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1 路通万家, 索桥开道 (4) (5) 福建农林大学周新年教授 博导 教育部农林工程类教学指导委员会委员

2 通悬之索, 铺桥以道 悬索桥设计概述与工程应用案例 Outline and Engineering Applications of Suspension Bridge Design

3 主要内容 一 悬索桥的简要介绍二 悬索桥的结构组成三 悬索桥的基础理论四 悬索桥的设计流派五 悬索桥的施工工艺

4 一 悬索桥的简要介绍 悬索桥通常由主缆 3 吊索 6 桥塔 2 索鞍 7 锚碇 1( 8) 和加劲梁 4 组成 图 1 悬索桥主要构造图 1 重力式锚碇 ; 2 桥塔 ; 3 主缆 ;4 加劲梁 ; 5 索夹 ; 6 吊索 ; 7 索鞍 ; 8 隧道式锚碇.

5 一 悬索桥的简要介绍 悬索桥与柔性吊桥概念 1. 悬索桥悬索桥指以悬索为主要承重结构的桥梁 主要构造是 : 缆 塔 锚 吊索及桥面, 一般还有加劲梁 2. 柔性吊桥不设加劲梁或加劲梁高度很小 (h/l<1/100) 的悬索桥, 称为简易柔性悬索桥, 简称柔性吊桥, 俗称吊桥

6 一 悬索桥的简要介绍 吊索 索鞍 桥塔 主缆 加劲梁 图 2 厦门海沧大桥

7 二 悬索桥的结构组成 1 悬索桥结构组成 1.1 桥塔 ( 1) 作用 : 支承主缆, 承担主缆所受的竖向力, 在风力和地震 力作用下, 对总体稳定提供保证 ; ( 2) 形式 : 横桥向按桥塔外形分, 一般有刚构式 桁架式和混 合式三种 ; 顺桥向按力学性质可分刚性塔 柔性塔和摇柱 塔三种 ; ( 3) 材料 : 除日本有用钢结构外, 其它多数用混凝土 ; ( 4) 断面 : 多为箱形 图 3 桥塔形式桁架式刚构式混合式

8 二 悬索桥的结构组成 1.1 桥塔 图 4 桥塔实例

9 二 悬索桥的结构组成 1.2 主缆 (1) 作用 : 主要承重构件 ; (2) 布置形式 : 一般为平行的 2 根, 个别 4 根 ; (3) 材料 : 高强度平行钢丝束 ; (4) 主缆是承受恒载 ( 自身 加劲梁与桥面 ) 通过索夹和吊索承受活载与部分横向风载, 直接传递到塔顶 图 5 钢丝束横截面

10 二 悬索桥的结构组成 1.2 主缆 主缆采用平行线钢缆 ( 弹性模量高 空隙率低 抗锈性强 ) 多由 Φ5 高强度镀锌钢丝组成 缠丝前在主缆钢丝表面涂防护 腻子 图 6 跨中束股断面图

11 二 悬索桥的结构组成 1.2 主缆 图 7 矮寨悬索桥桥塔与主缆 主缆 (PPWS 2 855)

12 二 悬索桥的结构组成 1.3 吊索 ( 1) 作用 : 将加劲梁的恒载和活载传到主缆 ( 2) 布置形式 : 等间距, 等截面 ( 3) 材料 : 高抗拉强度和一定的柔性 常用 : 钢丝绳 钢绞线 平行钢丝束 ( 4) 与主缆的连接 ( a) 直吊索 ( b) 斜吊索 图 8 吊索形式

13 二 悬索桥的结构组成 1.3 吊索 ( 5) 吊索上端与索夹相连, 下端与加劲梁连接 吊索宜用有钢丝芯的钢丝绳制作, 其组成可以是 1 根 2 根或 4 根一组 ( a) 鞍挂式 ( b) 销连接式 图 9 吊索与主缆连接

14 二 悬索桥的结构组成 1.3 吊索 矮寨悬索桥鞍挂式吊索 鞍挂式 销连接式 图 10 吊索与主缆连接 ( a)

15 二 悬索桥的结构组成 1.4 加劲梁 ( 1) 作用 : 提供桥面系, 防止桥面发生过大的挠曲和扭曲变形 ( 2) 材料 : 多为钢结构 ( 3) 形式 : 钢桁梁 : 美早期多用 ; 矮寨悬索桥 扁平钢箱梁 : 英今多用 ; 福州螺洲大桥 钢板梁 : 早期个别中小跨径, 今不用 ( 4) 加劲梁桥面构件 : 钢筋砼桥面板 ( 早期 ), 钢桥面板 ( 当今 )

