懸索橋的歷史與發(fā)展及實例分析

懸索橋的的歷史與與發(fā)展及及實例分分析第十三章章懸索索橋第一節(jié)概概述第二節(jié)懸懸索橋橋的歷史史與發(fā)展展第三節(jié)湖湖南南矮寨懸懸索橋簡簡介第一節(jié)概概述懸索橋是是一種適適合于特特大跨度度的橋型型。它以以大纜（或叫主主纜、主主索）、、錨碇和塔作為主要要構件；；以加勁勁梁、吊吊索、鞍鞍座等作作為輔助助構件同其他橋橋型相比比，跨度越大大，懸索索橋的優(yōu)優(yōu)勢越明明顯。主要是承承重構件件的大纜纜具有非非常合理理的受力力（受拉）方式。。在材料用用量和截截面設計計方面、、構件設設計及施施工方面面都有著著較大的的優(yōu)勢。。由于其跨跨度大，，?？梢灰豢邕^江江過河，，避免修修建深水水橋墩和和基礎，，且滿足足通航要要求。跨度大，，其構件件顯得特特別柔細細，外形形美觀，，大跨度度懸索橋橋所在地地幾乎都都成為重重要的旅旅游景點點。主要缺點點：懸索是柔柔性結構構，剛度度較小，，活載作作用，會會改變幾幾何形狀狀，引起起橋跨結結構產生生較大的的撓曲變變形；在風荷載載、車輛輛沖擊荷荷載作用用下容易易產生振振動。懸索橋和和斜拉橋橋的比較較：共同之處處①兩者的的纜索都都采用高高強材料料，受力力合理；；②兩橋式式均適于于大跨度度；③兩橋式式的柔度度和變形形均較大大，其抗抗風及振振動問題題都必須須予以重重視。不同之處處：①結構受力力方面。懸索橋橋主要靠靠大纜受力力，加勁梁梁只是局局部承受受荷載，，采用地地錨體系系時，加加勁梁不受軸向向力，靠調整整矢跨比改變主纜纜的恒載載內力。。斜拉橋橋是主梁梁與斜索索共同受力力，主梁中中存在較大軸向向力，直接通通過張拉拉斜拉索索調整索索的恒載載內力。。②材料方面面。懸索橋加加勁梁大大部采用用鋼材。。斜拉橋橋主梁可可以是鋼鋼梁，也也可以是是混凝土土梁，還還可以是是結合梁梁或混合合梁。③剛度方面面。懸索橋的的豎向剛剛度主要要由大纜纜提供，，調整其其豎向剛剛度的方方法主要要靠調整整大纜的的恒載拉拉力；斜斜拉橋的的豎向剛剛度由拉拉索與主主梁共同同提供，，主梁剛剛度影響響較大，，可通過過該變結結構的布布置形式式的辦法法來調整整其豎向向剛度。。④施工方面面。懸索橋的的施工順順序為：：錨碇、、橋塔、、大纜、、吊索、、加勁梁梁，施工工不復雜雜，結構構線形主主要由大大纜線形形和吊索索長度控控制。斜斜拉橋施施工中拉拉索與主主梁交替替懸臂伸伸出，施施工時結結構體系系發(fā)生多多次轉換換，需嚴嚴格控制制結構線線形和拉拉索拉力力。一、懸索索橋總體體布置和和構造特特點1.大纜大纜的兩兩種形式式：鋼絲繩小小跨度度平行鋼絲絲束各各種種跨度其架設方方法分為為空中送絲絲法和預制平行行絲股法法?？罩兴徒z絲法（AS法)：在施工現(xiàn)現(xiàn)場通過過移動的的紡輪在在空中編編絲而成成。預制平行行絲股法法（PS法）：預先在工工廠按規(guī)規(guī)定的鋼鋼絲根數(shù)數(shù)及長度度制作成成絲股，，并做好好錨頭，，繞在絲絲股盤上上，然后后運到現(xiàn)現(xiàn)場通過過牽引系系統(tǒng)架設設到設計計位置。。