第16章 懸索橋

1、10.5 懸索橋一、概述懸索橋是由主纜（main cable）、加勁梁（stiffening girder）、塔柱（tower）和錨碇（anchorage）構(gòu)成將索與同等跨徑簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力比較，見(jiàn)圖92。一般來(lái)說(shuō)，索不承受彎矩，即索中彎矩等于0，剪力等于0，只有軸力，全截面受拉，這較之梁以受彎為主，能更有效地發(fā)揮截面全體材料的承載能力。與梁相比，索的反力為（內(nèi)力和反力上標(biāo)加o的為簡(jiǎn)支梁，不加o的為索）：，就反力而言，索的豎向反力與簡(jiǎn)支梁相同，但在豎直荷載作用下，索會(huì)產(chǎn)生水平反力，而簡(jiǎn)支梁中沒(méi)有水平反力的存在。換言之，在豎向荷載作用下，梁只要求有豎向支承，而索除豎向支承外，兩端還必須有水平向的支

2、承。設(shè)索不承受彎矩，有其中，消去H，得索的方程懸索計(jì)算簡(jiǎn)圖與均布荷載作用下拱的合理拱軸線相同同其它橋式相比，當(dāng)跨度越大時(shí)，懸索橋的優(yōu)勢(shì)越明顯。 （1）在材料用量和截面設(shè)計(jì)方面，其截面積并不需要隨著跨度增大而增加。 （2）在構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，懸索橋的主纜、錨碇和塔這三項(xiàng)主要承重構(gòu)件在擴(kuò)充其截面積或承載能力方面所遇到的困難則較小。 （3）作為主要承重構(gòu)件的主纜具有非常合理的受力形式。 （4）在施工方面，風(fēng)險(xiǎn)較小。懸索橋的四個(gè)發(fā)展階段：第一代懸索橋，采用天然材料修建，后期也采用了鐵索等，一般沒(méi)有吊桿或吊索，承重結(jié)構(gòu)與使用構(gòu)造合二為一。第二代懸索橋，開(kāi)始采用了吊桿將橋面與主索分開(kāi)。第三代懸索橋，形成了美式

3、懸索橋體系，主纜采用紡絲法，加勁梁采用桁架梁，橋塔以鋼塔為主。第四代懸索橋，以流線形扁平鋼箱為主要特征的英式懸索橋。二、懸索橋的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、懸索橋的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造1、懸索橋的結(jié)構(gòu)體系 單跨、三跨簡(jiǎn)支加勁梁、三跨連續(xù)加勁梁自錨式懸索橋自錨式懸索橋構(gòu)造形式帶斜拉索的懸索橋1883年建成的紐約布魯克林大橋，主跨484m，是最早的帶斜拉索的吊橋。斜拉懸吊混合式懸索橋1997年建成的烏江大橋，主跨288m，主梁為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力薄壁箱梁，采用全截面纜吊預(yù)應(yīng)力懸拼施工，最大吊重為76噸，是世界首座吊拉組合橋。2、懸索橋的總體布置(1) 跨徑中跨和邊跨之比，常采用為2：1或4：1。當(dāng)中跨與邊跨之比大于4：1，邊跨跨徑

4、又較小時(shí)，可采用單跨懸索橋。在大跨徑的吊橋中，常采用三跨懸索橋。(2) 主索矢高及塔高從理論分析認(rèn)為最有利的矢跨比為1/61/7。在工程實(shí)踐，歐美各國(guó)常用1/91/12。橋塔高度由橋面標(biāo)高加上跨中吊桿最小高度和矢高來(lái)確定。(3) 吊桿間距跨徑在80m 到200 m范圍內(nèi)的吊橋，吊桿間距一般取58m?？鐝皆龃螅鯒U間距也應(yīng)增大。有時(shí)達(dá)20 m左右，此時(shí)需設(shè)強(qiáng)大的縱橫橋道梁。(4) 錨索傾角?我國(guó)常采用等傾角。錨索傾角常采用3040。不等傾角時(shí)，兩角差值一般控制在10以內(nèi)。以橋塔支承點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的主索曲線方程，可近似表示為(5) 加勁梁加勁梁的梁高應(yīng)為1/40-1/60到1/120。大跨徑懸索橋的

5、加勁梁常在1/80-1/200之間。對(duì)于加勁梁梁高偏小的吊橋，必須經(jīng)過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)以確保安全。有豎桿的三角形腹桿圖式，合理節(jié)間長(zhǎng)度約0.60.8h。斜桿的傾角不宜超過(guò)3050的范圍。（6）加勁梁橫截面布置：主索間距：中小跨徑不應(yīng)小于l/30。大跨徑，可小于l/35。目前世界上最大的幾座懸索橋的主索間距在l/401/60之間。上下層式、單層人行道內(nèi)置式、單層人行道懸挑式。3、懸索橋的主要構(gòu)造、懸索橋的主要構(gòu)造(1) 大纜(2) 橋塔(3) 鞍座(4) 錨碇(5) 加勁梁(6) 索夾及吊索(1) 大纜抗彎剛度小，抗拉剛度大，適合于受拉。一般設(shè)有兩根，平行布置。極少數(shù)設(shè)4根。個(gè)別設(shè)單根。大纜的材料有藤索

