悬索桥的概述与结构组成(43页 图片较多)

d) 主缆构成了现成的悬吊式脚 手架。
与梁式桥的比较
• 跨越能力更大 • 刚度小，在荷载作用下，几何状态易改变。
悬索桥与斜拉桥的比较
（1）结构受力方面 悬索桥：
– 主要靠主缆承受荷载，并通过主缆将拉力传给锚固体系， – 加劲梁仅仅起到局部承受荷载、传递荷载的作用； – 采用地锚时，加劲梁中不受轴向力作用，由加劲梁自重引起的恒
吊索与主缆连 接股骑跨式
4. 加劲梁
• 加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲 变形和扭曲变形，它直接承担竖向活载，也是悬索桥承受 风荷载和其他横向水平荷载的主要构件，所以，必须具有 足够的抗扭刚度或自重以保持在风荷载作用下的气动稳定 性。加劲梁所承担的活载及本身的恒载通过吊索和索夹传 至主缆。加劲梁的变形从属于主缆，它的刚度对悬索桥的 总体刚度贡献不大，因而梁高通常不必做得太大。
（3）刚度方面 – ◎悬索桥： 竖向刚度较小，且基本由主缆提供；调整其竖向刚度的方法主要靠调整 主缆的恒载拉力。 – ◎斜拉桥： 竖向刚度由斜拉索与主梁共同提供，相对于悬索桥而言，刚度可以较大； 斜拉桥的主梁刚度对结构刚度的影响较大；改变斜拉桥的结构布置形式， 可调整其竖向刚度。
（4）施工方面 – ◎悬索桥： ～施工顺序是锚碇、桥塔、主缆、吊索、加劲梁，施工需要的机械、技 术和工艺相对较简单； ～结构的线形主要取决于主缆线型和吊杆长度，因而施工控制相对比较 简单。 – ◎斜拉桥 ～在施工中将发生多次的结构体系转换，必须严格控制结构的线形和拉 索索力，施工控制较复杂、技术难度相对较大。
• 立面布置上，传统的悬索桥都是竖直的，斜向吊索是英国 式悬索桥的一大特点。斜吊索和竖直吊索相比，索力较大， 因此可以提高悬索桥整体振动时的结构阻尼。但多数人认 为斜吊索在抗疲劳强度方面不如竖直吊索。
• 吊索与索夹的连结方式上一般分为四股骑跨式和双股销铰 式两种，如图11.8所示。其中，前者不宜采用平行钢丝索， 而后者对钢丝绳索与平行钢丝索都能适应。
• 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。
• 同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的 挠度变形。
– ◎跨越能力无与伦比，是目前跨径超过1000m 的唯一桥型。
六大构件及作用
• 1. 桥塔 桥塔也称主塔，它是支承主缆的主要构件，分担主缆所受的竖向荷载，
并传递到下部的塔墩和基础。另外，在风荷载和地震荷载的作用下， 还可对全桥的总体稳定提供安全保证。 • 按采用材料分，桥塔有混凝土塔和钢塔，因混凝土塔价格较低，一般 都采用混凝土桥塔。 • 按桥塔外形分，在横桥向一般有刚构式、桁架式和混合式三种结构形 式，如图11.6所示。刚构式简洁明快，可用于钢桥塔或混凝土桥塔， 桁架式和混合式由于交叉斜杆的施工对混凝土桥墩有较大困难，只能 用于钢桥塔。 • 在顺桥向，按力学性质可分刚性塔、柔性塔和摇柱塔三种结构形式。 刚性塔可做成单柱形或A字形，一般多用于多塔悬索桥中，可提高结 构纵向刚度，减小纵向变位，从而减小梁内应力；柔性塔允许塔顶有 较大的变位，是现代悬索桥中最常用的桥塔结构，一般为塔柱下端做 成固结的单柱形式；摇柱塔为下端做成铰接的单柱形式，一般只用于 跨度较小的悬索桥。
• 散索鞍座现今一般也是兼用铸焊的方法进行制造，即鞍槽部分采用铸 钢件，其他部分用厚钢板焊接。
索鞍
江阴主索鞍
厦门海沧大桥（主跨648m）
主
跨
一 三
香
七
港
七 米
青
公
马
铁
大
两 用
桥
桥
江阴长江大桥
润扬长江大桥（主跨1490m）
阳逻长江大桥（主跨1280m）
广东虎门大桥
汕头海湾大桥
悬索桥由主缆、桥塔、加劲梁、锚碇、吊 ห้องสมุดไป่ตู้及索夹和鞍座六部分。
主缆制造：AS法（空中送丝法）；

PPWS法（预制束股法）
（续）
塔架型式：一般采用门式框架；材料用钢 或混凝土。
加劲梁：主要有钢桁架梁和扁平钢箱梁。 锚碇：有重力式锚碇和隧道锚碇。 （采用重力式锚定居多；自锚则不用锚碇，
锚碇
• 锚碇即主缆的锚固体，用于固定住主缆的端头，防止其走 动。锚碇又可分为重力式锚碇（或称锚台）和隧道式锚碇 两种，如图11.11所示。
• 重力式锚碇依靠锚固体的巨大自重来抵抗主缆的垂直分力， 水平分力则由锚固体与地基之间（包括侧壁）的摩阻力或 嵌固阻力来抵抗，从而实现对主缆的锚固。锚碇中预埋有 锚碇架，它是由钢锚杆和支撑架构成，主缆束股是通过锚 头与锚杆联接，再由锚杆通过支撑架分散至整个混凝土锚 体。
悬索桥
概述
形式与结构组成
自身特点
六大构件
及其作用
其它桥的对比
设计简介
悬索桥的设计
景观设计
•
悬索桥概述
– 悬索桥的定义
• 悬索桥由主缆索、塔架、锚碇、吊杆、加劲 梁和桥面等主要构件所组成，桥面荷载经加