鋼絲繩不許采用用麻芯繩繩，非封封閉的鋼鋼絲繩必必須鍍鋅鋅；必須全部部施預應應力，以以消除結結構的非非彈性延延伸。鋼絲繩回回扭性要要小。鋼絲繩由由絲捻成成股，然然后由股股捻成繩繩。一般般是7股繩，每每股絲數(shù)數(shù)可分為為7、19、37和61等。鋼絲繩的的彈性模模量低，，股是絲絲的0，85倍，繩是是股的0.85倍。絲捻成股股的捻向向與由股股捻成繩繩的捻向向相反。。平行鋼絲絲束索力大，，鋼絲數(shù)數(shù)目多，，鋼絲多多采用Φ5mm左右的鍍鋅冷冷拔低碳鋼絲絲。由平行鋼絲組組成絲股，再再由若干絲股股組成大纜，，各絲股受力力較均勻。六邊形圓形優(yōu)點：（1）主跨在500m以上時，工費費比其他形式式便宜；（2）大纜的彈性性模量大，一一般與單根鋼鋼絲相當；（3）大纜的延伸伸率??；（4）大纜截面內內的應力分布布非常均勻；；（5）單位有效截截面積的拉力力強度最大，，疲勞強度高高；大纜的矢跨比比大纜的矢高與與跨度之比稱稱為矢跨比。矢跨比越小小，大纜中的的恒載內力就就越大，其剛剛度就越大。。桁式加勁梁的的懸索橋矢跨跨比比較大，，梭狀扁平鋼鋼箱加勁梁的的矢跨比比較較小。矢跨比的選擇擇主要從結構構布置、經濟濟合理、美觀觀和結構抗風風穩(wěn)定性等綜綜合考慮。2.橋塔橋塔也稱主塔塔，它是支承大大纜的重要構構件。橋塔按結構受受力分為剛性塔、柔性性塔和擺柱式三種。剛性塔需在主主鞍座下設輥輥軸，使鞍座座能夠沿縱向向移動；柔性性塔鞍座固定定于塔頂，由由塔的彈性變變形來適應鞍鞍座的線位移移。大跨度懸索橋橋的橋塔通常常采用柔性塔塔。3.錨碇懸索橋大纜兩兩端的錨固方方式有地錨與自錨兩種。地錨分重力式和隧洞式兩種。4.加勁梁懸索橋加勁梁梁的作用小于于斜拉橋，現(xiàn)現(xiàn)在多采用鋼鋼結構，一般般采用桁架梁梁或梭狀扁平平鋼箱梁。梭狀扁平鋼箱箱梁：建筑高度小，，自重較輕，，用鋼量省，，結構抗風性性能好。5.索夾、吊索、、鞍座為保證傳力途途徑安全可靠靠，需在大纜纜上安裝索夾夾。吊耳傳統(tǒng)吊索都是是垂直的，但但從英國的塞塞文橋開始使使用斜吊索.目的是為了提提高大跨度懸懸索橋振動時時的結構阻尼值。鞍座是設在塔頂及及橋臺上直接接支承大纜荷荷載傳遞給塔塔及橋臺的裝裝置。設在塔塔頂?shù)慕兄靼?。第二?jié)懸索索橋的歷史與與發(fā)展1.60年代以前在美美國的發(fā)展布魯克林橋:1.花崗巖砌筑的的塔柱；2.從鍛鐵到現(xiàn)代代鋼材、鋼絲絲3.設計主要憑經經驗；4.紐約的象征。。曼哈頓橋：在內力分析中中，第一次采采用考慮非線線性的“撓度理論”（指在內力分分析中把大纜纜因變形所致致的撓度考慮慮進去）做實實橋設計，從從而認識到降降低梁高可使使梁所受彎矩矩減少。布魯克林橋:1883年修建，跨度度486.5m布魯克林橋威威廉姆斯堡堡橋曼哈哈頓橋曼哈頓橋:1909年修建，跨度度448m20世紀30年代是美國修修建大跨度懸懸索橋的高峰峰期喬治·華盛頓橋：1931年完成主跨達達1067m的一期工程，，世界上第一一座跨度超過過1000m的橋梁。