第16章 悬索桥.ppt

* 10.5 悬索桥 一、概述 悬索桥是由主缆（main cable）、加劲梁（stiffening girder）、 塔柱（tower）和锚碇（anchorage）构成 将索与同等跨径简支梁进行受力比较，见图9－2。一般来说，索不承受弯矩，即索中弯矩等于0，剪力等于0，只有轴力，全截面受拉，这较之梁以受弯为主，能更有效地发挥截面全体材料的承载能力。 与梁相比，索的反力为（内力和反力上标加o的 为简支梁，不加o的为索）： ，就反力而言，索的竖向反力与简支梁相同，但在竖直荷载作用下，索会产生水平反力，而简支梁中没有水平反力的存在。换言之，在竖向荷载作用下，梁只要求有竖向支承，而索除竖向支承外，两端还必须有水平向的支承。 设索不承受弯矩，有 其中， 消去H，得索的方程 悬索计算简图 与均布荷载作用下拱的合理拱轴线相同 同其它桥式相比，当跨度越大时，悬索桥的优势越明显。 （1）在材料用量和截面设计方面，其截面积并不需要随着跨度增大而增加。 （2）在构件设计方面，悬索桥的主缆、锚碇和塔这三项主要承重构件在扩充其截面积或承载能力方面所遇到的困难则较小。 （3）作为主要承重构件的主缆具有非常合理的受力形式。 （4）在施工方面，风险较小。 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。 第二代悬索桥，开始 采用了吊杆将桥面与 主索分开。 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。 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。 二、悬索桥的结构与构造 1、悬索桥的结构体系 单跨、三跨简支加劲梁、三跨连续加劲梁 自锚式悬索桥 自锚式悬索桥构造形式 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 斜拉索的吊桥。 斜拉－悬吊混合式悬索桥 1997年建成的乌江大 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。 2、悬索桥的总体布置 (1) 跨径 中跨和边跨之比，常采用为2：1或4：1。 当中跨与边跨之比大于4：1，边跨跨径又较小时， 可采用单跨悬索桥。 在大跨径的吊桥中，常采用三跨悬索桥。 (2) 主索矢高及塔高 从理论分析认为最有利的矢跨比为1/6~1/7。 在工程实践，欧美各国常用1/9~1/12。 桥塔高度由桥面标高加上跨中吊杆最小高度和矢高来确定。 (3) 吊杆间距 跨径在80m 到200 m范围内 的吊桥，吊杆间距一般取5~8m。跨径增大，吊杆间距也应增大。有时达20 m左右，此时需设强大的纵横桥道梁。 (4) 锚索倾角? 我国常采用等倾角。锚索 倾角常采用30°~40°。 不等倾角时，两角差值一 般控制在10°以内。 以桥塔支承点为坐标原点 的主索曲线方程，可近似 表示为 (5) 加劲梁 加劲梁的梁高应为1/40-1/60到1/120。 大跨径悬索桥的加劲梁常在1/80-1/200之间。对于加劲梁梁高偏小的吊桥，必须经过风洞实验以确保安全。 有竖杆的三角形腹杆图式，合理节间长度约0.6~0.8h。 斜杆的倾角不宜超过30°~50°的范围。 （6）加劲梁横截面布置： 主索间距：中小跨径不应小于l/30。大跨径，可小于 l/35。目前世界上最大的几座悬索桥的主索间距在 l/40~1/60之间。 上下层式、单层人行道内置式、单层人行道悬挑式。 3、悬索桥的主要构造 (1) 大缆 (2) 桥塔 (3) 鞍座 (4) 锚碇 (5) 加劲梁 (6) 索夹及吊索 (1) 大缆 抗弯刚度小，抗拉刚度大，适合于受拉。 一般设有两根，平行布置。极少数设4根。个别设单根。 大缆的材料有藤索、竹索、铁索、眼杆链、钢丝。 现代悬索桥采用钢丝绳（跨度500m 以下）和平行钢丝束两种。 平行钢丝束分为预制平行丝股和空中纺丝平行丝股。 日本明石海峡桥的大缆截面 贵州坝凌河大桥主缆 主缆的容许索力可用下式求得： 主缆的安全系数主要由以下因素决定：主缆的构造、计算精度、恒载应力与活载应力之比、二次应力的影响、应力不均匀的程度、结构物的重要性等。国外早期悬索桥取得比较大，小跨度桥取得更大。目前一般都在2.5~3.0，对特大跨度桥，可取得小一些，如明石海峡桥取2.3左右。 (2) 桥塔 桥塔有圬工桥塔、钢桥塔和钢筋混凝土桥塔。 钢桥塔可分为带斜腹杆的桁架式、只带横杆的刚 构式和混合的构架式。 混凝土塔一般为带横杆的刚构形式。 塔与索鞍的联结形式: 刚性、柔性和摆柱式三种。刚性塔，则需要在主鞍座下设辊轴，使鞍座能够可沿纵向移动。柔性塔，鞍座固定于塔顶，构造简单，维修保养容易，大跨度悬 索桥常采用。早期，有些小跨度悬索桥中