大跨度悬索桥的发展历史与研究
大跨度现代悬索桥的设计创新与技术进步
大跨度现代悬索桥的设计创新与技术进步大跨度现代悬索桥的设计创新与技术进步悬索桥是一种以悬挂在主塔和桥塔之间的悬索为主体的桥梁结构，被广泛应用于现代交通建设中。
随着技术的不断进步，大跨度现代悬索桥的设计创新和技术进步也越来越引人注目。
一、设计创新大跨度现代悬索桥的设计创新包括桥面结构、主塔和桥塔的形式、悬索杆和锚固系统的改进等。
其中，桥面结构是设计的关键之一。
过去，悬索桥多采用钢箱梁桥面结构，但是随着设计技术和施工工艺的不断改进，混凝土斜拉桥的出现成为了一种新的设计形式，被多个国家广泛采用。
混凝土斜拉桥利用混凝土的强度和钢筋的韧性，可以实现更加轻巧和美观的桥梁结构。
主塔和桥塔的形式也是设计创新的一个方向。
针对风压、地震和桥面振动的考虑，主塔和桥塔形式的改进可大大降低整个桥梁的风险系数，提高使用寿命。
此外，还有钢绳锚固和悬索杆的改进也是创新的方向之一。
二、技术进步大跨度现代悬索桥的技术进步涉及多个方面，其中包括结构材料、空气动力学、地震设计、桥梁智能化和建设技术等。
结构材料的进步比较明显。
新型材料的应用可以使悬索桥变得更加轻盈和更节省材料。
高强度材料的使用可以减轻桥梁重量，同时保证足够的强度和刚度，最大限度节约成本和改善施工速度。
空气动力学也是悬索桥技术进步的一部分。
轻微的气流变化、温度变化和气压变化都会对悬索桥产生影响。
为了使悬索桥能够尽可能地减少对风的影响，现代悬索桥采用多种空气动力学技术。
例如，建造隧道或风障可以减小桥梁受到侧风的影响，减少桥面振动。
桥梁智能化是当前技术的一个热点，当然包括悬索桥在内。
如今，悬索桥在建构过程中，采用的也是数字化制造技术，通过相关算法判断桥梁结构在风、地震等情况下的承受能力，在建造过程中进行实时监测，以保证施工质量；在使用过程中，利用监测技术对桥梁的工作状态进行实时监测分析，提前预警和排查缺陷和隐患，实现信息化管理。
建设技术的革新则推动了悬索桥建造工程取得更高的效率与安全性。
悬索桥的计算方法及其历程1
悬索桥的计算方法及其发展悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主要结构型式之一。
悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚碇等构成。
从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系，在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。
悬索桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。
考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限位移理论。
挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步设计阶段的结构设计计算。
有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接用于设计计算有诸多不便和困难。
悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。
这种理论主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。
悬索桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论。
最初的悬索桥分析理论是弹性理论。
弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态。
弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径小于200米的悬索桥设计中应用[1]。
但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入变形影响的悬索桥挠度理论。
古典的挠度理论称为“膜理论”。
它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。
由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。
挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。
国内外大跨径桥梁建设之悬索桥
国内外大跨径桥梁建设之悬索桥悬索桥是一种古老的桥型，起源于中国，革新于英国，发展于美国，广泛应用于日本。
它因具有跨度大、美观、架设方便等特点而得到广泛的应用。
随着高强钢丝和优质材料的出现，架设工艺的改进以及计算理论和手段的不断完善，悬索桥正朝长、大方向发展，并因其在大跨度方面具有较大的优势而成为现代大跨径桥梁家族中的重要成员。
从1816 年，英国建成了第一座具有现代意义的悬索桥——跨径为124m、以钢丝做主索的人行吊桥起，工程界开始重视对悬索桥的理论研究。
1823年纳维尔发表了加劲梁悬索桥理论，认识到竖向挠度随着恒载的增加而减少。
到19 世纪末，悬索桥的跨度达到200~300m 。
1883 年列特和1886 年列维分别发表了弹性理论，这使悬索桥的跨径达到了500m 以上。
1888 年米兰提出了挠度理论，利用该理论分析的第一座桥是曼哈顿（Manhattan ）大桥（主跨径为448m ）。
到1931 年，挠度理论使悬索桥的跨度增大了一倍，且突破了l000m ，这就是跨越哈得孙河的乔治•华盛顿（George •Washington ) 大桥（主跨1067m ）和旧金山金门（Golden Gate ）大桥（主跨1280m ）。
悬索桥的发展至今已有近200 年的历史，它是大跨径（尤其是1000m 以上的特大跨径）桥梁的主要形式之一，其优美的造型和宏伟的规模，常被人们称为“桥梁皇后”。
1966 年英国塞文（Severn ）桥的加劲梁首先采用流线型扁平钢箱梁，增大了桥梁抗风性能和抗扭刚度，且用钢量少、维护方便。
1970 年丹麦小贝尔特（Small Belt ）桥的钢箱梁首先采用箱内空气干燥装置，增强了防腐性能。
跨径为世界第一的明石海峡大桥悬索桥的抗震设计成功地经受了1995 年日本神户大地震考验。
我国虽然很早就开始修建悬索桥，但是其跨径和规模远不能同国外现代悬索桥相比。
我国悬索桥发源甚早，已有3000 余年历史。
现代悬索桥的发展史
悬索桥也叫吊桥，是跨越能力最大的一种桥型。
它是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系。
