第九章懸索橋第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)第二節(jié)懸索橋構(gòu)造第三節(jié)懸索橋施工第四節(jié)懸索橋計(jì)算第五節(jié)自錨式懸索橋簡(jiǎn)介第九章懸索橋第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)1第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)1.懸索橋的組成及發(fā)展概況2.懸索橋的結(jié)構(gòu)體系3.懸索橋的總體布置第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)1.懸索橋的組成及發(fā)展概況21.懸索橋的組成及發(fā)展概況

懸索橋是由主纜、加勁梁、塔柱和錨碇構(gòu)成。1.懸索橋的組成及發(fā)展概況3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，一般沒有吊桿或吊索，承重結(jié)構(gòu)與使用構(gòu)造合二為一。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4第二代懸索橋，開始采用了吊桿將橋面與主索分開。第二代懸索橋，開始采用了吊桿將橋面與主索分開。5第三代懸索橋，形成了美式懸索橋體系，主纜采用紡絲法，加勁梁采用桁架梁，橋塔以鋼塔為主。第三代懸索橋，形成了美式懸索橋體系，主纜采用紡絲法，加勁梁采6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。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。72.懸索橋的結(jié)構(gòu)體系地錨式：?jiǎn)慰纭⑷绾?jiǎn)支加勁梁、三跨連續(xù)加勁梁2.懸索橋的結(jié)構(gòu)體系地錨式：?jiǎn)慰?、三跨?jiǎn)支加勁梁、三跨連續(xù)8自錨式：?jiǎn)嗡p跨、雙塔三跨單塔雙跨雙塔三跨自錨式：?jiǎn)嗡p跨、雙塔三跨單塔雙跨雙塔三跨9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懸索橋。帶斜拉索的懸索橋1883年建成的紐約布魯克林大橋，主跨48410斜拉－懸吊混合式懸索橋1997年建成的貴遵高等級(jí)公路烏江大橋，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。斜拉－懸吊混合式懸索橋1997年建成的貴遵高等級(jí)公路烏江大橋11立面圖立面圖12第九章懸索橋課件13懸索橋橋名國(guó)家主跨成橋時(shí)間布魯克林橋美國(guó)

486

1883

曼哈頓橋美國(guó)

4481909華盛頓橋美國(guó)

10671931年一期，1962年二期金門大橋美國(guó)

1280

1937

奧克蘭海灣大橋美國(guó)

704

1936

韋拉扎諾橋美國(guó)

12981964塞文橋英國(guó)987.61966博斯普魯斯大橋土耳其

1074

1973

虎門大橋中國(guó)

888

1997

大貝爾特東橋丹麥

1624

1997

明石海峽橋日本

1991

1998

青馬大橋中國(guó)

1377

1998

江陰長(zhǎng)江大橋中國(guó)

1385

1999

潤(rùn)揚(yáng)大橋中國(guó)14902005懸索橋橋名國(guó)家主跨成橋時(shí)間布魯克林橋美國(guó)

486

1883

14總體布置應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)特性跨度比垂跨比寬跨比高跨比加勁梁支承體系主纜與加勁梁的連接吊索間距3.懸索橋的總體布置總體布置應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)特性3.懸索橋的總體布置15（1）跨度比三跨對(duì)稱懸索橋邊跨與中跨跨度比一般為0.3～0.5。從結(jié)構(gòu)特性來考慮，懸索橋單位長(zhǎng)度橋長(zhǎng)所需鋼材隨跨度比減小而增大；從結(jié)構(gòu)豎向變形來看，則以減小跨度比有利。（2）垂跨比主纜拉力隨垂跨比按反比例關(guān)系變化。垂跨比越大，懸索橋橫向和豎向整體剛度越小。地錨式懸索橋一般取1/8-1/12。（1）跨度比16（3）寬跨比中小跨徑一般大于1/20，懸索橋在1/60-1/40.（4）高跨比桁架式加勁梁：1/180-1/70；箱形加勁梁：1/400-1/300.（3）寬跨比17（5）加勁梁支承體系主要指在橋塔處主梁是否連續(xù)。一般三跨懸索橋大多為非連續(xù)。（6）主纜與加勁梁的連接中央扣、中間斜索、邊跨端部的端斜索（7）吊索間距跨徑在80m到200m范圍內(nèi)的吊橋，吊橋間距一般取5～8m。跨徑增大，吊桿間距也應(yīng)增大，有時(shí)達(dá)20m左右。（5）加勁梁支承體系18第二節(jié)懸索橋構(gòu)造1.橋塔2.纜索系統(tǒng)3.加勁梁4.鞍座5.錨碇第二節(jié)懸索橋構(gòu)造1.橋塔191.橋塔1.1橋塔結(jié)構(gòu)形式按材料分類：石砌圬工塔、擺動(dòng)式鋼塔、下端固定鋼塔、鋼筋混凝土塔按縱向結(jié)構(gòu)形式：剛性塔、柔性塔、搖柱塔按橫向結(jié)構(gòu)形式：剛構(gòu)式、桁架式、混合式1.橋塔20第九章懸索橋課件21剛性塔在主鞍座下設(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。有些小跨度懸索橋中曾采用過搖柱式塔，現(xiàn)已不再采用。剛性塔在主鞍座下設(shè)輥軸，使鞍座能夠可沿縱向移動(dòng)。柔性塔鞍座固22日本關(guān)門橋橋塔日本關(guān)門橋橋塔23美國(guó)金門大橋橋塔美國(guó)金門大橋橋塔241.2塔柱截面形式1.2塔柱截面形式25第九章懸索橋課件26第九章懸索橋課件272.纜索系統(tǒng)2.1主纜

