桥梁工程课件:9第九章++悬索桥.pptx
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- 桥梁工程 课件 第九 悬索桥
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1、福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥9.1 9.1 概述概述9.2 9.2 悬索桥的结构与构造悬索桥的结构与构造 9.3 9.3 悬索桥设计理论简介悬索桥设计理论简介 9.4 9.4 悬索桥施工方法简介悬索桥施工方法简介 9.5 9.5 悬索桥桥例悬索桥桥例 1福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 9.1 概概 述述悬索桥是由悬索桥是由主缆(主缆(main cablemain cable)、加劲梁()、加劲梁(stiffening girderstiffening girder)、)、塔柱(塔柱(towe
2、rtower)和锚碇()和锚碇(anchorageanchorage)构成)构成 加劲梁吊杆(索)主索(大缆)锚碇塔第九章第九章 悬索桥悬索桥2福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥k梁和索的支点反力横向承载的垂度HHH与k成反比3福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 则,则,悬索计算简图悬索计算简图 fMfllqlYXXYYqlYYolABAoBoABA24.222因此,就反力而言,索的竖向反力与简支梁相同,但在竖因此,就反力而言,索的竖向反力与简支梁相同,但在竖直荷载作用下,索会产生水平反力,而简支梁中
3、没有水平直荷载作用下,索会产生水平反力,而简支梁中没有水平反力的存在。换言之,在竖向荷载作用下,梁只要求有竖反力的存在。换言之,在竖向荷载作用下,梁只要求有竖向支承,而索除竖向支承外,两端还必须有水平向的支承。向支承,而索除竖向支承外,两端还必须有水平向的支承。 第九章第九章 悬索桥悬索桥4福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ xxyymfwTHVVTLL/2dddHfqLHl82)(2xLHqxyl)(42xLLfxy设索不承受弯矩,设索不承受弯矩, 有有其中,其中,则,则,消去消去HdHd,得索的方程,得索的方程它是一条二次抛物线它是一条二次抛物线,
4、,与均布荷载作用下拱的与均布荷载作用下拱的合理拱轴线相同合理拱轴线相同悬索计算简图悬索计算简图 第九章第九章 悬索桥悬索桥5福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥kkMMM与k无关kHHH与k成反比6福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥kHHH与k成反比7福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 第九章第九章 悬索桥悬索桥kHHH与k成反比8福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ n(4)在施工方面,风险较小。)在施工方面,
5、风险较小。第九章第九章 悬索桥悬索桥9福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 第九章第九章 悬索桥悬索桥10福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 第九章第九章 悬索桥悬索桥11福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 第九章第九章 悬索桥悬索桥12福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 第九章第九章 悬索桥悬索桥13福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 9.2 悬索桥的结构与构造悬索桥的结构与构造一、悬索桥的结构体
6、系一、悬索桥的结构体系 v单跨、三跨简支加劲梁、三跨连续加劲梁单跨、三跨简支加劲梁、三跨连续加劲梁 LL21L1L1L1L2Lfff(a)单跨(b)三跨简支(c)三跨连续第九章第九章 悬索桥悬索桥14福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ hf1f1L21LfL1L12Lhf11(a) 单塔双跨单塔双跨 (b) 双塔三跨双塔三跨自锚式悬索桥构造形式自锚式悬索桥构造形式第九章第九章 悬索桥悬索桥15福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥16福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:
