自錨式吊橋構(gòu)造特點(diǎn)

自錨式懸索橋是由主纜、加勁梁、主塔、鞍座、錨固構(gòu)造、吊索等構(gòu)件構(gòu)成的柔性懸吊組合體系，橋面重量、車輛荷載等豎向荷載通過(guò)吊桿傳至主纜承受，主纜承受拉力，而主纜錨固在梁端，將水平分力傳遞給主梁。由于水平分力的大小與主纜的矢跨比有關(guān)，因此可以通過(guò)調(diào)整矢跨比來(lái)調(diào)節(jié)主梁內(nèi)水平分力?？缍容^大時(shí)，可以適當(dāng)增大矢跨比，以減小主梁內(nèi)的壓力。反之，跨度較小時(shí)，可以適當(dāng)減小矢跨比，使混凝土主梁內(nèi)的預(yù)壓力適當(dāng)提高。由于主纜在塔頂錨固，為了盡量減少主塔承受的水平力，必須保證邊跨主纜的水平力與中跨主纜產(chǎn)生的水平力基本相等，這可以通過(guò)合理的跨徑比來(lái)調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)改變主纜的線形來(lái)調(diào)節(jié)。

自錨式懸索橋中的恒載由主纜來(lái)承受，而活載還需要由加勁梁來(lái)承受，所以加勁梁應(yīng)采用具有一定抗彎剛度的箱形斷面較為合適。采用混凝土加勁梁，雖然增加了體系的自重，但也增大了體系的剛度。對(duì)結(jié)構(gòu)受力而言，自錨式懸索橋?qū)⒅骼|錨固于主梁上，利用主梁來(lái)抵抗水平分力，這對(duì)于抗壓性能好的混凝土材料來(lái)說(shuō)無(wú)疑是提供了免費(fèi)的預(yù)應(yīng)力，因此采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)省了大量的預(yù)應(yīng)力器具，而且經(jīng)濟(jì)性也比鋼加勁梁好。但混凝土的抗拉、抗彎性能較差，在進(jìn)行受力分析時(shí)應(yīng)綜合考慮這個(gè)特點(diǎn)。

自錨式懸索橋的大部分構(gòu)造和地錨式懸索橋相似，重要的區(qū)別在于主纜的錨固方式。白錨式懸索橋巨大的主纜力集中作用于加勁梁梁端，主纜要在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)分束錨固。為了實(shí)現(xiàn)主纜與加勁梁傳力順暢、主纜錨固可靠、主纜束股架設(shè)張拉方便易行等。白錨式懸索橋的錨固方式主要有以下三種形式：

（1）混凝土結(jié)構(gòu)錨固方式

混凝土結(jié)構(gòu)的主纜錨固方式與普通的錨碇構(gòu)造比較相近，主纜在散索鞍處散開，分別錨固在錨固體上。錨固體（錨固塊或錨固梁）要求足夠的剛度和強(qiáng)度，以傳遞主纜的拉力。當(dāng)邊跨為鋼加勁梁時(shí)，也可以設(shè)計(jì)成混凝土錨箱（梁）散開錨固，但鋼加勁梁部分要通過(guò)合理的構(gòu)造措施與混凝土錨固結(jié)構(gòu)連接?；炷两Y(jié)構(gòu)錨固方式可分為Ⅰ型（常規(guī)錨固形式）與Ⅱ型（通過(guò)轉(zhuǎn)索鞍使主纜轉(zhuǎn)向，進(jìn)入墩身，在錨固墩中散開錨固于墩身中）。

（2）鋼結(jié)構(gòu)錨固方式

主纜進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)錨固體，通過(guò)散索鞍散開分別錨固在錨固面上。錨固體通過(guò)高強(qiáng)螺栓或者焊縫與鋼箱梁的頂板、底板和腹板相連，將水平分力傳遞給全截面。這種錨固方式往往需要在鋼箱梁內(nèi)設(shè)置配重，橋墩處可能還需設(shè)置抗拉支座。

（3）環(huán)形錨固方式

主纜束股連續(xù)繞在梁段的錨固跨上連接成環(huán)形，通過(guò)轉(zhuǎn)索鞍實(shí)現(xiàn)束股的轉(zhuǎn)向。索鞍由箱梁支承，設(shè)計(jì)成可移動(dòng)的，以平衡兩主纜的索力差；也可以設(shè)計(jì)成不能移動(dòng)的。在施工期間，兩主纜索力差異可通過(guò)調(diào)整塔頂鞍座來(lái)平衡。