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。
在两个高塔之间悬挂两条缆索，靠缆索吊起桥面，缆索固定在高塔两边的锚碇上，由锚碇承载整座桥的重量。
成桥后，结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。
悬索桥的构思据说来自猴桥，它是由若干强壮的猴子组成一条悬链来让病猴或年老体衰的猴子通过的桥梁。
最原始的人类悬索桥采用植物类的竹子或藤条来制造悬索。
我国四川省的灌县早在千年之前就出现竹索桥。
17世纪开始出现铁链作悬索的桥梁。
我国四川省大渡河上泸定桥是在1706年建成的。
利用钢缆绳、钢铰线和钢丝等现代钢代钢材来制造的悬索桥则基本上是进入20世纪后才开始出现的。
悬索桥历史悠久各个时期都有它不同的特点，现代悬索桥的发展更是如日中天，迄今出现了四次高峰：一、1930年前后美国的悬索桥——第一次发展高峰美国在1903年和1909年分别建成了主跨为488m的威廉姆斯堡和主跨为448m的哈曼顿桥两座在空中用编丝轮将钢丝编拉后组成主缆的悬索桥。
20世纪20年代美国建成两座主跨超过500m 的悬索桥。
它们分别是1926年在费城跨越特拉华河建成的主跨为533m的本杰明-富兰克林桥（又名费城-坎姆登桥），和1929年在底特律建成的主跨564 m的大使桥。
在此期间美洲其他国家也建成不少中小跨度悬桥。
20世纪30年代是美国修建大跨度悬索桥的最兴旺时期，1931年建成跨度首先突破千米的乔治·华盛顿桥（主跨达1067 m）。
1936年建成旧金山-奥克兰海湾大桥，此桥分东西两桥，其中西桥是两座串联衔接的孪生悬索桥，每座均为三跨悬吊，主跨均为704 m，采用加劲钢桁梁。
大跨度现代悬索桥的设计创新与技术进步
大跨度现代悬索桥的设计创新与技术进步〔讲稿〕进〔中铁大桥勘测〕1.前言自20世纪90年代开场，原铁道部大桥局自主设计建造了省海湾现代悬索桥，随后又设计建成三峡坝下的西陵长江现代悬索桥。
从此开场在中国大陆地区逐步形成了现代悬索桥在设计、计算、施工、构件制造、机械设备以及主缆、吊索与防腐材料等方面的产业链。
从而使悬索桥构造在大陆地区得到了蓬勃的开展与应用。
2005年前后，中铁大桥勘测在承当省马长江大桥的“予可〞、“工可〞研究工作中，根据江段的河势演变情况，放弃了当地推荐的一跨2000米的悬索桥方案，建议考虑三塔双主跨悬索桥的等效方案，以节约工程费用。
随后，省决定兴建长江大桥。
在建桥方案的征集评议之后，建桥主管采纳了本人推荐的三塔双大跨的悬索桥方案。
并于2007年正式被批准开工建立。
悬索桥是以主缆、主塔和与之相匹配的两端锚碇为主体的承重构造。
主梁退居为只对体系具有加劲的作用。
承重主缆受拉明确，所用材料得以充分发挥其极限强度。
桥梁的工程造价与其主跨的大小直接关连。
在宽阔深水的江河和海域，在不影响通航顺畅和水流态势的条件下，采用多塔多主跨悬索桥方案，将是在技术上和经济上较为合理可行的选择。
在设计中，只要注意处理好位于主孔中间各塔在顺桥向的可挠性；以保持在单跨活载满布的条件下的主缆水平拉力的平衡传递问题。
其他方面似无太大的技术难点。
下面分别介绍工程完成过半的长江公路大桥的工程实际情况。
以及正待国家审批即将开工的市中环线鹦鹉洲长江城市公路大桥的设计方案研究。
两者均为大跨度三塔悬索桥，因其所在的环境条件各有不同，从而在技术方案上各自具有不同代表性的特点。
2．长江公路三塔双主跨悬索桥2．1 长江公路大桥采用三塔双主跨悬索桥的环境适应性主桥效果图根底构造上部完成沉井立面剖面图沉井构造全高约80m，下段为可以自浮的高38m的钢壳，在就近的岸边组拼完成后，再浮拖到江心塔位处。
着落河床稳定后，再以混凝土填充促其下沉至稳定深度。
悬索桥的计算方法及其历程1
悬索桥的计算方法及其发展悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主要结构型式之一。
悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚碇等构成。
从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。
悬索桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。
考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限位移理论。
挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步设计阶段的结构设计计算。
有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接用于设计计算有诸多不便和困难。
悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。
这种理论主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。
悬索桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论最初的悬索桥分析理论是弹性理论。
弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径小于200米的悬索桥设计中应用［1］。
但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入变形影响的悬索桥挠度理论。
古典的挠度理论称为“膜理论”。
它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。
由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。
挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。
悬索桥的发展及设计规范相关问题介绍PPT课件
创新与发展
（1）三塔、主缆连续多跨悬索桥的发展 （2）轨索运梁施工方法的成功应用 （3）分体式钢箱梁的首次应用 （4）组合截面加劲梁悬索桥的设计建造
西南交通大学
沈3锐5 利
和二桥。
西南交通大学
恒比尔桥
博斯普鲁斯一桥
沈2锐2 利
丹麦1970年修建了小贝尔特桥，跨度600m，但中间有许多技术创新。 日本 1973年修建了跨度712m的关门桥后，80年代修建了一系列的大跨 度悬索 桥，主要是本四联络线的桥，最有名和最大规模的要数南北备赞桥，
是公铁两用桥，主缆直径达1070mm。（跨度分别为1100m和990m）
日本关门桥
西南交通大学
小贝尔特桥
沈2锐3 利
-tiJ il.
