悬索桥的典型实例介绍及构造与设计.ppt

1、悬索桥 悬索桥的典型实例介绍及构造与设计主 要 内 容 悬索桥的组成 悬索桥的形式 悬索桥的各部分构造 悬索桥的设计第一部分第一部分 悬索桥的构造与设计悬索桥的构造与设计一、一、悬索桥的组成悬索桥的组成组成：悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系，其主要构成如下图所示。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。成桥后结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。v主主缆缆是是结结构构体体系系中中的的主主要要承承重重构构件件；通通过过塔塔顶顶索索鞍鞍悬悬挂挂在在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件。主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件。v主主

2、塔塔是是悬悬索索桥桥抵抵抗抗竖竖向向荷荷载载的的主主要要承承重重构构件件；支支承承主主缆缆的的重要构件。重要构件。v加加劲劲梁梁是是悬悬索索桥桥承承受受风风荷荷载载和和其其它它横横向向水水平平力力的的主主要要构构件件，提提供供桥桥面面和和防防止止桥桥面面发发生生过过大大的的挠挠曲曲变变形形和和扭扭曲曲变变形形，主主要承受弯曲内力。要承受弯曲内力。v吊吊索索是是将将加加劲劲梁梁自自重重、外外荷荷载载传传递递到到主主缆缆的的传传力力构构件件，是是连系加劲梁和主缆的纽带。连系加劲梁和主缆的纽带。v锚碇锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。悬索

3、桥各部分的作用悬索桥各部分的作用v地锚式与自锚式悬索桥地锚式与自锚式悬索桥地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。自自锚锚式式：主主缆缆拉拉力力水水平平分分力力直直接接传传递递给给加加劲劲梁梁（轴轴向向压压力力）承承受受；竖竖直直分分力力（较较小小）由由端端支支点点承承受受。适适宜宜：跨跨度度不不大大、软软土土地地基基、城城市桥等。市桥等。v双链式悬索桥双链式悬索桥（小跨度悬索桥）（小跨度悬索桥）双双链链式式悬悬索索桥桥的的恒恒载载及及均均布布活活载载由由上上下下链链平平均均负负担担，非非均均布布活活载载以以及及半半跨跨活活载载时时结结构构的的受受力力及及变

4、变形形特特性性较较好好，分分散散构构件件受受力力可可减减小小构构件件截截面面尺尺寸寸和和单单件件重重量量；缺缺点点：构构件件增增多多分分散散，安安装装及及养养护护维维修修不利。不利。二、悬索桥的形式二、悬索桥的形式v地锚式悬索桥的孔跨布置形式地锚式悬索桥的孔跨布置形式(力学体系力学体系)单单跨跨：适适于于边边跨跨建建筑筑高高度度小小、曲曲线线边边跨跨。由由于于边边跨跨主主缆缆的的垂垂度度较较小小对对荷荷载载变变形形有有利利，架架设设主主缆缆时时索索鞍鞍预预偏偏量量较较大大；梁梁端端用用吊吊杆杆或或者者摆摆柱柱作作支支撑撑的的悬悬浮浮体体系系，纵纵向向位位移移不不受受限制。限制。13851385

5、米江阴大桥。米江阴大桥。三跨：三跨：最常见最常见。两两跨跨：（单单边边跨跨）一一岸岸建建筑筑高高度度小小和和曲曲线线边边跨跨时时。13771377米米青青马大桥。马大桥。多多跨跨：因因中中间间桥桥塔塔和和两两边边桥桥塔塔的的塔塔高高不不同同导导致致主主缆缆垂垂度度偏偏大大，悬悬索索桥桥整整体体刚刚度度降降低低，非非均均布布活活载载下下塔塔顶顶变变位位及及加加劲劲梁梁挠挠曲曲变变形形和和弯弯矩矩较较大大；固固有有振振动动频频率率降降低低。故故中中塔塔必必须须加大刚度（加大刚度（4 4柱立体桥塔）或者减小主缆垂跨比。柱立体桥塔）或者减小主缆垂跨比。悬索桥的形式（续）悬索桥的形式（续）单塔悬索桥效果

6、图单塔悬索桥效果图单塔悬索桥单塔悬索桥直布罗陀跨海大桥直布罗陀跨海大桥直布罗陀跨海大桥直布罗陀跨海大桥空间主缆悬索桥空间主缆悬索桥南备赞悬索桥南备赞悬索桥南备赞悬索桥南备赞悬索桥刚性缆索体系悬索桥刚性缆索体系悬索桥刚性缆索体系悬索桥刚性缆索体系悬索桥三、悬索桥的构造三、悬索桥的构造 主缆主缆 材料材料有效拉应力大；拉伸延伸率小；弹模大；截面密度大；疲劳强度高、有效拉应力大；拉伸延伸率小；弹模大；截面密度大；疲劳强度高、徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。类型类型 钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式钢绞线索等，钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式

7、钢绞线索等，适于适于600米以下；米以下；平行丝股主缆：采用空中绕线法平行丝股主缆：采用空中绕线法AS法或者预制丝股法法或者预制丝股法PS法）法），适于适于400米以上，是现代悬索桥主缆的主流结构类型。米以上，是现代悬索桥主缆的主流结构类型。大跨多采用耐疲劳的高强钢丝，因为钢绞线虽然施工方便，但弹大跨多采用耐疲劳的高强钢丝，因为钢绞线虽然施工方便，但弹模较低使结构变形增大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难，模较低使结构变形增大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难，适于中小跨度。适于中小跨度。结构形式结构形式双面平行主缆（绝大多数）；双面平行主缆（绝大多数）；单面主缆；空间主缆；单面主