7、/ 19971997年建成的乌江大桥,年建成的乌江大桥,主跨主跨288288m,主梁为高,主梁为高强预应力薄壁箱梁,采强预应力薄壁箱梁,采用全截面缆吊预应力悬用全截面缆吊预应力悬拼施工,最大吊重为拼施工,最大吊重为76吨,吨,是世界首座吊拉组是世界首座吊拉组合桥合桥。第九章第九章 悬索桥悬索桥17福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 跨径跨径中跨和边跨之比,常采用为中跨和边跨之比,常采用为2:1或或4:1。当中跨与边跨之比大于当中跨与边跨之比大于4:1,边跨跨径又较小时,可,边跨跨径又较小时,可采用单跨悬索桥。采用单跨悬索桥。在大跨径的吊桥中,常采用三跨悬
8、索桥。在大跨径的吊桥中,常采用三跨悬索桥。第九章第九章 悬索桥悬索桥18福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ (2) (2) 主索矢高及塔高主索矢高及塔高从理论分析认为最有利的矢跨比为从理论分析认为最有利的矢跨比为1/71/61/71/6。在工程实践,欧美各国常用在工程实践,欧美各国常用1/121/91/121/9。桥塔高度由桥面标高加上跨中吊杆最小高度和矢高来确定。桥塔高度由桥面标高加上跨中吊杆最小高度和矢高来确定。(3) (3) 吊杆间距吊杆间距 跨径在跨径在80m 80m 到到200 m200 m范围内范围内的吊桥,吊桥间距一般取的吊桥,吊桥间距一般
9、取58m58m。跨径增大,吊杆间距也应跨径增大,吊杆间距也应增大,有时达增大,有时达20 m20 m左右,此时左右,此时需设强大的纵横桥道梁。需设强大的纵横桥道梁。第九章第九章 悬索桥悬索桥19福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 锚索倾角锚索倾角我国常采用等倾角。锚索我国常采用等倾角。锚索倾角常采用倾角常采用3040。不等倾角时,两角差值一不等倾角时,两角差值一般控制在般控制在10以内。以内。 以桥塔支承点为坐标原点以桥塔支承点为坐标原点的主索曲线方程,可近似的主索曲线方程,可近似表示为表示为 lftgtgdxdylxlfxyx4)(40002第九章第九
10、章 悬索桥悬索桥20福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ (5) 加劲梁加劲梁桁式桁式加劲梁的梁高一般为加劲梁的梁高一般为8-14m,箱形加劲梁一般为,箱形加劲梁一般为2.5-4.5m。大跨径悬索桥的加劲梁的梁高对于桁架加劲梁常为大跨径悬索桥的加劲梁的梁高对于桁架加劲梁常为L/180-L/70,对于箱形加劲梁大体上为,对于箱形加劲梁大体上为L/400-L/300。对于加劲梁梁高偏小的吊桥,必须经过风洞实验以确保对于加劲梁梁高偏小的吊桥,必须经过风洞实验以确保安全。安全。有竖杆的三角形腹杆图式,合理节间长度约为有竖杆的三角形腹杆图式,合理节间长度约为0.60
11、.80.60.8h h。斜杆的倾角不宜超过斜杆的倾角不宜超过30305050的范围。的范围。第九章第九章 悬索桥悬索桥21福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥(6)加劲梁横截面布置:)加劲梁横截面布置:主索间距:中小跨径不应小于主索间距:中小跨径不应小于L/30。大跨径,可小于。大跨径,可小于L/35。目前世界。目前世界上最大的几座悬索桥的主索间距在上最大的几座悬索桥的主索间距在L/60L/40之间。上下层式、单层之间。上下层式、单层人行道内置式、单层人行道悬挑式。人行道内置式、单层人行道悬挑式。31.391.0311.29.2211.21.
12、0311.290.9120.7315.030.916.2523.776.257.323.057.323.0511.58(a)(b)(c)22福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ (1) (1) 主主缆缆(2) (2) 桥塔桥塔(3) (3) 鞍座鞍座(4) (4) 锚碇锚碇(5) (5) 加劲梁加劲梁(6) (6) 索夹及吊索索夹及吊索第九章第九章 悬索桥悬索桥23福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ (1) 主主缆缆抗弯刚度小,抗拉刚度大,适合于受拉。抗弯刚度小,抗拉刚度大,适合于受拉。一般设有两根,平行布置。极少数
13、设一般设有两根,平行布置。极少数设4 4根。个别设单根。根。个别设单根。大缆的材料有藤索、竹索、铁索、眼杆链、钢丝。大缆的材料有藤索、竹索、铁索、眼杆链、钢丝。现代悬索桥采用钢丝绳(跨度现代悬索桥采用钢丝绳(跨度500m 500m 以下)和平行钢丝束两种。以下)和平行钢丝束两种。平行钢丝束分为预制平行丝股和空中纺丝平行丝股。平行钢丝束分为预制平行丝股和空中纺丝平行丝股。第九章第九章 悬索桥悬索桥24福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 日本明石海峡桥的大日本明石海峡桥的大缆截面缆截面 第九章第九章 悬索桥悬索桥25福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品
