现代化悬索桥组成及特点

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:simuwuzx
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  摘要:本文通过对现代化悬索桥的相关论述,简单介绍了现代化悬索桥结构形式、适用范围,以及结构组成及特点。
  关键词:现代化悬索桥 结构 形式 组成 特点
  1、悬索桥概述
  悬索桥又称"吊桥",用悬挂的钢缆索或铁链作为桥身主要承重结构的桥梁。由桥台(桥墩)、塔架、缆索、吊杆(索)、主梁和锚碇组成。缆索绕过桥台上的塔顶,锚固于两端桥台或直接锚固于两岸岩石中,桥面用吊杆(索)通过索夹连接在缆索上。悬索桥主要以高强钢丝作为主要承拉结构,具有跨越能力大、受力合理、发挥材料强度和造价经济等特点,同时整体造型流畅优美,施工安全快捷等优势,使其在大跨度桥梁中得到了广泛应用。
  1938年,我国建成第一座公路悬索桥,并在新中国成立后先后共建成70多座悬索桥,但其结构都相对简单,规模较小。进入20世纪90年代,我国现代化悬索桥建设揭开了新的篇章。我国真正意义上的现代化悬索桥为1995年由中国中铁大桥局集团施工建成的广东汕头海湾大桥,该桥主跨452m,主跨位居预应力混凝土加劲梁悬索桥的世界第一。随后,我国现代化悬索桥的发展进入了一个蓬勃发展期,先后建成了主跨900m的西陵长江大桥、主跨888m的广东虎门大桥、主跨1377m的香港青马大桥、主跨1385m的江苏江阴长江大桥、润扬大桥、阳逻大桥,以及正在建设的多塔、多跨悬索桥泰州长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥等。
  2、悬索桥的结构形式及适用范围
  2.1按照跨数分类
  按照跨数,悬索桥可分为单跨悬索桥、三跨悬索桥、四跨悬索桥和五跨悬索桥,其中较为常用的是单跨悬索桥和三跨悬索桥,但在最近今年我国三塔两跨、三塔四跨悬索桥应用也在逐步增加。
  2.1.1单跨悬索桥
  单跨悬索桥由两个主塔组成,主跨采用缆索系统承重,边跨不采用缆索系统承重。常应用于高山峡谷地区,两岸地势高,采用常规桥墩支撑边跨更为经济,或者受地形影响,使得平面曲线布置不得进入大桥边跨的情况。单跨悬索桥由于边跨主缆的垂度较小,主缆长度相对较短,对中跨荷载变形控制更为有利。
  2.1.2三跨悬索桥
  三跨悬索桥是现代化悬索桥应用最为广泛的一种桥型,世界上大跨度悬索桥几乎都采用该种结构形式,该种结构形式不仅结构受力特征合理,而且其流畅对称的建筑造型也赢得了人们的亲睐。
  2.2多跨悬索桥
  主跨跨数超过三跨的悬索桥称为多跨悬索桥,多跨悬索桥结构柔性大、固有振动频率较低,整体桥梁刚度低,因而不具备实用价值。
  2.2按照主缆锚固方式分类
  2.2.1地锚式悬索桥
  一般大跨度悬索桥均为地锚式锚固主缆,主缆通过重力式锚碇或者岩遂式锚碇将荷载产生的拉力传至大地以平衡受力,这也是大跨度悬索桥最好的受力模式。
  2.2.2自锚式悬索桥
  自锚式悬索桥应用于跨度较小悬索桥中,这种锚固形式是将主缆锚固在边跨加劲梁上,主缆的水平拉力由加劲梁提供的轴压平衡,不需要另外设置锚碇。
  3、悬索桥结构组成及特点
  悬索桥一般由主缆、主塔、锚碇和加劲梁等四大主体结构以及主索鞍、散索鞍、索夹、吊索等重要附属结构组成。
  3.1主缆
