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1、第八章第八章 其他桥型其他桥型预应力混凝土连续梁桥预应力混凝土连续梁桥拱桥拱桥斜拉桥斜拉桥悬索桥悬索桥背景图片：虎门大桥背景图片：虎门大桥8/7/20241其他桥型悬索桥课件概概 述述 q同其他桥式相比，跨度越大，悬索桥的优势越明显同其他桥式相比，跨度越大，悬索桥的优势越明显大跨悬索桥的加劲梁材料用量占相当比例）不是主要承重构件，其截面积并不需要随跨度而增加悬索桥的大缆、锚碇和塔在增加截面尺寸或承载能力方面遇到的困难较小受力：作为主要承重构件的大缆具有非常合理的受力形式 施工：先架大缆，形成一个现成的悬吊式脚手架；同悬臂方法比，风险较小q不足不足柔性结构，活载产生较大的挠曲变形，刚度较小；在风
2、荷载，车辆冲击荷载等动荷载作用下很容易振动 q历史与发展历史与发展60年代以前在美国的发展：桁架式加劲梁，钢主塔 6080年代在欧洲的发展：流线箱梁，混凝土桥塔 70年代以后在日本及其它亚洲国家的发展 8/7/20242其他桥型悬索桥课件中外悬索桥中外悬索桥8/7/20243其他桥型悬索桥课件悬索桥的组成部分及构造悬索桥的组成部分及构造q悬索桥悬索桥主要组成部分主要组成部分q构造变化构造变化在跨中将主缆与加劲梁直接连在一起（减小竖向变位和增大扭转刚度） 交叉吊索，竖吊索与斜吊索混合使用独塔，或独缆 8/7/20244其他桥型悬索桥课件主主 缆缆q称呼称呼缆、索、链、绳都是柔性大的构件，独立的、
3、直径较大的，宜称为缆。q特点特点抗弯刚度EI/L很小，只适合于受拉q布置布置全桥设根平行的主缆，4根（极少），1根（一座）q材料材料直径5mm左右，镀锌冷拔低碳钢丝，平行丝股（另，钢丝绳）q截面截面如图q架设架设空中送丝法和预制丝股法 8/7/20245其他桥型悬索桥课件锚锚 碇碇q作用作用：固定大缆q自锚式自锚式和地锚式地锚式自锚式自锚式锚于加劲梁，适于较小跨度，施工不便，极少采用地锚式地锚式广泛采用者，承受水平反力和向上的竖直力，以自重提供的摩擦力来抵抗主缆水平力隧洞式（在坚实岩层中挖成）重力式（由混凝土锚固体的重量或再加配重来固定主缆）8/7/20246其他桥型悬索桥课件锚碇构造锚碇构造
4、华盛顿桥华盛顿桥8/7/20247其他桥型悬索桥课件锚碇构造锚碇构造华盛顿桥华盛顿桥8/7/20248其他桥型悬索桥课件锚碇构造（江阴大桥北锚碇）锚碇构造（江阴大桥北锚碇）8/7/20249其他桥型悬索桥课件桥桥 塔塔q作用作用：支承大缆q受力受力：巨大竖向力作用在塔顶（缆在塔顶有转角）q形式形式：桁架式，框架式，混合式（较少用）q材料材料：石料 （早期），钢，钢筋混凝土q结构结构：刚性、柔性和摆柱式刚性塔不变形，主鞍座下设辊轴，可沿纵向移动；摆柱式塔底设铰，小跨度桥，较少采用柔性主鞍座固定在塔顶，桥塔可挠曲，受力常为弯、压甚至扭转共同作用，以受压为主，靠桥塔柔性满足位移要求8/7/20241
5、0其他桥型悬索桥课件桥塔构造桥塔构造一般形式一般形式虎门大桥虎门大桥明明石石海海峡峡大大桥桥8/7/202411其他桥型悬索桥课件鞍鞍 座座q主鞍主鞍：支承大缆，传递竖向力的构造，鞍座与大缆之间不允许出现相对滑移q副鞍副鞍：设置在锚碇的前端（靠水一侧），调节大缆进入锚碇的角度q展束鞍（散束鞍）展束鞍（散束鞍）或展束套展束套：设置在锚碇之内，在大缆从扎紧状态到散开状态之处8/7/202412其他桥型悬索桥课件福思桥主鞍座福思桥主鞍座间间接接型型直直接接型型8/7/202413其他桥型悬索桥课件福福思思桥桥副副鞍鞍座座8/7/202414其他桥型悬索桥课件展束鞍展束鞍8/7/202415其他桥型悬
6、索桥课件加劲梁加劲梁q主要功能主要功能：承受和传递竖向活载，桥面系的补充q体系体系：简支或连续q材料材料：钢材，混凝土（极少）q类型类型：桁架式，流线型箱钢梁桁架式桁架式适应双层桥面，适合于交通量较大的或公铁两用的悬索桥，梁较高流线型箱钢梁流线型箱钢梁抗风性能好（风嘴）；抗扭刚度大；节省材料（正交异性桥面板和横向静风压力小）；建筑高度小，34m8/7/202416其他桥型悬索桥课件加劲梁构造加劲梁构造8/7/202417其他桥型悬索桥课件加劲梁构造（续）加劲梁构造（续）旧金山海湾大桥横截面旧金山海湾大桥横截面8/7/202418其他桥型悬索桥课件加劲梁构造（续）加劲梁构造（续）明石海峡大桥横截
