桥梁工程第5章2 PPT

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧1上一页下一页5.3.1 悬索桥的类型及其构造特点1．悬索桥的类型悬索桥是由桥塔、主缆索、吊索、加劲梁、锚碇及鞍座等部分组成的承载结构体系，是目前唯一跨度超过1000m并接近2000m的桥型。

由于这一桥型能充分利用和发挥高强钢材的作用，并能很好地适应跨越海峡和宽阔江河的要求，加之近年来悬索桥设计理论和计算方法的发展和完善以及施工技术的进步，使其成为近年来发展较快的桥型之一。

现代大跨度悬索桥根据其加劲梁的类型和吊索的形式不同可分为以下几种类型：2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧2上一页下一页1)美式悬索桥 其基本特征是采用竖直吊索，并用钢桁架作为加劲梁（图5－20a）。

这种形式的悬索桥一般采用三跨地锚式，加劲梁在主塔处不连续，由伸缩缝断开，桥面通常采用钢筋混凝土材料，主塔为钢结构。

其特点是可以实现双层通车，通过增加桁架高度可保证桥梁有足够的刚度，由于加劲梁采用钢桁架，使其具有很好的抗风性能。

美国式悬索桥发展历史接近百年，其建桥技术相当成熟，并积累了丰富的设计和施工经验，是目前采用较广泛的一种形式。

在美国已建成的维拉扎诺海峡大桥和在日本建成的明石海峡大桥,都属于这种类型。

世界上许多国家的大跨度悬索桥都受到美国式悬索桥的影响,但也有自己的特点,如在日本通常采用连续的加劲钢桁架，桥塔处不设伸缩缝；采用钢的正交异性板作桥面等。

美国式悬索桥2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧3上一页下一页2)英国式悬索桥英国式悬索桥的基本特征是采用三角形排列的斜吊索和流线型扁平翼状钢箱梁作为加劲梁（图5－20b）。

这种形式的悬索桥加劲梁采用连续的钢箱梁，桥塔处没有伸缩缝，并采用了用钢筋混凝土桥塔；有时还将主缆与加劲梁在主跨中点处固结。

英国式悬索桥的特点是钢箱加劲梁可减轻恒载，使主缆的截面减小，降低了用钢量和造价。

由于钢箱梁抗扭刚度大，受到的横向风力小，有利于抗风，由此大大减小了桥塔所承受的横向力。

三角形排列布置的斜吊索可以提高桥梁刚度，但斜吊索的吊点处构造复杂。

在英国建成的塞文桥和恒伯尔桥、在土耳其建成的博斯普鲁斯(Bosporus)桥都是属于这种形式的悬索桥。

英国式悬索桥2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧4上一页下一页3)混合式悬索桥这种悬索桥是综合了上述两类悬索桥的特点形成的、目前广泛采用的悬索桥。

其特征是采用竖直吊索和流线型钢箱梁为加劲梁（图5－20c），一般采用钢筋混凝土桥塔。

混合式悬索桥的广泛使用表明其钢箱加劲梁具有良好的静力和动力特性，其竖直吊索构造简单实用。

土耳其的博斯普鲁斯二桥、日本来岛的三座悬索桥、香港的青马大桥、丹麦的大贝尔特(Great Belt)桥和中国的江阴长江大桥都采用了混合式吊桥形式。

混合式悬索桥2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧5上一页下一页4)带斜拉索的悬索桥 为了有效地提高大跨度悬索桥结构的整体刚度和抗风稳定性, 在悬索桥设计中除设置悬索体系外,还可考虑同时设置斜拉索，以适应大跨度悬索桥的变形控制和动力稳定性的要求，这就构成了带斜拉索的悬索桥。

1883年建成的纽约布鲁克林大桥，就是既有现代悬索桥悬索体系，又有若干加强斜拉索的一座带斜拉索的悬索桥（图5－20d）。

1966年建成的葡萄牙萨拉扎桥(Salazar)，也采用了这种形式。

这种结构形式可看作悬索桥和斜拉桥的结合，悬索承担跨中的荷载，斜拉索承担桥塔附近1/4跨的荷载，这样能够大大地增加悬索桥的跨越能力和结构的整体刚度，并有效地加强结构的抗风和抗震能力以及防止和控制结构的振动。

