对悬索桥总体设计思路的探讨

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1、桥梁工程概论课程作业1对悬索桥总体设计思路的探讨对悬索桥总体设计思路的探讨摘要摘要：悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，它不仅受力合理，而且施工方 面，风险较小。近年来，我国陆续修建了数座大跨度悬索桥。但国内目前对此 类桥使用和养护维修方面的规范尚不健全。本文针对悬索桥作了简要的介绍， 同时还对悬索桥悬吊系统的检查和养护维修方法也给予了一定的探讨。关键词关键词：悬索桥、悬吊结构、跨度比、垂跨比、检查养护我国很早就开始修建悬索桥，究 其跨径和规模远不能同现代悬索桥相 比。到了 20 世纪 90 年代初，我国才 开始建造大跨悬索桥，例如：广东汕 头海湾大桥，主跨 452m，加劲梁采 用混凝土箱梁；

2、广东虎门大桥，主桥 跨径 888m，钢箱悬索桥；另一座钢 箱悬索桥江阴长江大桥，主跨 1385m，如图一。由此可见，现代悬 索桥在我国已具有相当规模和水平， 已经进人世界悬索桥的先进行列。图一：江阴长江大桥一、悬索桥的一、悬索桥的发展发展现状现状悬索桥是特大跨径桥梁的主要形 式之一。但从发展趋势上看，斜拉桥 具有明显优势。但根据地形，地质条 件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在 千米以内，也可以同斜拉桥竞争。根 据理论分析，就目前的建材水平，悬 索桥的最大跨径可达到 3500m 左右。 已建成的日本明石海峡大桥，主跨已 达 1990m。正在建设中的意大利墨西 拿海峡大桥，设计方案之一是悬索桥，其主

3、跨 3300m。当然还有规划中更大 跨径的悬索桥。图二：意大利墨西拿海峡大桥（效果图）悬索桥跨径增大，如上所述当跨 径达 3500m 时，动力问题将是一个突 出的矛盾，所以，对特大跨桥梁，已 提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊 拉式”桥型。在国外这种桥型目前还 停留在研究之中，并未诸实施。然而， 在我国贵州省乌江 1997 年底建成了 一座用预应力钢纤维混凝土薄壁箱梁 作为加劲梁的吊拉组合桥，把桥梁工 作者多年梦寐追求的桥型付诸实现， 这是贵州桥梁工作者的大胆尝试，对 推动我国乃至世界桥梁建设都有巨大 作用。乌江吊拉组合桥，经过近两年 运行和测试，结构性能良好，特别是 两种桥型交接部位的处理，较

4、为合理。二、悬索桥的总体设计二、悬索桥的总体设计悬索桥适用于大跨度的桥梁结构。 桥面是由钢缆和吊索来承受，作为桥桥梁工程概论课程作业2面主要结构物的加劲梁的跨度相当于 吊索的间距。成为一个小跨度的弹性 支承连续梁，所以主跨的大小与加劲 梁刚度没有很直接的关系。而作为承 受桥面的关键构件的铜缆是由塔支承 着并由强大的锚碇锚固着，只有塔和 锚碇的稳定才能使钢缆来承受桥面上 的各种荷载。因此，悬索桥在适合的 地形、水文和地质条件下都可以建造， 只是造价比较高，往往适用于其他桥 型难以适用的特大跨径桥梁。以目前 来说，当主跨超过 700m 的桥，几乎 都是悬索桥。而小于 700mm 的跨径 中，悬索桥

5、和斜拉桥还是有很大的竞 争力。 桥梁总体设计是一个很复杂的问 题，首先要适应地形、水文、地质等 自然条件的限制，也要符合桥面交通 和通航的使用要求。本文主要以 50 年代以后建的悬索桥进行分析，因为 它们充分吸取 Tacorna 大桥被风吹毁 的教训，以下讨论的参数仅仅是一般 情况的参考值，对于有非凡条件和非 凡要求不必苛求。1、跨度比、跨度比跨度比是指边孔跨度与主孔跨度 的比值。其中对单跨悬索桥而言边孔 跨度可视为主塔至锚碇散索鞍处的距 离，跨度比受具体桥位处的地形与地 质条件制约，每座桥都不同。如三跨 悬素桥的跨度比就比单跨悬索桥的大 一些，这是为了减少边孔的水中墩并 减少主孔跨径。 由以