16 二 悬索桥的结构组成 1.4 加劲梁 图 11 加劲梁形式

17 二 悬索桥的结构组成 1.5 锚碇 ( 1) 作用 : 主缆的锚固体, 是支承主缆的重要部分, 将主缆的拉力传给地基 ( 2) 形式重力式锚碇 ( 重力锚 ); 隧道式锚碇 ( 岩洞锚 ) 重力式锚碇依靠巨大的自重来抵抗主缆的垂直分力, 水平分力则由锚碇与地基之间摩阻力或嵌固阻力来抵抗 隧道式锚碇将主缆拉力传给周围基岩 隧道式 重力式

18 二 悬索桥的结构组成 1.5 锚碇 ( a) 重力式 ( b) 隧道式 图 12 锚碇形式

19 二 悬索桥的结构组成 1.6 索鞍索鞍分塔顶的主索鞍与锚碇的散索鞍 主索鞍位于主缆和塔顶间, 主索鞍是支承主缆重要构件, 让主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 主索鞍 散索鞍 图 13 索鞍形式

20 二 悬索桥的结构组成 2 悬索桥结构体系 2.1 单跨 三跨简支加劲梁 三跨连续加劲梁 单跨简支梁 三跨简支梁 三跨连续梁 图 14 悬索桥结构体系

21 二 悬索桥的结构组成 2.2 自锚式悬索桥 单塔双跨式 自锚式悬索桥 : 无锚碇, 主缆直接锚固在加劲梁上 双塔三跨式 图 15 自锚式悬索桥

22 福州螺洲大桥三塔自锚式悬索桥 跨径为 80 m m+80 m, 为国内最大跨径三塔自锚式悬索桥 主梁为钢箱梁, 合计约 t, 采用步履式平移顶推施工工艺, 为国内悬索桥首次采用

23 二 悬索桥的结构组成 2.3 带斜拉索的悬索桥 2012 年元旦通车的福州淮安大桥为双塔双索斜拉桥, 主跨 416 m, 闽江中无桥墩, 南北两岸各修一个 A 形主塔高 115 m 整个桥是由两座塔和 128 根斜拉索来承受 图 16 福州淮安大桥带斜拉索悬索桥

24 二 悬索桥的结构组成 2.4 斜拉 - 悬吊混合式悬索桥 1997 年建成的乌江大桥, 主跨 288 m, 主梁为高强预应力薄壁箱梁, 是世界首座斜拉 - 悬吊组合桥 图 17 混合式悬索桥

25 三 悬索桥的基础理论 1 悬索桥基础理论的里程碑 1.1 弹性理论的建立,Brooklyn Bridge 的建成 1.2 挠度理论建立,George Washington Bridge 建成 1.3 Tacoma Narrows Bridge 风毁, 桥梁风工程学建立 1.4 流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板的应用, Severn Bridge 建成 1.5 有限位移理论建立, 江阴长江公路大桥建成 1.6 风工程与加劲梁气动力控制技术, 墨西拿海峡大桥 ( 意大利 ) 将建成

26 三 悬索桥的基础理论 1.1 悬索桥弹性理论 弹性理论假定 : ( 1) 悬索是完全柔性, 不承受弯矩作用, 悬索几何形状由满跨均布恒载决定, 其线形为二次抛物线 ; ( 2) 吊杆排列紧密, 分布均匀, 其受拉时并不伸长 ; ( 3) 加劲梁沿跨径悬挂于主缆, 截面不随跨距改变 ; 仅有恒载 活载 温度 风力等引起的内力 缺陷 : 将悬索桥当作弹性结构, 没考虑恒载对悬索桥刚度影响, 没考虑缆索非线性大位移影响, 计算结果偏于安全

27 三 悬索桥的基础理论 1.1 悬索桥弹性理论 1883 年跨越纽约东河的 Brooklyn Bridge 建成通车, 设计者是天才的桥梁设计师 John A Roebling 由于高强碳素钢丝的使用和空中送丝法 (aerial spinning) 主缆施工技术的确立, 该桥的跨度一下提高到 486 m 1903 年建成 Williamsburg Bridge,284 m+ 488 m m, 当时计算理论为弹性理论

