其他橋型(懸索橋).ppt

1、2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,1,第八章 其他橋型,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋 拱橋 斜拉橋 懸索橋,背景圖片：虎門(mén)大橋,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,2,概 述,同其他橋式相比，跨度越大，懸索橋的優(yōu)勢(shì)越明顯 大跨懸索橋的加勁梁材料用量占相當(dāng)比例）不是主要承重構(gòu)件，其截面積并不需要隨跨度而增加 懸索橋的大纜、錨碇和塔在增加截面尺寸或承載能力方面遇到的困難較小 受力：作為主要承重構(gòu)件的大纜具有非常合理的受力形式 施工：先架大纜，形成一個(gè)現(xiàn)成的懸吊式腳手架；同懸臂方法比，風(fēng)險(xiǎn)較小 不足柔性結(jié)構(gòu)，活載產(chǎn)生較大的撓曲變形，剛度較??；在風(fēng)荷載，車(chē)輛沖擊荷載等動(dòng)荷載作用下

2、很容易振動(dòng) 歷史與發(fā)展 60年代以前在美國(guó)的發(fā)展：桁架式加勁梁，鋼主塔 6080年代在歐洲的發(fā)展：流線箱梁，混凝土橋塔 70年代以后在日本及其它亞洲國(guó)家的發(fā)展,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,3,中外懸索橋,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,4,懸索橋的組成部分及構(gòu)造,懸索橋主要組成部分 構(gòu)造變化 在跨中將主纜與加勁梁直接連在一起（減小豎向變位和增大扭轉(zhuǎn)剛度） 交叉吊索，豎吊索與斜吊索混合使用 獨(dú)塔，或獨(dú)纜,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,5,主 纜,稱(chēng)呼纜、索、鏈、繩都是柔性大的構(gòu)件，獨(dú)立的、直徑較大的，宜稱(chēng)為纜。 特點(diǎn)抗彎剛度EI/L很小

3、，只適合于受拉 布置全橋設(shè)根平行的主纜，4根（極少），1根（一座） 材料直徑5mm左右，鍍鋅冷拔低碳鋼絲，平行絲股（另，鋼絲繩） 截面如圖 架設(shè)空中送絲法和預(yù)制絲股法,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,6,錨 碇,作用：固定大纜 自錨式和地錨式 自錨式錨于加勁梁，適于較小跨度，施工不便，極少采用 地錨式廣泛采用者，承受水平反力和向上的豎直力，以自重提供的摩擦力來(lái)抵抗主纜水平力 隧洞式（在堅(jiān)實(shí)巖層中挖成） 重力式（由混凝土錨固體的重量或再加配重來(lái)固定主纜）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,7,錨碇構(gòu)造華盛頓橋,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,8

4、,錨碇構(gòu)造華盛頓橋,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,9,錨碇構(gòu)造（江陰大橋北錨碇）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,10,橋 塔,作用：支承大纜 受力：巨大豎向力作用在塔頂（纜在塔頂有轉(zhuǎn)角） 形式：桁架式，框架式，混合式（較少用） 材料：石料 （早期），鋼，鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)：剛性、柔性和擺柱式 剛性塔不變形，主鞍座下設(shè)輥軸，可沿縱向移動(dòng)； 擺柱式塔底設(shè)鉸，小跨度橋，較少采用 柔性主鞍座固定在塔頂，橋塔可撓曲，受力常為彎、壓甚至扭轉(zhuǎn)共同作用，以受壓為主，靠橋塔柔性滿足位移要求,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,11,橋塔構(gòu)造,一般形式,虎門(mén)大橋

5、,明石海峽大橋,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,12,鞍 座,主鞍：支承大纜，傳遞豎向力的構(gòu)造，鞍座與大纜之間不允許出現(xiàn)相對(duì)滑移 副鞍：設(shè)置在錨碇的前端（靠水一側(cè)），調(diào)節(jié)大纜進(jìn)入錨碇的角度 展束鞍（散束鞍）或展束套：設(shè)置在錨碇之內(nèi)，在大纜從扎緊狀態(tài)到散開(kāi)狀態(tài)之處,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,13,福思橋主鞍座,間接型,直接型,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,14,福思橋副鞍座,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,15,展束鞍,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,16,加勁梁,主要功能：承受和傳遞豎向活載，橋面