6、上两表看来，三跨悬索桥跨 度比一般在 0.250.4 之间，但世界 上最大的悬索桥明石海峡大桥在 0.51。单跨悬索桥跨度比一般在 0.20.3 之间。为了使在恒载条件下， 主缆在塔两侧的水平力相等，要求主 缆与塔两侧的倾角相等，单跨的悬素 桥的边跨主缆是直拉式，因此，一般 情况单跨的边主跨比应该比三跨悬素 桥小，单跨的边跨跨径与散索鞍位置还有很大的关系。 从结构特性方面来考虑，假设主 孔的跨度以及垂跨比等皆为定值，在 用钢塔时悬索桥单位桥长所需的钢材 重量随跨度比减小而增大；当用钢筋 混凝土塔时，跨度比减少增加的延米 用钢量很小，当跨度比由 0.50.3 时， 增加用钢量约 5，跨度越大时，

7、增 加钢用量的百分比越小。2、垂跨比、垂跨比悬索桥的垂跨比是指主缆在主孔 内的垂度和主孔跨度的比值，垂跨比 的大小对主缆中的拉力有很大的影响， 因此它在较大程度上影响着主缆的用 钢量、结构整体刚度、主孔竖向和横 向的挠度。垂跨比与主缆中的拉力和 塔承受的压力呈反比。垂跨比与塔的 高度也有直接影响，它们呈正比关系。 垂跨比越大，悬索桥竖向挠度和横向 挠度都加大。一般都在 110111 之间，铁路桥更小一些。 悬索桥的主缆垂跨比除了对结构 整体刚度有影响以外，它对结构振动 特性也有一定的影响。悬索桥的竖向 弯曲固有频率将随垂跨比的加大而减 低；悬索桥的扭转固有频率；将随垂 跨比的加大而增高；悬索桥

8、扭转与坚 弯固有频率比也将随垂跨比的加大而 有显著的增大；悬索桥的极惯距将随 垂跨比的加大而减小。3、宽跨比、宽跨比宽跨比是指桥梁上部结构的梁度 与主孔跨度的比值，对于一般桥型的 中小跨度而言，可控制在大于 130 左右，有足够的横向刚度。由于桥梁 宽度一般由交通要求确定的，对于特 大跨度桥梁就很难保证这个要求了。 在统计的悬索桥资料中 1000m 以上跨 径的宽跨比都小于 130，甚至达 160，虽然有些桥梁为了增加抗风 稳定性，在风嘴外侧再增加挑板或在 中心分隔加宽并透风。从表面上来看桥梁工程概论课程作业3是加了粱宽，但实际是改善气流条件， 增加抗风稳定性而不是为了增加横向 刚度的。4、加

9、劲粱的高宽比与高跨比、加劲粱的高宽比与高跨比加劲梁的梁高和粱宽之比与梁高 与主孔跨度之比是密切相关的两个指 标，由于加劲梁的受力状态是多跨弹 性支承连续梁，看来梁高和主孔跨径 不是那么密切，但是从风动稳定性来 看，还要考虑加劲梁要有足够的抗扭 刚度，以反抗涡激共振的发生。 在过去不需要双层交通时，也有 用箱梁和板粱断面。非凡是 Tacoma 桥由于采用版梁断面，流线型很差， 在不大的风速下被风吹得扭曲失稳而 破坏。实际上高宽比和高跨比是存在 一定的矛盾的。在桥面宽度确定以后， 梁高小一些，断面的流线型可以好一 些，有利于风动稳定，但高度太小会 导致加劲粱的抗扭刚度削弱太多，轻 易导致涡振和抖振

