吊桥构造及设置上

吊桥构造及设置上

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 悬索桥的构造与设计 一、 悬索桥的组成 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。 组成： 主缆 是结构体系中的主要承重构件；通过塔顶索鞍悬挂在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件。 主塔 是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件；支承主缆的重要构件。 加劲梁 是悬索桥承受风荷载和其它横向水平力的主要构件， 提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形， 主要承受弯曲内力。 吊索 是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带。 锚碇 是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。 悬索桥各部分的作用 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。 自锚式：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁 （轴向压力） 承受；竖直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城市桥等。 双链式悬索桥 （小跨度悬索桥） 双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布活载以及半跨活载时结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构件截面尺寸和单件重量；缺点：构件增多分散，安装及养护维修不利。 二、悬索桥的形式 地锚式悬索桥的孔跨布置形式 ( 力学体系 ) 单跨： 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，架设主缆时索鞍预偏量较大 ；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。 1385 米江阴大桥。 三跨： 最常见 。 两跨： （单边跨 ）一岸建筑高度小和曲线边跨时。 1377 米青马大桥。 多跨： 因中间桥塔和两边桥塔的塔高不同导致主缆垂度偏大，悬索桥整体刚度 降低 ， 非均布活载下塔顶变位及加劲梁挠曲变形和弯矩较大；固有振动频率降低。 故中塔必须加大刚度（ 4 柱立体桥塔）或者减小主缆垂跨比。 悬索桥的形式（续） 单塔悬索桥效果图 单塔悬索桥 直布罗陀跨海大桥 空间主缆悬索桥 南备赞悬索桥 刚性缆索体系悬索桥 三、悬索桥的构造 主缆 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、徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。 类型 钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式钢绞线索等， 适于 600 米以下； 平行丝股主缆：采用空中绕线法 ——AS 法或者预制丝股法 ——PS 法）， 适于 400 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。 结构形式 双面平行主缆（绝大多数）； 单面主缆；空间主缆； 复式主缆（双链吊桥： 朝阳大桥）。 截面形状（ 六角形） 尖顶形： 将钢丝索股在竖向排列，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。 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径大。 方阵式： 竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操作时也较容易形成圆形截面。 悬索桥的构造 —— 主缆 方阵式主缆断面 施工中的主缆断面 主缆编制方法 AS 法： 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（可达 400 ～ 500 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需劳动力也较多。 PS 法： 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备来搬运钢丝束股。目前多采用 61 、 91 、 127Φ5 左右钢丝，最重可达 40 吨。 悬索桥的构造 —— 主缆 PWS 法示意图 主缆断面 AS 法示意图 主缆的防护 （不可更换的主要受力构件，必须防腐） 锈蚀原因： 架设期间水份进入；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的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。 防护方法： 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 Φ4 钢丝 ），最后作外涂装。 改良措施： 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。 开空气导入法：将除湿机产生的干燥空气用管道输送，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 —— 主缆 悬索桥各部分构造 —— 吊索（吊杆） 吊索 布置形式： 竖直；倾斜（提高整体振动时的结构阻尼值）。 材料： 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）。 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而成。 股心式： 7 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（ PWS ）：多根 Φ5 ～ 7 镀锌钢丝外加 PE 套管。 索夹 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。依靠摩擦力来保证主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。 构造： 六边形（中小跨）：少用； 圆形：一对铸钢半圆构件以高强螺栓相连接，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，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。 骑跨式：索夹上半部有 4 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。 悬索桥各部分构造 —— 索夹 悬索桥各部分构造 —— 索夹 吊索与索夹的联结方式 （钢丝绳） 4 股骑跨式： 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，索夹分左右两半。 双股销铰式： 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，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。 悬索桥各部分构造 —— 索夹 主缆与索夹的连接方式 吊索与主缆连接 4 股骑跨式 吊索与主缆连接 双股销铰式 索箍索夹 图为香港青马桥 图为骑跨式吊索 与主缆（索夹）以及与加劲梁之间的连接 桥塔 材料： 圬工（古老、小跨简易）；钢筋砼（框架式；实心矩形或者箱形）最高 155 米；钢（框架式、桁架式；箱形、多格箱形、 H 形）。 桥塔纵向结构形式： 摇柱塔（摆动式）：单柱塔下设铰、塔顶索鞍固定于塔，适于小跨。 柔性塔：一般为下端固定式，塔顶水平变位量相对较大，适于大跨。 刚性塔：塔顶水平变位量相对较小，单柱或者 A 形，多用于多跨悬索桥的中间塔柱，纵向刚度较大，塔顶位移小从而减小加劲梁内的应力。 悬索桥各部分构造 —— 塔 悬索桥各部分构造 —— 塔 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。 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。 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。 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。 现代认为钢筋砼刚构式桥塔是悬索桥的桥塔最佳选择。