8、缆；空间主缆；复式主缆（双链吊桥：复式主缆（双链吊桥：朝阳大桥）。朝阳大桥）。截面形状（截面形状（六角形）六角形）尖顶形：尖顶形：将钢丝索故在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆将钢丝索故在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。平顶形：平顶形：下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直径大。径大。方阵式：方阵式：竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目

9、较为灵活，紧缆机操作时也较容易形成圆形截面。作时也较容易形成圆形截面。悬索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆方阵式主缆断面方阵式主缆断面施工中的主缆断面施工中的主缆断面l主缆编制方法主缆编制方法lASAS法：法：通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将两根通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将两根钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可达达400400500500根）编扎成一根索股。钢束股数较少，便根）编扎成一根索股。钢束股数较少，便于集中锚固，起吊设备轻便；架设主缆时抗风较弱所于集中锚固，起吊设备轻便；架设主缆时抗风较弱所需劳动力也较多。需劳动力也较多

10、。lPSPS法：法：避免了钢丝编成钢丝束股的作业从而加快主缆避免了钢丝编成钢丝束股的作业从而加快主缆的施工进度，但要求大吨位的起重运输设备和拽拉设的施工进度，但要求大吨位的起重运输设备和拽拉设备来搬运钢丝束股。目前多采用备来搬运钢丝束股。目前多采用6161、9191、12751275左右左右钢丝，最重可达钢丝，最重可达4040吨。吨。悬索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆ASAS法法示意图示意图主缆断面主缆断面ASAS法示意图法示意图l主缆的防护主缆的防护（不可更换的主要受力构件，必须防腐）（不可更换的主要受力构件，必须防腐）l锈蚀原因：锈蚀原因：架设期间水份进入；防护完成后因主缆线形变化、架设期间

11、水份进入；防护完成后因主缆线形变化、温度变化引起伸缩而导致粗糙表面的油漆开裂和索夹上受损温度变化引起伸缩而导致粗糙表面的油漆开裂和索夹上受损的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。l防护方法：防护方法：施工期间镀锌钢丝外涂底漆或者树脂类，然后手施工期间镀锌钢丝外涂底漆或者树脂类，然后手工满刮腻子，再缠绕钢丝（退火镀锌工满刮腻子，再缠绕钢丝（退火镀锌44钢丝钢丝），最后作外），最后作外涂装。涂装。改良措施：l以S 形截面的缠绕钢丝代替圆端面钢丝，使主缆表面光滑、丝丝相扣，油漆不易开裂、水不能渗入。l开空气导入法：将除湿机产生的干燥空气用管道输送

12、，通过入口索夹输入主缆，经出口索夹排出主缆（出入口索夹间距140米左右），一般可维持相对湿度在40以下。悬索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造吊索（吊杆）吊索（吊杆）吊索吊索布置形式：布置形式：竖直；倾斜（提高整体振动时的结构阻尼值）。竖直；倾斜（提高整体振动时的结构阻尼值）。材料：材料：刚性吊杆（少量小跨：圆钢或钢管）；刚性吊杆（少量小跨：圆钢或钢管）；柔性吊索：钢丝绳或者平行钢丝索（多采用）。柔性吊索：钢丝绳或者平行钢丝索（多采用）。钢丝绳索钢丝绳索绳心式：以一股钢丝绳为中央形心，外围用钢丝束股围绕扭绞绳心式：以一股钢丝绳为中央形心，外围用钢丝束股围绕扭绞而成。而

13、成。股心式：股心式：7股钢丝束股扭绞而成，中央一股为股心。股钢丝束股扭绞而成，中央一股为股心。注意：钢丝束股的扭绞方向与其间钢丝的扭转方向相反。平行钢丝索（平行钢丝索（PWS）：多根）：多根557 7镀锌钢丝外加镀锌钢丝外加PEPE套管。套管。索夹索夹作用：作用：刚性索夹与柔而松的主缆索体间的连接为不稳定连接。依靠摩擦刚性索夹与柔而松的主缆索体间的连接为不稳定连接。依靠摩擦力来保证主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。力来保证主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。构造：构造：l六边形（中小跨）：少用；六边形（中小跨）：少用；l圆形：一对铸钢半圆构件以高强螺栓相连接，依靠高强螺圆形：一对铸钢半圆构件

14、以高强螺栓相连接，依靠高强螺栓拧紧后的拉力来提供足够索夹固定位置的摩擦阻力，栓拧紧后的拉力来提供足够索夹固定位置的摩擦阻力，两半圆构件之间留有一定空隙，以保证螺栓拉力，空隙两半圆构件之间留有一定空隙，以保证螺栓拉力，空隙内填防腐料；索夹半圆内表面加工后不能磨光。内填防腐料；索夹半圆内表面加工后不能磨光。骑跨式：索夹上半部有骑跨式：索夹上半部有4各凸肋形成两条凹槽；各凸肋形成两条凹槽；销铰式：下侧半索夹下带有耳式吊板供销铰连接用。销铰式：下侧半索夹下带有耳式吊板供销铰连接用。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索夹索夹悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索夹索夹吊索与索夹的联结方式吊索与索夹的联结方式（