6、、竹索、鐵索、眼桿鏈、鋼絲?，F(xiàn)代懸索橋采用鋼絲繩（跨度500m 以下）和平行鋼絲束兩種。平行鋼絲束分為預(yù)制平行絲股和空中紡絲平行絲股。日本明石海峽橋的大纜截面貴州壩凌河大橋主纜主纜的容許索力可用下式求得：主纜的安全系數(shù)主要由以下因素決定：主纜的構(gòu)造、計(jì)算精度、恒載應(yīng)力與活載應(yīng)力之比、二次應(yīng)力的影響、應(yīng)力不均勻的程度、結(jié)構(gòu)物的重要性等。國(guó)外早期懸索橋取得比較大，小跨度橋取得更大。目前一般都在2.53.0，對(duì)特大跨度橋，可取得小一些，如明石海峽橋取2.3左右。(2) 橋塔橋塔有圬工橋塔、鋼橋塔和鋼筋混凝土橋塔。鋼橋塔可分為帶斜腹桿的桁架式、只帶橫桿的剛構(gòu)式和混合的構(gòu)架式。混凝土塔一般為帶橫桿的剛構(gòu)

7、形式。塔與索鞍的聯(lián)結(jié)形式:剛性、柔性和擺柱式三種。剛性塔，則需要在主鞍座下設(shè)輥軸，使鞍座能夠可沿縱向移動(dòng)。柔性塔，鞍座固定于塔頂，構(gòu)造簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)容易，大跨度懸索橋常采用。早期，有些小跨度懸索橋中曾采用過(guò)擺柱式塔，現(xiàn)已不再采用。日本關(guān)門(mén)橋橋塔日本關(guān)門(mén)橋橋塔(3) 鞍座設(shè)在塔頂?shù)陌白兄靼?，一般由鑄鋼件構(gòu)成。目前鞍座多采用鑄焊結(jié)合結(jié)構(gòu)，鞍槽采用鑄鋼件，鞍槽下的支撐結(jié)構(gòu)用厚鋼板的焊接結(jié)構(gòu)，鞍槽與支撐結(jié)構(gòu)之間也用焊接。為方便吊裝，主鞍座在縱向分為兩段或三段吊裝。江陰長(zhǎng)江大橋主索鞍邊跨較大時(shí)，可在邊墩設(shè)副鞍。在錨碇前墻處大纜需要散開(kāi)成絲股，需設(shè)展索鞍（或散索鞍）。(4) 錨碇由錨塊基礎(chǔ)、錨塊、大纜錨

8、固系統(tǒng)及防護(hù)結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。懸索橋大纜錨固方式有地錨與自錨。多采用地錨式，較少采用自錨。地錨分重力式和隧洞式（或巖洞式）兩種。重力式地錨尺寸大，工程量也大。隧洞式地錨工程量較小，但需有堅(jiān)實(shí)山體巖層可加以利用。日本明石海峽橋錨碇日本東京彩虹橋大纜支架當(dāng)主纜在錨碇前墻處需要展開(kāi)成絲股并改變方向時(shí)，則需設(shè)置主纜支架。主纜支架可以設(shè)置在錨碇之外，也可以設(shè)置在錨碇之內(nèi)。主纜支架主要有三種形式：鋼筋混凝土剛性支架、鋼制柔性支架及鋼制搖桿支架。(5) 加勁梁加勁梁主要起支承和傳遞荷載的作用。加勁梁大都采用等高度鋼桁架梁或扁平鋼箱梁。桁架的抗扭剛度相對(duì)較小，所以其梁高比流線型箱梁的要高得多，以滿足抗風(fēng)要求。鋼桁架加勁梁梭狀扁平鋼箱梁優(yōu)點(diǎn)：建筑高度小，自重較桁架梁輕，用鋼量省，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能好。(6)索夾及吊索索夾由鑄鋼制作，分成左、右兩半或上、下兩半。吊索可用鋼絲繩、平行鋼絲束或鋼絞線等材料制作。吊索上端連接有兩種方式：銷(xiāo)釘連接和吊索騎掛在索夾上。目前銷(xiāo)釘連接方式用得較多。傳統(tǒng)的吊索都是垂直的，但從英國(guó)的塞文橋開(kāi)始使用斜吊索。吊索的安全系數(shù)要比大纜高得多，一般取