悬索桥的总体设计(1)
人行悬索桥设计浅谈
71第1卷 第7期产业科技创新 2019，1（7）：71~72Industrial Technology Innovation 人行悬索桥设计浅谈常 佳（河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450015）摘要：鉴于目前景区人行悬索桥流行及大范围的建设，文章综合介绍了人行悬索桥的总体设计及计算要点，并对人行悬索桥桥塔、锚碇、主缆、索夹、索鞍等的构造和计算做了总体分析。
关键词：人行；悬索桥；总体设计；设计流程中图分类号：U448.25 文献标志码：A 文章编号：2096-6164（2019）07-0071-02悬索桥是通过索塔悬挂并锚固于两岸（桥两端）的缆索作为上部主要承重构件的桥梁。
悬索桥作为桥梁类型的一个分支，尤其优点明显，跨越（公路，不良地质段，河流）能力大，施工速度快，造价低。
随着景区旅游蓬勃发展，景区人行悬索桥成为了能够适应复杂地形，施工迅速，投资回报高的娱乐项目。
悬索桥结构总体论述：图1 悬索桥立面构造图由图1可知，人行悬索桥总体结构主要构成为：桥塔、锚碇、主索、索夹、吊杆基础等。
在进行设计之前，必须搞清楚所在地的基本气象、水文、地质条件，并根据安全施工及运营的要求，获得设计所需的各种数据。
人行悬索桥总体设计细分为如下：材料设计、荷载作用设计、桥塔设计、锚碇设计、主缆设计、吊索设计、索夹设计、索鞍设计、桥面系设计、支座及伸缩缝设计、结构防护设计、抗风设计。
1 人行悬索桥主要构成部分桥梁主缆是整个结构体系的主要承重构件，承担了全桥的所有动载及静载；桥塔为桥梁抵抗竖向荷载的主要承重构件。
主要承担主索传递下来的竖向力及水平风力、地震力；吊索是将桥面加劲梁、外荷载传递到主缆的传力构件，是联系加劲梁和主缆的纽带，主要受拉；锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆的索力传递给地基；桥塔基础和锚碇基础是将竖向力及弯矩传递给地基的载体。
2 人行悬索桥的设计参数，设计参数选择人行悬索桥设计要根据桥位所在的地质条件，在满足基本荷载及安全的前提下，科学和经济的设计恒载（包含桥面、主缆、吊杆、加劲梁和桥面系）。
斜拉桥和悬索桥的总体布置和结构体系
主跨跨径
索 塔 高 度
索面形式（辐射式、竖琴式或扇式） 双塔：H/l2=0.18~0.25
拉索的索距
单塔：H/l2=0.30~0.45
拉索的水平倾角
6
拉索布置
斜拉索横向布置
空间布置形式
单索面
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
7
拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式
拉索间距
早期：稀索
混凝土达 15m~30m 钢斜拉桥达 30m~50m
31
1）斜拉桥施工的理论计算
斜拉桥施工的理论计算方法主要有以下几种：1、倒拆法；2）正算法
倒拆法从斜拉桥成桥状态出发（即理想的恒载状态出发）用与实际施工 步骤相反的顺序，进行逐步倒退计算来获得各施工节段的控制参数，根据 这些参数对施工进行控制与调整，并按正装顺序施工。
正算法是按斜拉桥的施工顺序，依次计算出各施工节段架设时的内力和 位移。并依据一定的计算原则，选定相应的计算参数作为未知变量，通过 求解方程得到相应的控制参数。
1)主梁的边跨和主跨比 2) 主梁端部处理 3) 主梁高度沿跨长的变化
混凝土主梁横截面形式
1）实体双主梁截面；2）板式边主梁截面；3）分 离双箱截面；4）整体箱形截面；5）板式梁截面
双索面钢主梁横截面形式
双主梁、单箱单室钢梁、两个单箱单室钢梁、 多室钢梁和钢桁梁
21
3、主梁构造特点（续）
主要尺寸拟定
混凝土斜拉桥的拉索一般为柔性索，高强钢丝外包的索套仅作为保护材 料，不参加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度对索的受拉性能有影 响，同时索力大小对垂度也有影响。 为了简化计算，在实际计算中索一般采 用一直杆表示，以索的弦长作为杆长。关健 问题是考虑索垂度效应对索的伸长与轴力的 关系影响，这种影响采用修正弹性模量来考 虑。
某钢结构悬索桥施工组织设计方案
某钢结构悬索桥施工组织设计方案一、项目背景及目标这座钢结构悬索桥位于我国某重要交通要道，跨越一条宽阔的河流。