主纜的材料有藤索、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)制平行束股和空中紡絲法。2.纜索系統(tǒng)28主纜絲股排列型式尖頂型、平頂型緊纜后絲股的截面主纜絲股排列型式緊纜后絲股的截面29第九章懸索橋課件302.2吊索（1）吊索的材料可用鋼絲繩、平行鋼絲束或鋼絞線等材料制作。（2）與索夾的連接方式騎跨式、銷鉸式（3）豎吊索與斜吊索傳統(tǒng)的吊索都是垂直的，從英國(guó)的塞文橋開始使用斜吊索。2.2吊索31第九章懸索橋課件322.3索夾索夾由鑄鋼制作，分成左、右兩半或上、下兩半。2.3索夾33第九章懸索橋課件34第九章懸索橋課件353.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。加勁梁結(jié)構(gòu)形式：（1）鋼板梁（2）鋼桁梁（3）鋼箱梁（4）鋼筋混凝土箱梁3.加勁梁36第九章懸索橋課件37第九章懸索橋課件38第九章懸索橋課件39第九章懸索橋課件40第九章懸索橋課件41第九章懸索橋課件424.鞍座4.1塔頂主鞍座

設(shè)在塔頂?shù)陌白兄靼埃话阌设T鋼件構(gòu)成，包括鞍槽、腹板、底板、加勁肋等。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，主鞍座在縱向可分為兩段或三段吊裝。

4.鞍座43第九章懸索橋課件44日本關(guān)門懸索橋主索鞍日本關(guān)門懸索橋主索鞍45第九章懸索橋課件46第九章懸索橋課件474.2副鞍座

邊跨較大時(shí)，可在邊墩設(shè)副鞍座。設(shè)置在邊跨靠岸端的墩架或鋼排架頂，改變主纜在豎直面內(nèi)的方向，以便進(jìn)入錨碇。（1）固定式（2）輥軸或搖桿式4.2副鞍座48第九章懸索橋課件49新港橋新港橋504.3散索鞍將鋼絲束股在水平和豎直方向散開以便于錨固。4.3散索鞍51第九章懸索橋課件52第九章懸索橋課件535.錨碇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。5.錨碇54日本明石海峽橋錨碇日本明石海峽橋錨碇55第九章懸索橋課件56當(dāng)主纜在錨碇前墻處需要展開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。當(dāng)主纜在錨碇前墻處需要展開成絲股并改變方向時(shí)，則需設(shè)置主纜支57第三節(jié)懸索橋施工1.基本施工步驟2.主纜架設(shè)3.加勁梁的安裝第三節(jié)懸索橋施工1.基本施工步驟581.基本施工步驟