7、面（正交异性钢桥面板）明石海峡大桥横截面（正交异性钢桥面板）8/7/202419其他桥型悬索桥课件加劲梁构造（续）加劲梁构造（续）美国纽波特桥（混凝土桥面）美国纽波特桥（混凝土桥面）8/7/202420其他桥型悬索桥课件吊索与索夹吊索与索夹q吊索作用吊索作用：将作用在加劲梁上的恒、活载传递给大缆q吊索材料吊索材料：钢丝绳，钢绞线q索夹索夹：大缆与吊索的连接件q连接方式连接方式：鞍挂式和销接式8/7/202421其他桥型悬索桥课件索夹构造（鞍挂式）索夹构造（鞍挂式）8/7/202422其他桥型悬索桥课件索夹构造（销接式）索夹构造（销接式）8/7/202423其他桥型悬索桥课件施施 工工q施工顺序
8、施工顺序锚碇、桥塔、大缆、吊索、加劲梁、桥面q锚碇锚碇基础施工q桥塔桥塔混凝土：滑模施工；钢：拼装连接q大缆大缆空中送丝法，预制平行丝股法空中送丝法空中送丝法：空中编制大缆，猫道等设备，调丝、调股、紧缆、缠缆等工序预制平行丝股法预制平行丝股法：丝股工厂制造，工地就位形成大缆q加劲梁加劲梁悬臂安装（桁架梁）或梁段提升（浮运就位后），连同吊索安装8/7/202424其他桥型悬索桥课件用空中送丝法架缆的基本原理用空中送丝法架缆的基本原理q无端牵引绳及无端牵引绳及固定的送丝轮固定的送丝轮q卷筒钢丝，一卷筒钢丝，一头固定在靴跟头固定在靴跟处，套过送丝处，套过送丝轮轮q动力机驱动送动力机驱动送丝轮，将钢丝
9、丝轮，将钢丝套圈送至对岸套圈送至对岸q返回（可放空，返回（可放空，或从对岸的卷或从对岸的卷筒钢丝带一钢筒钢丝带一钢丝套圈回来）丝套圈回来）q反复进行直至反复进行直至一根丝股的设一根丝股的设计数目计数目8/7/202425其他桥型悬索桥课件猫道构造猫道构造q猫道猫道位于大缆之下，进行大缆作业的脚手架q构造构造悬吊在几根承重绳上，上铺面层（钢丝网），两条猫道之间设横道，下方设抗风索q汕头海湾大桥猫道截面汕头海湾大桥猫道截面8/7/202426其他桥型悬索桥课件福福思思桥桥猫猫道道构构造造8/7/202427其他桥型悬索桥课件预制平行丝股的制造和架设预制平行丝股的制造和架设q大缆由若干两端带锚头的丝
10、股组成，每丝股含丝若干。q基准丝确定其他各丝的长度。q带色丝为了便于检查安装在缆中的丝股是否扭曲。8/7/202428其他桥型悬索桥课件南备赞大桥架缆全过程示意南备赞大桥架缆全过程示意长臂浮长臂浮吊架设吊架设先锋绳先锋绳架设牵架设牵引绳并引绳并猫道绳猫道绳猫道面猫道面层，溜层，溜放到位放到位安装抗安装抗风索风索安装索夹安装索夹安装吊索安装吊索拆抗风索拆抗风索（未绘）（未绘）架缆架缆（未绘）（未绘）8/7/202429其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：索塔虎门大桥施工：索塔q塔身：翻模施工q系梁：支架施工8/7/202430其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：锚锭及钢框架虎门大桥施工：锚锭及钢框架地下
11、连续墙基础后锚块散索鞍墩鞍部西锚锭散索鞍钢框架散索室顶板桥墩8/7/202431其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：锚锭及钢框架（续）虎门大桥施工：锚锭及钢框架（续）8/7/202432其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：索鞍及索夹虎门大桥施工：索鞍及索夹q左上：主鞍（一半）q右上；展索鞍q右下：索夹8/7/202433其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：先导索及牵引系统虎门大桥施工：先导索及牵引系统q拖轮架设先导索q利用先导索架设牵引索8/7/202434其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：猫道虎门大桥施工：猫道8/7/202435其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：索股预制虎门大桥施工：索股预制8/7/202
12、436其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：索股架设等虎门大桥施工：索股架设等q左：索股沿猫道滚筒前进q牵引索股8/7/202437其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：索股架设等虎门大桥施工：索股架设等q左：索股入鞍q上：索股锚固8/7/202438其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：索股架设等（续）虎门大桥施工：索股架设等（续）紧缆紧缆缠丝缠丝安装索夹安装索夹防腐涂装防腐涂装8/7/202439其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：加劲钢箱梁制造虎门大桥施工：加劲钢箱梁制造q上：钢箱梁截面组成q左：实物8/7/202440其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：钢箱梁吊装与焊接虎门大桥施工：钢箱梁吊装与焊接q箱梁吊装从