舊金山城市標標記：金門大橋，1937年建成，主跨跨1280m，保持最大跨跨度紀錄達27年之久。20世紀40年代懸索橋發(fā)發(fā)展史上的挫折——塔科馬橋的風風毀1940年在華盛頓州州建成主跨為為853m的塔科馬老橋橋。此橋的加加勁梁不是鋼鋼桁梁而是下下承式(半穿式)鋼板梁。由于于加勁梁斷面面抗風穩(wěn)定性性差，在建成成當年的11月7日近中午的時時候被風吹斷斷。因此，整個40年代，美國幾幾乎沒有修建建懸索橋。新塔科馬海峽峽橋：20世紀50年代，風洞試驗的興興起20世紀60年代美國的懸懸索橋——第二次發(fā)展高高峰美國1964年，超金門門的維拉扎諾海峽峽橋(1298m)保持了17年，60年代以后，美美國修建的懸懸索橋較少，，但在整個20世紀，懸索橋橋最多的國家家還是美國。。美國懸索橋的的構造特點（（美國流派）：鋼結構主塔；；垂直吊索；非連續(xù)的桁架架式加勁梁；；鋼筋混凝土橋橋面板；鑄鋼鞍座和眼眼桿錨拉桿。。2.60～80年代在歐洲的的發(fā)展歐洲最早的大大跨度懸索橋橋：英國1964年，蘇格蘭蘭1006m福斯公路橋1966年，英國，988m，首次鋼箱梁梁斜吊索塞文橋。葡萄牙1966年首都里斯斯本1013m的4月25日大橋1981年英國1410m恒比爾橋。英國流派：代表作：塞文橋和恒比爾橋特點：梭裝扁平鋼箱箱梁和斜吊索福斯公路橋4月25日大橋恒伯爾橋3.70年代以后在日日本的發(fā)展日本在70年代開始大跨跨度懸索橋的的實踐如：1973年712m的關門橋1977年長崎465m的平戶橋兒島一坂出線線上的南備贊贊大橋(1100m，1988年)和北備贊大橋橋(990m，1988年)1998年建成的明石石海峽橋，跨跨度達1990m，創(chuàng)下了20世紀橋梁跨度度的世界紀錄錄。關門橋：桁架架式橋塔明石海峽大橋橋日本懸索橋的的構造特點（（日本流派））：桁式加勁梁，垂直吊吊索和鋼索塔塔在大纜纜施工工上，，用預制平平行絲絲股法法代替歐歐美廣廣泛使使用的的空中送送絲法法4.我國懸懸索橋橋的發(fā)發(fā)展我國大大跨度度懸索索橋的的建設設始于于90年代如：主跨為為1385m的江陰長長江大大橋，世界界第四四。1998年主主跨為為1377m的香港青青馬大大橋第五位位。主跨為為648m的廈門海海滄大大橋、主跨跨為900m的西陵長長江大大橋、888m的廣東虎虎門大大橋及452m的廣東汕汕頭海海灣大大橋，主跨為為960m的湖北北宜昌長長江大大橋與重慶慶市主主跨為為612m鵝公巖巖長江江大橋橋。江陰長長江大大橋世界第第四香港青馬大橋第五位廈門海海滄大大橋我國懸懸索橋橋的構構造特特點：：我國對加勁勁梁基基本上上都接接受了了英國流流派的流線線型扁扁平鋼鋼箱梁梁型式式，對對吊索索仍保保持美國流流派的豎直直形式式。第三節(jié)節(jié)湖湖南矮矮寨懸懸索橋橋簡介介吉首矮矮寨特特大懸懸索橋橋是國國家高高速公公路重重點規(guī)規(guī)劃的的8條西部部公路路大通通道——長沙至至重慶慶高速速公路路的控控制性性工程程，是是世界界上跨跨越峽峽谷最最大的的鋼桁桁梁懸懸索橋橋。