【精品课件】悬索桥.ppt

悬索桥悬索桥第一节第一节 悬索桥总体设计悬索桥总体设计第二节第二节 悬索桥构造悬索桥构造第三节第三节 悬索桥施工悬索桥施工第四节第四节 悬索桥计算悬索桥计算第五节第五节 自锚式悬索桥简介自锚式悬索桥简介第一节第一节 悬索桥总体设计悬索桥总体设计1.1.悬索桥的组成及发展概况悬索桥的组成及发展概况2.2.悬索桥的结构体系悬索桥的结构体系3.3.悬索桥的总体布置悬索桥的总体布置1.1.悬索桥的组成及发展概况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。悬索桥是由主缆、加劲梁、塔柱和锚碇构成。悬索桥的四个发展阶段：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。造合二为一。第二代悬索桥，开始采用了吊杆将桥面与主索第二代悬索桥，开始采用了吊杆将桥面与主索分开。分开。第三代悬索桥，形成了美式悬索桥体系，主缆采用第三代悬索桥，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。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。英式悬索桥。2.2.悬索桥的结构体系悬索桥的结构体系地锚式：地锚式：单跨、三跨简支加劲梁、三跨连续加劲梁单跨、三跨简支加劲梁、三跨连续加劲梁自锚式：自锚式：单塔双跨、双塔三跨单塔双跨、双塔三跨单塔双跨单塔双跨双塔三跨双塔三跨带斜拉索的悬索桥带斜拉索的悬索桥18831883年建成的纽约布年建成的纽约布鲁克林大桥，主跨鲁克林大桥，主跨484m484m，是最早的带斜，是最早的带斜拉索的悬索桥。拉索的悬索桥。斜拉悬吊混合式悬索桥斜拉悬吊混合式悬索桥19971997年建成的贵遵高等级公路乌江大桥，主跨年建成的贵遵高等级公路乌江大桥，主跨288m288m，主梁为高强预应力薄壁箱梁，采用全截，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，最大吊重为面缆吊预应力悬拼施工，最大吊重为7676吨，是吨，是世界首座吊拉组合桥。世界首座吊拉组合桥。立面图立面图悬索桥悬索桥桥名桥名国家国家主跨主跨成桥时间成桥时间布鲁克林桥布鲁克林桥美国美国48648618831883曼哈顿桥曼哈顿桥美国美国44844819091909华盛顿桥华盛顿桥美国美国1067106719311931年一期，年一期，19621962年二期年二期金门大桥金门大桥美国美国1280128019371937奥克兰海湾大桥奥克兰海湾大桥美国美国70470419361936韦拉扎诺桥韦拉扎诺桥美国美国1298129819641964塞文桥塞文桥英国英国987.6987.619661966博斯普鲁斯大桥博斯普鲁斯大桥土耳其土耳其1074107419731973虎门大桥虎门大桥中国中国88888819971997大贝尔特东桥大贝尔特东桥丹麦丹麦1624162419971997明石海峡桥明石海峡桥日本日本1991199119981998青马大桥青马大桥中国中国1377137719981998江阴长江大桥江阴长江大桥中国中国1385138519991999润扬大桥润扬大桥中国中国1490149020052005总体布置应考虑的结构特性总体布置应考虑的结构特性 跨度比跨度比 垂跨比垂跨比 宽跨比宽跨比 高跨比高跨比 加劲梁支承体系加劲梁支承体系 主缆与加劲梁的连接主缆与加劲梁的连接 吊索间距吊索间距3.3.悬索桥的总体布置悬索桥的总体布置（1 1）跨度比跨度比 三跨对称悬索桥边跨与中跨跨度比一般三跨对称悬索桥边跨与中跨跨度比一般为为0.30.30.50.5。从结构特性来考虑，悬索桥单。从结构特性来考虑，悬索桥单位长度桥长所需钢材随跨度比减小而增大；位长度桥长所需钢材随跨度比减小而增大；从结构竖向变形来看，则以减小跨度比有利。