15、钢丝绳）（钢丝绳）4股骑跨式：股骑跨式：两根两端带锚头的钢丝绳索绕跨在索夹顶部的两根两端带锚头的钢丝绳索绕跨在索夹顶部的嵌索槽中，锚头与加劲梁连接。不宜用平行钢丝索，索夹嵌索槽中，锚头与加劲梁连接。不宜用平行钢丝索，索夹分左右两半。分左右两半。双股销铰式：双股销铰式：两根下端带锚头、上端带销铰的钢丝绳索或两根下端带锚头、上端带销铰的钢丝绳索或平行钢丝索，上端利用销铰与索夹下的耳板（吊板）连接，平行钢丝索，上端利用销铰与索夹下的耳板（吊板）连接，下端用锚头或者同样用销铰与加劲梁连接。索夹分上下两下端用锚头或者同样用销铰与加劲梁连接。索夹分上下两半。半。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索夹索夹主缆

16、与索夹的连接方式主缆与索夹的连接方式吊索与主缆连接吊索与主缆连接4股骑跨式股骑跨式吊索与主缆连接吊索与主缆连接双股销铰式双股销铰式索箍索箍索夹索夹图为香港青马桥图为香港青马桥图为骑跨式吊索图为骑跨式吊索与主缆（索夹）与主缆（索夹）以及与加劲梁以及与加劲梁之间的连接之间的连接 桥塔桥塔材料：材料：圬工（古老、小跨简易）；钢筋砼（框架式；实心矩形圬工（古老、小跨简易）；钢筋砼（框架式；实心矩形或者箱形）最高或者箱形）最高155米；钢（框架式、桁架式；箱形、多格米；钢（框架式、桁架式；箱形、多格箱形、箱形、H形）。形）。桥塔纵向结构形式：桥塔纵向结构形式：摇柱塔（摆动式）：单柱塔下设铰、塔顶索鞍固定

17、于塔，适摇柱塔（摆动式）：单柱塔下设铰、塔顶索鞍固定于塔，适于小跨。于小跨。柔性塔：一般为下端固定式，塔顶水平变位量相对较大，适柔性塔：一般为下端固定式，塔顶水平变位量相对较大，适于大跨。于大跨。刚性塔：塔顶水平变位量相对较小，单柱或者刚性塔：塔顶水平变位量相对较小，单柱或者A形，多用于形，多用于多跨悬索桥的中间塔柱，纵向刚度较大，塔顶位移小从而减多跨悬索桥的中间塔柱，纵向刚度较大，塔顶位移小从而减小加劲梁内的应力。小加劲梁内的应力。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造塔塔悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造塔塔 桥塔横向结构形式：桥塔横向结构形式：刚构式（框架式）：单层或者多层门架，明快简洁。刚构式

18、（框架式）：单层或者多层门架，明快简洁。桁架式：若干组交叉的斜杆与水平横梁组成桁架，施工桁架式：若干组交叉的斜杆与水平横梁组成桁架，施工时稍显困难。时稍显困难。混合式：仅在桥面以下设置交叉斜杆以改善受力和经济混合式：仅在桥面以下设置交叉斜杆以改善受力和经济性能。性能。塔柱横向可竖直或者稍带倾斜（斜柱式）或转折点塔柱横向可竖直或者稍带倾斜（斜柱式）或转折点（折柱式），后两者稳定性能好且较为经济。（折柱式），后两者稳定性能好且较为经济。现代认为钢筋砼刚构式桥塔是悬索桥的桥塔最佳选择。虎门大桥主塔虎门大桥主塔乔乔治治华华盛盛顿顿桥桥Panay-GuimarasPanay-Guimaras锚碇（用于地

19、锚式悬索桥锚碇（用于地锚式悬索桥）基本组成：基本组成：主缆的锚碇架及固定装置、锚块、锚块基础。主缆的锚碇架及固定装置、锚块、锚块基础。基本分类：基本分类：重力式锚碇、隧道式锚碇、岩锚。重力式锚碇、隧道式锚碇、岩锚。重力式锚碇：重力式锚碇：依靠依靠锚块锚块自重自重来抵抗主缆的竖直分力，水平分力则由锚碇与来抵抗主缆的竖直分力，水平分力则由锚碇与地基之间的摩阻力（包括侧壁的）或者嵌固阻力来抵抗。地基之间的摩阻力（包括侧壁的）或者嵌固阻力来抵抗。前锚式：主缆采用前锚式：主缆采用PS法施工时的缆索锚固方式，支承（定法施工时的缆索锚固方式，支承（定位）钢构架与传力钢构架的结合。位）钢构架与传力钢构架的结合

20、。后锚式：后锚式：主缆采用主缆采用ASAS法施工时的缆索锚固方式，铸钢索靴法施工时的缆索锚固方式，铸钢索靴与眼杆的结合。与眼杆的结合。现代预应力锚拉工艺：近期已经陆续取代前两者。现代预应力锚拉工艺：近期已经陆续取代前两者。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造锚碇锚碇悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造锚碇锚碇隧道式锚碇（岩洞式）：隧道式锚碇（岩洞式）：主缆散开后各索股通过岩洞中的混凝土锚块内埋设的锚梁与主缆散开后各索股通过岩洞中的混凝土锚块内埋设的锚梁与拉杆的伸出端连接，并利用预应力工艺调整松紧。拉杆的伸出端连接，并利用预应力工艺调整松紧。岩锚（岩孔锚）：岩锚（岩孔锚）：各索股先分散在各个岩孔内（每股