劲梁、吊杆传给主缆索，再由主缆索传至塔 架和两端的锚碇。
优点与缺点
a) 作为主要承重构件的主缆具 由于悬索桥是柔性结构，刚度
•
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。
• 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。
• 散索鞍座是主缆进入锚碇之前的最后鞍座分为塔顶鞍座（亦称主鞍座） 和散索鞍座。
• 一个支承构件。置于锚碇的前墙处，起着支承转向和分散大缆束股使 之便于锚固的作用，如图11.13所示。与塔顶主鞍座不同的是，散索 鞍座在主缆因活载作用或温度变化而产生长度变化时，其本身能够随 主缆同步移动，以调节主缆的长度变化。其结构形式上又有摇柱式和 滑移式两种基本类型。
d·三跨悬吊连续体系 – ～加劲梁为三跨连续梁。
e·自锚式悬索桥： – ～与组合体系中的系杆拱相似， – ～悬索水平拉力不传给锚碇而传给加劲 梁。
f·缆索中段同加劲桁架的上弦合为一体。
悬
一、一般特点
– ◎由古老的索桥演变而来， – ◎主要承重结构：缆索（含吊杆）、塔、锚碇。 – ◎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。 – ◎桥面和吊杆之间通常设置加劲梁
• 对一座具体的桥梁而言，如果钢丝直径已经选定，主缆所含钢丝总数 n就是确定的。但组成具有n根钢丝的主缆应编制成多少股钢束nl和每 股钢束含多少根钢丝n2，则根据主缆的编制方法确定。钢丝束股的编 织方法通常有空中编丝组缆（Air Spinning）法和预制平行钢丝束股 （Prefabricated Parallel Strands）法。前者简称AS法，后者简称PS 法或PWS（Parallel Wire Strands）法。AS法每缆所含总股数较少， 约30~90股，但每股所含丝数n2多达400~500根以上。因而其单股锚 固吨位大，锚固空间相对集中。PWS法束股通常按正六边形平行排列 定型，其主缆空隙率可以最小，故现用钢丝束股的钢丝数为61、91、 127、169等，图11.7所示为钢丝数为127的排列形式。PWS法每缆总 股数nl多达100~300股，锚固空间相对较大。由于采用工厂预制，故 现场架索施工时间相对缩短，气候因素影响小，成缆工效提高。这种 成缆方法在目前大跨悬索桥施工中常用。
与拱桥相比较
• 拱桥主要有拱承重，为压弯构件，易失稳。 • 悬索桥有主缆承重，而主缆受拉，且受力
均匀，不受疲劳的控制。缆索拱应长度大， 截面无接头，不会被消弱，缆索本身为高 强度材料，承载力大，适应大跨度。
悬索桥的型式与结构组成
悬索桥（吊桥）是特大跨度桥梁的主要型 式之一。
常见单跨和三跨（简支或连续）两种结构 形式。
•8 . 3
桥 塔
2. 主缆
• 主缆通过塔顶的鞍座悬挂于主塔上并锚固于两端锚固体中。主缆的布 置形式一般是采用每桥两根，平行布置于加劲梁两侧吊点之上。
• 现代大跨度悬索桥多采用平行钢丝主缆，它是由平行的高强、冷拔、 镀锌钢丝组成。钢丝直径大都在5mm左右。视缆力大小，每根主缆可 以包含几千乃至几万根钢丝。为便于施工安装和锚固，主缆通常被分 成束股编制架设（一般每根主缆可分成几十乃至几百股，每股内的丝 数大致相等），并在两端锚碇处分别锚固。为了保护钢丝，并使主缆 的形状明确，主缆的其余区段则挤紧成规则的圆形，然后缠以软质钢 丝捆扎并进行外部涂装防腐。
载内力较小。 斜拉桥
– 由斜拉索与主梁共同承受荷载，斜拉索的纵桥向水平分力在主梁 中引起较大的轴向力，恒载内力所占比重很大。
悬索桥只有通过调整垂跨比才能改变主缆的恒载内力， 而斜拉桥可直接通过张拉斜拉索就能调整索、梁的恒载内力。
（2）材料方面 – ◎（大跨度）悬索桥 加劲梁多采用自重较轻的钢材。 – ◎斜拉桥 主梁材料可以是钢、混凝土或钢－混凝土结合。
直接锚固在边跨端的主梁上。）
二、 悬索桥的主要结构类型
a·柔式悬索桥： – ～不设加劲梁； – ～只在活载与恒载的比值不大时适用； 如人行桥或(早期的)主缆很大的。
b·单跨悬吊 – ～仅主跨悬吊，并在主跨上设加劲梁 – ～如存在边跨，则边跨独立（简支于桥 塔）。
c·三跨悬吊简支体系 – ～加劲梁为三跨简支梁。
有合理的受力在构件设计方
较小，可变作用会改变它的几
面，悬索桥的主缆,锚碇和桥
何状态，引起桥跨结构产生较
塔三项主要承重构件在扩充
大的挠曲变形。
其面积或承载能力方面所遇 到的困难比较小。
在风荷载车辆冲击荷载作用下 容易产生振动，稳定性差。
b) 方式。
c) 在施工方面，有在材料用量 和截面设计方面，工程数量 比较大的加劲梁，其截面积 并不随着跨度而增加。
• 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。
英国恒比尔大桥