先修建基礎(chǔ)、錨碇、橋塔；利用橋塔架設(shè)施工便道（稱為貓道）；通過貓道來架設(shè)主纜；安裝吊索、拼裝加勁梁。1.基本施工步驟592.主纜架設(shè)（1）準(zhǔn)備工作：安裝吊機(jī)、各種鞍座、絞車及轉(zhuǎn)向設(shè)備。（2）架設(shè)導(dǎo)索（3）架設(shè)拽拉索和貓道（4）架設(shè)主纜（5）安裝吊索2.主纜架設(shè)60第九章懸索橋課件61第九章懸索橋課件62架設(shè)導(dǎo)索的兩種方法架設(shè)導(dǎo)索的兩種方法63第九章懸索橋課件64第九章懸索橋課件65第九章懸索橋課件663.加勁梁的安裝兩種方案：1.從跨中向橋塔附近推進(jìn)2.從橋塔向跨中推進(jìn)3.加勁梁的安裝67方案一方案一68方案二方案二69第四節(jié)懸索橋計(jì)算1.靜力計(jì)算方法2.動(dòng)力計(jì)算方法第四節(jié)懸索橋計(jì)算1.靜力計(jì)算方法701.靜力計(jì)算方法豎直荷載作用下的計(jì)算方法：彈性理論、撓度理論、有限位移理論1.靜力計(jì)算方法711.1彈性理論彈性理論的基本假定如下：（1）主纜無彎曲剛度，加勁梁沿橋縱向抗彎剛度不變；（2）恒載集度沿跨度方向均布且全部由主纜承受，恒載下主纜的幾何形狀為二次拋物線；（3）活載作用下不考慮吊索的伸長(zhǎng)。1.1彈性理論72根據(jù)以上假設(shè)，可以得到加勁梁任意截面的活載彎矩如下：

式中：Mq0為相應(yīng)簡(jiǎn)支梁彎矩，即活載使基本體系產(chǎn)生的內(nèi)力；Hq為活載產(chǎn)生的主纜水平力；y為相應(yīng)截面主纜豎向坐標(biāo)（以塔頂為零點(diǎn)）。

根據(jù)以上假設(shè)，可以得到加勁梁任意截面的活載彎矩如下：73

彈性理論將懸索橋作為線彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，疊加原理及影響線加載均適用，但沒有考慮恒載對(duì)豎向剛度的貢獻(xiàn)，也沒有考慮位移的非線性影響，其計(jì)算結(jié)果是偏安全的。懸索橋跨度較大時(shí)，彈性理論的計(jì)算結(jié)果將嚴(yán)重偏離實(shí)際，加勁梁截面尺寸過大，造成材料的浪費(fèi)。彈性理論在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)支配著懸索橋設(shè)計(jì)，直至今日，跨度小于200m的懸索橋設(shè)計(jì)仍可借用。彈性理論將懸索橋作為線彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，疊加原理741.2撓度理論

1862年有學(xué)者提出了無加勁懸索橋的撓度理論，1888年，奧地利J.Melan教授發(fā)表了有加勁懸索橋的撓度理論并于1906年進(jìn)行了改進(jìn)。1908年，L.S.Moiseiff在設(shè)計(jì)紐約Manhattan大橋時(shí)首次采用撓度理論并顯示出該理論的優(yōu)越性。此后，巴西的Florianpolis橋，美國(guó)的華盛頓橋、金門橋，英國(guó)的福斯橋、塞文橋等大量懸索橋都采用了撓度理論，并在實(shí)踐中對(duì)理論進(jìn)行了一些修正和發(fā)展。1.2撓度理論75撓度理論基于以下假定：（1）加勁梁為等截面，恒載沿跨度方向均布，恒載下主纜呈拋物線，加勁梁內(nèi)無應(yīng)力；（2）吊索為豎直，不考慮其在活載作用下的伸長(zhǎng)和傾斜，視為僅有豎向抗力的膜；（3）主纜和加勁梁只有豎向位移，不考慮其縱向位移。撓度理論基于以下假定：76根據(jù)撓度理論，地錨式懸索橋加勁梁任意截面的活載彎矩為：

式中：撓度理論的計(jì)算值比彈性理論多了最后一項(xiàng)，這表明主纜在恒載和活載下的水平力將起到減小加勁梁中活載彎矩的作用。可以將上式寫成微分方程形式如下：上述微分方程是非線性的，各國(guó)學(xué)者對(duì)其求解做了大量的工作。根據(jù)撓度理論，地錨式懸索橋加勁梁任意截面的活載彎矩為：771.3有限位移理論