（5）20世纪90年代以亚洲为主的悬索桥----第四次发展高峰 日本 明石海峡桥，跨度990+1990+990m 来岛一二三桥等 丹 麦 大 贝 尔 特 桥 ， 跨 度 535+1624+535m 香 港 青 马 大 桥 355.5+1377m,公铁两用桥 江阴长江大桥 主跨1385m 润扬长江公路大桥 主跨1490m 浙江舟山西堠门大桥 主跨1650m 这一时期跨度超千米的有近10座之多，中国悬索桥的跨度发展达到 世 界先进水平。
西南交通大学
沈3锐2 利
1883年，布鲁克林桥，跨度486m, 混合体简系约理论 1903年，威廉姆斯堡桥，主跨488m
1909年，曼哈顿桥， 主跨448m 1931年，美国乔治.华盛顿桥，跨度1067m
挠度理论
国内外悬索桥的发展概况
古根代。悬索桥一般只适用于人、畜通过，跨径小，桥面窄，
无加劲梁，上下波动大 5
泸定桥位于中国四川省西部的大渡河上，
是一座由清朝康熙帝御批建造的悬索桥。
6
国外现代悬索桥的发展大致可以分为两个时期：前期和 后期
前期（1801——1870）
从1801年现代悬索桥大师詹姆斯·芬莱建雅各布涧悬索桥开始至罗勃 林的逝世、布鲁克林桥的建成。这一时期有以下典型桥例：
悬索桥的跨越能力大、抗震性能好、桥型美观，已越来
越成为特大跨度桥梁的首选桥型。
由于悬索桥是柔性结构，对风荷载激励非常敏感，对悬 索桥（特别是大跨悬索桥），空气动力稳定性往往成为
设计的主要控制因素。 3
古代悬索桥
悬
前期（1801——1870）
索
国外
桥
后期（1871年至今）
的
近现代悬索桥
发
近代（1858—— 1949 )
建成时间：1926年 跨度：218+533+218（m） 加劲梁：钢桁梁
12
20世纪30年代是美国大跨度悬索桥发展 最迅速的时期。其中最有代表性的三座 桥为： 1931年建成首座跨度破千米的悬索桥— 华盛顿桥，主跨达1067m； 1936年建成旧金山—奥克兰海湾桥西桥， 由一前一后两座主跨均为705m的悬索桥 组成； 1937年建成的旧金山金门大桥，主跨 1280m，保持了最大跨度记录27年之久。
里昂机械 工程师赛昆和拉梅首先用锻铁丝代替链条，在俄国跨丰塔卡 河建成第一座法国式悬索桥。1844年，俄国在彼得堡建成涅瓦河悬 索桥。
美国在向法国学习后，也开始用锻铁丝代替缆索，先后修建了跨俄亥 俄河的悬索桥、匹兹堡悬索桥等吊桥。罗伯林一家两代三口人用15年 时间，并为之付出生命和一生智慧于1883年建成的布鲁克林桥，主 跨达488m，当时号称“世界第八大奇迹”。
大跨径桥梁理论悬索桥概要课件
桥塔施工通常采用滑模施工法或爬模施工法。在施工过程中 ，需先进行基础施工，然后进行桥塔柱的施工。施工过程中 需严格控制桥塔的垂直度、偏位和截面尺寸，确保桥塔的稳 定性和承载能力。
悬索桥的加劲梁构造与施工
要点一
加劲梁构造
要点二
加劲梁施工
悬索桥的加劲梁是连接主缆和桥面系的重要构件，通常采 用钢结构。加劲梁的形状和截面尺寸需根据桥梁跨度、荷 载等条件进行优化设计，同时需考虑加劲梁在荷载作用下 的刚度和稳定性。
施工经验
总结该桥的施工经验，如 施工组织设计、现场管理 措施、安全生产保障等方 面的成功做法。
实例三：某跨海悬索桥的运营维护与问题对策
运营维护
阐述某跨海悬索桥的运营维护 工作内容，包括日常检查、定
期维修、特殊检测等。
对策措施
介绍针对上述问题采取的对策 措施，如防腐涂层维护、桥面 修复技术、排水系统清理等。
施工图设计：根据优化后的设计方案，进行详细的施工图 设计，包括各构件的尺寸、配筋、材料等方面的详细规定 。
03
CATALOGUE
悬索桥的构造与施工技术
悬索桥的主缆构造与施工
主缆构造
悬索桥的主缆是承受桥梁荷载的主要构件，通常由高强度钢丝或钢绞线组成。主缆的截面形状一般为圆形或扁平 形，其截面面积和形状需根据桥梁跨度、荷载等条件进行优化设计。
扭转振动：悬索桥在横向风荷载作用 下可能产生扭转振动，设计中需采取 措施减小其振幅和频率。
风致振动：大跨度悬索桥对风荷载敏 感，可能发生涡激共振、颤振等风致 振动现象，需进行风洞试验以评估桥 梁抗风性能。
悬索桥的设计方法与流程
悬索桥设计方法与流程涉及桥梁设计的整个过程，包括初 步设计、详细设计和施工图设计等阶段。以下是主要步骤
大跨度悬索桥的发展历史与研究前沿
大跨度悬索桥的发展历史与研究前沿
摘要：随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。
洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度，特大跨度或超长跨度桥梁。
悬索桥经历了近两百年的发展，已成为超大跨度桥梁的最优选择桥型之一。
概括总结了悬索桥的发展历史，以及当面的研究前沿问题：抗震，抗风以及健康监测技术。
关键词：悬索桥，发展历史，抗震，抗风，健康监测
1.引言
随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。
洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度，特大跨度或超长跨度桥梁[1]。
我国渤海海峡跨海工程、长江口越江工程、珠江口伶仃洋工程以及琼州海峡工程，为了避免深水基础施工的困难和高昂的造价，满足超级巨轮通航要求，需要修建1000m以上甚至2000m以上的超大跨度桥梁[2]。