项目目标是确保桥梁的施工质量、安全、环保，同时满足工期要求，为我国交通事业贡献力量。
二、施工总体布局1.施工区域划分：将桥梁分为上下游两幅，分别进行施工。
上下游两幅桥梁之间设置施工通道，方便施工材料及设备的运输。
2.施工顺序：先进行桥梁基础施工，再进行主塔施工，进行悬索系统及桥面施工。
3.施工临时设施：设置临时施工栈桥、临时码头、临时施工平台等，确保施工顺利进行。
三、施工组织及人力资源1.施工队伍：组织专业施工队伍，包括桥梁工程、钢结构、悬索系统等专业人员。
2.人力资源配置：根据施工进度及工程量，合理配置人力资源，确保施工高峰期的人力需求。
3.培训与考核：对施工人员进行专业培训，提高施工技能，定期进行考核，确保施工质量。
四、施工工艺及关键技术1.钢结构制作与安装：采用高精度数控切割技术，确保钢结构部件的尺寸精度。
现场采用大型起重设备进行安装，确保安装精度。
2.悬索系统施工：采用高强度钢丝绳，通过预张拉技术，提高悬索系统的承载能力。
3.桥面施工：采用预制桥面板，现场拼装，减少现场湿作业，提高施工效率。
五、施工安全与环保1.安全管理：建立健全安全生产责任制，对施工现场进行定期安全检查，确保施工安全。
2.环保措施：采用环保型施工材料，减少施工现场的扬尘、噪音污染。
对施工废料进行分类回收，减少对环境的影响。
3.应急预案：针对可能出现的突发事件，制定应急预案，确保施工过程中的安全与环保。
六、施工进度与质量控制1.施工进度：根据工程量及人力资源，制定合理的施工进度计划，确保工程按时完成。
2.质量控制：建立健全质量管理体系，对施工过程进行全程监控，确保施工质量。
3.验收与交付：在施工完成后，进行验收，确保桥梁质量满足设计要求。
验收合格后，交付使用。
通过本项目的施工，我们积累了丰富的钢结构悬索桥施工经验，为我国桥梁建设提供了有力支持。
第九章 悬索桥
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
第三代悬索桥，形成了美式悬索桥体系，主缆采用纺丝法， 加劲梁采用桁架梁，桥塔以钢塔为主。
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
第四代悬索桥，以流线形扁平钢箱为主要特征的英式悬 索桥。
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
9.1.1 悬索桥的受力特点
主缆是结构体系中的主要承重构件，受拉为主； 桥塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，受压为主； 加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构， 主要承受弯曲内力； 吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是 联系加劲梁和主缆的纽带，受拉。 锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。
地锚式悬索桥
斜单杆 主缆与主梁固结
主缆
自锚式悬索桥
§ 9.2 悬索桥的结构组成
9.2.1 锚碇
用来锚固主缆的重要结构，将主缆的拉力传递给地基。 重力式锚碇依靠巨大的自重来抵抗主缆的垂直分力，水 平力由锚碇与地基间的摩擦力或嵌固阻力来承担。 隧道式锚碇将主缆的拉力直接传递给周围的岩石。
重力式锚碇
9.3.1 总体布臵
4、加劲梁的尺寸 加劲梁的尺寸主要是确定加劲梁的高度和宽度。 桁架式 加劲梁
梁高
h=8~14m
高跨比
h：L= 1/70~1/180
箱形 加劲梁
梁高
高宽比
高跨比
h=2.5~4.5m h：B= 1/7~1/11 h：L= 1/300~1/400
抗风稳定性需要
§ 9.4 悬索桥的计算
§ 9.1 悬索桥的受力特点与结构体系
9.1.1 悬索桥的受力特点 静力特性
（3）改变主缆的垂跨比将影响结构的内力，结构体系的刚 度也将随之改变。 减小垂跨比，主缆的拉力将增大，从而起到减小挠度 的作用，即增大体系的刚度。 （4）随着跨径的增大，加劲梁的高跨比应越来越小。 加劲梁的挠度是随着主缆的变形产生的，加劲梁本身 刚度的作用已影响不大，这与其他桥型的主要构件截面积 总是随着桥梁跨径的增加而显著增加不同。
