悬索桥的发展概况

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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。


布鲁克林大桥
时间:公元1869年至1883年 建筑类型:吊桥 总长度:1825 m 主跨:488m 最大宽度:26 m 离水面距离:41 m 建筑材料:钢索、石桥墩
大桥除了具 有缆索体系 之外,还配 有若干加强 用的斜拉索, 是当时世界 上最长的桥 梁,也是全 世界第一座 斜拉式钢索 吊桥。
英国率先用锻铁铁链作为主缆修建悬索桥,后来渐渐 由锻铁丝代替。 悬索桥的设计多根据实际经验,很少根据理论,对材 料进行了一些试验研究,的出了一些理论总结:如纳维 尔在研究中考虑悬索桥的动力作用,并取得“稳定性随 桥的重量与跨长而增加”的结论;泰尔夫对金属丝做了 很多试验,认为设计容许应力不宜超过极限抗拉强度的 1/3;罗勃林对惠林桥的风毁事故详加研究,对空气动 力学获得了一定理解等。 开始采用“空中纺丝法”架设悬索桥的主缆,这对大 跨悬索桥的修建起了决定性的作用。 这一时期的很多悬索桥除了具有缆索体系之外,还配 有若干加强用的斜拉索。
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。

日本的悬索桥建设在20世纪80年代 为高峰期,以本四连络桥为代表, 1983年在尾道-今治线上建成主跨 770m的因岛大桥和1985年建成的主 跨560m大岛大桥;1985年建成的主 跨876m的大鸣桥位于神户―鸣门线 上;儿岛-坂出线上,1988年建成 了主跨940m的下津井大桥,主跨 1100m的南备赞大桥和主跨990m的 北备赞大桥。日本在1998年建成了 世界最大跨度的明石海峡大桥(主 跨1991米)。从1000米到近2000米, 这是一个重大突破,是世界悬索桥 建设史上的又一座丰碑。
古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
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。


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: 1810年腾普莱曼(J.Templeman)建一铁链桥,跨度74.3m。此时,美国 已建了多座铁链悬索桥。 在英国,也建了 许多铁链悬索桥,如由泰尔夫建于1820—1826年,跨 径174m的威尔士—梅莱峡悬索桥。 在法国,从1823年到1870年,共建了500多座悬索桥。其中,最具代 表性的 为1834年建成的弗赖堡桥,跨径265m,直至19世纪末,它任 为欧洲最大跨径桥梁。 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”。
美国悬索桥的发展将近100年时间,在技术上日趋完善,为悬 索桥发展铺平了道路。许多国家修建的大跨的悬索桥基本上都 受美国悬索桥的影响,在风格上都是一致的。一般而言,其所 建悬索桥有以下特点: 决大部分为三跨地锚式; 主塔采用钢结构; 钢结构采用铆接或栓接; 桥面上、下游侧各有一竖直的索平面; 主缆都采用空中编缆法架设; 采用竖直吊索; 绝大部分加劲梁采用桁架形式; 加劲梁是非连续的,在主塔处设有伸缩缝; 采用钢筋混凝土桥面。
日本因岛桥
主跨770m 主缆采用预制 平行钢丝 三跨连续钢桁 梁
大鸣门桥
主跨876m 三跨两铰加劲 桁梁悬索桥
大 贝 尔 特 桥
主跨1624m
上部结构采用流线型钢箱梁,连续箱 梁和索塔间未设竖向支座,从而提高 了桥梁通行性能同时也降低了后期养 护的工作量。箱梁在跨中与主缆相连, 为了抑制结构位移,梁端还设有油压 阻尼器。

加劲梁采用流线型扁平钢箱梁; 曾采用斜吊索,因斜吊索出现了一些疲劳等损坏,还在 探讨中; 采用混凝土桥塔; 采用连续加劲梁; 有些采用主缆与加劲梁在跨中中点固结的连接方式; 钢结构用焊接代替栓接和铆接。


美国悬索桥的发展将近100年时间,在技术上日趋完善,为悬 索桥发展铺平了道路。许多国家修建的大跨的悬索桥基本上都 受美国悬索桥的影响,在风格上都是一致的。一般而言,其所 建悬索桥有以下特点: 决大部分为三跨地锚式; 主塔采用钢结构; 钢结构采用铆接或栓接; 桥面上、下游侧各有一竖直的索平面; 主缆都采用空中编缆法架设; 采用竖直吊索; 绝大部分加劲梁采用桁架形式; 加劲梁是非连续的,在主塔处设有伸缩缝; 采用钢筋混凝土桥面。

建成时间:1909年 跨 度: 221+448+221(m) 加 劲 梁: 钢桁梁 桥 塔: 钢塔 桥的设 计为两 层道路, 上层有 双向共4 条线道, 下层包 括双向 可转换3 线道、4 条地铁 路线、 人行道、 自行车 道。
曼 哈 顿 桥
本杰明—富兰克林桥 (Benjamin Franklin Bridge),又叫特拉华 河大桥(Delaware River Bridge)
不朽的结构不但取决于其建造施工的质量,同时也取决于 工程师对传统结构形式的突破创新和对新型材料性能的充 分了解和运用。早期工程师在悬索桥设计、架设上的不懈 努力为后来大跨悬索桥建设积累了丰富的经验,他们的创 新精神和光辉成就今天任然值得纪念!
后期(1871年至今) 国外悬索桥后期的可概括为自布鲁克林 桥至今。这期间,悬索桥的跨度、规模和 材料、技术,都有很大发展。美国、英国 和日本是世界上三个悬索桥大国,分别代 表了不同时期悬索桥建设上的最高水平。
古代悬索桥
悬 索 桥 的 发 展
前期(1801——1870) 国外 近现代悬索桥 后期(1871年至今) 近代(1858——1949 )
国内
现代(1949至今) 悬索桥的展望
•古代悬索桥