1966年，Brotton引進(jìn)矩陣位移法將懸索橋當(dāng)作平面桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，計(jì)入初始軸力和大位移的二次影響，得到了非線性情況下的切線剛度矩陣，并采用Newton-Raphson迭代法求解增量形式的方程式。隨后，Saafan、Tezcan、Poskitt也相繼發(fā)表了他們的研究成果，從此懸索橋的分析步入了有限位移理論時(shí)代。1.3有限位移理論78有限元位移理論將將懸索橋離散為桿系結(jié)構(gòu)，按非線性桿系有限元進(jìn)行求解，可以計(jì)及吊桿的傾斜與伸長(zhǎng)、纜索節(jié)點(diǎn)的水平位移、加勁梁的水平位移及剪切變形等任何非線性的影響及任意邊界條件，而這些因素由于解析方法與微分方程的求解困難在撓度理論中不得不加以忽略，因此有限位移理論的計(jì)算結(jié)果更為精確，是目前大跨度懸索橋分析計(jì)算中普遍采用的方法。

有限元位移理論將將懸索橋離散為桿系結(jié)構(gòu)，按非線性桿系792.動(dòng)力計(jì)算方法2.1自由振動(dòng)2.2強(qiáng)迫振動(dòng)（1）車振（2）風(fēng)振（3）地震舊塔科馬大橋風(fēng)毀錄像2.動(dòng)力計(jì)算方法80第五節(jié)自錨式懸索橋簡(jiǎn)介1.自錨式懸索橋概況2.自錨式懸索橋受力特點(diǎn)3.自錨式懸索橋施工第五節(jié)自錨式懸索橋簡(jiǎn)介1.自錨式懸索橋概況811.自錨式懸索橋概況

自錨式懸索橋與地錨式懸索橋結(jié)構(gòu)形式上的主要差別是將主纜錨固于加勁梁上，但兩者的受力體系及施工方法有著很大的差別。1.自錨式懸索橋概況8219世紀(jì)后半葉，奧地利工程師約瑟夫·朗金和美國(guó)工程師查理斯·本德分別獨(dú)立地構(gòu)思出自錨式懸索橋的造型，朗金在1859年寫出了這種構(gòu)想，本德于1867年申請(qǐng)了專利。1870年，朗金在波蘭設(shè)計(jì)建造了世界上首座小型鐵路自錨式懸索橋。1915年,德國(guó)設(shè)計(jì)師在科隆的萊茵河上建造了主跨達(dá)185m的科隆-迪茲自錨式懸索橋，采用臨時(shí)木腳手架支撐鋼梁直到主纜就位。該方案的選擇主要是因?yàn)槠渫庑蚊烙^，而地質(zhì)條件又不允許修建錨碇。主纜采用了眼桿結(jié)構(gòu)，因而能方便地錨固在加勁梁上?？坡?迪茲橋1945年被毀，但原來橋臺(tái)上的鋼箱梁仍保存至今。19世紀(jì)后半葉，奧地利工程師約瑟夫·朗金和美國(guó)工程師查理斯83科隆-迪茲橋科隆-迪茲橋84科隆-迪茲橋建成后25年間德國(guó)在萊茵河上又修建了4座懸索橋，其中1929年建成的主跨315m的科隆-米爾海姆橋最為著名。這座橋最初選中了鋼拱橋方案，由于擔(dān)心惡劣的地質(zhì)情況不能承擔(dān)拱腳的推力，改為了自錨式懸索橋。盡管該橋在1945年被毀后重新修建為地錨式懸索橋，但保持自錨式懸索橋的跨徑記錄達(dá)70年之久。科隆-迪茲橋建成后25年間德國(guó)在萊茵河上又修建了485科隆-米爾海姆橋科隆-米爾海姆橋861925～1928年間美國(guó)賓夕法尼亞州匹茲堡市在阿勒格尼河上修建的三座非常相似的自錨式懸索橋。在規(guī)劃第六、第七和第九街橋時(shí)，城市藝術(shù)委員會(huì)從美觀的角度提出了采用懸索橋。匹茲堡的工程師指出惡劣的地質(zhì)條件不能修建錨碇，因而選擇了自錨式結(jié)構(gòu)，并采用了類似科隆-迪茲橋的眼桿結(jié)構(gòu)、拱形橋塔和連續(xù)鋼箱梁。匹茲堡橋主跨為131～135m，在眼桿和加勁梁之間采用臨時(shí)壓桿作為支撐，從每個(gè)支撐向外懸臂施工，直到主跨合攏和主纜在中間連接。這種施工技術(shù)比科隆-迪茲橋有了很大進(jìn)步，每座橋的工期都在15個(gè)月之內(nèi)。1995年維修后，這三座橋在建成70年后仍然正常工作。1925～1928年間美國(guó)賓夕法尼亞州匹茲堡市在阿勒87在匹茲堡橋之后美國(guó)修建了密蘇里州小奈安瓜河橋（跨徑69m，1933年）和印第安那州沃巴什河橋（跨徑107m，1939年）兩座自錨式懸索橋。1954年，德國(guó)工程師在杜伊斯堡完成了一座230m的大跨徑自錨式懸索橋。日本此花大橋建成于1990年，又名大阪北港橋，是1954年以來修建的第一座自錨式公路懸索橋。韓國(guó)永宗大橋位于仁川國(guó)際機(jī)場(chǎng)通往漢城的高速公路上，是世界上首座雙層公鐵兩用自錨式懸索橋，于1999年建成通車。在匹茲堡橋之后美國(guó)修建了密蘇里州小奈安瓜河橋（跨徑69m88三汊磯湘江大橋三汊磯湘江大橋89此花大橋此花大橋90永宗大橋永宗大橋91近年來，我國(guó)陸續(xù)修建了金石灘金灣橋、蘇州索山大橋、天津子牙河橋、長(zhǎng)沙三汊磯大橋、佛山平勝大橋等自錨式懸索橋，還有一些正處于計(jì)劃建造中，自錨式懸索橋在我國(guó)處于飛速發(fā)展的階段。近年來，我國(guó)陸續(xù)修建了金石灘金灣橋、蘇州索山大橋、天津子牙92第九章懸索橋課件932.自錨式懸索橋受力特點(diǎn)(1)自平衡體系(2)主梁為壓彎桿件(3)矢跨比(4)外伸跨(5)主梁拱度(6)相對(duì)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響3.自錨式懸索橋施工施工方法（1）張拉吊索（2）落梁法2.自錨式懸索橋受力特點(diǎn)94懸索橋示例：湖南吉首至茶洞高速公路矮寨大橋懸索橋示例：95本章小結(jié)1.懸索橋的主要構(gòu)成2.懸索橋的總體布置3.懸索橋的施工方法4.懸索橋的計(jì)算方法5.自錨式懸索橋的特點(diǎn)本章小結(jié)1.懸索橋的主要構(gòu)成96第九章懸索橋第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)第二節(jié)懸索橋構(gòu)造第三節(jié)懸索橋施工第四節(jié)懸索橋計(jì)算第五節(jié)自錨式懸索橋簡(jiǎn)介第九章懸索橋第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)97第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)1.懸索橋的組成及發(fā)展概況2.懸索橋的結(jié)構(gòu)體系3.懸索橋的總體布置第一節(jié)懸索橋總體設(shè)計(jì)1.懸索橋的組成及發(fā)展概況981.懸索橋的組成及發(fā)展概況