6、系的補(bǔ)充 體系：簡(jiǎn)支或連續(xù) 材料：鋼材，混凝土（極少） 類(lèi)型：桁架式，流線型箱鋼梁 桁架式適應(yīng)雙層橋面，適合于交通量較大的或公鐵兩用的懸索橋，梁較高 流線型箱鋼梁 抗風(fēng)性能好（風(fēng)嘴）； 抗扭剛度大； 節(jié)省材料（正交異性橋面板和橫向靜風(fēng)壓力?。?； 建筑高度小，34m,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,17,加勁梁構(gòu)造,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,18,加勁梁構(gòu)造（續(xù)）,舊金山海灣大橋橫截面,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,19,加勁梁構(gòu)造（續(xù)）,明石海峽大橋橫截面（正交異性鋼橋面板）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,20,

7、加勁梁構(gòu)造（續(xù)）,美國(guó)紐波特橋（混凝土橋面）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,21,吊索與索夾,吊索作用：將作用在加勁梁上的恒、活載傳遞給大纜 吊索材料：鋼絲繩，鋼絞線 索夾：大纜與吊索的連接件 連接方式：鞍掛式和銷(xiāo)接式,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,22,索夾構(gòu)造（鞍掛式）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,23,索夾構(gòu)造（銷(xiāo)接式）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,24,施 工,施工順序錨碇、橋塔、大纜、吊索、加勁梁、橋面 錨碇基礎(chǔ)施工 橋塔混凝土：滑模施工；鋼：拼裝連接 大纜空中送絲法，預(yù)制平行絲股法 空中送絲法：空中

8、編制大纜，貓道等設(shè)備，調(diào)絲、調(diào)股、緊纜、纏纜等工序 預(yù)制平行絲股法：絲股工廠制造，工地就位形成大纜 加勁梁懸臂安裝（桁架梁）或梁段提升（浮運(yùn)就位后），連同吊索安裝,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,25,用空中送絲法架纜的基本原理,無(wú)端牽引繩及固定的送絲輪 卷筒鋼絲，一頭固定在靴跟處，套過(guò)送絲輪 動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)送絲輪，將鋼絲套圈送至對(duì)岸 返回（可放空，或從對(duì)岸的卷筒鋼絲帶一鋼絲套圈回來(lái)） 反復(fù)進(jìn)行直至一根絲股的設(shè)計(jì)數(shù)目,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,26,貓道構(gòu)造,貓道位于大纜之下，進(jìn)行大纜作業(yè)的腳手架 構(gòu)造懸吊在幾根承重繩上，上鋪面層（鋼絲網(wǎng)），兩條貓道之間設(shè)

9、橫道，下方設(shè)抗風(fēng)索 汕頭海灣大橋貓道截面,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,27,福思橋貓道構(gòu)造,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,28,預(yù)制平行絲股的制造和架設(shè),大纜由若干兩端帶錨頭的絲股組成，每絲股含絲若干。 基準(zhǔn)絲確定其他各絲的長(zhǎng)度。 帶色絲為了便于檢查安裝在纜中的絲股是否扭曲。,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,29,南備贊大橋架纜全過(guò)程示意,長(zhǎng)臂浮吊架設(shè)先鋒繩,架設(shè)牽引繩并貓道繩,貓道面層，溜放到位,安裝抗風(fēng)索,安裝索夾,安裝吊索,拆抗風(fēng)索（未繪）,架纜（未繪）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,30,虎門(mén)大橋施工：索塔

10、,塔身：翻模施工 系梁：支架施工,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,31,虎門(mén)大橋施工：錨錠及鋼框架,地下連續(xù)墻基礎(chǔ),后錨塊,散索鞍墩,鞍部,西錨錠,散索鞍,鋼框架,散索室,頂板,橋墩,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,32,虎門(mén)大橋施工：錨錠及鋼框架（續(xù)）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,33,虎門(mén)大橋施工：索鞍及索夾,左上：主鞍（一半） 右上；展索鞍 右下：索夾,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,34,虎門(mén)大橋施工：先導(dǎo)索及牽引系統(tǒng),拖輪架設(shè)先導(dǎo)索 利用先導(dǎo)索架設(shè)牽引索,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,35

11、,虎門(mén)大橋施工：貓道,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,36,虎門(mén)大橋施工：索股預(yù)制,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,37,虎門(mén)大橋施工：索股架設(shè)等,左：索股沿貓道滾筒前進(jìn) 牽引索股,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,38,虎門(mén)大橋施工：索股架設(shè)等,左：索股入鞍 上：索股錨固,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,39,虎門(mén)大橋施工：索股架設(shè)等（續(xù)）,緊纜,纏絲,安裝索夾,防腐涂裝,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,40,虎門(mén)大橋施工：加勁鋼箱梁制造,上：鋼箱梁截面組成 左：實(shí)物,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工