28 1.1 悬索桥弹性理论 Brooklyn Bridge 纽约布鲁克林大桥 1883 Brooklyn Bridge 纽约布鲁克林大桥 图 18 悬索桥图集 ( 一 ) Williamsburg Bridge 威廉斯堡大桥 ( 美 )1903

29 三 悬索桥的基础理论 1.2 悬索桥挠度理论挠度理论 : 考虑活载作用, 主缆产生的水平拉力对结构的二次影响, 使悬索桥中缆索 加劲梁的内力变小, 计算结果更符合实际受力, 是一种较精确的理论 缺陷 : 基础微分方程是非线性的, 推导时采用理想化的假定, 忽略了一些非线性影响因素 计算结果 : 加劲梁弯距较弹性理论结果要小

30 三 悬索桥的基础理论 1.2 悬索桥挠度理论 1888 年, 奥地利 Melan 提出适用拱桥和悬索桥结构的挠度理论, 悬索桥跨度突破了 m 纽约的 George Washington Bridge 作为第一座大跨悬索桥 186 m m m,1931 年一期工程完成,1962 年第二期工程完成 该桥设计者推断 : 对于大跨度悬索桥在活载下, 加劲梁的刚度贡献是有限的 随着跨度加大, 加劲梁截面不必加大

31 1.2 悬索桥挠度理论 George Washington Bridge 乔治 华盛顿大桥 George Washington Bridge 乔治 华盛顿大桥 图 19 悬索桥图集 ( 二 )

32 三 悬索桥的基础理论 1.3 桥梁风工程学科的建立 1940 年 7 月 1 日, L. Moissieff 设计华盛顿州主跨 853 m Tacoma Narrows Bridge 通车, 为了节省, 用高度很小板梁作加劲梁, 该桥跨度与梁高之比为 350, 以前这样的跨高比为 年 11 月 7 日, 在 19 m/s 八级大风下发生强烈风致振动, 导致全桥倒塌 调查事故发现, 自 1818 年起, 已有 11 座桥梁毁于风害 长达 150 年工程师只知道风的静力作用 Tacoma Narrows Bridge 的风毁, 导致考虑桥梁风致振动问题, 形成新的边缘学科 风工程学

33 三 悬索桥的基础理论 1.3 桥梁风工程学科的建立 经过 Farquharson V. Karmon 等人研究, 经风洞试验和分析得出 : 板梁抗扭刚度太小, 不宜做悬索桥的加劲梁 ; 横截面为闭合图形的桁架加劲梁具有较高的空气动力稳定性 ; 在跨中设缆结或中央扣, 在桥面车道之间设置通风孔或格栅等, 可改进悬索桥的气动性能 1950 年末重建了 Tacoma Narrows Bridge 对以前修建的悬索桥 ( 金门大桥, 布朗克斯白石大桥 ) 等进行加固 后建的特拉华纪念桥 (1948) 福斯公路大桥 (1964) 和韦拉扎诺海峡大桥 (1964) 等, 采用了桁架加劲梁

34 1.3 桥梁风工程学科的建立 Tacoma Narrows Bridge ( 塔科马海峡大桥 ) 风毁事件 图 20 悬索桥图集 ( 三 ) 舞动的格蒂

35 1.3 桥梁风工程学科的建立 塔科马海峡大桥坍塌原因 原设计认为风只会直接通过桁架, 但风转移到了桥面上下两端, 大桥倒塌发生从未见过的扭曲变形 中心不动, 两边因有扭矩而扭曲, 并不断振动 这种振动是由于空气弹性颤振引起的 颤振的出现使风对桥的影响越来越大, 最终桥梁结构像麻花一样彻底扭曲了 拉起大桥的钢缆断裂后使桥面受到的支持力减小, 并加重了桥面的重量 随着越来越多的钢缆断裂, 最终桥面承受不住重量而彻底倒塌了

36 三 悬索桥的基础理论 1.4 流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板 20 世纪 50 年代, 英国 Severn Bridge 的抗风设计, 该桥推迟到 1960 年开工, 由 Scruton 等有充分时间做风洞试验 试验了带悬臂的六角形扁平钢箱梁, 结果表明抗风设计优点 : 扁平钢箱梁接近流线型断面, 其绕流状态在静态方面因其对风阻力系数很小, 梁高较低, 导致其静风荷载减小 ; 梁抗扭刚度大, 使得全桥扭转基频提高, 对提高颤振临界风速有利 ; 正交异性板技术, 既作为钢箱梁顶板, 又作为桥面系