悬索桥的历史是古老的。早期热带原始人利用森林中的藤、竹、 树茎做成悬式桥以渡小溪,使用的悬索有竖直的,斜拉的,或 者两者混合的。婆罗洲、老挝、爪哇原始藤竹桥,都是早期悬 索桥的雏形。 ﹗ 我国悬索桥发源最早,有文字记载的悬索桥雏形已有3000余年 历史, 直到今天,仍在影响着世界吊桥形式的发展。在我国四 川境内,远在公元前250年就有李冰所建的人行“笮桥”;汉宣 帝甘露四年建的百米铁索桥,比欧洲铁链悬索桥早1800多年; 建于汉代的还有云南澜沧江兰津(霁虹)桥;四川岷江上的安 澜桥,建于唐、宋代,最大跨径60m,全长330m ,宽3m ,木 板桥面,1975年仿原式将竹索改钢索,木塔墩改钢筋混凝土墩; 1631年建的贵州北盘江桥,跨径120m,宽3m,底链30根。
坦卡维尔桥
( Tancariville Bridge ) 1959年建成 主跨:608m
本桥与过去的悬索桥相比,具有许多新特点: 采用连续加劲梁,在塔墩处不舍伸缩缝 将主缆与加劲梁在主跨跨中点固结 采用混凝土桥塔
福 斯 公 路 桥
1964年建成 跨度布置:408+1006+408(m) 钢桥塔采用有加劲肋条焊接而成,可减少用钢量 桥面采用正交异形板,可减轻恒载
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
欧洲建造悬索桥的历史较早。19世纪中叶以 前,英国和法国修建悬索桥的技术较为领先, 曾经修建了大量中小跨度的悬索桥。但19世 纪50年代开始,英国和法国大力发展铁路, 当时的悬索桥不适用,所以大跨度悬索桥发 展不多。直到20世纪60年代,欧洲才开始了 大跨悬索桥的建设。
欧洲最早的大跨度悬索桥是1959年法国建成 的主跨为608m的坦卡维尔桥(Tancariville Bridge)。首次采用钢箱梁与斜吊索的悬索 桥是英国在1966年建成的主跨988m的塞文桥 (Severn),开创了悬索桥建设的另一流派。
麦基诺海峡大桥
1957年建成 549+1158+549(m) 钢桥塔 钢桁架劲梁:20.7×11.7(m)
维拉扎诺大桥
1964年建成 主跨1298m 桥梁共4根主缆,Βιβλιοθήκη Baidu侧各2根 多室箱型钢桥塔 钢桁架劲梁

从横跨纽约港的维拉扎诺大桥桥塔上俯视


乔治· 华盛顿桥
1937年 主跨1067m(第一座跨度过千米 的桥梁) 铆接钢桥塔,塔高167m 钢桁加劲梁 4根主缆分成左、右两对
旧金山—奥克兰海湾桥西桥
本桥于1933年 5月开工,1936年 11月竣工。它由 两座相互衔接的 悬索桥组成,中 跨都为705m,边 跨354m。两个桥 跨结构在中央互 相连接在巨大的 中间锚碇上。两 座悬索桥共有钢 桥塔四座,两边 桥塔高度126.4m, 中间桥塔高度 138.5m,加劲梁 为双层桥面系的 钢桁架梁。
建成时间:1926年 跨度:218+533+218(m) 加劲梁:钢桁梁
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。
塔克马大桥风毁照片
1940年秋,刚建成四个月的塔科马悬索桥在18m/s的风荷载作用下发生强烈的 风致振动而破坏。
正是由于塔科马老桥的事故,美国的悬索桥建造的 步子放慢了,但这一事故也引起了工程师对悬索桥抗 风问题的高度重视,促使人们对悬索桥抗风问题进行 深入细致的研究,也促成了风洞试验的兴起。 50年代,美国在克服了悬索桥抗风问题后,再度致 力于大跨度悬索桥的修建。在吸取老塔科马桥的痛苦 教训的同时,美国还对既有悬索桥的抗风性能进行了 评估和加固。 到了60年代,美国又迎来了悬索桥建设的第二次高 峰。
金门大桥
1937年建成 主跨1280m
金门大桥的造型绝美,以纯钢索打造,桥墩有六十五层楼高,外观却轻灵飘逸,丝 毫不显笨重。它无论在什么季节都有独特的美感:阳光普照时,全桥清晰可见,如 同一弯朱色长虹,悬挂在碧蓝的海上;起雾时,大桥在雾气氤氲中若隐若现。
20世纪40年代, 悬索桥发展史上的挫折——塔科马老桥的风毁。
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