21、一个孔），最后再进入锚各索股先分散在各个岩孔内（每股一个孔），最后再进入锚固室。主缆经散索鞍转向并在散索室分散后，每根钢丝索锚固室。主缆经散索鞍转向并在散索室分散后，每根钢丝索锚拉在钢杆上，钢杆再锚拉在浇注在传力块体内的锚板上，各拉在钢杆上，钢杆再锚拉在浇注在传力块体内的锚板上，各钢杆与插放在各钻孔内的后张力筋连接，力筋最后在锚固室钢杆与插放在各钻孔内的后张力筋连接，力筋最后在锚固室内张拉后防腐。内张拉后防腐。重力式锚碇（采用较多）隧道式锚碇 重力式锚碇用于持力层位于地表以下重力式锚碇用于持力层位于地表以下20205050米较合理；过深可以采用米较合理；过深可以采用深基础：沉箱、沉井、桩、管柱

22、等。深基础：沉箱、沉井、桩、管柱等。隧道式锚碇用于基岩外露处，主缆各索股集中在一个岩洞内锚固。隧道式锚碇用于基岩外露处，主缆各索股集中在一个岩洞内锚固。挪威研究的新型锚碇，例如挪威研究的新型锚碇，例如“瑞典高海岸大桥瑞典高海岸大桥”，构造简单而经济。，构造简单而经济。重力式锚碇外观图重力式锚碇外观图 图图a a）为现代预应力锚固系统（前锚式）为现代预应力锚固系统（前锚式）图图b b）为一般后锚式锚固系统）为一般后锚式锚固系统青马大桥锚碇青马大桥锚碇索靴索靴 特殊锚碇特殊锚碇l多跨悬索桥的共用锚墩多跨悬索桥的共用锚墩l三角形空腹构架式重力锚三角形空腹构架式重力锚l平板式重力锚平板式重力锚l软土层

23、中的深基础重力锚软土层中的深基础重力锚悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造锚碇锚碇三角形空腹构架式重力锚三角形空腹构架式重力锚丹麦大海带桥丹麦大海带桥悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲梁加劲梁结构形式：结构形式：钢板梁钢板梁钢桁梁钢桁梁钢箱梁钢箱梁砼箱（板）梁砼箱（板）梁比 较 项 目加 劲 梁 形 式钢 桁 梁钢 箱 梁砼 箱 梁抗 风 性 能 涡 流 激 振最不易发生易发生不易发生自 激 振 动可能性大可能性小静态阻力系数大小小风 致 变 形大小小结 构 刚 度小大结构梁 高高低低用 钢 量最大低最低桥 面 系一般与主梁分离一般与主梁结合为整体为主梁的一部分制造制 造杆件多，节点结构复杂，标

24、准化大量生产困难箱梁由板构件组成，标准化大量生产容易工厂预制节段，标准化生产容易施工架 设单根杆件平面构件立体节段多样化节段法架设或与现浇节段并用预制节段法养护养 护 维 修油漆养护难油漆养护方便一般无需养护桥 面菲结合型损伤时易与主梁结合损伤难维修损伤时易维修钢板梁的横截面钢板梁的横截面悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲梁加劲梁 钢桁架的横截面钢桁架的横截面：l双层公路桥面钢桁架梁双层公路桥面钢桁架梁l公铁两用的双层桥面钢桁架梁公铁两用的双层桥面钢桁架梁l单层桥面钢桁架梁单层桥面钢桁架梁l流线型闭合式桁架箱梁流线型闭合式桁架箱梁香港青马大桥香港青马大桥 钢桁架加劲梁的特点钢桁架加劲梁的特点

25、：通透梁体，抗风稳定性好；空间桁架结构，抗扭刚度通透梁体，抗风稳定性好；空间桁架结构，抗扭刚度较大；不易产生颤振、抖振和涡激共振。较大；不易产生颤振、抖振和涡激共振。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲梁加劲梁一般桁架加劲梁横截面一般桁架加劲梁横截面 在两片主桁架的外围，沿着桥梁纵向每隔在两片主桁架的外围，沿着桥梁纵向每隔4.5米加设一道包米加设一道包括上下桥面系横梁、两侧尖端形导风角与中间两根立柱等构件括上下桥面系横梁、两侧尖端形导风角与中间两根立柱等构件组成的六边形横向主框架，在导风角部分用组成的六边形横向主框架，在导风角部分用1.5毫米后的不锈钢毫米后的不锈钢板围封。这样连同上下横梁部分

26、的正交异性钢桥面板，组成一板围封。这样连同上下横梁部分的正交异性钢桥面板，组成一个类似与钢箱梁的封闭性截面。上层桥面的中央个类似与钢箱梁的封闭性截面。上层桥面的中央3.5米宽度部分米宽度部分和下层桥面的铁道桥面系部分均以交叉的斜杆代替正交异性板，和下层桥面的铁道桥面系部分均以交叉的斜杆代替正交异性板，整个截面中央部分形成一条纵向的上下通风道，对抗风极为有整个截面中央部分形成一条纵向的上下通风道，对抗风极为有利。利。闭合式闭合式钢桁梁横截面钢桁梁横截面香港青马大桥香港青马大桥汲水门大桥（斜拉桥）汲水门大桥（斜拉桥）钢箱梁钢箱梁的特点的特点l采用正交异性钢桥面板和带加劲肋的薄钢板组成，能充采用正交