悬索桥设计说明
悬索桥设计说明一、概述本项目为配合XXX工程建设所进行的库区淹没路桥复建工程。
原XXX人行索桥全长约60m ,桥面高程约为1284.0m ,两岸为人行便道。
XX水电站库区蓄水后，正常蓄水位为1335.0m，将淹没原人行索桥。
为保证黔中水利枢纽工程建成后两岸交通的恢复，按照国家有关水库淹没赔偿的〃三原〃原则及有关规定，重建XX县化乐乡夺泥村河边组人行索桥及两岸人行便道。
二、设计技术标准和主要参数1、设计依据(1)《公路工程技术标准》(JTG B01—2003)；(2)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)；(3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)；(4)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024—85)；(5)《钢结构设计规范》(GB50017—2003)；(6)《重要用途钢丝绳》(GB8918—2006)；(7)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)；(8)《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2004)；(10)《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)；(11)《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)；(12)《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG DF40-2003)；2、设计标准(1)人行索道技术标准荷载：人群荷载2.0kN/m2。
桥面宽度：净-2.3m。
合龙温度：15℃。
(2 )人行便道技术标准技术等级：等外公路；计算行车速度：20km/h ；路面宽度：2m ；路面类型：泥结碎石路面。
三、桥梁地质概况1、自然条件(1)气候、水文桥址区属亚热带常绿阔叶林红黄壤带的岩溶高原中山区，年平均气温13〜15℃,年降雨量1000〜1100mm，是贵州热量较低、雨量较多、海拔较高的剥蚀、侵蚀高原山地区。
(2)地形、地貌桥位区为河谷斜坡地形，总体上两侧高中间低，呈〃V”字型，其地面标高1269.20m〜1348.92m,相对高差79.72m,河床标高约为1268.7m。
悬索桥施工方案
2.2.4。
7悬索桥施工方案贵州省遵义至余庆高速公路D线乌江特大桥是一座主跨为650米单跨双铰钢桁梁悬索桥，主缆矢跨比1：10，加劲钢桁梁高6。
5m，主桁吊索横向间距28m，纵向间距10m。
全桥为整体式断面，双向四车道，桥面净宽：2×净11米，桥面净宽24.5m其中主桥宽28.0米，引桥宽24。
5米.2.2.4.7。
1工程测量2.2。
4。
7。
1.1主控制网的复测及加密控制网的建立（1)主控制网的复测根据业主提供的施工控制网,采用全站仪按《工程测量规范》三等三角测量的主要技术要求进行平面控制网复核；采用经纬仪倾角法按《公路勘测规范》二等跨河水准测量进行跨江水准复核；采用精密水准仪按《工程测量规范》二等水准复核。
(2)加密控制网点的建立根据施工需要，确保施工放样精度，按国家三等网和三等水准测量的规范要求进行平面和高程控制网点的加密.分阶段建立施工控制网和施工高等级测量基线，设测量标志桩且进行保护，为了达到精确控制测量的目的，消除仪器对中的随机误差影响，对使用频率较高的控制点建立固定的观测墩，观测棚，设立全站仪强制对中装置.(3)施工加密控制网平差计算采用经国家科学技术鉴定认证的测量平差计算软件进行施工加密控制网严密平差计算，并进行全项精度评定，编写技术总结。
施工加密控制网建立施测成果上报监理工程师、测量中心以及业主,经核查批准后，方可进行施工测量放样定位.2.2。
4.7。
1.2施工测量放样(1）基础施工测量基础施工放样包括：桩基和承台。
用已建控制网点、三维坐标定出各桩位的中心位置，并将其高程引测到桩的钢护筒上,用于桩深的测量。
用同样的方法测出承台的纵横轴线点及承台的轮廓点.(2）索塔施工测量施工中采用三维坐标法与天顶测角法相结合的方案实施索塔的施工测量。
