁連結(jié)也有兩種方式：錨固式和銷接固定式。錨固式連結(jié)是將吊索的錨頭錨固在加勁梁的錨固構(gòu)造處。銷接固定式連結(jié)是將帶有耳板的吊索錨頭與固定在加勁梁上的吊耳通過(guò)銷釘連結(jié)。索布置形式(a)垂直布置(b)斜向布置4.吊索索夾：大纜與吊索的連接件連接方式：鞍掛式和銷接式懸索橋吊索與索夾的聯(lián)結(jié)5.索夾鉸接式鉸接式騎跨式6.加勁梁作用：直接承受車輛、行人及其它荷載，以實(shí)現(xiàn)橋梁的基本功能，并與主纜索、橋塔和錨碇共同組成懸索橋結(jié)構(gòu)體系。加勁梁是承受風(fēng)荷載和其它橫向水平力的主要構(gòu)件，應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定特性，防止其發(fā)生過(guò)大撓曲變形和扭曲變形，避免對(duì)橋梁正常使用造成影響。形式：大跨度懸索橋的加勁梁均為鋼結(jié)構(gòu)，通常采用桁架梁和箱形梁。預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁僅適用于跨徑500m以下的懸索橋，大多采用箱形梁。采用箱形梁時(shí)，應(yīng)選擇流線型主梁截面，并適當(dāng)設(shè)置風(fēng)嘴、導(dǎo)流板、分流板等抗風(fēng)裝置；采用桁架梁時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)主梁和橋面車道部分的聯(lián)系，并注意保證主梁及橋面構(gòu)造橫向通風(fēng)良好，不得有任何阻礙空氣流動(dòng)的多余障礙物存在，也可適當(dāng)設(shè)置抗風(fēng)裝置。鋼箱梁桁架梁主要功能：承受和傳遞豎向活載，橋面系的補(bǔ)充體系：簡(jiǎn)支或連續(xù)材料：鋼材，混凝土（極少）類型：桁架式，流線型箱鋼梁桁架式——適應(yīng)雙層橋面，適合于交通量較大的或公鐵兩用的懸索橋，梁較高流線型箱鋼梁抗風(fēng)性能好（風(fēng)嘴）；抗扭剛度大；節(jié)省材料（正交異性橋面板和橫向靜風(fēng)壓力小）；建筑高度小，3－4m。6.加勁梁6.加勁梁加勁梁的構(gòu)造和尺寸主要取決于其抗風(fēng)穩(wěn)定性。通常參考其它已建成懸索橋的加勁梁擬定其初步設(shè)計(jì)的構(gòu)造和尺寸，再根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修改，最后對(duì)較為合理的幾個(gè)方案，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)檢驗(yàn)其抗風(fēng)性能，并選擇抗風(fēng)性能好的加勁梁及其構(gòu)造和尺寸。小組討論比較三類（鋼桁梁、鋼箱梁、混凝土箱梁）加勁梁特點(diǎn)。提示：從抗風(fēng)、結(jié)構(gòu)、制造、施工、養(yǎng)護(hù)方面。

三類加勁梁優(yōu)缺點(diǎn)比較比較項(xiàng)目加勁梁型式鋼桁梁鋼箱梁混凝土箱梁抗風(fēng)性能渦流激振最不易發(fā)生易發(fā)生不易發(fā)生自激振動(dòng)—可能性大可能性小靜態(tài)阻力系數(shù)大小小風(fēng)力產(chǎn)生的變形大小小結(jié)構(gòu)剛度—小大結(jié)構(gòu)梁高高低低用鋼量最大低最低橋面板一般與主梁分離一般與主梁結(jié)合為整體為主梁的一部分制造制造桿件多，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化大量生產(chǎn)困難箱梁由板構(gòu)件構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)化大量生產(chǎn)容易工廠預(yù)制兇段，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)容易施工架設(shè)架設(shè)方法有單根桿件平面構(gòu)件立體節(jié)段多樣化可選只能采用節(jié)段法架設(shè)或與現(xiàn)澆節(jié)段并用可采用預(yù)制節(jié)段法架設(shè)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)維修構(gòu)件多，油漆養(yǎng)護(hù)難平板構(gòu)件油漆養(yǎng)護(hù)方便一般無(wú)需養(yǎng)護(hù)橋面非結(jié)合型損傷時(shí)易維修與主梁結(jié)合損傷難維修損傷時(shí)易維修7.鞍座作用：索鞍是支承主纜的重要構(gòu)件，其作用是保證主纜索平順轉(zhuǎn)折；將主纜索中的拉力在索鞍處分解為垂直力和不平衡水平力，并均勻地傳至塔頂或錨碇的支架處。類型：索鞍可分為塔頂索鞍和錨固索鞍。塔頂索鞍設(shè)置在橋塔頂部，將主纜索荷載傳至塔上；錨固索鞍(亦稱散索鞍)，設(shè)置在錨碇的支架處，主要作用是改變主纜索的方向，把主纜索的鋼絲繩束在水平及豎直方向分散開(kāi)來(lái)，