27、异性钢桥面板和带加劲肋的薄钢板组成，能充分发挥薄钢板比厚钢板力学性能好的优点，利于焊接，分发挥薄钢板比厚钢板力学性能好的优点，利于焊接，同时，正交异性板具有很高的承载力，截面设计更为经同时，正交异性板具有很高的承载力，截面设计更为经济合理。济合理。l为提高梁体抗失稳能力，纵向每隔一定间距设置框架横为提高梁体抗失稳能力，纵向每隔一定间距设置框架横联或横向联结系，相邻两横联之间可加设横向加劲肋，联或横向联结系，相邻两横联之间可加设横向加劲肋，支座处横联更应加强；为保证翼缘板及腹板屈曲稳定，支座处横联更应加强；为保证翼缘板及腹板屈曲稳定，受压区架设纵向加劲肋受压区架设纵向加劲肋(多为闭口纵肋：抗扭刚

28、度大；屈多为闭口纵肋：抗扭刚度大；屈曲稳定好；外侧贴角焊缝长度减少一半曲稳定好；外侧贴角焊缝长度减少一半)，连续贯通的纵，连续贯通的纵肋可作为翼缘板截面的一部分予以计算。肋可作为翼缘板截面的一部分予以计算。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲梁加劲梁钢箱梁内部构造钢箱梁内部构造 钢箱梁的横截面钢箱梁的横截面：l扁平棱形钢箱梁扁平棱形钢箱梁l增设抗风分流板的扁平棱形钢箱梁增设抗风分流板的扁平棱形钢箱梁l流线型钢箱梁流线型钢箱梁l增设抗风分流板的流线型钢箱梁增设抗风分流板的流线型钢箱梁悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲梁加劲梁1500米以上的悬索桥尽可能采用开槽分离箱，及其它导流稳定措施才能满足

29、要求。加劲梁宽达加劲梁宽达60.4m60.4m，由，由3 3个纵向的钢箱、钢箱梁之间的钢桥面板和钢横梁等个纵向的钢箱、钢箱梁之间的钢桥面板和钢横梁等三部分组成。钢横梁的立面作成倒梯形，中间部分高约三部分组成。钢横梁的立面作成倒梯形，中间部分高约5m5m。横梁间距。横梁间距30m30m，纵向箱梁净跨径，纵向箱梁净跨径26m26m。主跨的宽跨比为。主跨的宽跨比为1/54.61/54.6。能够经受高于能够经受高于216 216 Km/hKm/h的大风；公路平台能够承受的大风；公路平台能够承受大于大于140,000140,000辆辆/天的交通量；双线铁路允许通天的交通量；双线铁路允许通过列车过列车20

30、0200辆辆/天。天。（33003300米方案）米方案）钢箱加劲梁横截面钢箱加劲梁横截面MessinaMessina海峡大桥海峡大桥青龙大桥布置图青龙大桥布置图箱型加劲梁截面构造箱型加劲梁截面构造中央开槽箱梁中央开槽箱梁 混凝土加劲梁的横截面混凝土加劲梁的横截面：l预应力混凝土箱梁预应力混凝土箱梁 在总用钢量上稍有减少，抗风、变形（刚度）较好，流线型梁体外形美观、养护容易；但总造价偏高，施工架设胶南、工期长，抗震性及适应性较差，吊索及索夹工作量加大。汕头海湾大桥：单箱三室预应力混凝土箱梁汕头海湾大桥：单箱三室预应力混凝土箱梁l预应力混凝土板梁预应力混凝土板梁悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲

31、梁加劲梁汕头海湾大桥汕头海湾大桥（452452米）砼箱加劲梁横截面米）砼箱加劲梁横截面 加劲梁的桥面构件：加劲梁的桥面构件：l钢筋混凝土桥面板钢筋混凝土桥面板l钢桥面板钢桥面板l桥面板上的铺装层桥面板上的铺装层 要求：高温稳定性、低温抗裂性、常温抗疲劳性、防要求：高温稳定性、低温抗裂性、常温抗疲劳性、防水性。水性。多以热铺改性沥青混凝土（浇注式或摊铺式）为主，多以热铺改性沥青混凝土（浇注式或摊铺式）为主，其上为磨耗层，其下为与钢桥面板之间的粘结层与防其上为磨耗层，其下为与钢桥面板之间的粘结层与防水层。水层。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲梁加劲梁桥面铺装层的几种常见铺装方法桥面铺装层的几种

32、常见铺装方法:1）单层浇注式混凝土（欧洲）单层浇注式混凝土（欧洲）2）下层浇注式沥青混凝土，上层为密级配摊铺式沥青）下层浇注式沥青混凝土，上层为密级配摊铺式沥青混凝土（或者混凝土（或者SMA）（日本）（日本）3）上、下层分别采用不同粒径石料的）上、下层分别采用不同粒径石料的SMA（中国）（中国）4）单层环氧沥青混凝土（美国）单层环氧沥青混凝土（美国）重点是确定铺装层结构形式和厚度。重点是确定铺装层结构形式和厚度。一般：单层一般：单层3.55cm，双层，双层6.58cm。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造加劲梁加劲梁索鞍（鞍座）索鞍（鞍座）支承主缆的支承件或配件支承主缆的支承件或配件 类型：类型：