从结构竖向变形来看，则以减小跨度比有利。（2 2）垂跨比）垂跨比 主缆拉力随垂跨比按反比例关系变化。主缆拉力随垂跨比按反比例关系变化。垂跨比越大，悬索桥横向和竖向整体刚度越垂跨比越大，悬索桥横向和竖向整体刚度越小。地锚式悬索桥一般取小。地锚式悬索桥一般取1/8-1/121/8-1/12。（3 3）宽跨比）宽跨比 中小跨径一般大于中小跨径一般大于1/201/20，悬索桥在，悬索桥在1/60-1/60-1/40.1/40.（4 4）高跨比）高跨比 桁架式加劲梁：桁架式加劲梁：1/180-1/701/180-1/70；箱形加劲梁：箱形加劲梁：1/400-1/300.1/400-1/300.（5 5）加劲梁支承体系）加劲梁支承体系 主要指在桥塔处主梁是否连续。一般三跨悬主要指在桥塔处主梁是否连续。一般三跨悬索桥大多为非连续。索桥大多为非连续。（6 6）主缆与加劲梁的连接）主缆与加劲梁的连接 中央扣、中间斜索、边跨端部的端斜索中央扣、中间斜索、边跨端部的端斜索（7 7）吊索间距）吊索间距跨径在跨径在80m80m到到200m200m范围内的吊桥，吊桥间距范围内的吊桥，吊桥间距一般取一般取5 58m8m。跨径增大，吊杆间距也应增大，。跨径增大，吊杆间距也应增大，有时达有时达20 m20 m左右。左右。第二节第二节 悬索桥构造悬索桥构造1.1.桥塔桥塔2.2.缆索系统缆索系统3.3.加劲梁加劲梁4.4.鞍座鞍座5.5.锚碇锚碇1.1.桥塔桥塔1.1 1.1 桥塔结构形式桥塔结构形式按按材料材料分类：石砌圬工塔、摆动式钢塔、下分类：石砌圬工塔、摆动式钢塔、下端固定钢塔、钢筋混凝土塔端固定钢塔、钢筋混凝土塔按按纵向结构形式纵向结构形式：刚性塔、柔性塔、摇柱塔：刚性塔、柔性塔、摇柱塔按按横向结构形式横向结构形式：刚构式、桁架式、混合式：刚构式、桁架式、混合式刚性塔刚性塔在主鞍座下设辊轴，使鞍座能够可沿纵向在主鞍座下设辊轴，使鞍座能够可沿纵向移动。移动。柔性塔柔性塔鞍座固定于塔顶，构造简单，维修鞍座固定于塔顶，构造简单，维修保养容易。有些小跨度悬索桥中曾采用过保养容易。有些小跨度悬索桥中曾采用过摇柱式摇柱式塔，现已不再采用。塔，现已不再采用。日日本本关关门门桥桥桥桥塔塔美美国国金金门门大大桥桥桥桥塔塔1.2 1.2 塔柱截面形式塔柱截面形式2.2.缆索系统缆索系统2.1 2.1 主缆主缆 主缆的材料有藤索、竹索、铁索、眼杆链、主缆的材料有藤索、竹索、铁索、眼杆链、钢丝。现代悬索桥采用钢丝绳（跨度钢丝。现代悬索桥采用钢丝绳（跨度500m 500m 以下）以下）和平行钢丝束两种。平行钢丝束分为和平行钢丝束两种。平行钢丝束分为预制平行束预制平行束股股和和空中纺丝法空中纺丝法。主缆丝股排列型式主缆丝股排列型式尖顶型、平顶型尖顶型、平顶型紧缆后丝股的截面紧缆后丝股的截面2.2 2.2 吊索吊索（1 1）吊索的材料）吊索的材料 可用钢丝绳、平行钢丝束或钢绞线等材料制作。可用钢丝绳、平行钢丝束或钢绞线等材料制作。（2 2）与索夹的连接方式）与索夹的连接方式 骑跨式、销铰式骑跨式、销铰式（3 3）竖吊索与斜吊索）竖吊索与斜吊索 传统的吊索都是垂直的，从英国的塞文桥开始传统的吊索都是垂直的，从英国的塞文桥开始使用斜吊索。使用斜吊索。2.3 2.3 索夹索夹索夹由铸钢制作，分成左、右两半或上、下两半。索夹由铸钢制作，分成左、右两半或上、下两半。3.3.加劲梁加劲梁 加劲梁主要起支承和传递荷载的作用。加劲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。的要高得多，以满足抗风要求。加劲梁结构形式：（加劲梁结构形式：（1 1）钢板梁（）钢板梁（2 2）钢桁梁）钢桁梁（3 3）钢箱梁（）钢箱梁（4 4）钢筋混凝土箱梁）钢筋混凝土箱梁4.4.