作为后本四联络线的架桥设计，日本计划在东京湾、纪淡海峡、伊势湾等地进行横跨海峡的设计，其规模是超越Akashi-kaikyoBridge的超大跨度桥梁。
欧洲和非洲之间隔着地中海，其西部最窄处为直布罗陀海峡，从西班牙到摩洛哥，修建一座大桥，把两大陆连接起来是很有必要的[3]。
悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，从学术研究来说，大跨度悬索桥的研究是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一。
2.悬索桥结构特性及发展阶段。
大跨度悬索桥的发展历史与研究
大跨度悬索桥的发展历史与研究大跨度悬索桥的发展历史与研究大跨度悬索桥的发展历史与研究1.引言随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。
洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度，特大跨度或超长跨度桥梁[1]。
我国渤海海峡跨海工程、长江口越江工程、珠江口伶仃洋工程以及琼州海峡工程，为了避免深水基础施工的困难和高昂的造价，满足超级巨第一文库网轮通航要求，需要修建1000m 以上甚至2000m以上的超大跨度桥梁[2]。
作为后本四联络线的架桥设计，日本计划在东京湾、纪淡海峡、伊势湾等地进行横跨海峡的设计，其规模是超越Akashi-kaikyoBridge的超大跨度桥梁。
欧洲和非洲之间隔着地中海，其西部最窄处为直布罗陀海峡，从西班牙到摩洛哥，修建一座大桥，把两大陆连接起来是很有必要的[3]。
悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，从学术研究来说，大跨度悬索桥的研究是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一。
2.悬索桥结构特性及发展阶段悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要由大缆、桥塔、锚碇、加劲梁和吊索组成。
构造简单，受力明确。
由于其主要构件大缆承受拉力，材料利用效率最高。
因此悬索桥是目前跨度超过1000m 时最优可选桥型之一，并且认为在600m以上的跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力。
悬索桥的发展具有几个重要里程碑：(1)弹性理论的建立与BrooklynBridge的建成。
(2)挠度理论的建立，GeorgeWashingtonBridge的建成以及人们对大跨悬索桥重力刚度的认识。
(3)TacomaNarrowsBridge风毁事件，桥梁风工程学科的建立。
(4)SevernBridge的建成，流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板的广泛应用。
(5)有限元技术的发展，大跨度悬索桥有限位移理论的建立。
2.1悬索桥弹性理论1883年跨越纽约东河的BrooklynBridge建成通车，设计者是天才的桥梁设计师JohnARoebling。
悬索桥的发展概况
西南交大2010级硕士 研究生
桥面支承在悬索（通常称大揽）上的桥称为悬索桥。 英文为Suspension Bridge，是“悬挂的桥梁”之 意，故也有译作“吊桥”的。“吊桥”的悬挂系统 大部分情况下用“索”做成，故译作“悬索桥”。 和拱肋相反，悬索的截面只承受拉力。 简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺 在悬索上。通行现代交通工具的悬索桥则不行，为 了保持桥面具有一定的平直度，是将桥面用吊索挂 在悬索上。 和拱桥不同的是，作为承重结构的拱肋是刚性的， 而作为承重结构的悬索则是柔性的。
塞文桥
1966年建成 305+988+305（m）
塞文桥的建成是悬索桥发展中的一个突破，也 是英式悬索桥的开始。 首次采用扁平钢箱梁作为加劲梁； 采用斜吊索，目的是提高阻尼。
1973年建成 主跨1074m 斜吊索
1988年建成 主跨1090m 竖直吊索
恒比尔河桥
建成时间：1981年 跨 度：280+1410+530（m） 桥 塔：混凝土桥塔 加 劲 梁：扁平钢箱梁 吊 索：斜吊索
一、特点
悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型,主要由 大缆、桥塔、锚碇、加劲梁和吊索组成。 由于其主要构件大缆承受拉力, 材料利用效率最高, 更由于近代悬索桥的主缆采用高强钢丝，使其能比 其他形式的桥梁更加经济合理。因此悬索桥是目前 跨度超过1000m 时最优可选桥型之一, 并且认为在 600m以上的跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力。 悬索桥的跨越能力大、抗震性能好、桥型美观，已 越来越成为特大跨度桥梁的首选桥型。 由于悬索桥是柔性结构，对风荷载激励非常敏感， 对悬索桥（特别是大跨悬索桥），空气动力稳定性 往往成为设计的主要控制因素。
悬索桥
1 历史的回顾悬索桥是目前跨越能力最强的桥型，900m以上跨度的桥梁都是悬索桥。