塔柱测量定位：以校核后的承台上的控制点为基准点，用J2经纬仪和检定的钢尺测量，准确地定出下塔柱的位置，精确测定塔中心点的座标和高程，作为塔柱测量基准点并逐步向上传递.塔柱变形观测：对塔柱的施工放样,充分考虑日照与大气温差引起塔柱变形对测量工作的影响，通过变形观测，掌握塔柱在自然条件下的变化规律。
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
大跨度悬索桥猫道设计及施工技术
大跨度悬索桥猫道设计及施工技术1主要技术内容本项技术涉及到悬索桥分离式猫道的设计与施工，主要内容如下：(1)猫道设计猫道结构采用三跨分离的无抗风缆体系。
边跨猫道面距主缆轴线约1.7m，中跨猫道面距主缆轴线约1.6m，猫道宽度为4.0m。
图1 猫道总体布置图猫道由猫道承重索、门架承重索、猫道门架、扶手索、猫道面层、横向通道、锚固体系等组成。
单侧猫道设置6根Φ48mm猫道承重索、6 根Φ20mm 扶手索和2根Φ28mm门架承重索。
猫道索为1960MPa 镀锌钢芯钢丝绳。
猫道面层由两层粗密网格的钢丝网片构成，并设置踏木及横梁。
两条猫道之间每隔150m 左右设置一道横向通道。
每隔50m 设置一道猫道门架。
猫道承重索通过锚固体系锚固在主塔和锚碇上，猫道索分成中跨、两个边跨共三段。
猫道索在架设前，应尽可能地消除非弹性变形，对每根猫道索进行预张拉。
381图2 猫道横断面布置图图3 猫道面层结构示意图(2)猫道架设猫道架设主要是猫道承重绳的架设，横向通道的安装。
江津中渡长江大桥猫道承重绳的架设，两边跨采取卷扬机直接法架设，中跨采取托架间接法架设。
在猫道架设过程中，为了不使主塔因不对称受力产生过大的变形，应以基本对称的原则进行猫道架设。
1)边跨猫道承重索架设分别利用上、下游侧的牵引系统直接拽拉猫道绳。
边跨猫道承重绳架设之前，382、精确下料、铸锚的猫道承重绳先将已进行预拉（预拉力为猫道索破坏力的一半）索盘放在索盘架上。
从设置在塔顶门架上10T 卷扬机拽拉一根φ 20 钢绳至锚碇处与承重绳用绳卡相联结，收紧卷扬机，将猫道承重绳前端锚头拉至南岸主塔附近，当索盘上猫道承重索快要放完时，人工拉出存留在索盘上的承重绳，和散索鞍门架上10T 卷扬机的φ 20 钢绳相连。
在拽拉过程中，利用散索鞍门架上10T 卷扬机对承重绳的后锚头施加一反拉力。
借助置放在塔顶门架上的卷扬机把承重绳前端锚头，套入猫道在塔顶的锚固系统调整拉杆上，用螺母锚固。
韩土公路2号桥主桥自锚式悬索桥总体设计
露Ｉ ± … … ． 预应力混凝土箱粱
１４ ． ３ ８ ７ ９ ８ ｌ 主 缆理论顶点
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３ 桥 梁结构 设计
３ １ 主 塔 结构 ．
主 塔 采 用 门式 塔 ， 上 塔 柱 与 下 塔 柱 ， 置 上 分 设 横 梁 和下 横 梁 。８号 、 墩 索 塔 上塔 柱 高 皆为 ６ ９号 ０ ｍ， ８号 墩 下 塔 柱 高 ２ ．０ Ｔ， ２８ １１ ９号 墩 下 塔 柱 高 Ｉ ２ ．６ ７３０ｍ。上 下 塔 柱 之 间设 置 一 道 下 横 梁 ， 横 梁 下 采 用 变 截 面箱 形 构 造 ， 部 梁 高 ５６ ３ｍ， 中梁 根 ．３ 跨
高 ３ Ｉ ．Ｉ ５Ｔ 。塔顶设置一道上横梁 ， 上横梁采用等截
Ｉ
塔柱 内设 有供大桥维护使用 的检修梯道及 照 明设 施 ， 护 人 员 可 由桥 面处 预 留人 孔 进 入 塔 柱 ， 维 上 至 上 横 梁 和塔 顶 。 ３ ２ 钢 箱 梁 结构 ． 该 桥 钢 箱 梁 采 用 流线 型 全 封 闭 正 交 异 性 板 钢 箱梁， 采用单 箱八室 断面 ， 主要 轮廓 尺寸为 ： 有效 全 宽为 ５ Ｉ ０１， Ｔ 含风 嘴全宽为 ５ ． ２Ｉ， 中 ， １ ６ Ｉ １ Ｔ其 单侧 顶 板 宽 度 为 ２ 设 置 １５ 的 横 坡 ， 部 平 底 板 ５ｍ， ．％ 底 宽度 为 ２ ．１ 两侧 斜 底 板 各 宽 １ ．１ 桥 梁 ６４４ｍ， ２５ ３ｍ， 中线 处 梁 高 ３０ ｍ。见 图 ５所 示 。 ． 钢 箱 梁 顶 板 厚 度 １ ６ｍｍ，在 顶 板 下 横 桥 向 间 隔 ６ ０ｍ 焊 有 ｕ型 加 劲 纵 肋 ，板 厚 为 ８ｍ 穿 ０ ｍ ｍ， 过顺 桥 向 ３０Ｉ 间距 的 横梁 ， 成 正交 异 性 结 构 的 ．Ｔ Ｉ 组 钢桥 面板 。 箱 梁 底 板 厚 度 为 １ ４ｍｍ，在 底 板 上 横 桥 向 间 隔 ８０ｍ 焊 有 ｕ型 加 劲 纵 肋 ，板 厚 为 ６ｍ 并 ０ ｍ ｍ， 在 ｃ段钢箱梁设有人孔 ， 供施工 、 养护时使用 。 箱 梁 纵 向 设 有 ９道 纵 腹 板 ，腹 板 厚 度 为 １ ６ ｍ 在 与 主 塔 相 交 处 厚 度 为 ３ ｍ， 距 为 ３～ ｍ， ０ｍ 间