14、课程福建省精品课程 http:/ 第九章第九章 悬索桥悬索桥26福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 材料的强度;材料的强度; 有效截面积;有效截面积; v 安全系数。安全系数。主缆的安全系数主要由以下因素决定:主缆的构造、计算精主缆的安全系数主要由以下因素决定:主缆的构造、计算精度、恒载应力与活载应力之比、二次应力的影响、应力不均度、恒载应力与活载应力之比、二次应力的影响、应力不均匀的程度、结构物的重要性等。国外早期悬索桥取得比较大匀的程度、结构物的重要性等。国外早期悬索桥取得比较大,小跨度桥取得更大。目前一般都在,小跨度桥取得更大。目前一般都在2.53
15、.0,对特大跨度,对特大跨度桥,可取得小一些,如明石海峡桥取桥,可取得小一些,如明石海峡桥取2.3左右。左右。第九章第九章 悬索桥悬索桥27福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ (2) (2) 桥塔桥塔桥塔有圬工桥塔、钢桥塔和钢筋混凝土桥塔。桥塔有圬工桥塔、钢桥塔和钢筋混凝土桥塔。钢桥塔可分为带斜腹杆的桁架式、只带横杆的刚钢桥塔可分为带斜腹杆的桁架式、只带横杆的刚构式和混合的构架式。构式和混合的构架式。混凝土塔一般为带横杆的刚构形式。混凝土塔一般为带横杆的刚构形式。第九章第九章 悬索桥悬索桥28福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程
16、http:/ :刚性、柔性和摆柱式三种。刚性塔,则需要在刚性、柔性和摆柱式三种。刚性塔,则需要在主鞍座下设辊轴,使鞍座能够可沿纵向移动。柔性塔,鞍座主鞍座下设辊轴,使鞍座能够可沿纵向移动。柔性塔,鞍座固定于塔顶,构造简单,维修保养容易,大跨度悬索桥常采固定于塔顶,构造简单,维修保养容易,大跨度悬索桥常采用。早期,有些小跨度悬索桥中曾采用过摆柱式塔,现已不用。早期,有些小跨度悬索桥中曾采用过摆柱式塔,现已不再采用。再采用。固定铰滑动支座索塔固定铰固定(a)(c)(b)索索塔塔第九章第九章 悬索桥悬索桥29福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 日本关门桥桥塔日
17、本关门桥桥塔 23456789101112131abc29.5002.500412.500=50.000512.500=62.5008.5005.8004.500133.800单位:m(a)侧面图(b)正面图第九章第九章 悬索桥悬索桥30福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 日本关门桥桥塔日本关门桥桥塔 第九章第九章 悬索桥悬索桥31福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 25 de Abril第九章第九章 悬索桥悬索桥32福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥33福州大
18、学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 鞍座鞍座设在塔顶的鞍座叫主鞍,一般由铸钢件构成。设在塔顶的鞍座叫主鞍,一般由铸钢件构成。目前鞍座多采用铸焊结合结构,鞍槽采用铸钢件,鞍槽目前鞍座多采用铸焊结合结构,鞍槽采用铸钢件,鞍槽下的支撑结构用厚钢板的焊接结构,鞍槽与支撑结构之下的支撑结构用厚钢板的焊接结构,鞍槽与支撑结构之间也用焊接。间也用焊接。为方便吊装,主鞍座在纵向分为两段或三段吊装。为方便吊装,主鞍座在纵向分为两段或三段吊装。第九章第九章 悬索桥悬索桥34福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 江阴长江大桥主索鞍江阴长江大桥主
19、索鞍第九章第九章 悬索桥悬索桥35福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 日本关吊桥主索鞍日本关吊桥主索鞍第九章第九章 悬索桥悬索桥36福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥37福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 锚碇锚碇由锚块基础、锚块、大缆锚固系统及防护结构等构成。悬索桥大缆锚固方由锚块基础、锚块、大缆锚固系统及防护结构等构成。悬索桥大缆锚固方式有地锚与自锚。多采用地锚式,较采用自锚。地锚分重力式和隧洞式式有地锚与自锚。多采用地锚式,较采用自锚。地锚分重力式和隧洞式
20、(或岩洞式)两种。重力式地锚尺寸大,工程量也大。隧洞式地锚工程量(或岩洞式)两种。重力式地锚尺寸大,工程量也大。隧洞式地锚工程量较小,但需有坚实山体岩层可加以利用。较小,但需有坚实山体岩层可加以利用。锚固鞍座索股锚碇架锚块主缆支架(a)重力式(b)隧洞式第九章第九章 悬索桥悬索桥38福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 悬索桥悬索桥39福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ 第九章第九章 悬索桥悬索桥40福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 http:/ (5) 加劲梁加劲梁加劲梁主要起支承和传递
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