中国是悬索桥的故乡，迄今至少3000年的历史。
在四川省远在公元前250年蜀太守李冰在四川都江堰上建成的朱索桥跨越河流宽度达320m。
据记载我国唐代中期就从藤索、竹索发展到用铁链建造悬索桥，而西方在16世纪才开始建造铁链悬索桥，比我国晚了近千年。
最著名的四川大渡河上的铁索桥, 跨径达104 m，宽约2.8m，建于清康熙45年(公元1696年)，45年后才在英国出现一座跨径仅21.34 m的铁索桥。
现代悬索桥随着西方产业革命的进展，早在19世纪就开始建设了，最著名当数英国于1826年建成的门纳衣（Menai）桥，跨径176 m。
真正用钢丝作为主缆的悬索桥，是1834年在瑞士弗里堡建成的跨径达273 m 的大吊桥。
到19世纪中叶以后, 美国成为悬索桥的中心。
天才的桥梁工程师罗勃林（J. Roebling）建成多座有名的悬索桥，其中最著名的是1883年在纽约东河上建成的布洛克林（Brooklyn）桥，跨径达到486m，这就是19世纪世界上最大跨径的悬索桥。
2 悬索桥的组成悬索桥是以悬索桥，又名吊（suspension bridge）指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。
其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。
悬索桥由桥塔（包括基础）、主缆（也称大缆）、加劲梁、锚啶、吊索（也称吊杆）、鞍座及桥面结构等几部分组成。
图一悬索桥3 悬索桥的基本类型3.1 按主缆的锚固形式分类悬索桥按主缆的锚固形式分有地锚式和自锚式两类。
绝大多数悬索桥，特别是大跨径的悬索桥，都采用地锚式锚固主缆，即主缆的拉力由桥两端部的重力式锚啶或隧道式锚啶传递给地基。
因此在锚啶处一般要求地基具有较大的承载力，最好有良好的岩层作持力地基。
悬索桥有时也可以采用自锚的形式锚固主缆，而不需要单独设置锚啶。
自锚式悬索桥的主缆拉力直接传递给它的加劲梁来承受。
悬索桥发展史
悬索桥发展史悬索桥1、什么是悬索桥悬索桥，又名吊桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。
其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。
从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小荷载所引起的挠度变形。
2、受力特点悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。
由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细，此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。
假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成一个抛物线。
这样计算悬索桥的过程就变得非常简单了。
老的悬索桥的悬索一般是铁链或联在一起的铁棍。
现代的悬索一般是多股的高强钢丝。
悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。
悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。
由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000 米以上。
悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。
按照桥面系的刚度大小，悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索桥。
柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁，因而刚度较小，在车辆荷载作用下，桥面将随悬索形状的改变而产生S 形的变形，对行车不利，但它的构造简单，一般用作临时性桥梁。
刚性悬索桥的桥面用加劲梁加强，刚度较大。
加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。
除以上形式外，为增强悬索桥刚度，还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥等形式，但构造较复杂。
桥面铺在刚性梁上，刚性梁吊在悬索上。
现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上。
塔顶设有支承悬索的鞍形支座。
承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中，也有个别固定在刚性梁的端部者，称为自锚式悬索桥。
相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。
悬索桥的历史与发展及实例分析
5.索夹、吊索、鞍座
• 为保证传力途径安全可靠，需在大缆上安装索夹。
吊耳
桥梁工程
• 传统吊索都是垂直的，但从英国的塞文桥开始使 用斜吊索.目的是为了提高大跨度悬索桥振动时的 结构阻尼值。
• 鞍座是设在塔顶及桥台上直接支承大缆荷载传递 给塔及桥台的装置。设在塔顶的叫主鞍。