带斜拉索的悬索桥2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧6上一页下一页悬索桥按照其加劲梁的支承条件分类悬索桥按照其加劲梁的支承条件还可分为单跨铰支加劲梁悬索桥、三跨铰支加劲梁悬索桥和三跨连续加劲梁悬索桥(图5－21)。

这些也都是现代大跨度悬索桥经常采用的形式。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧7上一页下一页2．悬索桥的主要构造特点现代悬索桥一般由桥塔、主缆索、锚碇、吊索、加劲梁、吊索及索鞍等主要部分组成(图5-22)。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧8上一页下一页1)桥塔桥塔是悬索桥最重要构件。

它支承主缆索和加劲梁，将悬索桥的活载和恒载(包括桥面、加劲梁、吊索、主缆索及其附属构件如鞍座和索夹等的重量)以及加劲梁在桥塔上的支反力直接传至塔墩和基础，同时还受到风载与地震的作用。

桥塔的高度主要由桥面标高和主缆索的垂跨比f/L确定，通常垂跨比f/L为1/9～1/12。

大跨度悬索桥的桥塔主要采用钢结构和钢筋混凝土结构。

其结构形式可分为桁架式、刚架式和混合式三种(图5-23)。

刚架式桥塔通常采用箱形截面。

由于预应力混凝土和爬模技术的发展，钢筋混凝土桥塔的桥塔的使用呈较快增长趋势。

桥塔塔顶必须设主索鞍，以便主缆索能与桥塔合理的衔接和平顺的转折，并将主缆索的拉力均匀的传至桥塔。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧9上一页下一页2)锚碇锚碇是主缆索的锚固构造。

主缆索中的拉力通过锚碇传至基础。

通常采用的锚碇有两种形式：重力式和隧洞式。

重力式锚碇依靠其巨大的自重来承担主缆索的垂直分力，而水平分力则由锚碇与地基之间的摩阻力或嵌固阻力承担。

隧道式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。

隧道式锚碇适用于锚碇处有坚实基岩的地质条件。

当锚固地基处无岩层可利用时，均采用重力式锚碇。

锚碇主要由锚碇基础、锚块、锚碇架及固定装置和锚固索鞍组成。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧10上一页下一页3)主缆索主缆索是悬索桥的主要承重构件，不仅承担自重恒载，还通过索夹和吊索承担加劲梁(包括桥面)等其它恒载以及各种活载。

主缆索还要承担部分横向风载，并将其传至桥塔顶部。

主缆索可采用钢丝绳钢缆或平行丝束钢缆，由于平行丝束钢缆弹性模量高，空隙率低，抗锈蚀性能好，因此大跨度吊桥的主缆索均采用这种形式。

现代悬索桥的主缆索多采用直径5mm的高强度镀锌钢丝组成(图5-25)。

先由数十到数百根5mm的高强度镀锌钢丝制成正六边形的索束(股), 再将数十至上百股索束挤压形成主缆索,并做防锈蚀处理。

设计中主缆索的线形一般采用二次抛物曲线。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧11上一页下一页主缆索的架设方法主缆索的架设方法主要有两种：空中送丝成缆法和预制钢丝束成缆法。

空中送丝成缆法在现场空中编缆,每根主缆索所含索束数较少,但每根索束所含钢丝根数较多；施工工期较长；所需锚碇面积较小；是最早采用的成缆法。

预制钢丝束成缆法在工厂先预制钢丝索束,然后在现场使用索束编缆；每根主缆索所含索束数较多,但每根索束所含钢丝根数较少；施工周期较短；所需锚固面积较大；是现代悬索桥较多采用的成缆法。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧12上一页下一页4)吊索吊索也称吊杆，是将加劲梁等恒载和桥面活载传递到主缆索的主要构件。