13、跨中开始8/7/202441其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：钢箱梁吊装与焊接虎门大桥施工：钢箱梁吊装与焊接q液压提升吊机跨猫道布置8/7/202442其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：桥面铺装虎门大桥施工：桥面铺装q左：白色第一道防水胶底漆，起到钢板与防水胶粘结作用q右：黄色第二道防水胶底漆，起防水作用8/7/202443其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：桥面铺装虎门大桥施工：桥面铺装q左：红色第三道防水胶面漆，起到与粘结层、防水层粘结作用q右：喷沥青粘结剂8/7/202444其他桥型悬索桥课件虎门大桥施工：桥面铺装虎门大桥施工：桥面铺装q左：铺装沥青混凝土q右：碾压8/7/202445其他桥型悬
14、索桥课件设计理论简介弹性理论设计理论简介弹性理论q弹性理论弹性理论悬索桥是大缆系统和加劲梁系统两者的简单组合。对单跨两铰悬索桥，其为一次超静定结构。将大缆从跨中切开，作用一对冗余力H，则可按力法（以大缆切口两面相对位移是零为条件）分析大缆以及加劲梁的内力。若忽略不计活载p对结构变形的影响，即假定大缆几何形状由满跨均布恒载决定（可推算其线形为二次抛物线），且这一线形不因活载p作用而发生改变，则由此分析悬索桥内力的方法就是传统的“弹性理论”。q在求出H之后，将H作用在基本体系上，就可以求出加劲梁的弯矩M： MM0Hy 8/7/202446其他桥型悬索桥课件设计理论简介挠度理论设计理论简介挠度理论
15、q实际上，大缆是柔性受拉构件。“弹性理论”假定它的几何形状及长度都不因活载而改变，这是一个很大的缺点。早在1888年建立的“挠度理论”就纠正了这一缺点。“挠度理论”的主要特点是：大缆在恒载下取得平衡的几何形状（二次抛物线）将因活载的介入而改变，大缆因活载作用引起的拉伸量也需考虑。因此，应采用位移法，并计及结构的几何非线形，来分析悬索桥内力。见下图，大缆在恒载下的平衡位置（实线）因活载作用而有所改变（虚线）。按右图的分离体，可求得加劲梁的M为：MM0HqvHp（yv）8/7/202447其他桥型悬索桥课件设计理论简介重力刚度法设计理论简介重力刚度法q对加劲梁很柔的悬索桥，还可以先让加劲梁的抗弯刚
16、度是零，取大缆做基本体系，并且让基本体系用改变其几何线形的方式来承担活荷载。在缆的线形改变量或挠度（从只受恒载变到承受恒载加活载）求得后，可以就每一吊索上端的位置推算位于吊索下端的梁的挠度，再凭梁的挠度的各阶导数推算梁的弯矩及其所分担的活载集度。从给定的活载集度中将梁所分担的集度扣除，余下者就是经由吊索传给大缆，让大缆所分担的活载集度。按吊索传来的活载重新计算大缆挠度，将上述计算重复迭代几次，就能取得使人满意的结果。 q所谓重力刚度，指原本柔性的大缆因承受（巨大恒载所生）重力而产生的抵抗（活载所致）变形的刚度。该法抓住了大跨悬索桥的两大特点：一是较大恒载使缆的线形稳定（即其挠度不因活载而发生大
17、的变化）；二是柔性很大的加劲梁所能分担的活载份额必然很小。这样，所需的最终结果也就同该法在迭代开始时所假定的情况很相近了。8/7/202448其他桥型悬索桥课件设计理论简介非线性有限元分析设计理论简介非线性有限元分析 q从60年代以来，随着计算机、计算数学和计算力学的发展，借助于计算机，可对悬索桥进行非线性有限元分析。对于竖向作用力（对称于桥轴的作用）来讲，非线性有限元理论是指将悬索桥当作非线性平面框架结构，按非线性杆系有限元求严密解的理论。由于杆系有限元作为一种数值方法本身求得的是精确解，而悬索桥按杆系有限元离散又在客观上代表了其实际模型，所以，在悬素桥的所有分析方法中，该法是最精确的。8/7/202449其他桥型悬索桥课件思思 考考 题题q悬索桥的基本组成部分悬索桥的基本组成部分q为什么悬索桥跨度可以名列前茅？为什么悬索桥跨度可以名列前茅？q加劲梁的型式，扁平钢箱梁的优点加劲梁的型式，扁平钢箱梁的优点q一般施工方法一般施工方法8/7/202450其他桥型悬索桥课件