37 三 悬索桥的基础理论 1.4 流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板 Forth Road Bridge 与 Severn Bridge, 两桥几乎同期设计 施工 遵循同一设计规范 ( BS ) 主跨相近 车道数量和桥宽相同, 前者采用桁架加劲梁, 用钢量 t/m; 后者钢箱梁, 用钢量 t/m, 比前者节约 28.39%, 加劲梁恒载的减少, 又使主缆用钢量得以减少, 与传统的桁架加劲梁相比, 节约了 22 % 的投资 此后, 修建大跨悬索桥, 大多数采用了扁平钢箱梁技术

38 1.4 流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板 Forth Road Bridge 福斯公路桥 图 21 悬索桥图集 ( 四 ) Severn Bridge

39 三 悬索桥的基础理论 1.5 悬索桥有限位移理论 有限位移理论包含两种思想 ( 1) 将结构自由度 有限化 ; ( 2) 认为外力产生的变形对结构非线性影响不可忽略, 平衡方程建立在变形后状态上 有限位移理论两个阶段 ( 1) 离散吊杆理论 : 对结构离散点进行分析, 分析中考虑到加劲梁 缆索结点的水平位移对结构内力的影响, 吊杆在活载作用下会产生拉伸和倾斜变形 ( 2) 非线性有限元理论 : 综合考虑体系结点位移影响和轴力效应, 把悬索桥结构分析统一到一般非线性有限元中

40 三 悬索桥的基础理论 1.5 悬索桥有限位移理论有限位移理论发展, 抛弃了挠度理论的过多假定条件, 使计算模型更加接近真实结构, 计算结果更加真实反应实际情况 桥梁抗风理论研究和风洞试验趋于成熟, 近年 A. Larsen 等通过数值计算模拟风洞试验, 证实有限位移理论与试验值吻合良好 我国 1999 年建成主跨 m 的江阴长江公路大桥, 丹麦 1998 年建成主跨 m 的大贝尔特桥, 日本 1998 年建成主跨 m 的明石海峡大桥, 都是最好的见证

41 1.5 悬索桥有限位移理论 大贝尔特桥丹麦 1998 图 22 悬索桥图集 ( 五 )

42 三 悬索桥的基础理论 1.6 风工程与加劲梁气动力控制技术 Tacoma Narrows Bridge 毁坏, 桥梁空气动力稳定性是大跨度桥梁设计控制准则之一 而对于大跨度悬索桥, 颤振临界风速随跨度增大而急剧下降 近年来, 桥梁工程界对颤振的控制尤其重视 提高桥梁空气动力稳定方法主要有 : 一是提高结构本身的刚度 ; 二是采用新的加劲梁设计构思 ; 三是采取措施改变加劲梁周围的绕流状态或产生稳定的气动力 ; 四是尝试抗风性能良好的结构体系 气动力控制方法现尚处于试验和探索阶段, 在短期内还很难应用到工程实践中

43 1.6 风工程与加劲梁气动力控制技术 墨西拿海峡大桥, 主跨 m 悬索桥, 加劲梁采用分离式三个箱梁形式, 由强大的横梁连结 具有良好气动性能, 临界颤振风速 94 m/s, 完全满足抗风要求 建成后将超目前世界第一大悬索桥 日本明石海峡大桥 ( 主跨 1 991) 图 23 悬索桥图集 ( 六 )

44 三 悬索桥的基础理论 2 国内外悬索桥的发展成就 随着世界经济建设的发展, 交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要 洲际之间 海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度 特大跨度或超长跨度桥梁 悬索桥经历了近两百年的发展, 已成为超大跨度桥梁的最优选择桥型之一

45 表 1 世界超过 m 跨度的悬索桥 序号 桥名 国家 建成时间 跨径 /m 桥塔高度 /m 1 明石海峡大桥 日本 ( 钢 ) 2 西堠门大桥 中国 ( 混凝土 ) 3 大海带桥 丹麦 ( 混凝土 ) 4 润扬长江大桥 中国 ( 混凝土 ) 5 亨伯大桥 英国 ( 混凝土 ) 6 江阴长江大桥 中国 ( 混凝土 ) 7 韦拉扎诺桥 美国 ( 钢 ) 8 金门大桥 美国 ( 钢 ) 9 滨海高大桥 瑞典 ( 混凝土 )