33、塔顶主索鞍；塔顶主索鞍；支架副索鞍：支架副索鞍：边跨靠近岸端的墩架或钢排架的顶部，边跨靠近岸端的墩架或钢排架的顶部，改变主缆在竖平面内的倾角。也可不设。改变主缆在竖平面内的倾角。也可不设。展束锚固索鞍展束锚固索鞍：多设置在桥台上，使构成主缆的许多：多设置在桥台上，使构成主缆的许多钢丝束股在水平向及竖直向分散开的支撑鞍座，并导钢丝束股在水平向及竖直向分散开的支撑鞍座，并导引各索股入锚固部分。引各索股入锚固部分。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索鞍索鞍塔顶主索鞍塔顶主索鞍主要构件：主要构件：鞍槽、腹板底板和加劲肋板等（腹板传递鞍槽压力，横肋加鞍槽、腹板底板和加劲肋板等（腹板传递鞍槽压力，横肋加强）

34、。强）。布置形式：布置形式：两块斜腹板：两块斜腹板：大部分鞍下应力由斜腹板大部分鞍下应力由斜腹板直接直接径塔柱两侧横壁板传给桥塔、径塔柱两侧横壁板传给桥塔、单（两）块竖腹板单（两）块竖腹板：大部分压力经鞍座板：大部分压力经鞍座板间接间接传递给塔柱顶板。传递给塔柱顶板。塔顶鞍槽的纵向曲率半径：塔顶鞍槽的纵向曲率半径：纵向圆弧半径（可为纵向非对称多段圆弧）不小于主缆直径的纵向圆弧半径（可为纵向非对称多段圆弧）不小于主缆直径的812倍，倍，入口处鞍槽半径局部略小以防破坏主缆防腐。入口处鞍槽半径局部略小以防破坏主缆防腐。鞍槽的截面形状鞍槽的截面形状：配合主缆钢丝索股的排列形状。：配合主缆钢丝索股的排列

35、形状。制造方法：制造方法：全铸、铸件鞍槽焊接钢板（铸焊）全铸、铸件鞍槽焊接钢板（铸焊）倾向、全焊。倾向、全焊。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索鞍索鞍散索鞍散索鞍构造形式构造形式 为调节主缆在各种条件下的长度变化，散索鞍由辊轴、为调节主缆在各种条件下的长度变化，散索鞍由辊轴、摇轴支承，或者作成摆柱构件。摇轴支承，或者作成摆柱构件。鞍槽的纵向曲率半径鞍槽的纵向曲率半径 入口处鞍槽形状与塔顶鞍槽相同，出口处略小，满足转入口处鞍槽形状与塔顶鞍槽相同，出口处略小，满足转向和散索。向和散索。鞍槽的截面形状鞍槽的截面形状 配合主缆钢丝索股的排列形状。配合主缆钢丝索股的排列形状。悬索桥各部分构造悬索桥各部分

36、构造索鞍索鞍香港青马桥主索鞍香港青马桥主索鞍虎门主索鞍虎门主索鞍江阴主索鞍江阴主索鞍展束锚固索鞍展束锚固索鞍（散索鞍）（散索鞍）小海带桥小海带桥四、悬索桥的设计 悬索桥悬索桥的美学考虑悬索桥的美学考虑 国国际际著著名名建建筑筑美美学学专专家家JENSEN JENSEN Poul Poul OveOve认认为为：美美的的可可感感知知性性和和结结构构的的实实在在性性之之间间具具有有强强烈烈关关系系，最最有有效效地地挖挖掘掘材材料料强强度度和和材材料料特特殊殊属属性性的的结结构构形形式式是是最最美美的的。主主要要构构件件为为受受拉拉或或承承压压的的结结构构通通常常比比受弯结构更容易感知受弯结构更容易

37、感知，悬挂结构的美学潜能是十分优越的。悬挂结构的美学潜能是十分优越的。具具有有柔柔梁梁和和悬悬挂挂系系统统的的大大跨跨度度桥桥梁梁具具有有内内在在美美，给给设设计计者者提提供供了了一一个个创创造造真真正正伟伟大大设设计计的的机机会会。但但是是，是是否否能能够够成成功功依依赖赖于于设设计计者者的的意意愿愿和和能能力力。有有意意识识地地和和一一致致地地设设计计所所有有构构件件，不不但但要要满满足足指指定功能，而且在视觉上相互补充而形成一个整体。定功能，而且在视觉上相互补充而形成一个整体。缆索承重桥梁的美学考虑（续）缆索承重桥梁的美学考虑（续）悬索桥的美学比例悬索桥的美学比例（1）边跨跨经应小于主跨

38、跨经的一半。可达）边跨跨经应小于主跨跨经的一半。可达0.210.31（2）桥下空间应呈扁平，桥面越高，跨经越大）桥下空间应呈扁平，桥面越高，跨经越大（3）加劲梁易扁平，使空气动力性能好而外形纤巧）加劲梁易扁平，使空气动力性能好而外形纤巧（4）锚碇安全而不过于庞大）锚碇安全而不过于庞大（5）桥塔结构简洁而不失雄伟）桥塔结构简洁而不失雄伟悬索桥的设计悬索桥的设计悬索桥的设计悬索桥的设计 悬索桥的总体设计悬索桥的总体设计l 适用范围适用范围 1000米以上几乎是唯一可选桥型；米以上几乎是唯一可选桥型；3001000米之间采用米之间采用砼加劲梁也可与斜拉桥竞争。砼加劲梁也可与斜拉桥竞争。l 与其它大跨