11.悬索桥解析
11.4 悬索桥构造简介 1、桥塔 （1）作用：支承主缆，分担大缆所受的竖向力，在风力和 地震力作用下，对总体稳定提供保证。 （2）形式：横桥向：按桥塔外形分，一般有刚构式、桁架 式和混合式三种结构形式； 顺桥向：按力学性质可分刚性塔、柔性塔和摇柱塔三种结构 形式。
（3）材料：除日本外，多用混凝土 （4）断面：多为箱形
4. 高跨比 指悬索桥加劲梁的高度h与主孔跨径L的比值。通常 桁架式加劲梁梁高一般为8~14m，箱型加劲梁的梁 高一般为2.5~4.5m。 5. 加劲梁的支承体系 一般三跨悬索桥中的加劲梁绝大多数是非连续的 （称为三跨双铰加劲梁）。加劲梁采用连续支承体 系近期正在增多，尤其在公铁两用的大跨度悬索桥 中。 6. 纵坡 悬索桥的中跨纵坡多为1％~1.5％的抛物线，边跨 为直线，一般为中跨坡度的两倍。
（2）主缆支架鞍座（散索鞍） 作用：改变主缆方向，并将主缆钢丝束箍在水平 和竖直方向分散开，引入各自的锚固位置 与主索鞍的区别：其在主缆受力或温度变化时， 随主缆同步移动。 结构形式：摇柱式和滑移式两种基本类型。
11.5 悬索桥的静力计算理论 大缆和主梁结构内力分析的计算理论可分为 三种： 弹性理论，挠度理论，有限变形理论。 斜拉桥与悬索桥的区别： 1、两者刚度差别很大 2、前者主梁受很大的水平分力而成为偏心 受压构件，后者加劲梁不承受轴向力 3、前者可通过调整索力调整内力分布，后 者不可
第十一章 悬索桥
悬索桥的基本类型 悬索桥的总体布置 悬索桥构造简介 悬索桥的静力计算理论
11.1 概 述 组成：主缆、加劲梁、吊索、索塔、鞍 座、锚碇（下部）及桥面结构
悬索桥基本组成
11.2 悬索桥的基本类型 1. 按主缆的锚固形式分类 地锚式：主缆的拉力由桥梁端部的重力式锚碇或隧道式锚碇 传递给地基
自锚式悬索桥设计
高 远
（ 天 津 市 市政 工 程设 计 研 究 院 ， 天津
３ ０ ０ ０ ５ １ ）
摘要 ： 桥 梁设 计 的合 理 性 直 接 决 定 了城 市 景 观 的
协调 性 、 桥 梁 安 全 性 以及 工 程建 设 的经 济 性。 提 出 了 自锚 式 悬 索桥 的桥 型 方 案 ， 论 述 了该 桥 总 体
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ － ｍｉ ｎ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ，ａ ｎ ｄ
三个 方 案 的 比较 和选 取 。
１ ． １ 斜 拉桥 方 案
（ １ ） 道路功能 ： 城市道路兼有公路功能 ； （ ２ ） 道路 等级 ： 城市快速路兼高速公路 ； （ ３ ） 行车道数 ： 双 向六 车道 ； （ ４ ） 设计行车速度 ： ８ ０ ｋ ｍ ／ ｈ ； （ ５ ） 行车道宽度 ： ２ × ３× ３ ． ７ ５ ｍ； （ ６ ） 路基 宽度 ： ３ ５ ｍ； （ ７ ） 设计 基准期 ： １ ０ ０年 ； （ ８ ） 设计荷载 ： 城 一 Ａ级 ； 公路 一 Ｉ 级； （ ９ ） 地
１ ． ３ 自锚 式悬 索桥 方 案 自锚 式 悬 索 桥 省 略 了桥 两 端 的两 个 或 四个 庞 大
Ｇ Ａ０ Ｙ ｕ ａ ｎ
ｆ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｍｕ ｎ ｉ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ＆ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ０ ５ １ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
润扬长江公路大桥总体设计(1)