吊索可布置成垂直形式的直吊索或倾斜形式的斜吊索，其上端通过索夹与主缆索相连，下端与加劲梁连接。

吊索与主缆索连结有两种方式：鞍挂式和销接式。

两种方式各有所长。

吊索与加劲梁连结也有两种方式：锚固式和销接固定式。

锚固式连结是将吊索的锚头锚固在加劲梁的锚固构造处。

销接固定式连结是将带有耳板的吊索锚头与固定在加劲梁上的吊耳通过销钉连结。

吊索宜采用有绳芯的钢丝绳制作，二根或四根一组；两端均为销接式的吊索可采用平行钢丝索束作为吊索。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧13上一页下一页5)加劲梁加劲梁的主要作用是直接承受车辆、行人及其它荷载，以实现桥梁的基本功能，并与主缆索、桥塔和锚碇共同组成悬索桥结构体系。

加劲梁是承受风荷载和其它横向水平力的主要构件，应考虑其结构的动力稳定特性，防止其发生过大挠曲变形和扭曲变形，避免对桥梁正常使用造成影响。

大跨度悬索桥的加劲梁均为钢结构，通常采用桁架梁和箱形梁。

预应力混凝土加劲梁仅适用于跨径500m以下的悬索桥，大多采用箱形梁。

采用箱形梁时，应选择流线型主梁截面，并适当设置风嘴、导流板、分流板等抗风装置；采用桁架梁时，应加强主梁和桥面车道部分的联系，并注意保证主梁及桥面构造横向通风良好，不得有任何阻碍空气流动的多余障碍物存在，也可适当设置抗风装置。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧14上一页下一页5)加劲梁加劲梁的构造和尺寸主要取决于其抗风稳定性。

通常参考其它已建成悬索桥的加劲梁拟定其初步设计的构造和尺寸，再根据结构计算结果进行适当修改，最后对较为合理的几个方案，通过风洞试验检验其抗风性能，并选择抗风性能好的加劲梁及其构造和尺寸。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧15上一页下一页6)索鞍索鞍是支承主缆的重要构件，其作用是保证主缆索平顺转折；将主缆索中的拉力在索鞍处分解为垂直力和不平衡水平力，并均匀地传至塔顶或锚碇的支架处。

索鞍可分为塔顶索鞍和锚固索鞍。

塔顶索鞍设置在桥塔顶部，将主缆索荷载传至塔上；锚固索鞍(亦称散索鞍)，设置在锚碇的支架处，主要作用是改变主缆索的方向，把主缆索的钢丝绳束在水平及竖直方向分散开来，并将其引入各自的锚固位置。

为了减少塔顶索鞍处钢丝的弯曲次应力，塔顶索鞍弯曲半径一般为主缆索直径的8—12倍；而散索鞍必须考虑钢丝绳束的水平曲率半径和竖直曲率半径，以确定索鞍合理形状。

索鞍通常采用铸焊组合件组成，大型组件采用分块制作，安装后通过螺栓或焊接连成整体。

返回2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧16上一页下一页5．3．2 悬索桥的计算要点悬索桥的计算目前多采用以计算机为计算手段的有限元等数值计算方法。

根据结构计算的要求不同，可采用较精确的空间结构计算图式或采用简化的平面结构计算图式，计算所依据的计算理论也有所不同，如线弹性理论、挠度理论和有限位移理论等。

计算的内容主要包括悬索桥在各种动、静荷载作用下的结构内力和位移以及其抗风、抗震稳定性。

计算中必须考虑结构的动力特性和非线性受力、变形特性。

悬索桥的计算是相当复杂的，这里仅就悬索桥的受力特点、计算理论、计算图式和计算内容作简要介绍，更详细的计算理论和方法请参阅有关专著。

2008-5-30南京工业大学土木工程学院交通工程系—罗韧17上一页下一页1．大跨度悬索桥受力特点现代悬索桥是由主缆索和加劲梁及桥塔构成的一种合理的柔性悬挂组合体系，具有索、梁、柱合理分工综合受力的特点。

在荷载作用下，主缆索、加劲梁和桥塔发挥各自的受力特点共同承担荷载。