悬索桥构造及设计实例介绍(128页)

(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。

悬索桥的构造组成
悬索桥(Suspension Bridg)是专为弯曲地形特有而设计的一种桥式，其由一系列索元组成，如拱轴索、倒挂索以及箍（Band）索等，它的桥墩两端固定在索没的锚段上，拱轴索和倒挂索交互运用实现悬索桥的支承。

一般情况下，悬索桥由桥墩、拱轴、悬杆、索元和桥路组成，其中，桥墩是悬索桥的基础，由桩基和建筑物有机组合而成，要保证桥墩的稳定性，一般需要在水底开挖。

拱轴是悬索桥的主体，是桥的核心组成部分，一般是以拱轴为主体桥墩、桥梁、桥架和桥面等在它的上方进行支承和受力。

拱轴的受力方式分为拱式受力和悬索受力两种形式，拱式受力是以拱轴束成拱形，使外侧两点间的端距经弯曲应力受到长度变化；悬索受力是以拱轴经悬索支承出悬距变化，以此传递对桥路的承载力。

悬杆是悬索桥上重要的路肩，在悬索桥上充当连接主伸距及路肩和分伸距的起支点，它位于桥墩顶部，而挡架则安装在悬杆上以分担负荷。

索元是悬索桥的主要支承件，一般以钢索和其它用钢材制成的悬索件的组合而成，预应力钢索可以将索距处施加到桥梁上的大径向压力分解成小半径向荷载和水平荷载。

它们的位置非常重要，索的的高度、拱轴承载力、桥梁的受力是考虑要素，它们的布置一般按照梁段受力的移位变化而调整，以确保悬索桥的稳定性。

桥路是悬索桥最后一个组成，用压路机压实后进行水封，以增加抗水性，一般是铺筑混凝土面层，其厚度一般为10cm以上,且有岩混凝土、石拌混凝土以及钢筋混凝土等形式可供选择。

总之，悬索桥是由桥墩、拱轴、悬杆、索元和桥路五部分组成，它们交互运用，使悬索桥可以更好地对弯曲地形形成支撑，并且在将大径向压力分解成小半径向荷载和水平荷载的同时，更加稳定、安全，从而实现尽可能大的铺设范围。

悬索桥构造简介11.4 悬索桥构造简介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。

(a). 桁架式;(b) 刚构式;(c). 混合式图11.6 桥塔横桥向示意图在顺桥向，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。

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。

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n l 和每股钢束含多少根钢丝n 2，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。

悬索桥的构造矮寨特大悬索桥位于湖南湘西。

矮寨悬索桥桥距吉首市区约20公里，跨越矮寨镇附近的山谷，德夯河流经谷底，桥面设计标高与地面高差达330米左右。

桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，全1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。

该桥跨越矮寨大峡谷，主跨居世界第14、亚洲第8。

工程计划投入7.2亿元，占吉茶高速公路计划总投资的15％。

目前正在建设之中。

结合两岸地形及地质条件，采用塔梁分离式悬索桥结构体系减小了主梁长度，最大限度减少了对山体的开挖，节省了投资；实现了桥梁结构与自然景观的完美融合。

由于选用了塔梁分离式悬索桥结构，钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，会出现吊索卸载应力为零的情况，且钢桁梁转角位移大，钢桁梁的上、下弦应力超标，需对钢桁梁作特殊设计。

设计采用的是增加竖向锚固拉索方案，设竖向锚固拉索，通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。

矮寨桥钢桁加劲梁的设计矮寨大桥的钢桁加劲梁包括钢桁架和桥面系。

钢桁架由主桁架、主横桁架、上下平联及抗风稳定板组成。

主桁架为带竖腹杆的华伦式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成。

上弦杆、下弦杆采用箱形截面，除支座处腹杆采用箱型断面外其余均采用工字型截面。

主桁桁高7.5m，桁宽27m，节间长度7.25m。

一个标准节段长度14.5m，由2个节间组成，在每节间处设置一道主横桁架。

主横桁架采用单层桁架结构，由上、下横梁及竖、直腹杆组成，其中上下横梁采用箱形截面，腹杆均采用工字型截面。

上、下平联均采用K形体系、箱型截面。

加劲梁的架设采用轨索移梁法，利用大桥永久吊索在其下端安装临时吊鞍，然后在临时吊鞍上安装水平轨索，再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道，实现由跨中往两端拼装大桥的钢桁加劲梁。

矮寨桥索塔、隧道锚、公路隧道相互影响矮寨桥索塔、隧道锚、公路隧道相互影响的处理矮寨大桥采用了桥隧相联的形式，设计者通过巧妙设计，解决了一系列影响山体稳定和桥梁结构的问题。

施工阶段，隧道入口仰（边）坡开挖、隧道掘进、塔基开挖、隧道式锚碇开挖均会对山体稳定造成一定影响；运营阶段，索塔与锚碇的荷载、端吊索的荷载将共同作用于山体。

悬索桥的组成
悬索桥是一种常见的大型桥梁，其主要特点是通过悬挂在两个支柱之
间的钢缆来支撑桥面。

相比于其他类型的桥梁，悬索桥具有更好的承
载能力和抗风性能，因此在工程应用中得到了广泛的应用。

那么，究
竟悬索桥是由哪些组成部分构成的呢？
首先，我们来看看悬索桥的主体结构——悬索。

悬索是指连接两个支
柱并且挂载着桥面的钢缆，其作用是将桥面承载的荷载传递到支柱上，并且承受风荷载等外部力作用下产生的弯曲和振动。

通常情况下，一
个大型的悬索桥会采用多根直径相等、强度相同、长度不同的钢缆组
成复杂而有规律的网状结构。

其次，我们需要了解一下支柱这一组成部分。

支柱是指连接地基和主
缆（即吊着钢缆）之间，并且起到承担拉力和压力作用的结构元件。

在大多数情况下，一个大型悬索桥会采用多根高大的混凝土支柱作为
桥梁的主要支撑结构，以保证其在承载荷载和抗风性能方面的稳定性。

除了上述两个组成部分之外，悬索桥还需要其他一些辅助结构来保证
其正常运行。

例如，桥塔是指支撑钢缆和支柱的大型混凝土结构，它
们通常会被建造在桥梁两端或者其他适当的位置上。

此外，悬索桥还
需要一些附属设施来保证行车安全，例如路灯、护栏、防滑装置等。

综上所述，悬索桥主要由三个组成部分构成：悬索、支柱和附属设施。

这些组成部分共同协作，使得悬索桥能够承载巨大的荷载并且具有良
好的抗风性能，在现代交通建设中发挥着重要作用。