桥梁工程
桥梁工程
桥梁工程
一、悬索桥总体布置和构造特点
1.大缆 大缆的两种形式：
钢丝绳 平行钢丝束
小跨度 各种跨度
其架设方法分为空中送丝法和预制平行 丝股法。
桥梁工程Байду номын сангаас
• 空中送丝法（AS法)：在施工现场通过移动的 纺轮在空中编丝而成。
• 预制平行丝股法（PS法）：预先在工厂按规 定的钢丝根数及长度制作成丝股，并做好锚头， 绕在丝股盘上，然后运到现场通过牵引系统架 设到设计位置。
桥梁工程
平行钢丝束
• 索力大，钢丝数目多，钢丝多采用Φ5mm左右的镀 锌冷拔低碳钢丝。
• 由平行钢丝组成丝股，再由若干丝股组成大缆， 各丝股受力较均匀。
六边形
桥梁工程
圆形
• 优点：
（1）主跨在500m以上时，工费比其他形式便宜； （2）大缆的弹性模量大，一般与单根钢丝相当； （3）大缆的延伸率小； （4）大缆截面内的应力分布非常均匀； （5）单位有效截面积的拉力强度最大，疲劳强度高；
桥梁工程
桥梁工程
桥梁工程
桥梁工程
桥梁工程
第二节 悬索桥的历史与发展
1.60年代以前在美国的发展
布鲁克林桥:1.花岗岩砌筑的塔柱；2.从锻铁到现代钢材、 钢丝 3.设计主要凭经验；4.纽约的象征。 曼哈顿桥：在内力分析中，第一次采用考虑非线性的“挠 度理论”（指在内力分析中把大缆因变形所致的挠度考虑 进去）做实桥设计，从而认识到降低梁高可使梁所受弯矩 减少。
大跨度桥梁的发展趋势
大跨度桥梁的发展趋势综观大跨径桥梁的发展趋势，可以看到世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。
就中国来说，国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及琼州海峡工程。
其中难度最大的有渤海湾跨海工程，海峡宽57公里，建成后将成为世界上最长的桥梁；琼州海峡跨海工程，海峡宽20公里，水深40米，海床以下130米深未见基岩，常年受到台风、海浪频繁袭击。
此外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。
在世界上，正在建设的著名大桥有土耳其伊兹米特海湾大桥（悬索桥，主跨1668米）、希腊里海安蒂雷翁桥（多跨斜拉桥，主跨286+3×560+286米）；已获批准修建的意大利与西西里岛之间墨西拿海峡大桥，主跨3300米悬索桥，其使用寿命均按200年标准设计，主塔高376米，桥面宽60米，主缆直径米，估计造价45亿美元。
在西班牙与摩洛哥之间，跨直布罗陀海峡也提出了一个修建大跨度悬索桥的方案，其中包含2个5000米的连续中跨及2个2000米的边跨，基础深度约300米。
另一个方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉桥，其基础深度约300米，较高的一个塔高达1250米，较低的一个塔高达850米。
这个方案需要高级复合材料才能修建，而不是当今桥梁用的钢和混凝土。
大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展：研究大跨度桥梁在气动、地震和行车动力作用下其结构的安全和稳定性，拟将截面做成适应气动要求的各种流线型加劲梁，以增大特大跨度桥梁的刚度；采用以斜缆为主的空间网状承重体系；采用悬索加斜拉的混合体系；采用轻型而刚度大的复合材料做加劲梁，采用自重轻、强度高的碳纤维材料做主缆。
新材料的开发和应用：新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点，研究超高强硅粉和聚合物混凝土、高强双相钢丝纤维增强混凝土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁用的钢和混凝土。
在设计阶段采用高度发展的计算机：计算机作为辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。
悬索桥的优势及发展史
No.2舟山西堠门大桥， 主跨1650米，中国，建成时间：2009年
舟山西堠门大桥是继金塘大桥之后宁波往舟 山方向的第二座跨海大桥，也是舟山大陆连岛 工程技术难度最大的特大跨海桥。项目全长 5452米，大桥长 2588米，是两跨连续钢箱梁悬 索桥，连接册子岛和金塘岛，主跨1650米，是 世界上跨径最大的钢箱梁悬索桥，也是跨径世 界第二、国内第一特大桥梁， 设计通航等级3
（1）采用连续桁梁，并与主缆固结 （2）英国多采用梭状扁平钢箱梁 （3）采用混凝土桥塔 （4）部分采用斜吊索（英国为代表）
悬索桥发展史
日本悬索桥的发展
20世纪70年代日本就开始修建大跨度悬索桥，在其后 的20年间，日本修建的大跨度悬索桥近十座，其中以1998 年的明石海峡大桥（跨度1990m），创造了桥梁跨度的世 界之最。
工作原理： 悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。由于 塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细， 此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。假如在计算时忽视 悬索的重量的话，那么悬索形成一个抛物线。这样计算悬 索桥的过程就变得非常简单了。老的悬索桥的悬索一般是 铁链或联在一起的铁棍。现代的悬索一般是多股的高强钢 丝。