12、程概論第八章,41,虎門(mén)大橋施工：鋼箱梁吊裝與焊接,箱梁吊裝從跨中開(kāi)始,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,42,虎門(mén)大橋施工：鋼箱梁吊裝與焊接,液壓提升吊機(jī)跨貓道布置,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,43,虎門(mén)大橋施工：橋面鋪裝,左：白色第一道防水膠底漆，起到鋼板與防水膠粘結(jié)作用 右：黃色第二道防水膠底漆，起防水作用,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,44,虎門(mén)大橋施工：橋面鋪裝,左：紅色第三道防水膠面漆，起到與粘結(jié)層、防水層粘結(jié)作用 右：噴瀝青粘結(jié)劑,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,45,虎門(mén)大橋施工：橋面鋪裝,左：鋪裝瀝青

13、混凝土 右：碾壓,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,46,設(shè)計(jì)理論簡(jiǎn)介彈性理論,彈性理論懸索橋是大纜系統(tǒng)和加勁梁系統(tǒng)兩者的簡(jiǎn)單組合。對(duì)單跨兩鉸懸索橋，其為一次超靜定結(jié)構(gòu)。將大纜從跨中切開(kāi)，作用一對(duì)冗余力H，則可按力法（以大纜切口兩面相對(duì)位移是零為條件）分析大纜以及加勁梁的內(nèi)力。若忽略不計(jì)活載p對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響，即假定大纜幾何形狀由滿跨均布恒載決定（可推算其線形為二次拋物線），且這一線形不因活載p作用而發(fā)生改變，則由此分析懸索橋內(nèi)力的方法就是傳統(tǒng)的“彈性理論”。 在求出H之后，將H作用在基本體系上，就可以求出加勁梁的彎矩M： MM0Hy,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論

14、第八章,47,設(shè)計(jì)理論簡(jiǎn)介撓度理論,實(shí)際上，大纜是柔性受拉構(gòu)件?！皬椥岳碚摗奔俣ㄋ膸缀涡螤罴伴L(zhǎng)度都不因活載而改變，這是一個(gè)很大的缺點(diǎn)。早在1888年建立的“撓度理論”就糾正了這一缺點(diǎn)。“撓度理論”的主要特點(diǎn)是：大纜在恒載下取得平衡的幾何形狀（二次拋物線）將因活載的介入而改變，大纜因活載作用引起的拉伸量也需考慮。因此，應(yīng)采用位移法，并計(jì)及結(jié)構(gòu)的幾何非線形，來(lái)分析懸索橋內(nèi)力。見(jiàn)下圖，大纜在恒載下的平衡位置（實(shí)線）因活載作用而有所改變（虛線）。按右圖的分離體，可求得加勁梁的M為： MM0HqvHp（yv）,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,48,設(shè)計(jì)理論簡(jiǎn)介重力剛度法,對(duì)加勁梁很柔

15、的懸索橋，還可以先讓加勁梁的抗彎剛度是零，取大纜做基本體系，并且讓基本體系用改變其幾何線形的方式來(lái)承擔(dān)活荷載。在纜的線形改變量或撓度（從只受恒載變到承受恒載加活載）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撓度，再憑梁的撓度的各階導(dǎo)數(shù)推算梁的彎矩及其所分擔(dān)的活載集度。從給定的活載集度中將梁所分擔(dān)的集度扣除，余下者就是經(jīng)由吊索傳給大纜，讓大纜所分擔(dān)的活載集度。按吊索傳來(lái)的活載重新計(jì)算大纜撓度，將上述計(jì)算重復(fù)迭代幾次，就能取得使人滿意的結(jié)果。 所謂重力剛度，指原本柔性的大纜因承受（巨大恒載所生）重力而產(chǎn)生的抵抗（活載所致）變形的剛度。該法抓住了大跨懸索橋的兩大特點(diǎn)：一是較大恒載使纜的線形穩(wěn)定（即其撓度不因活載而發(fā)生大的變化）；二是柔性很大的加勁梁所能分擔(dān)的活載份額必然很小。這樣，所需的最終結(jié)果也就同該法在迭代開(kāi)始時(shí)所假定的情況很相近了。,2020年8月30日,李亞?wèn)|：橋梁工程概論第八章,49,設(shè)計(jì)理論簡(jiǎn)介非線性有限元分析,從60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算力學(xué)的發(fā)展，借助