46 续表 1 序号 桥名 国家 建成时间 跨径 /m 桥塔高度 /m 10 麦基纳克桥 美国 ( 钢 ) 11 南北备赞大桥 日本 ( 钢 ) 12 博斯普鲁斯 Ⅱ 桥 土耳其 ( 钢 ) 13 博斯普鲁斯 Ⅰ 桥 土耳其 ( 钢 ) 14 乔治华盛顿桥 美国 ( 钢 ) 15 来岛二桥 日本 ( 钢 ) 16 来岛三桥 日本 ( 钢 ) 17 4 月 25 日桥 葡萄牙 ( 钢 ) 18 福斯公路桥 英国 ( 钢 )

47 表 2 中国主跨 900 m 以上的悬索桥 序号桥名建成时间跨径 /m 桥塔高度 /m 1 矮寨特大悬索桥 ( 吉首岸 ) 2 西堠门大桥 润扬长江大桥 江阴长江大桥 香港青马大桥 贵州坝陵河大桥 泰州长江大桥 ( 钢塔 ) 8 湖北宜昌长江大桥 湖北西陵长江大桥 四渡河特大悬索桥 ( 恩施岸 )

48 三 悬索桥的基础理论 ( 1) 国外正在建设的特大跨度跨海大桥 1 土耳其伊兹米特海湾大桥 ( 主跨 m). 2 希腊里海安蒂雷翁桥 ( m). 3 意大利与西西里岛间 墨西拿海湾大桥 主跨 m, 主塔 376 m, 桥面宽 60 m, 主缆 Φ1.24 m. 4 西班牙与摩洛哥之间 直布罗陀海峡大桥 方案 1: m; 方案 2: m. ( 2) 国内正建及待建特大跨度跨海大桥 年开工的南京长江四桥 主跨 m 的 3 跨悬索桥方案 ( 2013 完工 ). 2 正在规划建设青岛海湾大桥 ( 主跨 1 652m) 琼州海峡大桥 ( 主跨 m) 和香港青龙大桥 ( 主跨 1 418m) 等大跨径悬索桥.

49 图 24 明石海峡大桥 ( 日 )

50 图 25 乔治 华盛顿大桥 ( 美 )

51 图 26 旧金山金门大桥 ( 美 )

52 图 27 韦拉扎诺海峡大桥 ( 美 )

53 图 28 福斯公路桥 ( 英 )

54 图 29 西堠门大桥

55 图 30 江阴长江公路大桥

56 图 31 香港青马大桥

57 图 32 四渡河大桥

58 图 33 西陵长江大桥

59 四 悬索桥的设计流派 1 美式悬索桥 美国是修建现代悬索桥的先驱,20 世纪 30 年代已进入建设悬索桥高峰期, 建成了两座跨度超过 m 大桥 ( 华盛顿大桥和金门大桥 ) 1940 年因塔科马大桥风毁, 悬索桥建设一度受挫, 转而进行风洞试验研究 1960 年后, 悬索桥技术复兴, 美国建成了维拉扎诺海峡桥 美国为其它国家设计修建了多座悬索桥, 如西班牙的 4 月 25 日桥 委内瑞拉的 Augostura 桥等 这些桥具有共同特点, 构成美式流派, 如表 3

60 表 3 美式悬索桥特点 结构 共同特点 主缆 采用空中编缆法 (AS 法 ) 架设成缆 ; 桥塔 采用钢结构, 使用铆钉连接或螺栓连接 ; 吊索 采用竖直 4 股骑挂式钢丝绳 ; 索夹 分左右两半, 在其上下采用水平高强螺栓连接 ; 鞍座 采用大型铸钢件 辊轴滑移支承 ; 加劲梁 采用非连续体系的钢桁梁, 桥面采用钢筋混凝土板

61 美式悬索桥 代表 图 34 金门大桥

62 四 悬索桥的设计方法 2 英式悬索桥 英国现代悬索桥起步于 20 世纪 60 年代,1964 年在苏格兰建成了主跨 m 的福斯公路桥, 此桥较多地引进了美国的先进技术, 虽做了一定的改进, 但仍是近似于美国传统的悬索桥 1966 年建成的塞文河桥, 则是英国为悬索桥闯出的新路, 并把悬索桥的发展向前推进了一步 后又陆续建成了塞文桥 博斯普鲁斯一桥 二桥和恒比尔河桥等典型英式悬索桥, 形成了英式流派, 其特征如表 4