润扬长江公路大桥总体设计(1)摘要：润扬长江公路大桥全长7371m，南汊主桥为主跨1490m悬索桥，北汊主桥为主跨406m斜拉桥，引桥为预应力混凝土连续箱梁桥。
本文重点介绍建设条件、总体布置、主桥结构、主要技术特点和科研创新工作。
关键词：建设条件技术标准总体布置主桥结构技术特点科研创新1.前言润扬长江公路大桥是江苏省高速公路主骨架和五处跨长江公路通道规划中的项目，北联同江至三亚、北京至上海国道主干线，南接上海至成都、上海至瑞丽国道主干线，同时联接镇江、扬州两座历史文化名城。
这座大桥的建设对完善我国交通网络总体布局、促进江苏乃至长江三角洲区域的经济繁荣、更好地发挥长江黄金水道的作用，都具十分重要的意义。
2.建设条件地形地貌润扬长江公路大桥位于长江镇扬河段世业洲汊道下段。
长江南侧为宁镇山脉隆起区，属剥蚀低山丘陵地貌；长江北侧为长江冲积平原。
桥址区地势平坦，地表高程3~4m，属长江冲积平原河漫滩地。
世业洲分长江为北汊和南汊，长江河道在该段为江心洲河型。
河道基本特征世业洲汊道上接仪征水道，下连六圩弯道，主流长约。
南汊为主汊，长约，形态弯曲，汊道平均河宽1435m，平均水深。
北汊为支汊，长约13km，为顺直河型，平均河宽785m，平均水深。
目前，世业洲汊道北、南汊分流比为1:，分沙比为1:。
历史上镇扬河段河势不稳定，1983年开始镇扬河段一期整治工程，1993年结束，经10年整治，对制止崩塌、稳定江岸、抑制主泓摆动、初步控制分流比，已取得明显效果。
水文镇扬河段属于感潮河段，其潮水位为非正规半日潮型，水位变化明显，每日水位两涨两落，涨潮历时3小时多，落潮历时近9小时。
受上游径流控制，年内水位变幅较大，历年最大变幅达，最小变幅也有。
设计百年一遇流量为95000m3/s。
通航根据1996年1月1日起正式实施的《长江下游分道航行规则》，世业洲汊道南汊为主航道，北汊（仪征捷水道）全年限588kW、200总吨以下船舶航行。
悬索桥
悬索桥
19世纪后半叶，奥地利工程师约瑟夫· 朗金和
美国工程师查理斯· 本德分别独立地构思出自锚式 悬索桥的造型，朗金在1859 年写出了这种构想， 本德于1867年申请了专利。 1870年，朗金在波兰设计建造了世界上首座小 型铁路自锚式悬索桥。 1915年, 德国设计师在科隆的莱茵河上建造了 主跨达185m的科隆-迪兹自锚式悬索桥，采用临时 木脚手架支撑钢梁直到主缆就位。该方案的选择主 要是因为其外形美观，而地质条件又不允许修建锚 碇。主缆采用了眼杆结构，因而能方便地锚固在加 劲梁上。科隆-迪兹桥1945年被毁，但原来桥台上 的钢箱梁仍保存至今。
悬索桥概论
一 悬索桥总体设计 二 悬索桥构造 三 悬索桥施工 四 自锚式悬索桥
一 悬索桥总体设计
1. 悬索桥的组成及发展 2. 悬索桥的结构体系 3. 悬索桥的总体布置
1. 悬索桥的组成及发展概况
悬索桥是由主缆、加劲梁、塔柱和锚碇构成。
悬索桥的四个发展阶段： 第一代悬索桥，采用天然材料修建，后期也采用了 铁索等，一般没有吊杆或吊索，承重结构与使用构 造合二为一。
单塔双跨
双塔三跨
悬索桥
带斜拉索的悬索桥
1883年建成的纽约布 鲁克林大桥，主跨 484m，是最早的带斜 拉索的悬索桥。
悬索桥
斜拉－悬吊混合式悬索桥
1997年建成的贵遵高等级公路乌江大桥，主跨 288m，主梁为高强预应力薄壁箱梁，采用全截
面缆吊预应力悬拼施工，最大吊重为76吨，是
世界首座吊拉组合桥。
悬索桥
悬索桥
悬索桥
3. 加劲梁
加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。加劲 梁大都采用等高度钢桁架梁或扁平钢箱梁。桁架 的抗扭刚度相对较小，所以其梁高比流线型箱梁 的要高得多，以满足抗风要求。 加劲梁结构形式：（1）钢板梁（2）钢桁梁 （3）钢箱梁（4）钢筋混凝土箱梁
悬索桥结构
• 悬索桥的构造特点
– 目前常采用的锚碇构造
• 悬索桥的构造特点 （重力锚碇实例）
鞍座
• 塔顶鞍座位于主缆和塔顶之间，其上座设有索槽用以安放主缆（图 11.12）。刚性桥塔上的主鞍座，一般在上座下面设一排辊轴，用来 调整施工中主缆在塔顶两侧的水平分力使之接近平衡。辊轴下面设下 座底板。柔性塔和摇柱塔上的主鞍座仅设上座，它将通过螺栓与塔固 定。