鞍座鞍座4.1 4.1 塔顶主鞍座塔顶主鞍座 设在塔顶的鞍座叫主鞍，一般由设在塔顶的鞍座叫主鞍，一般由铸钢件铸钢件构成，构成，包括鞍槽、腹板、底板、加劲肋等。鞍槽采用铸包括鞍槽、腹板、底板、加劲肋等。鞍槽采用铸钢件，鞍槽下的支撑结构用厚钢板的焊接结构，钢件，鞍槽下的支撑结构用厚钢板的焊接结构，鞍槽与支撑结构之间也用焊接。为方便吊装，主鞍槽与支撑结构之间也用焊接。为方便吊装，主鞍座在纵向可分为两段或三段吊装。鞍座在纵向可分为两段或三段吊装。日本关门悬索桥主索鞍日本关门悬索桥主索鞍4.2 4.2 副鞍座副鞍座 边跨较大时，可在边墩设副鞍座。设置边跨较大时，可在边墩设副鞍座。设置在边跨靠岸端的墩架或钢排架顶，改变主在边跨靠岸端的墩架或钢排架顶，改变主缆在竖直面内的方向，以便进入锚碇。缆在竖直面内的方向，以便进入锚碇。（1 1）固定式）固定式（2 2）辊轴或摇杆式）辊轴或摇杆式新港桥新港桥4.3 4.3 散索鞍散索鞍将钢丝束股在水平和竖直方向散开以便将钢丝束股在水平和竖直方向散开以便于锚固于锚固。5.5.锚碇锚碇地锚分重力式和隧洞式（或岩洞式）两种。地锚分重力式和隧洞式（或岩洞式）两种。重力式地锚尺寸大，工程量也大。重力式地锚尺寸大，工程量也大。隧洞式地锚工程量较小，但需有坚实山体岩层可隧洞式地锚工程量较小，但需有坚实山体岩层可加以利用。加以利用。日本明石海峡桥锚碇日本明石海峡桥锚碇当主缆在锚碇前墙处需要展开成丝股并改变方向时，当主缆在锚碇前墙处需要展开成丝股并改变方向时，则需设置则需设置主缆支架主缆支架。主缆支架可以设置在锚碇之外，。主缆支架可以设置在锚碇之外，也可以设置在锚碇之内。主缆支架主要有三种形式：也可以设置在锚碇之内。主缆支架主要有三种形式：钢筋混凝土刚性支架钢筋混凝土刚性支架、钢制柔性支架钢制柔性支架及及钢制摇杆支钢制摇杆支架架。第三节第三节 悬索桥施工悬索桥施工1.1.基本施工步骤基本施工步骤2.2.主缆架设主缆架设3.3.加劲梁的安装加劲梁的安装1.1.基本施工步骤基本施工步骤 先修建基础、锚碇、桥塔；先修建基础、锚碇、桥塔；利用桥塔架设施工便道（称为猫道）；利用桥塔架设施工便道（称为猫道）；通过猫道来架设主缆；通过猫道来架设主缆；安装吊索、拼装加劲梁。安装吊索、拼装加劲梁。2.2.主缆架设主缆架设（1 1）准备工作：安装吊机、各种鞍座、绞车）准备工作：安装吊机、各种鞍座、绞车及转向设备。及转向设备。（2 2）架设导索）架设导索（3 3）架设拽拉索和猫道）架设拽拉索和猫道（4 4）架设主缆）架设主缆（5 5）安装吊索）安装吊索架设导索的两种方法架设导索的两种方法3.3.加劲梁的安装加劲梁的安装两种方案：两种方案：1.1.从跨中向桥塔附近推进从跨中向桥塔附近推进2.2.从桥塔向跨中推进从桥塔向跨中推进方方案案一一方方案案二二第四节第四节 悬索桥计算悬索桥计算1.1.静力计算方法静力计算方法2.2.动力计算方法动力计算方法1.1.静力计算方法静力计算方法竖直荷载作用下的计算方法：竖直荷载作用下的计算方法：弹性理论、挠度理论、有限位移理论弹性理论、挠度理论、有限位移理论1.1 1.1 弹性理论弹性理论 弹性理论的基本假定如下：弹性理论的基本假定如下：（1 1）主缆无弯曲刚度，加劲梁沿桥纵向抗）主缆无弯曲刚度，加劲梁沿桥纵向抗弯刚度不变；弯刚度不变；（2 2）恒载集度沿跨度方向均布且全部由主）恒载集度沿跨度方向均布且全部由主缆承受，恒载下主缆的几何形状为二次抛物缆承受，恒载下主缆的几何形状为二次抛物线；线；（3 3）活载作用下不考虑吊索的伸长。）活载作用下不考虑吊索的伸长。根据以上假设，可以得到加劲梁任意截面的活载弯矩根据以上假设，可以得到加劲梁任意截面的活载弯矩如下：如下：式中：式中：MqMq0 0为相应简支梁弯矩，即活载使基本体系产生为相应简支梁弯矩，即活载使基本体系产生的内力；的内力；HqHq为活载产生的主缆水平力；为活载产生的主缆水平力；y y为相应截面主为相应截面主缆竖向坐标（以塔