懸懸索橋橋位于于湘西西大山山中，，在矮矮寨鎮(zhèn)鎮(zhèn)上空空335米處跨跨越德德夯大大峽谷谷，右右側為為著名名風景景旅游游區(qū)德德夯，，左側側則是是中國國著名名的“公路奇奇觀”——Ｇ209國道矮矮寨盤盤山公公路.橋面設設計標標高與與地面面高差差達330米左右右（中中國第第三））。橋橋型方方案為為鋼桁桁加勁勁梁單單跨懸懸索橋橋。。該橋施施工難難度險要的的地形形，復復雜的的地質質，多多變的的氣候候，吊吊裝和和運輸輸?shù)臉O極大困困難，，讓矮矮寨懸懸索橋橋面臨臨巨大大的施施工難難度。。最核心心的技技術難難度就就是主主梁的的架設設。一一根加加勁梁梁重的的有四四五百百噸，，輕的的也有有兩三三百噸噸，沒沒有水水運條條件，，更沒沒有公公路交交通大大通道道，又又是在在懸崖崖上施施工，，施工工技術術含量量、施施工難難度在在國際際上都都是罕罕見的的懸索橋橋的主主跨為為1176m,工程計計劃投投入7.2億元，，占吉茶高高速公公路計劃總總投資資的15%。2012年3月底，，創(chuàng)4項世界界第一一的湖湖南矮矮寨特特大懸懸索橋橋正式式通車車。一、是是大橋橋主跨跨1176米，跨跨峽谷谷懸索索橋創(chuàng)創(chuàng)世界界第一一；二、是是首次次采用用塔、、梁完完全分分離的的結構構設計計方案案，創(chuàng)創(chuàng)世界界第一；三、是是首次次采用用“軌索滑滑移法法”架設鋼鋼桁梁梁，創(chuàng)創(chuàng)世界界第一一；四、、是是首首次次采采用用巖巖錨錨吊吊索索結結構構，，并并用用碳碳纖纖維維作作為為預預應應力力筋筋材材，，創(chuàng)創(chuàng)世世界界第第一一。。四個個世世界界第第一一：：首次次采采用用軌軌索索移移梁梁工工藝藝進進行行主主桁桁梁梁架架設設。。軌軌索索移移梁梁法法即即利利用用大大橋橋永永久久吊吊索索，，在在其其下下端端安安裝裝水水平平軌軌索索，，再再將將水水平平軌軌索索張張緊緊作作為為加加勁勁梁梁的的運運梁梁軌軌道道，，實實現(xiàn)現(xiàn)由由跨跨中中往往兩兩端端節(jié)節(jié)段段拼拼裝裝大大橋橋的的鋼鋼桁桁加加勁勁梁梁。。相相對對于于橋橋面面吊吊機機拼拼裝裝方方案案，，軌軌索索移移梁梁方方案案可可大大大大減減少少鋼鋼桁桁梁梁的的高高空空拼拼裝裝作作業(yè)業(yè)，，既既可可節(jié)節(jié)省省工工期期和和節(jié)節(jié)約約投投資資，，又又有有利利于于保保證證施施工工安安全全及及施施工工質質量量。。軌索索移移梁梁：：塔梁梁分分離離：：首次次采采用用塔塔梁梁完完全全分分離離結結構構。。一一般般懸懸索索橋橋設設計計中中，，塔塔與與梁梁相相接接，，但但矮矮寨寨大大橋橋索索塔塔位位置置距距懸懸崖崖邊邊緣緣僅僅70-100米，，下下面面即即是是數(shù)數(shù)百百米米高高的的谷谷底底，，地地形形比比較較特特殊殊。。使使用用塔塔梁梁完完全全分分離離結結構構可可以以最最大大限限度度減減少少對對山山體體的的開開挖挖，，縮縮短巖錨錨吊吊索索：：首次次在在懸懸索索橋橋上上使使用用大大型型巖巖錨錨吊