悬索桥构造及设计实例介绍(128页)
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(1)悬索桥的构造组成: 悬索桥是由主缆、加劲梁、桥塔、鞍座、锚固构造、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系。
成桥后,主要由主缆和桥塔承受结构的自重,结构共同承受外荷载作用,受力按刚度分配。
(2)主缆:主缆是悬索桥的主要承重构件,除承受自身恒载外,缆索本身通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面系)的荷载。
除此以外主缆还承担一部分横向风荷载,并将它传递到桥塔顶部。
主缆不仅可以通过自身弹性变形,而且可以通过其几何形状的改变来影响体系平衡,表现出大位移非线性的力学特征,这是悬索桥区别于其他桥梁结构的重要特征之一。
主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力,对后续结构形状提供强大的“重力刚度”,这是悬索桥跨径得以不断增大、加劲梁高跨比得以减小的根本原因。
主索鞍:主索鞍在桥塔上,用来支承和固定主缆,通过它可以使主缆的拉力以垂直力和不平衡力的方式均匀地传递到塔顶。
(2)悬索桥的结构特点①主缆是几何可变体,只承受拉力作用。
主缆通过自身的弹性变形和几何形状的改变来影响体系的平衡。
所以悬索桥的平衡应建立在变形后的状态上。
②主缆在初始恒载作用下,具有较大的初拉力,使主缆保持着一定的几何形状。
当外荷载作用时,缆索发生几何形状的改变。
初拉力对在外荷载作用下产生的位移存在着抗力,它和位移有关,反映出缆索几何非线性的特性。
③改变主缆的垂跨比将影响结构的受力和刚度。
垂跨比增大,则主缆的拉力减小,刚度减小,恒、活载作用产生的挠度增大。
④悬索桥的跨度越大,加劲梁所受竖向活载的影响越小,竖向活载引起的变形也越小。
⑤增大加劲梁的抗弯刚度对减小悬索桥竖向变形的作用不大,这是因为竖向变形是悬索桥整体变形的结果。
加劲梁的挠度受到主缆变形的影响,跨度增大时加劲梁在承受竖向荷载方面的功能逐渐减小到只能将活荷载传递给主缆,其自身刚度的贡献较小。
这一点和其他桥型中主要构件截面面积总是随着跨径的增大而显著增大不同。
⑥边跨的不同形式对悬索桥有很大的影响,通常悬索桥边跨与中跨跨径比对悬索桥的挠度和内力有影响,当边跨与中跨跨径比减小时,其中跨的跨中和L/4处的挠度和弯矩值减小,而主缆拉力有所增加。
悬索桥桥塔结构设计分析悬索桥是一种具有悬挂在桥塔之间的主悬索和斜拉索的特殊结构。
它的设计目的是为了克服大跨度桥梁的自重、风荷载和车辆荷载等挑战,并且提供足够的刚度和稳定性,确保行车安全。
悬索桥的设计分为桥塔和悬索两个主要部分。
桥塔是悬索桥结构的垂直支撑点,负责承载悬索的张力,同时通过自身形态和刚度来平衡桥面上的荷载。
悬索是通过吊杆与桥塔连接起来的导向元素,承担横向荷载并将其传递给桥塔。
在桥塔的设计中,结构工程师需要考虑多种因素。
首先是桥塔的高度和形状,这直接影响着悬索桥的外观和空间感。
一般而言,桥塔的高度要足够高以便支撑起悬索桥的主悬索,并且在视觉上与周围环境和谐统一。
其次是桥塔的材料和施工方式。
桥塔通常由钢筋混凝土或钢制成,其中钢材可以提供更大的强度和刚度,但也需要更高的维护成本。
最后,桥塔的稳定性和抗风性能也是设计中必须考虑的因素。
由于桥塔在工作中承受着各种外部风载,因此其形态和截面应足够稳定,以保证桥梁整体的安全性和可靠性。
悬索是悬索桥设计中的关键部件。
悬索的主要作用是将荷载传递到桥塔,同时保证桥梁的稳定性和刚度。
一般而言,悬索由多根几何相似的悬索体组成,可以根据需要的荷载和跨度进行合理的排布和尺寸确定。