此外，自錨式懸索橋主纜拉力的垂直分力將使橋梁的兩端產(chǎn)生上拔力，對(duì)此采取以下方法來(lái)抵抗這種上拔力：一是在錨塊處設(shè)置拉壓支座；二是在主橋和引橋的交接處設(shè)置牛腿，從而將引橋的重量壓在主梁上。

（1）美式自錨式懸索橋

其基本特征是豎直吊桿（索），鋼桁架加勁梁。自錨式懸索橋的加勁梁必須是連續(xù)的，以承受主纜傳遞的水平壓力。加勁梁可做成雙層，供公鐵兩用，如韓國(guó)的永宗懸索橋。采用鋼桁架還可通過(guò)增加加勁梁的高度來(lái)保證橋梁有足夠的剛度。

（2）英式自錨式懸索橋

20世紀(jì)60年代，英國(guó)提出的新型懸索橋突破了懸索橋的傳統(tǒng)形式，這種新型懸索橋的基本特征是采用三角形的斜吊桿和剛度較小的流線形扁平翼狀鋼箱梁作為加勁梁，橋塔處設(shè)有伸縮縫，用鋼筋混凝土橋塔代替鋼橋塔，有的還將主纜和加勁梁在跨中固結(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是鋼箱梁自重輕，相應(yīng)可減小主纜截面，降低鋼材用量；鋼箱梁抗扭剛度大，受橫向的風(fēng)力小，有利于抗風(fēng)，并大大減小了橋塔所承受的橫向力。缺點(diǎn)是三角形布置的斜吊桿在吊點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在白錨式懸索橋中，日本的此花大橋是世界上唯一一座英國(guó)式的自錨式懸索橋。

（3）其他類型自錨式懸索橋

其他類型白錨式懸索橋采用豎直吊桿和流線形箱梁作為加勁梁，加勁梁的材料可采用鋼材或鋼筋混凝土材料。已建成的鋼筋混凝土自錨式懸索橋都采用這種形式。鋼結(jié)構(gòu)的白錨式懸索橋除有雙層通車要求的采用較多外，還有很多橋梁也采用這種形式，如美國(guó)舊金山一奧克蘭海灣新橋。在國(guó)內(nèi)，一般采用鋼筋混凝土材料。采用鋼筋混凝土加勁梁與鋼加勁梁相比有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)由于要承受主纜傳遞的壓力，為防止鋼結(jié)構(gòu)的壓屈，必須在關(guān)鍵的部位增加構(gòu)件或加大尺寸，這就使造價(jià)增加，而采用鋼筋混凝土材料則較經(jīng)濟(jì)，由于混凝土是受壓材料，所以比鋼結(jié)構(gòu)更適于承壓；鋼筋混凝土材料一般做成抗扭剛度大的箱梁截面。

自錨式吊橋國(guó)外

國(guó)外自錨式懸索橋已有100多年歷史，但建成的數(shù)量不多，仍是一種較為新穎的橋型，跨度多在200 m左右。1929年德國(guó)建成了首座自錨式懸索橋，科隆一米爾海姆大橋，主跨315 m，在建的舊金山奧克蘭海灣新橋，主跨達(dá)到385 m。

日本此花大橋跨徑布置為120 m 300 m 120 m，是世界上唯一一座英國(guó)式自錨式懸索橋，單主纜形式，建成于1990年。該橋采用1/6矢跨比以減小主纜索力。主纜采用PPWS法施工，包含30束股，每束184絲。由于僅有一個(gè)索面，吊索做成傾斜形，構(gòu)成三角形吊桿，與鋼箱加勁梁一起體現(xiàn)了英國(guó)式懸索橋的特點(diǎn)。鋼箱加勁梁為三室箱，梁高3.17 m，箱總寬26.5 m。索塔呈花瓶形，但下塔柱較矮，人字形上塔柱要在加勁梁節(jié)段架設(shè)后才能安裝。

自錨式吊橋國(guó)內(nèi)