63 表 4 英式悬索桥特点 结构 共同特点 桥塔 采用焊接钢结构或钢筋混凝土结构 ; 吊索 采用两端销接的斜向布置 ; 索夹 采用上下两半, 两侧采用高强度螺栓连接 ; 加劲梁 采用流线形扁平箱梁

64 英式悬索桥 代表 图 35 博斯普鲁斯海峡大桥

65 四 悬索桥的设计方法 3 日式悬索桥 日本的悬索桥出现在 20 世纪 70 年代以后, 国际上悬索桥的技术发展已日臻完善, 日本结合自己的国情, 吸收了世界上的先进技术, 并进行一定的改良创造, 形成了日式流派, 其主要特征, 如表 5 结构 共同特点 主缆采用预制平行索股法 ( PPWS 法 ) 架设成缆 ; 吊索沿用美式竖向 4 股骑挂式钢丝绳 ; 鞍座采用铸焊混合式 ; 桥塔采用钢结构, 主要采用焊接, 少数采用螺栓连接 ; 加劲梁 表 5 日式悬索桥特点 主要沿袭美式钢桁梁形式, 且在下层布置铁路, 少数公路桥亦采用英式流线形箱梁结构

66 日式悬索桥 代表 图 36 明石海峡大桥

67 四 悬索桥的设计方法 4 中式悬索桥 表 6 中式悬索桥特点 结构 共同特点 主缆 一般采用预制平行索股法架设 ; 吊索 采用两端销接的竖向布置 ; 索夹 采用上下两半, 两侧采用高强螺栓连接 ; 桥塔 多采用混凝土结构 ; 加劲梁 多采用流线形扁平箱梁结构

68 中式悬索桥 代表 图 37 西堠门大桥

69 五 悬索桥的施工工艺 湖南矮寨悬索桥施工工艺流程 锚碇施工 桥塔施工 猫道架设 主缆架设 运营 其它工程 加劲梁架设 吊索安装

70 五 悬索桥的施工工艺 1 锚碇施工 悬索桥锚碇是支承主缆重要结构 悬索桥的锚碇由锚块 基础 主缆的锚固定装置 散索鞍支墩等组成 锚碇一般是大体积混凝土结构, 施工中要对锚块进行平面分仓和竖向分层 施工时按照一定施工计划分期分层进行浇筑和养护 吉首岸重力式锚碇 茶洞岸隧道式锚碇 图 38 锚碇施工图 ( 一 )

71 五 悬索桥的施工工艺 1 锚碇施工 在国内外大跨度悬索桥施工中, 都采取了多项措施来控制混凝土体内外的温度 这些措施有 : (1) 砂石料 拌和水预冷却 ; (2) 混凝土入泵温度控制 ; (3) 利用冷却水管通水, 降低混凝土内部温度 图 39 锚碇施工图 ( 二 )

72 五 悬索桥的施工工艺 2 桥塔施工 桥塔塔身多用翻模分段浇筑 ; 连结板部位注意预留钢筋及模板支撑预埋件 ; 多用爬升式吊机 桥塔塔杆上安装爬升导轨, 随桥塔施工增高而向上爬升施工 ; 主索鞍顶部混凝土在主缆架设完后浇筑 桥塔施工主要是垂直度监控 图 40 桥塔施工

73 五 悬索桥的施工工艺 3 猫道架设 猫道由猫道承重索 猫道面层结构 ( 包括栏杆立柱及扶手索等 ) 横向天桥等组成 猫道面层结构包括横梁及面层铺料, 一般是在焊接钢丝网上, 再加铺合成纤维网或钢丝网 横向天桥时沟通两个猫道之间的空中工作走道, 除工作所需之外, 还增加了猫道横向稳定 图 41 猫道架设

74 五 悬索桥的施工工艺 4 主缆架设 4.1 架设主缆 在猫道上架设主缆 常用 : 空中编缆法 (AS 法 ) 和预制丝股法 (PS 法 ) (1) 空中编缆法 (AS 法 ): 空中送丝, 丝成束, 束成缆, 如珠江虎门大桥每束 137 丝, 每丝 Φ5.2 mm, 每根主缆 110 束 (2) 预制平行钢丝束股法 (PS 法或 PWS): 预制钢丝束, 空中运束, 束成缆, 预制索股每束 61 丝 91 丝或 127 丝