  主缆是悬索桥主要的承重结构,悬索桥加劲梁上承受的荷载均通过吊索传递至主缆,是全桥结构受力的最重要组成部分。
  现代化悬索桥主缆一般采用平行钢丝主缆,平行钢丝由高强镀锌平行钢丝束组成,为便于施工,主缆分成束股编制架设,并在两端锚碇处安装锚固。一根索股一般由100根左右钢丝组成,界面呈正六边形,根据主缆直径设计大小的不同,采用的索股数量不同。现代懸索桥索股架设一般采用PPWS法,主缆布置一般为2根,分别布置在加劲梁两侧吊杆上方。
  3.1主塔
  主塔在悬索桥当中的主要作用是,将上部结构主缆所承载桥面荷载通过主塔传递至基础结构,悬索桥主要的竖向荷载都是通过主塔来传递。
  主塔结构在顺桥向按照力学性质,可分为刚性塔、柔性塔和摇柱塔三种结构形式。
  1、刚性塔
  刚性塔多出现在跨度较小和多跨悬索桥当中,为提供整个结构刚度而采用。
  2、柔性塔
  柔性塔是现代大跨度悬索桥通常施工的主塔形式,一般为下端固结的单柱形式。
  3、摇柱塔
  摇柱塔应用于跨度较小的悬索桥,下端为铰接式单柱结构。
  3.1.3锚碇
  锚碇是悬索桥上部结构主缆锚固的重要构件,他的主要作用就是通过结构本身重力抵消主缆所承载的轴力。根据受力不同,锚碇分为重力式锚碇、自锚式锚体。重力式锚碇应用于大跨度重力式锚悬索桥,自锚式锚体应用于自锚式悬索桥。
  1、重力式锚
  重力式锚一般为混凝土结构,根据结构本身自重实现对主缆拉力的锚固,其中预埋主缆锚固系统和钢结构锚固架,索股通过锚头与锚杆连接,再由锚杆将索股拉力传递至锚固架至锚体内。
  2、岩遂式锚
  岩遂式锚碇一般是借助天然坚固的岩体开凿隧洞再浇筑砼形成,利用岩体强度对砼锚体形成嵌固作用,达到锚固主缆拉力的目的,因此锚碇砼用量较重力式锚碇大量节省,经济型更好。
  3.1加劲梁
  加劲梁是悬索桥承载的重要结构,其主要承受桥面荷载。按照现代化悬索桥特点,一般采用钢箱梁或钢桁梁。
  3.1其他附属结构
  1、主索鞍
  主索鞍安放在主塔顶部,主塔两侧各一个,主要是主缆翻越主塔时的承重支撑结构,并将主缆所受的竖向力传递至主塔。主索鞍一般分为鞍槽、鞍座、底板三部分。鞍槽用于安装和支撑主缆索股,纵向呈圆弧状,半径一般为主缆直径的8~12倍;横向呈台阶状,台阶由中央向两侧依次抬高。鞍体是鞍座传递竖向压力的主要结构,上部与鞍槽底部连接,下部与地板连接成整体埋设在主塔内。鞍座通常采用全铸件或铸焊件。
  2、散索鞍或散索套
  散索鞍或散索套安装在锚碇前端,是主缆进入锚固系统线形变化及索股分散的支撑点。与主索鞍不同,散索鞍受力变化随着荷载变化而不断变化,故散索鞍支点处一般为铰接,允许发生一定角位移。散索鞍一般采用全铸件或铸焊件。
  3、吊索
  吊索是连接加劲梁与主缆的传力结构,一般由平行高强钢丝或钢丝绳构成,表面涂装防腐油脂或HDPE防护套。吊索一段锚固在加劲梁上,一端锚固在主缆索夹上,根据悬索桥成桥线形而长度不一。
  4、索夹
  索夹安装在主缆上,是连接吊索与主缆的传力构件,又对主缆起紧固作用。索夹一般分上下或者左右两半,采用高强螺栓连接,螺栓轴力根据设计要求导入,并要保证紧固主缆后主缆的孔隙率达到设计要求。索夹通常采用全铸件或铸焊件。
  5、锚固系统
  锚固系统安装在锚体内,是主缆索股向混凝土锚体传力及过度部分。现代化悬索桥锚固系统一般有型钢锚固架或预应力钢绞线两种形式。
  
  
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