我國(guó)自錨式懸索橋的起步落后于國(guó)外，目前已建成20幾座，跨徑多數(shù)不足200 m，有多座大橋采用獨(dú)具特色的鋼筋混凝土加勁梁，使得自錨式懸索橋的優(yōu)越性更加彰顯。例如大連金石灘大橋，采用鋼筋混凝土加勁梁，建成于2002年。主纜直接錨固于加勁梁的兩端，將加勁梁做成拱形，用主纜的水平分力來(lái)抵御拱腳的推力，起到了系桿拱橋中系桿的作用。這樣既滿足了跨中通航的凈空要求，也使主橋兩端高度降低，大大減少了引橋的長(zhǎng)度，節(jié)省了投資。這種預(yù)拱度也可使加勁梁剛度增加、撓度減小，從而在受力和經(jīng)濟(jì)上都達(dá)到了很好的效果。主橋施工主要工序?yàn)椋恒@孔樁基礎(chǔ)；澆筑橋墩橋塔；搭設(shè)臨時(shí)支架，支架上澆筑加勁梁；加勁梁達(dá)到強(qiáng)度后掛主纜，上索夾，張拉吊桿。

自錨式懸索橋施工的特點(diǎn)是一般先架設(shè)加勁梁后架設(shè)主纜，再安裝吊索最后通過(guò)張拉吊索實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換。因此，加勁梁架設(shè)、主纜架設(shè)和吊索張拉實(shí)施體系轉(zhuǎn)換是自錨式懸索橋施工的關(guān)鍵工序。在施工控制方面，自錨式懸索橋施工要求的精度較地錨式懸索橋要高，加勁梁架設(shè)、主纜安裝調(diào)整、索塔的偏位變形等都應(yīng)在監(jiān)控之下，以使橋梁時(shí)刻處于良好的施工控制狀態(tài)。

（1）先梁后纜的架設(shè)方法

自錨式懸索橋的加勁梁需要承擔(dān)和平衡主纜拉力，故施工順序不同于地錨式懸索橋“先纜后梁”的順序，多為“先梁后纜”。加勁梁的施工方法有頂推法、支架法、節(jié)段吊裝法和斜拉扣掛法等。

（2）先纜后梁的架設(shè)方法

在某些特定條件下，自錨式懸索橋也可以采用“先纜后梁”的架設(shè)方法。因?yàn)橹骼|安裝后產(chǎn)生水平力，“先纜后梁”架設(shè)法的重點(diǎn)是如何采取有效措施來(lái)平衡水平力。

①臨時(shí)錨碇法

對(duì)于小跨徑自錨式懸索橋，主纜重量較小，可以設(shè)置臨時(shí)錨碇作為施工期間的臨時(shí)抗主纜拉力結(jié)構(gòu)。該方法的施工順序?yàn)椋合仁┕ぶ骼|錨固節(jié)段和臨時(shí)錨碇；然后架設(shè)主纜，在臨時(shí)錨碇和主纜錨固端之間設(shè)置調(diào)節(jié)錨索，平衡主纜錨固產(chǎn)生的水平力；最后通過(guò)主纜架設(shè)加勁梁。該方法是一種無(wú)支架的施工方法，不妨礙河道通航且技術(shù)較成熟，但當(dāng)主纜力從外錨轉(zhuǎn)換為白錨時(shí)，全橋體系轉(zhuǎn)換較為復(fù)雜。

②疊合加勁梁先纜后梁架設(shè)法

對(duì)于采用疊合加勁梁的自錨式懸索橋，根據(jù)疊合梁鋼結(jié)構(gòu)重量較輕的特點(diǎn)，可以采用先纜后梁架設(shè)法。該方法采用可承受較大水平力的邊墩錨固主纜，然后利用主纜架設(shè)主梁，其施工順序?yàn)椋孩僭谶叾丈霞茉O(shè)錨固段加勁梁，與橋墩臨時(shí)連接，該連接可傳遞較大的水平力；②把主纜錨固在墩頂加勁梁上；③架設(shè)疊合加勁梁的鋼縱橫梁；④解除加勁梁與橋墩臨時(shí)連接，由鋼加勁梁承受主纜水平力；⑤施工混凝土橋面板。該方法為無(wú)支架施工，需要橋墩能承受較大的水平力。

《自錨式斜拉-懸索協(xié)作體系橋》由大連理工大學(xué)出版社出版。

第1章緒論

1.1斜拉—懸索協(xié)作體系橋的發(fā)展及研究現(xiàn)狀

1.1.1代表體系

1.1.2國(guó)內(nèi)外協(xié)作體系橋及方案

1.2自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的研究現(xiàn)狀

1.2.1結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)

1.2.2自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋及方案

第2章自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋靜力行為分析

2.1合理成橋狀態(tài)確定

2.1.1引言

2.1.2斜拉橋和懸索橋合理成橋狀態(tài)的確定方法

2.1.3自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋合理成橋狀態(tài)的確定原則

2.1.4不變形預(yù)張力的索力不變?cè)?