75 五 悬索桥的施工工艺 4.1 架设主缆 图 42 空中编缆法 (AS 法 )

76 五 悬索桥的施工工艺 4.1 架设主缆 图 43 预制平行钢丝束股法 (PS 法或 PWS 法 )

77 五 悬索桥的施工工艺 4.2 紧缆作业 在主缆束股架设完毕后, 接着是紧缆, 使主缆压紧成形, 达到设计要求空隙率, 以满足安装索夹和长期防护 紧缆过程有初紧缆和正式紧缆两阶段 在温度稳定的夜晚进行预紧缆作业, 利用千斤顶对主缆进行初整圆, 每间距 5 m 用临时钢带捆扎 预紧缆作业完成后, 由低处向高处 ( 由跨中向塔顶 ) 方向, 利用紧缆机进行正式紧缆作业 图 44 紧缆作业

78 五 悬索桥的施工工艺 4.3 主缆缠丝在主缆钢丝表面先涂防 护腻子 ; 再缠丝作业, 从 塔顶两侧向下缠丝, 先缠 绕中跨, 再缠两个边跨 缠丝机的钢环隔着圆弧形 衬板骑在主缆上, 绕在环 外软钢丝, 被一由电动机 驱动而迅速旋转的飞轮抽 出, 紧紧缠在主缆之外 缠丝机环主缆缠绕 4 mm 密 贴平行钢丝 图 45 主缆缠丝作业

79 五 悬索桥的施工工艺 5 加劲梁架设 加劲梁利用缆载起重机 ( 跨缆吊机 ) 进行安装架设 从主跨跨中开始, 向桥塔方向逐段吊装 也可以从桥塔开始, 向主跨跨中及边跨岸边前进 图 46 加劲梁架设

80 五 悬索桥的施工工艺 5 加劲梁架设 图 47 矮寨特大悬索桥轨索移钢桁梁索系 ( 闭式牵引 ) 1- 卷扬机 ;2- 运梁小车 ;3- 轨索 ; 4- 循环牵引索 ;5- 跨中导向轮

81 五 悬索桥的施工工艺 5 加劲梁架设 福州螺洲大桥钢箱梁顶推施工工艺 : 第一步 : 利用拼装平台上的卷扬机牵引到位, 钢箱梁调位拼装, 经监理工程师验收合格后焊接 ; 第二步 : 步履式平移顶推钢箱梁, 过临时墩时利用临时墩牛腿上布设的千斤顶, 顶升钢箱梁上步履式平移系统上 ; 第三步 : 继续拼装 平移顶推 ; 第四步 : 全部顶推到位, 落梁, 进行锚固区安装及下一道工序的转化 演示 1- 顶推设备 演示 2- 顶推原理

82 五 悬索桥的施工工艺 5 加劲梁架设 梁段平移 标准梁段牵引 标准梁段滑道垫块 图 49 顶推施工 梁段平移

83 五 悬索桥的施工工艺 5 加劲梁架设 梁段精调 图 50 顶推施工 梁段平移

84 五 悬索桥的施工工艺 5 加劲梁架设 梁段过墩 图 51 顶推施工 梁段平移

85 小结 一 重点 : 反复讲解, 讲深讲透 1. 何谓悬索桥与柔性吊桥? 悬索桥的由哪些结构组成及其功用怎样? 2. 简述悬索桥施工工艺流程, 加劲梁架设有哪些内容? 二 难点 : 注意对比, 深入浅出 1. 悬索桥有哪些设计理论? 2. 悬索桥设计流派有何区别?

86 三 疑点 : 提出思考, 预习复习 1. 矮寨特大悬索桥施工工艺流程如何? 有何国际首创? 2. 福州市螺洲大桥钢箱梁步履式平移顶推工法关键技术是什么? 四 思考和讨论题 :7 题见 : 工程索道 国家本科精品课程网站 :

87 THE END 祝同学们身体健康!

标题

标题 第 40 卷 第3期 南京林业大学学报 自然 科 学 版 Journal of Nanjing Forestry University Natural Sciences Edition 2016 年 5 月 doi 10 3969 j issn 1000 2006 2016 03 024 Vol 40 No 3 May 2016 基于挠度理论的三塔四跨悬索桥静力特性分析 金泊含 王立彬 王 鸿 郭潇艺

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