No.1明石海峡大桥,主第跨二19部91分米，：日世本界，建十成大时悬间：索19桥98年
明石海峡大桥是连接日本神户和淡路岛之间跨海公路大 桥，它跨越明石海峡，是目前世界上跨距最大的桥梁及悬 索桥，桥墩跨距1991米，宽35米，两边跨距各为 960米， 桥身呈淡藍色。明石海峡大桥拥有世界第三高的桥塔，高 达298.3米，全桥总長3911米。大桥耗资5000多亿日元， 于 1998年4月建成通车，其间经历了1995年1月17日的阪 神大地震的考验。阪神大地震的震中虽然距桥址仅4公里 ，但大桥安然无恙，只是南岸的岸墩和锚 锭装置发生了 轻微位移，使大桥的长度增加了约1米（大桥原设计长度 为3910米，主跨距1990米）。桥面6车道，设计时速100公 里，可承受芮氏規模 8.5強震和百年一遇的80米／秒强烈 台风袭击。由于明石海峡大桥的建成，再加上原有的连接 淡路岛和四国的大鸣门大桥，本州与四国在陆路上连为一 体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大跨度悬索桥的发展历史与研究
1.引言
随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。
洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度，特大跨度或超长跨度桥梁[1]。
我国渤海海峡跨海工程、长江口越江工程、珠江口伶仃洋工程以及琼州海峡工程，为了避免深水基础施工的困难和高昂的造价，满足超级巨轮通航要求，需要修建1000m以上甚至2000m以上的超大跨度桥梁[2]。
作为后本四联络线的架桥设计，日本计划在东京湾、纪淡海峡、伊势湾等地进行横跨海峡的设计，其规模是超越Akashi-kaikyoBridge的超大跨度桥梁。
欧洲和非洲之间隔着地中海，其西部最窄处为直布罗陀海峡，从西班牙到摩洛哥，修建一座大桥，把两大陆连接起来是很有必要的[3]。
悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，从学术研究来说，大跨度悬索桥的研究是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一。
2.悬索桥结构特性及发展阶段
悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要由大缆、桥塔、锚碇、加劲梁和吊索组成。
构造简单，受力明确。
由于其主要构件大缆承受拉力，材料利用效率最高。
因此悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，并且认为在600m以上的跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力。
悬索桥的发展具有几个重要里程碑：(1)弹性理论的建立与BrooklynBridge的建成。
(2)挠度理论的建立，GeorgeWashingtonBridge的建成以及人们对大跨悬索桥重力刚度的认识。
(3)TacomaNarrowsBridge风毁事件，桥梁风工程学科的建立。
(4)SevernBridge的建成，流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板的广泛应用。
(5)有限元技术的发展，大跨度悬索桥有限位移理论的建立。
2.1悬索桥弹性理论
1883年跨越纽约东河的BrooklynBridge建成通车，设计者是天才的桥梁设计师JohnARoebling。
由于高强碳素钢丝的使用和空中送丝法(aerialspinning)大缆施工技术的确立，该桥的跨度一下提高到486m。
这两项技术是现代悬索桥发展的基础，所以BrooklynBridge 被大家公认为世界上第一座现代悬索桥。
1903年建成的WilliamsburgBridge，分跨284m+488m+284m，规模与BrooklynBridge相当，当时的计算理论为弹性理论。
2.2悬索桥挠度理论
1888年，奥地利的Melan教授提出了适用拱桥和悬索桥一类结构的挠度理论，并于1906年做了进一步的改进。
以后由Steinman和Timoshenko等对挠度理论予以发展，立即促进了悬索桥的长大化，使得悬索桥的跨度一下子突破了1000m大关。
纽约GeorgeWashingtonBridge 作为世界上第一座真正意义上的大跨悬索桥，分跨186m+1067m+198m。
该桥的设计者第一次认识到了大跨悬索桥重力刚度概念，并用这一概念来订正“挠度理论”的分析结果。
2.3TacomaNarrowsBridge风毁事件与桥梁风工程学科的建立
1940年7月1日，由L．Moissief设计的位于美国华盛顿州主跨853m的TacomaNarrowsBridge建成通车，为了达到节省目的，设计者采用高度很小的板梁作为加劲梁，该桥的跨度与梁高之比为350，而在这以前对于这样的跨度规模，其跨高比为70。
1940年11月7日，在19m／s的八级大风作用下发生强烈的风致振动，导致全桥倒塌。
这一事
故震惊了桥梁工程界。
在调查这一事故的过程中，人们发现，自1818年起，至少已有11座桥梁毁于风害。