2.1.5大跨度自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋合理成橋狀態(tài)確定的算法

2.1.6算例分析

2.1.7小結(jié)

2.2自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋設(shè)計(jì)探索和力學(xué)性能研究

2.2.1引言

2.2.2主纜和斜拉索垂度效應(yīng)

2.2.3大位移效應(yīng)

2.2.4初始內(nèi)力效應(yīng)

2.2.5自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋力學(xué)性能研究

2.2.6小結(jié)

2.3自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋端吊索疲勞問(wèn)題研究

2.3.1輔助墩的作用

2.3.2交叉吊索的作用

2.3.3主梁抗彎剛度影響分析

2.3.4其他措施

2.3.5端吊索疲勞計(jì)算

2.4自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋主梁過(guò)渡段內(nèi)力研究

2.4.1引言

2.4.2自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋主梁過(guò)渡段平面模型的建立

2.4.3結(jié)果及分析

第3章自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋動(dòng)力行為分析

3.1自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋動(dòng)力特性及結(jié)構(gòu)參變量影響

3.1.1引言

3.1.2自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的動(dòng)力特性分析

3.1.3結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)動(dòng)力特性的影響

3.1.4小結(jié)

3.2時(shí)程分析

3.2.1時(shí)程分析法概述

3.2.2橋梁非線性因素的主要來(lái)源

3.2.3跨海大橋的時(shí)程分析

3.3多點(diǎn)激勵(lì)下隨機(jī)地震響應(yīng)分析

3.3.1引言

3.3.2隨機(jī)地震動(dòng)輸入及空間變化效應(yīng)

3.3.3多點(diǎn)非一致激勵(lì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的建立及虛擬激勵(lì)法求解

3.3.4結(jié)構(gòu)響應(yīng)的期望峰值計(jì)算

3.3.5實(shí)例響應(yīng)和結(jié)果分析

3.3.6阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的影響

3.3.7自錨體系和地錨體系的隨機(jī)地震響應(yīng)對(duì)比分析

3.3.8小結(jié)

第4章模型試驗(yàn)研究

4.1引言

4.2大連灣跨海大橋模型試驗(yàn)

4.2.1模型試驗(yàn)的目的

4.2.2模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)與制作

4.2.3模型靜載試驗(yàn)

4.2.4小結(jié)

4.3星海灣挑月橋模型試驗(yàn)

4.3.1模型試驗(yàn)的目的

4.3.2模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)與制作

4.3.3模型的試驗(yàn)過(guò)程

4.3.4成橋模態(tài)試驗(yàn)

4.3.5活載加載試驗(yàn)

4.3.6模型誤差分析

第5章自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

511加勁梁

5.1.1鋼桁架加勁梁

5.1.2閉口鋼箱加勁梁

5.1.3分離式雙箱鋼加勁梁

5.1.4疊合梁加勁梁

5.1.5混凝土邊主梁加勁梁

5.1.6混凝土箱梁加勁梁

5.2主塔

5.2.1主塔概述

5.2.2主塔的結(jié)構(gòu)形式

5.3主纜

5.4斜拉索

5.4.1斜拉索的構(gòu)造

5.4.2鋼索的種類、構(gòu)造和性能

5.4.3錨具

5.5吊索及索夾

5.6索鞍

5.6.1索鞍的分類

5.6.2索鞍的構(gòu)造

5.6.3索鞍槽在縱向的曲率半徑

5.6.4索鞍的構(gòu)造要求

5.7錨塊

5.7.1混凝土加勁梁主纜錨固系統(tǒng)

5.7.2鋼加勁梁主纜錨固系統(tǒng)

5.7.3各種錨固系統(tǒng)的比較

第6章實(shí)橋介紹

6.1莊河建設(shè)大橋設(shè)計(jì)

6.1.1地質(zhì)水文條件

6.1.2工程概況

6.1.3總體設(shè)計(jì)及構(gòu)造的選擇

6.1.4理想索力計(jì)算

6.1.5結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

6.2大連市星海灣挑月橋設(shè)計(jì)

6.2.1工程概況

6.2.2總體設(shè)計(jì)及構(gòu)造的選擇

6.2.3理想索力計(jì)算

6.2.4小結(jié)

參考文獻(xiàn)2100433B

（1）吊橋起動(dòng)靈活，操作簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，起動(dòng)時(shí)間短，一 般不宜超過(guò)20s。

（2）吊橋在任何角度均能自鎖，也不發(fā)生自墜和自起現(xiàn)象。

（3）吊橋的起動(dòng)力一般不宜超過(guò)400N，便于一人操作。