39、度桥梁的比较选择与其它大跨度桥梁的比较选择拱桥：拱桥：主拱是压弯构件，过大的轴力和弯距会使其失稳，材主拱是压弯构件，过大的轴力和弯距会使其失稳，材料强度很难发挥；拱质量中心较高，不利于抗震；施工抗风料强度很难发挥；拱质量中心较高，不利于抗震；施工抗风难。难。斜拉桥：斜拉桥：受压弯的加劲梁在跨度很大时恒载压力巨大，截面受压弯的加劲梁在跨度很大时恒载压力巨大，截面尺寸势必加大；跨度较大时刚度较好；施工抗风难。尺寸势必加大；跨度较大时刚度较好；施工抗风难。结构特性要点结构特性要点l跨度比跨度比l垂跨比垂跨比l宽跨比宽跨比l高跨比高跨比l加劲梁的支承体系加劲梁的支承体系l主缆与加劲梁的特殊联结主缆与加

40、劲梁的特殊联结悬索桥的设计悬索桥的设计 跨度比跨度比（边跨与中跨之比）（边跨与中跨之比）l一般取值自由度较小，为一般取值自由度较小，为0.30.5。l单位桥长用钢量随跨度比的减小而增大；单位桥长用钢量随跨度比的减小而增大；结构的竖向变形及竖向挠角随跨度比的减小而减小；结构的竖向变形及竖向挠角随跨度比的减小而减小；取消悬吊的边跨加劲梁又导致结构的整体刚度降低。取消悬吊的边跨加劲梁又导致结构的整体刚度降低。l大跨悬索桥多小边跨来增加刚度的同时又使用钢量较大跨悬索桥多小边跨来增加刚度的同时又使用钢量较省，跨度比在省，跨度比在0.20.4之间。之间。悬索桥的设计悬索桥的设计结构特性要点结构特性要点Me

41、ssinaMessina海峡大桥立面图海峡大桥立面图 MessinaMessina海峡大桥海峡大桥最终方案选用主跨为最终方案选用主跨为3300m3300m的悬索桥，本土侧和的悬索桥，本土侧和西西里岛侧的边跨分别为西西里岛侧的边跨分别为810m810m和和960m960m，共长，共长5070m5070m。除主跨全长用竖。除主跨全长用竖直吊索悬吊加劲梁之外，两个边跨都是在桥塔附近较短的局部区段内直吊索悬吊加劲梁之外，两个边跨都是在桥塔附近较短的局部区段内设有竖向吊索，在西西里岛侧由于地形较高设有若干短跨小墩。设有竖向吊索，在西西里岛侧由于地形较高设有若干短跨小墩。跨度布置实例跨度布置实例：垂跨比垂

42、跨比（主缆矢跨比）（主缆矢跨比）l（f/l）一般取值范围为）一般取值范围为1/91/12。l垂跨比对垂跨比对主缆拉力主缆拉力影响较大，垂跨比越小主缆拉力越大，从影响较大，垂跨比越小主缆拉力越大，从而所需主缆截面面积越大，增加单位桥长用钢量。而所需主缆截面面积越大，增加单位桥长用钢量。l钢桥塔的用钢量随垂跨比的增加而增加。钢桥塔时，钢桥塔的用钢量随垂跨比的增加而增加。钢桥塔时，总用钢总用钢量量随着垂跨比的加大而略有降低；混凝土塔时，大跨径的总随着垂跨比的加大而略有降低；混凝土塔时，大跨径的总用钢量随着垂跨比的增加而略有增加。用钢量随着垂跨比的增加而略有增加。l垂跨比越大，悬索桥的竖向、横向垂跨比

43、越大，悬索桥的竖向、横向整体刚度整体刚度越大。越大。l对对振动特性振动特性的影响：垂跨比增大时：竖向挠振固有频率和极的影响：垂跨比增大时：竖向挠振固有频率和极惯矩降低；扭振固有频率增大。惯矩降低；扭振固有频率增大。悬索桥的设计悬索桥的设计结构特性要点结构特性要点 高跨比高跨比（加劲梁高与主孔跨度之比）（加劲梁高与主孔跨度之比）l悬索桥加劲梁在恒载作用下除了承受与吊索节间长度有关的悬索桥加劲梁在恒载作用下除了承受与吊索节间长度有关的挠曲应力外，一般处于无应力状态，所以挠曲应力外，一般处于无应力状态，所以加劲梁高度与主孔加劲梁高度与主孔跨度基本没有关系跨度基本没有关系。减小加劲梁竖向变形的有效办法

44、是减小。减小加劲梁竖向变形的有效办法是减小跨度比而不是增大加劲梁高度。跨度比而不是增大加劲梁高度。l一般而言，桁架式加劲梁的高度为一般而言，桁架式加劲梁的高度为814米，箱型加劲梁高米，箱型加劲梁高度为度为2.54.5米。米。l已建桁架式加劲梁悬索桥的高跨比大致在已建桁架式加劲梁悬索桥的高跨比大致在1/1801/70；箱型加劲梁悬索桥的高跨比大致在箱型加劲梁悬索桥的高跨比大致在1/4001/300；问题：问题：扁平钢箱梁扁平钢箱梁的流线型设计有利于风动稳定，但高度太小会导致加的流线型设计有利于风动稳定，但高度太小会导致加劲梁抗扭刚度削弱太多，容易导致涡振和抖振发生而导致结构疲劳。因劲梁抗扭刚度