懸索橋是由主纜、加勁梁、塔柱和錨碇構(gòu)成。1.懸索橋的組成及發(fā)展概況99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，一般沒有吊桿或吊索，承重結(jié)構(gòu)與使用構(gòu)造合二為一。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100第二代懸索橋，開始采用了吊桿將橋面與主索分開。第二代懸索橋，開始采用了吊桿將橋面與主索分開。101第三代懸索橋，形成了美式懸索橋體系，主纜采用紡絲法，加勁梁采用桁架梁，橋塔以鋼塔為主。第三代懸索橋，形成了美式懸索橋體系，主纜采用紡絲法，加勁梁采102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。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。1032.懸索橋的結(jié)構(gòu)體系地錨式：?jiǎn)慰?、三跨?jiǎn)支加勁梁、三跨連續(xù)加勁梁2.懸索橋的結(jié)構(gòu)體系地錨式：?jiǎn)慰?、三跨?jiǎn)支加勁梁、三跨連續(xù)104自錨式：?jiǎn)嗡p跨、雙塔三跨單塔雙跨雙塔三跨自錨式：?jiǎn)嗡p跨、雙塔三跨單塔雙跨雙塔三跨105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懸索橋。帶斜拉索的懸索橋1883年建成的紐約布魯克林大橋，主跨484106斜拉－懸吊混合式懸索橋1997年建成的貴遵高等級(jí)公路烏江大橋，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。斜拉－懸吊混合式懸索橋1997年建成的貴遵高等級(jí)公路烏江大橋107立面圖立面圖108第九章懸索橋課件109懸索橋橋名國(guó)家主跨成橋時(shí)間布魯克林橋美國(guó)