• 隧道式锚碇是先在两岸天然完整坚固的岩体中开凿隧道， 将锚碇架置于其中后，用混凝土浇筑而成，这是利用岩体 强度对混凝土锚体形成嵌固作用，达到锚固主缆的目的， 因而其锚碇混凝土用量较重力式锚碇大为节省，经济性能 更为显著。但迄今为止，大部分悬索桥都由于缺乏坚固的 山体岩壁可利用，而一般采用重力式锚碇。
•
主缆
• 结构形式
– 双面平行主缆（绝大多数）；单面主缆；空间主缆；复式 主缆（双链吊桥： 朝阳大桥）。
• 截面形状（六角形） – 尖顶形； – 平顶形； – 方阵式；
3. 吊索
• 吊索是将加劲梁上的竖向荷载通过索夹（Cable Band）传 递到主缆的受力构件。其下端通过锚头与加劲梁两侧的吊 点联结，上端通过索夹与主缆联结。现代悬索桥一般采用 柔性较大且易于操作的钢丝绳索或平行钢丝索作为吊索， 吊索表面涂装油漆或包裹HDPE（高密度聚乙烯）护套防 腐。
英国恒比尔大桥
• 加劲梁一般都采用钢结构，混凝土结构由于自重太大，从 耗材、造价、工期等方面考虑，当跨径大于200m的时候 就不再采用。钢加劲梁的截面形式主要有美国流派的钢桁 梁和英国流派的扁平钢箱梁（如图11.9和图11.10所示）， 钢箱梁的抗风性能较好，风的阻离析数仅
• 为桁架式的1/2~1/4；耗钢量也较少。但钢桁梁在双层桥 面的适应性方面远较钢箱梁优越，因此它适合于交通量较 大的或公铁两用的悬索桥。
§11.3 悬索桥的总体布置
Байду номын сангаас
11.3 悬索桥的总体布置
总体布置时，需考虑的结构特性：跨度比、垂跨比、宽 跨比、高跨比、加劲梁的支承体系等要素。 1. 跨度比 边跨与主跨跨度之比（L1/ L）一般为0.25~0.5。 2. 垂跨比 指大缆在主孔内的垂度与主孔的跨度 L 之比。应结合对 刚度的要求和大缆用钢量来选取，一般1/10左右。 3. 宽跨比 指桥梁上部结构的梁宽（或主缆中心距）W与主孔跨度 L 的比值。设计中主要根据抗风理论分析和风洞试验来 验证所取的宽跨比是否具备优良的动力特性。世界大跨 度悬索桥的宽跨比大部分在1/60~1/40之间。
4. 高跨比 指悬索桥加劲梁的高度h与主孔跨径L的比值。通常桁架 式加劲梁梁高一般为8~14m，箱型加劲梁的梁高一般为 2.5~4.5m。 5. 加劲梁的支承体系 一般三跨悬索桥中的加劲梁绝大多数是非连续的（称为三 跨双铰加劲梁）。加劲梁采用连续支承体系近期正在增 多，尤其在公铁两用的大跨度悬索桥中。 6. 纵坡 悬索桥的中跨纵坡多为1％~1.5％的抛物线，边跨为直 线，一般为中跨坡度的两倍。
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悬索桥的总体设计(1)
摘要：本文综合了40余座大跨悬索桥资料、对主边跨比、垂跨比、桥面宽跨比，加劲梁高宽或高跨比进行分析．提出常规选用值，以及对支承体系做了简单描述。
关键词：悬索桥总体设计
悬索桥适用于大跨度的桥梁结构。
桥面是由钢缆和吊索来承受，作为桥面主要结构物的加劲梁的跨度相当于吊索的间距．成为一个小跨度的弹性支承连续梁，所以主跨的大小与加劲梁刚度没有很直接的关系。
而作为承受桥面的关键构件的铜缆是由塔支承着并由强大的锚碇锚固着，只有塔和锚碇的稳定才能使钢缆来承受桥面上的各种荷载。
因此，悬索桥在适合的地形、水文和地质条件下都可以建造，只是造价比较高。
往往适用于其他桥型难以适用的特大跨径桥梁。
以目前来说，当主跨超过700m的桥，几乎都是悬索桥（已建成的其他
桥型只有斜拉桥，主跨为890m的多多罗桥和856m的诺曼底桥）。
而小于700mm的跨径中，悬索桥和斜拉桥还是有很大的竞争力，有好的地质条件，锚往比较容易建造，如汕头海湾桥和鹅公岩长江大桥；有时有特殊要求，如厦门海沧桥和日本东京湾的彩虹桥．航空的限高和航运要求的通航净空，迫使他们选用悬索桥，因为悬索桥的塔高是斜拉桥的1/2；
在施工过程中，悬索桥始终在一个静定稳定结构状态下，容易控制，风险小，也使一些人偏爱悬索桥的原因。
表1列出40余座世界大跨度悬索桥的主要尺寸。
桥梁总体设计是一个很复杂的问题，首先要适应地形、水文、地质等自然条件的限制，也要符合桥面交通和通航的使用要求。
本文主要以50年代以后建的悬索桥进行分析，因为它们充分吸取Tacoma大桥被风吹毁的教训，以下讨论的参数仅仅是一般情况的参考值，对于有特殊条件和特殊要求不必苛求。
一、跨度比
跨度比是指边孔跨度与主孔跨度的比值。
其中对单跨悬索桥而言边孔跨度可视为主塔至锚碇散索鞍处的距离．跨度比受具体桥位处的地形与地质条件制约，每座桥都不同。