45、削弱太多，容易导致涡振和抖振发生而导致结构疲劳。因此，一般控制高宽比在此，一般控制高宽比在1/71/11。悬索桥的设计悬索桥的设计结构特性要点结构特性要点 宽跨比宽跨比 l一般中小跨度桥梁：（一般中小跨度桥梁：（B/l）一般取值范围为大于等于）一般取值范围为大于等于1/20。但是大跨度悬索桥的宽跨比尚无合理而科学的标准。但是大跨度悬索桥的宽跨比尚无合理而科学的标准。l一般而言，宽跨比越大，梁体越宽，梁体横向挠曲刚度越大，一般而言，宽跨比越大，梁体越宽，梁体横向挠曲刚度越大，可以非常有效地减小边跨梁体的横向最大挠角以及主跨梁体可以非常有效地减小边跨梁体的横向最大挠角以及主跨梁体的横向最大挠角（对

46、主跨梁体的横向最大挠度减小不是很显的横向最大挠角（对主跨梁体的横向最大挠度减小不是很显著）。著）。l已建大跨度悬索桥的宽跨比大致在已建大跨度悬索桥的宽跨比大致在1/401/60。悬索桥的设计悬索桥的设计结构特性要点结构特性要点悬索桥的设计悬索桥的设计结构特性要点结构特性要点 加劲梁的支承体系加劲梁的支承体系：（塔墩处是否连续）（塔墩处是否连续）l简支（双铰）体系：适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由简支（双铰）体系：适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由于边跨主缆的垂度较小对荷载变形有利，架设主缆时索鞍于边跨主缆的垂度较小对荷载变形有利，架设主缆时索鞍预偏量较大；梁端用吊杆或者摆柱作支撑的悬浮体系，纵预

47、偏量较大；梁端用吊杆或者摆柱作支撑的悬浮体系，纵向位移不受限制。不太适合铁路桥。向位移不受限制。不太适合铁路桥。1385米江阴大桥。米江阴大桥。l连续体系：加劲梁挠度（竖向及横向）、梁端角变位及伸连续体系：加劲梁挠度（竖向及横向）、梁端角变位及伸缩量较小。但是，主塔支点处产生较大弯距；梁穿过塔，缩量较小。但是，主塔支点处产生较大弯距；梁穿过塔，使塔柱间横向间距大，基础尺寸也相应加大；制造、架设使塔柱间横向间距大，基础尺寸也相应加大；制造、架设误差以及基础的不均匀沉降对加劲梁应力影响较大。误差以及基础的不均匀沉降对加劲梁应力影响较大。l单跨悬索桥中的一些特殊布置：单跨悬索桥加劲梁在两个单跨悬索桥

48、中的一些特殊布置：单跨悬索桥加劲梁在两个非悬吊的边跨内各带有连续伸出段。可有效减小变形。非悬吊的边跨内各带有连续伸出段。可有效减小变形。悬索桥的设计悬索桥的设计结构特性要点结构特性要点 主缆与加劲梁的特殊联结及其它主缆与加劲梁的特殊联结及其它：l传统做法：主缆只通过吊索与加劲梁联结。传统做法：主缆只通过吊索与加劲梁联结。l特殊做法：主跨中点将主缆与加劲梁直接固结。优点：可特殊做法：主跨中点将主缆与加劲梁直接固结。优点：可以减小非对称荷载作用下的挠度，提高纵向位移的复原力，以减小非对称荷载作用下的挠度，提高纵向位移的复原力，减小正常情况下活载引起的振动以及风荷载和地震荷载引减小正常情况下活载引起

49、的振动以及风荷载和地震荷载引起的纵向位移量。起的纵向位移量。1959年法国首创，现逐渐广泛。年法国首创，现逐渐广泛。布置方式：布置方式：主跨跨中设计特殊夹具连接主缆与加劲梁；主主跨跨中设计特殊夹具连接主缆与加劲梁；主跨跨中设计一对相对的短斜索；主跨跨中（中斜索）以及跨跨中设计一对相对的短斜索；主跨跨中（中斜索）以及边跨端部（端斜索）设计一对相对的短斜索。边跨端部（端斜索）设计一对相对的短斜索。悬索桥的减振措施主要包括：纵向弹性支承，悬索桥的减振措施主要包括：纵向弹性支承，主缆在跨中与主梁主缆在跨中与主梁固接固接、抗风索、抗风索悬索桥的设计悬索桥的设计结构特性要点结构特性要点 主缆主缆 主缆设计

50、主要内容如下主缆设计主要内容如下l 几何线形的确定：几何线形的确定：主缆中心线控制点理论高程计算；主缆中心线控制点理论高程计算；矢跨比的选择矢跨比的选择（1:91:11）；m时时,全桥刚度全桥刚度,主缆拉力主缆拉力。l 截面及预制平行钢丝束布置截面及预制平行钢丝束布置；空隙率约为；空隙率约为0.170.21左右，左右，备由着色观察钢丝和标准长度钢丝各一根，沿索长全使用长备由着色观察钢丝和标准长度钢丝各一根，沿索长全使用长度内不能有接头，度内不能有接头，2米左右布置定型强力胶带。米左右布置定型强力胶带。l 主缆无应力长度的计算主缆无应力长度的计算：主缆成桥态长度；一、二期恒载：主缆成桥态长度；一