486

1883

曼哈頓橋美國(guó)

4481909華盛頓橋美國(guó)

10671931年一期，1962年二期金門大橋美國(guó)

1280

1937

奧克蘭海灣大橋美國(guó)

704

1936

韋拉扎諾橋美國(guó)

12981964塞文橋英國(guó)987.61966博斯普魯斯大橋土耳其

1074

1973

虎門大橋中國(guó)

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1997

大貝爾特東橋丹麥

1624

1997

明石海峽橋日本

1991

1998

青馬大橋中國(guó)

1377

1998

江陰長(zhǎng)江大橋中國(guó)

1385

1999

潤(rùn)揚(yáng)大橋中國(guó)14902005懸索橋橋名國(guó)家主跨成橋時(shí)間布魯克林橋美國(guó)

486

1883

110總體布置應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)特性跨度比垂跨比寬跨比高跨比加勁梁支承體系主纜與加勁梁的連接吊索間距3.懸索橋的總體布置總體布置應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)特性3.懸索橋的總體布置111（1）跨度比三跨對(duì)稱懸索橋邊跨與中跨跨度比一般為0.3～0.5。從結(jié)構(gòu)特性來考慮，懸索橋單位長(zhǎng)度橋長(zhǎng)所需鋼材隨跨度比減小而增大；從結(jié)構(gòu)豎向變形來看，則以減小跨度比有利。（2）垂跨比主纜拉力隨垂跨比按反比例關(guān)系變化。垂跨比越大，懸索橋橫向和豎向整體剛度越小。地錨式懸索橋一般取1/8-1/12。（1）跨度比112（3）寬跨比中小跨徑一般大于1/20，懸索橋在1/60-1/40.（4）高跨比桁架式加勁梁：1/180-1/70；箱形加勁梁：1/400-1/300.（3）寬跨比113（5）加勁梁支承體系主要指在橋塔處主梁是否連續(xù)。一般三跨懸索橋大多為非連續(xù)。（6）主纜與加勁梁的連接中央扣、中間斜索、邊跨端部的端斜索（7）吊索間距跨徑在80m到200m范圍內(nèi)的吊橋，吊橋間距一般取5～8m?？鐝皆龃?，吊桿間距也應(yīng)增大，有時(shí)達(dá)20m左右。（5）加勁梁支承體系114第二節(jié)懸索橋構(gòu)造1.橋塔2.纜索系統(tǒng)3.加勁梁4.鞍座5.錨碇第二節(jié)懸索橋構(gòu)造1.橋塔1151.橋塔1.1橋塔結(jié)構(gòu)形式按材料分類：石砌圬工塔、擺動(dòng)式鋼塔、下端固定鋼塔、鋼筋混凝土塔按縱向結(jié)構(gòu)形式：剛性塔、柔性塔、搖柱塔按橫向結(jié)構(gòu)形式：剛構(gòu)式、桁架式、混合式1.橋塔116第九章懸索橋課件117剛性塔在主鞍座下設(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。有些小跨度懸索橋中曾采用過搖柱式塔，現(xiàn)已不再采用。剛性塔在主鞍座下設(shè)輥軸，使鞍座能夠可沿縱向移動(dòng)。柔性塔鞍座固118日本關(guān)門橋橋塔日本關(guān)門橋橋塔119美國(guó)金門大橋橋塔美國(guó)金門大橋橋塔1201.2塔柱截面形式1.2塔柱截面形式121第九章懸索橋課件122第九章懸索橋課件1232.纜索系統(tǒng)2.1主纜

主纜的材料有藤索、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)制平行束股和空中紡絲法。2.纜索系統(tǒng)124主纜絲股排列型式尖頂型、平頂型緊纜后絲股的截面主纜絲股排列型式緊纜后絲股的截面125第九章懸索橋課件1262.2吊索（1）吊索的材料可用鋼絲繩、平行鋼絲束或鋼絞線等材料制作。（2）與索夾的連接方式騎跨式、銷鉸式（3）豎吊索與斜吊索傳統(tǒng)的吊索都是垂直的，從英國(guó)的塞文橋開始使用斜吊索。2.2吊索127第九章懸索橋課件1282.3索夾索夾由鑄鋼制作，分成左、右兩半或上、下兩半。2.3索夾129第九章懸索橋課件130第九章懸索橋課件1313.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。加勁梁結(jié)構(gòu)形式：（1）鋼板梁（2）鋼桁梁（3）鋼箱梁（4）鋼筋混凝土箱梁3.加勁梁132第九章懸索橋課件133第九章懸索橋課件134第九章懸索橋課件135第九章懸索橋課件136第九章懸索橋課件137第九章懸索橋課件1384.鞍座4.1塔頂主鞍座