如三跨悬索桥的跨度比就比单跨悬索桥的大一些，这是为了减少边孔的水中墩并减少主孔跨径。
由以上两表看来，三跨悬索桥跨度比一般在～0．4之间，但世界上最大的悬索桥--明石海峡大桥在0．51。
单跨悬索桥跨度比一般在～0．3之间。
为了使在恒载条件下，主缆在塔两侧的水平力相等，要求主缆与塔两侧的倾角相等，单跨的悬索桥的边跨主缆是直拉式，因此，一般情况单跨的边主跨比应该比三跨悬索桥小，单跨的边跨跨径与散索鞍位置还有很大的关系。
从结构特性方面来考虑，假设主孔的跨度以及垂跨比等皆为定值，在用钢塔时悬索桥单位桥长所需的钢材重量随跨度比减小而增大；当用钢筋混凝土塔时，跨度比减少增加的延米用钢量很小，当跨度比由0．5～0．3时，增加用钢量约5％，跨度越大时，增加钢用量的百分比越小。
二、垂跨比
悬索桥的垂跨比是指主缆在主孔内的垂度和主孔跨度的比值，垂跨比的大小对主缆中的拉力有很大的影响，因此它在较大程度上影响着主缆的用钢量、结构整体刚度、主孔竖向和横向的挠度。
垂跨比与主缆中的拉力和塔承受的压力呈反比。
垂跨比与塔的高度也有直接影响，它们呈正比关系。
垂跨比越大，悬索桥竖向挠度和横向挠度都加大。
一般都在1／10～1／11之间，铁路桥更小一些。
悬索桥的主缆垂跨比除了对结构整体刚度有影响以外，它对结构振动特性也有一定的影响。
悬索桥的竖向弯曲固有频率ωb将随垂跨比的加大而减低；悬索桥的扭转固有频率；将随垂跨比的加大而增高；悬索桥扭转与坚弯固有频率比也将随垂跨比的加大而有显著的增大；悬索桥的极惯距将随垂跨比的加大而减小。
三、宽跨比
宽跨比是指桥梁上部结构的梁度（或主缆中心距）与主孔跨度的比值，对于一般桥型的中小跨度而言，可控制在大
于1/30左右，有足够的横向刚度。
由于桥梁宽度一般由交通要求确定的，对于特大跨度桥梁就很难保证这个要求了。
在统计的悬索桥资料中1000m以上跨径的宽跨比都小于1/30，甚至达1／60，虽然有些桥梁为了增加抗风稳定性，在风嘴外侧再增加挑板或在中央分隔加宽并透风。
从表面上来看是加了梁宽，但实际是改善气流条件，增加抗风稳定性而不是为了增加横向刚度的。
四、加劲梁的高宽比与高跨比
加劲梁的梁高和梁宽之比与梁高与主孔跨度之比是密切相关的两个指标，由于加劲梁的受力状态是多跨弹性支承连续梁，看来梁高和主孔跨径不是那么密切，但是从风动稳定性来看，还要考虑加劲梁要有足够的抗扭刚度，以抵抗涡激共振的发生。
加劲梁常有桁架式和箱梁式。
80年代以前建成的悬索桥以抗架梁为主，它对布置双层桥面的适应性较好，有的下层是铁路，加劲梁的梁高在7．5～14m，高跨比为1／180～1/70。
（详见表1）在过去不需要双层交通时，也有用箱梁和板梁断面。
特别是Tacoma桥由于采用版梁断面，流线型很差，在不大的风速下被风吹得扭曲失稳而破坏。
1966年塞文桥首次采用了箱梁为加劲梁，80年代，英国亨伯桥成功地建成，以后单层桥面的加劲梁多数采用箱梁。
加劲梁高一般在2．5～，箱形梁的高跨比大体在1／400～1/300，为了有比
较好的流线型，加劲梁的高宽比一般在1/7～1／11（详见表1）。
但是81年建成的亨伯桥和1997年建成的瑞典高海岸桥桥宽都为22m，梁高达4．5～4m。
实际上高宽比和高跨比是存在一定的矛盾的。
在桥面宽度确定以后，梁高小一些，断面的流线型可以好一些，有利于风动稳定，但高度太小会导致加劲梁的抗扭刚度削弱太多，容易导致涡振和抖振的发生产生结构疲劳，人感不适及行车不安全。
为此还要控制高跨比。
在设计中初选加劲梁断面方案后，对于特大桥应做风洞的节段模型试验，修改断面、测定各种参数进行抗风验算和各类风振分析。
特别要注意风向带有一定攻角时，加劲梁断面的流线型"钝化"，风动稳定性要差一些。
对于特大跨度的桥或高风速地区的桥梁，采用如同墨西拿海峡大桥方案，做成左右两个能适应风流线型的桥面系，利用宽的中央分隔带透风解决风动稳定。
五、加劲染的支承体系
加劲梁的支承体系主要有主跨单孔简支，主边跨三孔连续或三跨双铰以及两跨简支或连续。
三跨连续能减小桥面变形，包括支座处的转角、伸缩量和跨中挠度，但结构较复杂，多用于铁路桥梁中。
但是边跨采用钢加劲梁，边跨的造价大约是预应力混凝土连续梁的两倍所以国内公路悬索桥边跨多用预应力混凝土连续梁。
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