文档介绍：悬索桥的类型及其构造特点
悬索桥是由桥塔、主缆索、吊索、加劲梁、锚碇及鞍座等部分组成的承载结构体系,是目前唯一跨度超过1000m并接近2000m的桥型。
由于这一桥型能充分利用和发挥高强钢材的作用,并能很好地适应跨越海峡和宽阔江河的要求,加之近年来悬索桥设计理论和计算方法的发展和完善以及施工技术的进步,使其成为近年来发展较快的桥型之一。
现代大跨度悬索桥根据其加劲梁的类型和吊索的形式不同可分为以下几种类型:
1)美式悬索桥
其基本特征是采用竖直吊索,并用钢桁架作为加劲梁(图5-20a)。这种形式的悬索桥一般采用三跨地锚式,加劲梁在主塔处不连续,由伸缩缝断开,桥面通常采用钢筋混凝土材料,主塔为钢结构。其特点是可以实现双层通车,通过增加桁架高度可保证桥梁有足够的刚度,由于加劲梁采用钢桁架,使其具有很好的抗风性能。
美国式悬索桥发展历史接近百年,其建桥技术相当成熟,并积累了丰富的设计和施工经验,是目前采用较广泛的一种形式。在美国已建成的维拉扎诺海峡大桥和在日本建成的明石海峡大桥,都属于这种类型。世界上许多国家的大跨度悬索桥都受到美国式悬索桥的影响,但也有自己的特点,如在日本通常采用连续的加劲钢桁架,桥塔处不设伸缩缝;采用钢的正交异性板作桥面等。
美国式悬索桥
2)英国式悬索桥
英国式悬索桥的基本特征是采用三角形排列的斜吊索和流线型扁平翼状钢箱梁作为加劲梁(图5-20b)。这种形式的悬索桥加劲梁采用连续的钢箱梁,桥塔处没有伸缩缝,并采用了用钢筋混凝土桥塔;有时还将主缆与加劲梁在主跨中点处固结。
英国式悬索桥的特点是钢箱加劲梁可减轻恒载,使主缆的截面减小,降低了用钢量和造价。由于钢箱梁抗扭刚度大,受到的横向风力小,有利于抗风,由此大大减小了桥塔所承受的横向力。三角形排列布置的斜吊索可以提高桥梁刚度,但斜吊索的吊点处构造复杂。
在英国建成的塞文桥和恒伯尔桥、在土耳其建成的博斯普鲁斯(Bosporus)桥都是属于这种形式的悬索桥。
英国式悬索桥
3)混合式悬索桥
这种悬索桥是综合了上述两类悬索桥的特点形成的、目前广泛采用的悬索桥。其特征是采用竖直吊索和流线型钢箱梁为加劲梁(图5-20c),一般采用钢筋混凝土桥塔。
混合式悬索桥的广泛使用表明其钢箱加劲梁具有良好的静力和动力特性,其竖直吊索构造简单实用。
土耳其的博斯普鲁斯二桥、日本来岛的三座悬索桥、香港的青马大桥、丹麦的大贝尔特(Great Belt)桥和中国的江阴长江大桥都采用了混合式吊桥形式。
混合式悬索桥
4)带斜拉索的悬索桥
为了有效地提高大跨度悬索桥结构的整体刚度和抗风稳定性, 在悬索桥设计中除设置悬索体系外,还可考虑同时设置斜拉索,以适应大跨度悬索桥的变形控制和动力稳定性的要求,这就构成了带斜拉索的悬索桥。
1883年建成的纽约布鲁克林大桥,就是既有现代悬索桥悬索体系,又有若干加强斜拉索的一座带斜拉索的悬索桥(图5-20d)。1966年建成的葡萄牙萨拉扎桥(Salazar),也采用了这种形式。这种结构形式可看作悬索桥和斜拉桥的结合,悬索承担跨中的荷载,斜拉索承担桥塔附近1/4跨的荷载,这样能够大大地增加悬索桥的跨越能力和结构的整体刚度,并有效地加强结构的抗风和抗震能力以及防止和控制结构的振动。
带斜拉索的悬索桥
悬索桥按照其加劲梁的支承条件分类
悬索桥按照其加劲梁的支承条件还可分为单跨铰支加劲梁悬索桥、三跨铰支加劲梁悬索桥和三跨连续加劲梁悬索桥(图5-21)。这些也都是现代大跨度悬索桥经常采用的形式。
现代悬索桥一般由桥塔、主缆索、锚碇、吊索、加劲梁、吊索及索鞍等主要部分组成(图5-22)。
1)桥塔
桥塔是悬索桥最重要构件。它支承主缆索和加劲梁,将悬索桥的活载和恒载(包括桥面、加劲梁、吊索、主缆索及其附属构件如鞍座和索夹等的重量)以及加劲梁在桥塔上的支反力直接传至塔墩和基础,同时还受到风载与地震的作用。
桥塔的高度主要由桥面标高和主缆索的垂跨比f/L确定,通常垂跨比f/L为1/9~1/12。
大跨度悬索桥的桥塔主要采用钢结构和钢筋混凝土结构。其结构形式可分为桁架式、刚架式和混合式三种(图5-23)。
刚架式桥塔通常采用箱形截面。由于预应力混凝土和爬模技术的发展,钢筋混凝土桥塔的桥塔的使用呈较快增长趋势。
桥塔塔顶必须设主索鞍,以便主缆索能与桥塔合理的衔接和平顺的转折,并将主缆索的拉力均匀的传至桥塔。
2)锚碇
锚碇是主缆索的锚固构造。主缆索中的拉力通过锚碇传至基础。
通常采用的锚碇有两种形式:重力式和隧洞式。
重力式锚碇依靠其巨大的自重来承担主缆索的垂直分力,而水平分力则由锚碇与地基之间的摩阻力或嵌固阻力承担。隧道式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。
隧道式锚碇适用于锚碇