設(shè)在塔頂?shù)陌白兄靼?，一般由鑄鋼件構(gòu)成，包括鞍槽、腹板、底板、加勁肋等。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，主鞍座在縱向可分為兩段或三段吊裝。

4.鞍座139第九章懸索橋課件140日本關(guān)門懸索橋主索鞍日本關(guān)門懸索橋主索鞍141第九章懸索橋課件142第九章懸索橋課件1434.2副鞍座

邊跨較大時(shí)，可在邊墩設(shè)副鞍座。設(shè)置在邊跨靠岸端的墩架或鋼排架頂，改變主纜在豎直面內(nèi)的方向，以便進(jìn)入錨碇。（1）固定式（2）輥軸或搖桿式4.2副鞍座144第九章懸索橋課件145新港橋新港橋1464.3散索鞍將鋼絲束股在水平和豎直方向散開以便于錨固。4.3散索鞍147第九章懸索橋課件148第九章懸索橋課件1495.錨碇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。5.錨碇150日本明石海峽橋錨碇日本明石海峽橋錨碇151第九章懸索橋課件152當(dāng)主纜在錨碇前墻處需要展開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。當(dāng)主纜在錨碇前墻處需要展開成絲股并改變方向時(shí)，則需設(shè)置主纜支153第三節(jié)懸索橋施工1.基本施工步驟2.主纜架設(shè)3.加勁梁的安裝第三節(jié)懸索橋施工1.基本施工步驟1541.基本施工步驟

先修建基礎(chǔ)、錨碇、橋塔；利用橋塔架設(shè)施工便道（稱為貓道）；通過貓道來架設(shè)主纜；安裝吊索、拼裝加勁梁。1.基本施工步驟1552.主纜架設(shè)（1）準(zhǔn)備工作：安裝吊機(jī)、各種鞍座、絞車及轉(zhuǎn)向設(shè)備。（2）架設(shè)導(dǎo)索（3）架設(shè)拽拉索和貓道（4）架設(shè)主纜（5）安裝吊索2.主纜架設(shè)156第九章懸索橋課件157第九章懸索橋課件158架設(shè)導(dǎo)索的兩種方法架設(shè)導(dǎo)索的兩種方法159第九章懸索橋課件160第九章懸索橋課件161第九章懸索橋課件1623.加勁梁的安裝兩種方案：1.從跨中向橋塔附近推進(jìn)2.從橋塔向跨中推進(jìn)3.加勁梁的安裝163方案一方案一164方案二方案二165第四節(jié)懸索橋計(jì)算1.靜力計(jì)算方法2.動(dòng)力計(jì)算方法第四節(jié)懸索橋計(jì)算1.靜力計(jì)算方法1661.靜力計(jì)算方法豎直荷載作用下的計(jì)算方法：彈性理論、撓度理論、有限位移理論1.靜力計(jì)算方法1671.1彈性理論彈性理論的基本假定如下：（1）主纜無彎曲剛度，加勁梁沿橋縱向抗彎剛度不變；（2）恒載集度沿跨度方向均布且全部由主纜承受，恒載下主纜的幾何形狀為二次拋物線；（3）活載作用下不考慮吊索的伸長(zhǎng)。1.1彈性理論168根據(jù)以上假設(shè)，可以得到加勁梁任意截面的活載彎矩如下：

式中：Mq0為相應(yīng)簡(jiǎn)支梁彎矩，即活載使基本體系產(chǎn)生的內(nèi)力；Hq為活載產(chǎn)生的主纜水平力；y為相應(yīng)截面主纜豎向坐標(biāo)（以塔頂為零點(diǎn)）。

根據(jù)以上假設(shè)，可以得到加勁梁任意截面的活載彎矩如下：169

彈性理論將懸索橋作為線彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，疊加原理及影響線加載均適用，但沒有考慮恒載對(duì)豎向剛度的貢獻(xiàn)，也沒有考慮位移的非線性影響，其計(jì)算結(jié)果是偏安全的。懸索橋跨度較大時(shí)，彈性理論的計(jì)算結(jié)果將嚴(yán)重偏離實(shí)際，加勁梁截面尺寸過大，造成材料的浪費(fèi)。彈性理論在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)支配著懸索橋設(shè)計(jì)，直至今日，跨度小于200m的懸索橋設(shè)計(jì)仍可借用。彈性理論將懸索橋作為線彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，疊加原理1701.2撓度理論