在悬索的设计中,考虑的主要因素有悬索的材料、悬索的受力分析以及悬索与桥塔的连接方式等。
悬索通常采用高强度钢丝绳或钢缆,以提供足够的强度和柔性。
悬索的受力分析是悬索桥设计中最为重要的一环,结构工程师需要通过一系列的计算和数值模拟来确定悬索的受力状态,以满足强度和稳定性的要求。
悬索与桥塔的连接方式通常采用球形铰接,以允许悬索在水平和垂直方向上的运动,并通过适当的轴向刚度限制悬索的形变。
悬索桥的设计与建造是一个复杂而艰巨的任务,需要结构工程师们充分考虑各种因素,并寻求最佳的解决方案。
在设计过程中,结构工程师们需要进行大量的结构分析、受力计算和模拟仿真,以确保悬索桥的结构安全、经济、美观和可持续。
悬索桥结构组成与分布构造概述
悬索桥结构主要由桥墩、主跨杆、桥弦、桥节及其他悬索构件组成。
桥墩主要由地基墙、主梁、安全墙等构件组成,它们主要支撑悬索桥结构,承重阻尼和散乱振动,以及承受牵张力的轴向作用的影响。
主跨杆是悬索桥主要结构件,起到承载桥面的作用,悬索桥面的应力来源就是来自主跨杆的拉力和垂直荷载。
主跨杆大部分是伸缩管,在桥墩和桥节之间得以支撑和连接形成悬索桥。
桥弦主要由拉杆、拉杆索、支座、悬垂跳跃、拖杆、钢绳等构件组成,拉杆索用来把桥墩和桥节之间的拉力传输出去。
其作用是把桥墩两端施加的拉力平均分布到整个桥弦上,从而形成一个支撑系统,使桥面均匀、平稳地受力,并确保桥墩受力合理。
桥节是悬索桥的重要结构,在悬索桥中,桥节的主要部分是协调桥墩和桥弦的伸缩量。
它起到了悬索桥的支撑和支承作用,为桥面受力和拉杆索的分配提供了便利条件。
其他悬索构件主要是把拉力传输到桥弦上,把悬索构件连接在一起,以及把拉力分配到桥底处,其中拖杆、导线索、安全墙、减震装置等都是悬索桥结构不可或
缺的重要部件或结构。
附录三:悬索桥施工实例简介一. 汕头海湾大桥简介汕头海湾大桥位于汕头经济特区的汕头港东部出海口处,是深汕高速公路上的一座特大桥,其主桥为154+452+154m的三跨双铰预应力混凝土悬索桥,是我国第一座现代化的悬索桥。
全桥总体布置见图附录3-1:图附录3-1 汕头海湾桥桥式布置图汕头海湾悬索桥各主要组成构造简介如下:1. 索塔:⑴. 索塔为钢筋混凝土三层框架,基础承台顶以上高度为95.10m,塔柱内侧净宽24.1m,外侧边到边为31.2m,塔柱为D型截面,顺桥向宽6m,横桥向宽3.5m,为空心结构。
⑵. 索塔顶设置大型铸钢鞍座,每个鞍座座体分为两部分,通过塔顶组拼的桁架式吊机安装。
鞍座安装时向岸侧预偏1200mm,在跨中对称架设12对梁段时逐段顶推使鞍座复位到位,共分12次进行。
⑶. 每跨混凝土加劲梁在主塔以及边墩处设置竖向拉压支座,在塔柱内侧设置阻尼束。
2. 主缆:⑴. 每根主缆由10010根ф5.1mm镀锌高强度钢丝组成,分成110束预制平行钢丝束,每束91根钢丝,长1030m左右,两根主缆的横向中距为25.2m。
⑵. 主缆采用PWS法架设编制,架设时先将110股预制平行钢丝束编排成六角形截面,再用挤紧机挤成圆形,截面挤紧的孔隙率在一般部位按20%考虑,其相应的外径为570mm 左右,在安装索架的部位由于索夹的紧固作用,孔隙率将压缩至18%左右,此处主缆的外径约为560mm;主缆采用重力式锚碇方式,在锚碇前端的铸钢散索鞍座处,各索股分散并通过锚头与锚固构架上的锚杆相连进行锚固;在N2、S2墩顶处设置竖向支撑摆柱。
见图附录3-2示意。
⑶. 主缆架设前,先安装猫道作为主缆施工脚手平台,并在两锚碇间设置循环牵索系统进行主缆的架设,采用垂度法进行主缆索股线型调整。
3. 吊索与索夹:吊索为垂直布置,采用ф45mm镀锌钢丝绳,通过索夹骑挂于主缆,顺桥向间距6m,每侧吊点有2根两端带锚头的吊索钢丝绳;每个索夹为两个半圆形空心铸钢件,装在主缆上后,通过高强螺栓对接。