10、的发生产生结构疲 惫，人感不适及行车不安垒。为此还 要控制高跨比。在设计中初选加劲梁 断面方案后，对于特大桥应做风洞的 节段模型试验，修改断面、测定各种 参数进行抗风验算和各类风振分析。 非凡要注重风向带有一定攻角时，加 劲粱断面的流线型“钝化”，风动稳定 性要差一些。对于特大跨度的桥或高 风速地区的桥梁，采用如同墨西拿海 峡大桥方案，做成左右两个能适应风 流线型的桥面系，利用宽的中心分隔 带透风解决风动稳定。5、加劲染的支承体系、加劲染的支承体系加劲梁的支承体系主要有主跨单 孔简支，主边跨三孔连续或三跨双铰 以及两跨简支或连续。三跨连续能减 小桥面变形，包括支座处的转角、伸 缩量和跨中挠度，

11、但结构较复杂，多 用于铁路桥梁中。但是边跨采用钢加 劲梁，边跨的造价大约是预应力混凝 土连续梁的两倍，所以国内公路悬索桥边跨多用预应力混凝土连续粱。 为了进一步减少跨中挠度和加劲 粱伸缩量，1959 年法国 Tancarville 桥 首创采用主跨叫点将主缆和加劲梁直 接固结的方法。相当于增加一个半刚 性的支承点，使用这种方法使该桥可 以减少非对称荷载作用下的挠度值， 提高纵向位移的复原力。减少正常情 况下活载引起的振动以及风荷载和地 震荷载引起的纵向变位量。以后的丹 麦大海带桥，瑞典高海岸桥，东京湾 彩虹桥等也都采用了主缆和加劲梁在 跨中直接固结的方法，他们有的是用 大夹具来箍结，也有的用短

12、斜索和端 斜索来固结，都起着相同的作用。三：悬吊系统的一般性检查和三：悬吊系统的一般性检查和养护维修养护维修1、吊索的检查和养护维修、吊索的检查和养护维修(1) 定期对吊索系统各零部件涂 刷防锈漆,对已锈蚀者应及时除锈； (2) 清查吊索已腐蚀的钢丝数量, 判断其腐蚀程度,当腐蚀根数和受腐蚀 的程度等级叠加后相当的断丝根数超 过总丝数的 5 %时,应更换此索； (3) 当吊索的锚头发生裂纹和破 损时,应更换此索； (4) 更换吊索宜逐根进行。即使 有时需同时更换,每次也不得超过 3 根,且这 3 根吊索不能是彼此相邻的；(5) 检查索夹的高强度拉杆有无 松动,索夹是否有裂纹或损坏,索夹与 主缆

13、之间的填充物是否完好,索夹的泄 水孔是否畅通。根据对索夹的检查结 果,进行相应的养护维修工作,如紧固 或更换高强拉杆以及垫圈,更换索夹, 填满索夹与主缆间缝隙,清除污垢和积 水等。2、主缆系统的检查和养护维修、主缆系统的检查和养护维修检查缠丝的油漆,若发现漆膜损坏桥梁工程概论课程作业4(如开裂、碎片) 或分层剥落,应予清洗 后重新油漆。若缠丝断裂并散开,则应 首先察看主缆有无锈蚀,待清洗除锈完 毕后,再重新缠绕,且须在重新缠 绕的丝上再涂油漆，确保主缆防护层 完好,避免水分渗入。 参考文献：参考文献： 1：王解军，周先燕桥梁工程长沙： 中南大学出版处，2009 2：雷俊卿，郑明珠，徐恭义悬索桥设 计北京：人民交通出版社，2002 3：刘佳，我国桥梁建设技术世界领先 N中华建筑报，2001 年 4：李宝华简述悬索桥悬吊系统的检查 和养护维修黑龙江：黑龙江交通科技 2006 年 06 期