1862年有學(xué)者提出了無加勁懸索橋的撓度理論，1888年，奧地利J.Melan教授發(fā)表了有加勁懸索橋的撓度理論并于1906年進(jìn)行了改進(jìn)。1908年，L.S.Moiseiff在設(shè)計(jì)紐約Manhattan大橋時(shí)首次采用撓度理論并顯示出該理論的優(yōu)越性。此后，巴西的Florianpolis橋，美國(guó)的華盛頓橋、金門橋，英國(guó)的福斯橋、塞文橋等大量懸索橋都采用了撓度理論，并在實(shí)踐中對(duì)理論進(jìn)行了一些修正和發(fā)展。1.2撓度理論171撓度理論基于以下假定：（1）加勁梁為等截面，恒載沿跨度方向均布，恒載下主纜呈拋物線，加勁梁內(nèi)無應(yīng)力；（2）吊索為豎直，不考慮其在活載作用下的伸長(zhǎng)和傾斜，視為僅有豎向抗力的膜；（3）主纜和加勁梁只有豎向位移，不考慮其縱向位移。撓度理論基于以下假定：172根據(jù)撓度理論，地錨式懸索橋加勁梁任意截面的活載彎矩為：

式中：撓度理論的計(jì)算值比彈性理論多了最后一項(xiàng)，這表明主纜在恒載和活載下的水平力將起到減小加勁梁中活載彎矩的作用?？梢詫⑸鲜綄懗晌⒎址匠绦问饺缦拢荷鲜鑫⒎址匠淌欠蔷€性的，各國(guó)學(xué)者對(duì)其求解做了大量的工作。根據(jù)撓度理論，地錨式懸索橋加勁梁任意截面的活載彎矩為：1731.3有限位移理論

1966年，Brotton引進(jìn)矩陣位移法將懸索橋當(dāng)作平面桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，計(jì)入初始軸力和大位移的二次影響，得到了非線性情況下的切線剛度矩陣，并采用Newton-Raphson迭代法求解增量形式的方程式。隨后，Saafan、Tezcan、Poskitt也相繼發(fā)表了他們的研究成果，從此懸索橋的分析步入了有限位移理論時(shí)代。1.3有限位移理論174有限元位移理論將將懸索橋離散為桿系結(jié)構(gòu)，按非線性桿系有限元進(jìn)行求解，可以計(jì)及吊桿的傾斜與伸長(zhǎng)、纜索節(jié)點(diǎn)的水平位移、加勁梁的水平位移及剪切變形等任何非線性的影響及任意邊界條件，而這些因素由于解析方法與微分方程的求解困難在撓度理論中不得不加以忽略，因此有限位移理論的計(jì)算結(jié)果更為精確，是目前大跨度懸索橋分析計(jì)算中普遍采用的方法。

有限元位移理論將將懸索橋離散為桿系結(jié)構(gòu)，按非線性桿系1752.動(dòng)力計(jì)算方法2.1自由振動(dòng)2.2強(qiáng)迫振動(dòng)（1）車振（2）風(fēng)振（3）地震舊塔科馬大橋風(fēng)毀錄像2.動(dòng)力計(jì)算方法176第五節(jié)自錨式懸索橋簡(jiǎn)介1.自錨式懸索橋概況2.自錨式懸索橋受力特點(diǎn)3.自錨式懸索橋施工第五節(jié)自錨式懸索橋簡(jiǎn)介1.自錨式懸索橋概況1771.自錨式懸索橋概況

自錨式懸索橋與地錨式懸索橋結(jié)構(gòu)形式上的主要差別是將主纜錨固于加勁梁上，但兩者的受力體系及施工方法有著很大的差別。1.自錨式懸索橋概況17819世紀(jì)后半葉，奧地利工程師約瑟夫·朗金和美國(guó)工程師查理斯·本德分別獨(dú)立地構(gòu)思出自錨式懸索橋的造型，朗金在1859年寫出了這種構(gòu)想，本德于1867年申請(qǐng)了專利。1870年，朗金在波蘭設(shè)計(jì)建造了世界上首座小型鐵路自錨式懸索橋。1915年,德國(guó)設(shè)計(jì)師在