然而遗憾的是在长达150年的时间里，工程师只是认识到了风的静力作用。
TacomaNarrowsBridge的风毁开始了土木工程界考虑桥梁风致振动的新时期，并形成了一门新的边缘学科一风工程学。
2.4SevernBridge与流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板
20世纪50年代，英国为指导SevernBridge和FonhRoadBridge的抗风设计，由Scruton 等进行了系列的风洞试验。
他们试验了带悬臂的六角形扁平钢箱梁，结果大获成功。
这就使得SevernBridge在抗风设计方法上与过去迥然不同，该桥具有以下的优点：扁平钢箱梁接近流线型断面，其绕流状况较其他钝形截面有较大的改善，而且在静态方面因其对风的阻力系数很小，梁高较低，导致其静风荷载显著减小；梁的抗扭刚度大，使得全桥扭转基频提高，对提高颤振临界风速非常有利；采用了正交异性板技术，一方面作为钢箱梁的顶板，同时又作为桥面系。
2.5有限元技术与悬索桥有限位移理论
计算机和有限元理论的飞速发展，为大跨悬索桥的理论分析提供了强有力的工具。
有限位移理论逐步发展完善，摒弃了挠度理论的过多的假定条件，使计算模型更加接近真实结构，计算结果更加真实地反应实际情况。
3.大跨度悬索桥研究前沿
3.1大跨度悬索桥抗震研究
我国是世界上的多地震国家之一，随经济建设和城市化进程的进展，城市抗震防灾日趋重要[4]。
大跨度悬索桥投资大，且作为交通工程的枢纽，其抗震设计与研究则是重中之重。
对于大跨度悬索桥,其抗震研究的前沿问题主要有：
（1）多点激励：大跨度桥梁的各支撑点可能位于显著不同的场地上,导致各支撑处输入地震波的不同,因此,在地震反应分析中就要考虑多支撑不同激励。
（2）行波效应：由于地震波速是有限值,当支座间距离很大时,必须考虑其到达各支座的时间不同。
（3）合理的地震动输入：同一桥梁对不同地震动输入有不同的地震反应，桥梁设计中究竟取怎样的地震动输入将起决定作用，合理的地震动输入至少应是桥址区的可能地震动，所以地震动记录以及地区地震危险性分析研究变得相当重要。
（4）地基-土相互作用：地基与土的相互作用主要体现在两个方面，即地基运动的改变和结构动力特性的改变。
为得到较为符合实际情况的桥梁基频和桥梁控制截面的内力就必须考虑地基与土的相互作用。
（5）桥梁结构的各种减隔震，地震动控制的研究，目前国内外这一领域的研究非常活跃，各种减隔震装置的应用效果，各种控制算法均得到了广泛的关注。
（6）强地震作用下结构的物理和几何非线性分析研究。
3.2大跨度悬索桥抗风研究
1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的塔科马(Tacoma)悬索桥在不到20m／s的8级大风作用下发生强烈的风致振动--反对称扭转振动，而导致桥面折断和桥梁坍塌，这才开始了以风致振动为重点的桥梁抗风研究[5]。
抗风研究的前沿问题主要有：
(1)风振机理研究：颤振发散的微观机制、拉索风雨激振的机制以及能有效抑制风致振动的气动措施及其机理。
(2)风振理论的精细化：通过典型工程的案例研究加以对比和验证，对现行的抖振和涡
振分析理论进行精细化的改进，甚至建立新的理论和方法。
(3)概率性评价方法：在世界桥梁设计规范已经向基于可靠度理论方向过渡的形势下，应尽快改变中国抗风设计规范仍采用基于经验安全系数的确定性方法来进行各类风振安全检验的局面。
(4)CFD技术和数值风洞：随着计算流体动力学理论的进步，数值模拟方法将在抗风设计中发挥愈来愈大的作用，数值风洞新技术应提到议事日程。
(5)桥梁等效风荷载：目前规范中规定的风荷载计算方法仍是近似的，应当通过对实桥监测或全桥模型试验或者通过数值模拟等途径提高风载荷计算的精度和可靠性。
3.3大跨度悬索桥健康监测技术
在特大跨度桥梁运营阶段桥梁结构本身如何避免突发性损伤和积累性损伤带来的灾害性后果成为近期工程技术界所广泛研究的内容。
良好的检查养护、结构应力、变形等内在状态的监控调整，不仅可使桥梁结构在其运营期内处于健康状态，而且还可降低维修成本、延长使用寿命。
大跨度桥梁健康监测系统的研究涉及测试、分析和决策等多个学科。
其理论核心为基于振动的损伤识别技术。
理论上，这一概念可用于对桥梁结构损伤与老化的诊断，但距离实用性的系统目标尚有很大的差距。
最基本的问题在于以目前的测试水准，仅能较准确测量结构的低频响应，而低频响应多为结构的整体模态，对整体响应贡献小的局部，即使在整体模态中有所反映，但由于量值过小，往往也容易淹没在噪声/误差和不确定因素引起的扰动之中，故除非出现非常精确的测试技术或结构产生严重的损伤才可能对局部损伤进行诊断。
实际上不同类型、部位的结构损伤对结构各阶模态的影响程度有极大的不同。
寻找特定结构形式不同损伤对其动力模态的敏感因素，并尽可能排除噪声对结果判断的影响，有可能在一定程度上推进此技术的实用化过程[6]。
推动健康监测技术在实践中真正的应用，基本实现大型桥梁健康监测，长期/定时，自动，经济，不妨碍交通的要求，尚有许多问题有待研究。
然而此项技术的最终成功应用，其在结构安全/可靠，延长结构使用寿命和科学探索等方面将产生重大的技术变革。
4.结语
21世纪建设海峡工程，沟通全球交通，在20世纪初就是桥梁界的梦想。
随着世界经济全球化步伐的加快，桥梁沟通全球交通的梦想在21世纪将会实现。