悬索桥

悬索桥定义:由主缆和加劲梁构成的一种柔性悬挂组合体系,兼有索和梁的受力特点。

由桥塔、主缆、吊索、加劲梁、锚碇、鞍座等主要部分组成。

目前跨径大于1000m的桥梁大部分都是悬索桥结构。

受力特征:荷载由吊索传至缆,缆再传至锚、墩及塔。在外荷载作用下,主缆和加劲梁共同受力。主缆是主要承重构件,在荷载作用下的变形直接影响桥梁的内力和变形。

主缆是结构体系中的主要承重构件,受拉为主;

桥塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件,受压为主;

加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构,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,是联系加劲梁和主缆的纽带,受拉。

锚碇是锚固主缆的结构,它将主缆中的拉力传递给地基。

主缆:通过索夹和吊杆承受荷载,并将它直接传递到塔顶。

主缆分为钢丝绳主缆和平行钢丝束主缆两种类型。

1、钢丝绳主缆:钢丝绳主缆由钢丝捻成股,再由股捻成绳。一般钢丝绳采用7股绳。一般用于小跨径悬索桥。

2、平行钢丝束主缆

预制平行钢丝束股法(PPWS法):采用平行钢丝索,加快了主缆的施工进度,截面外形分为尖顶形和平顶形。

桥塔:

1. 顺挢向形式

按力学性质可分为刚性塔 、柔性塔和摇柱塔三种结构形式。

刚性塔。是指塔顶水平变位量相对较小的桥塔。柔性塔。是指塔顶水平变位量相对较大的桥塔。摇柱塔,仅用于跨径较小的悬索桥,下端为铰接式单柱结构。

2. 横桥向形式

横桥向桥塔采用的形式,有桁架式、刚架式、混合式结构三种形式。

主要涉及参数:

影响桥塔设计的参数主要有:材料参数、环境参数、结构尺寸参数。

加劲梁:

加劲梁类型主要有钢桁梁、钢箱梁、混凝土梁、钢-混组合梁等结构形式,如图所示:

吊索:

吊索的材料

  可用钢丝绳、平行钢丝束或钢绞线等材料制作。

(2)与索夹的连接方式

  骑跨式、销铰式

(3)竖吊索与斜吊索

  传统的吊索都是垂直的,从英国的塞文桥开始使用斜吊索。

锚碇:

地锚式悬索桥的锚碇分为重力式锚碇和隧道式锚碇两种结构形式,如图所示:

重力式锚碇由锚体、散索鞍支墩、锚室和基础组成。

隧道式锚碇由锚塞体、散索鞍支墩、锚室组成。

隧道式锚碇混凝土用量较重力式锚碇大为节省,经济性能更为显著。仅从适用性来讲,重力式锚碇几乎适用于所有场合。当锚址处综合地质条件较好、地形有利于全桥总体布置,且施工条件能满足隧洞开挖及出渣时,从经济性角度出发,应首先考虑修建隧道锚的可能性。只有在全面考虑建设条件、经综合技术经济比较认为隧道锚明显不合适时,才选择修建重力锚。

鞍座

鞍座位于大缆和塔顶之间,鞍座是支承主缆的重要构件,并让大缆在这里

有一转折角。通过它可以使主缆中的拉力以垂直力和不平衡水平力的方式

均匀地传到塔顶和锚碇。

鞍座分塔顶的主索鞍及锚碇的散索鞍

悬索桥的分类:

按悬吊跨数分类:单跨悬索桥、三跨悬索桥、四跨悬索桥、五跨悬索桥。

2、按主缆锚固形式分类:地锚式和自锚式。

地锚式:主缆的拉力由桥梁端部的重力式锚碇或隧道式锚碇传递给地基

自锚式:主缆拉力直接传递给它的加劲梁。

结构体系:

表5-2-1 各类悬吊结构的适应性

悬吊结构类型

单跨简支

双跨连续

三跨简支

三跨连续

优点

线形美观,单跨悬索桥由于边跨主缆的垂度较小,主缆长度相对较短,桥塔水平变形较小,对中跨荷载变形控制更为有利。

造型新颖

造型美观,结构受力比较合理,加劲梁可不从桥塔塔柱之间通过,桥塔塔柱可竖直布置,桥塔处梁段施工简便。

造型美观,结构受力比较合理,加劲梁变形小

缺点

美观性与三跨结构相比稍差

自锚或地锚式,施工工艺复杂,经济性一般,桥塔水平变形较大

相邻跨的梁端相对转角及伸缩量较大,加劲梁横向变位大,跨中挠度较大

桥塔处加劲梁弯矩较大,桥塔基础相对较大,加劲梁制造、架设误差及桥墩的不均匀沉降对加劲梁应力影响较大

适用性

边跨地形较高或平曲线进入边跨,适用范围较广

两岸地形较高,江中有洲,跨径较小

边跨地形平坦,水深较深,布置桥墩很高,适用范围较广

边跨地形平坦,水深较深,布置桥墩很高,适用范围较广

悬索桥的施工方法:

悬索桥的施工工序为:锚碇基础施工、锚碇施工、桥塔基础施工、桥塔施工、主缆施工、加劲梁施工、桥面系施工等。

悬索桥的防护设计

(1)混凝土结构

混凝土结构防护设计主要采取以下措施:

①提高混凝土保护层厚度;

②采用高性能混凝土,具有耐久性;

③完好的混凝土涂层或封闭层具有阻绝腐蚀介质与混凝土接触的特点,从而延长混凝土和钢筋混凝土的寿命;

④改善钢筋材质和钢筋涂层;

⑤混凝土中掺加钢筋防腐抑制剂(阻锈剂);

⑥混凝土结构使用阴极保护(防护)系统。

(2)钢结构

悬索桥钢结构防护设计主要采取以下措施:

①油漆涂装;

②在钢结构表面热喷涂金属锌、铝或它们的合金,再涂覆高性能的氟碳树脂类面涂层,形成高效能防护体系;

③在钢结构中采用耐候钢;

④改善钢结构构件的使用环境。

悬索桥的特点:悬索桥的跨越能力大、抗震性能好、轻型美观、已越来越成为特大跨度(超1000m)桥梁的首选桥型。