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悬索桥的概述与发展

发布于:2022-08-24 14:22:24 来自:道路桥梁/桥梁工程 0 20 [复制转发]

悬索桥简介


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定义
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悬索桥(Suspension bridge)指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定,一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆,把桥面吊住,在桥面和吊杆之间常设置加劲梁,同缆索形成组合体系,以减小荷载所引起的挠度变形。

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组成

桥塔、主缆、加劲梁、锚碇、吊索、鞍

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受力特征

悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁,荷载由悬索传至缆,缆再传至锚碇及桥塔。

悬索桥的主要承重构件是悬索,它主要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢缆等)制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度,并具有用料省、自重轻的特点,因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大,跨径可以达到1000米以上。

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悬索桥的发展

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(1)国外悬索桥的发展

国外悬索桥可分为前期和后期:

国外现代悬索桥的前期,可大致归结为:从1801年现代悬索桥大师James Finley建雅各布涧悬桥开始至J.A.Roebling的逝世、布鲁克林桥建成。

国外悬索桥后期可概括自1883年布鲁克林桥迄今。这期间,悬索桥的跨度、规模和建桥材料、技术,都有很大发展。

一般来说,国外悬索桥发展后期,大致可划分为三个阶段:一是20世纪60年代以前的美式悬索桥,二是20世纪60至80年代的欧洲悬索桥,三是20世纪70年代以后的日本悬索桥。

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美国式悬索桥

   1883年,建于纽约的布鲁克林桥,跨径组合为为284+488+284米,它是美国首座较大跨度的现代悬索桥。该桥除了具有现代悬索桥的缆索体系外,还配有若干加强用的斜拉索,所以严格来说,它不是一座纯粹的悬索桥。而是混合体系的缆索承重桥。

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布鲁克林桥

    20世纪20年代,美国建成两座跨度超过500米的悬索桥,其中一座就是1926年建成的本杰明—富兰克林桥,跨径组合为218+533+218米;另一座是1929年建成的大使国际桥,其跨径组合为297+564+287米。此间,美国还为美洲其他国家修建了不少中、小跨悬索桥。

   30年代是美国修建大跨度悬索桥最兴盛的时期,1931年首先建成了跨度突破千米的乔治·华盛顿桥,主跨达1067米。1937年建成旧金山金门大桥,其主跨为1280米,曾保持世界最大桥距记录达27年之久。

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旧金山金门大桥

    进入40年代,美国建造悬索桥的步子放缓了,这是由塔科马老桥事故引起的。1950年按原跨度修建成塔科马新桥,加劲梁改为桁架式,梁的高跨比为1:85,宽跨比为1:47,抗风条件远优于老桥。

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塔科马老桥

   到了50年代,美国克服了悬索桥的抗风问题后,再度致力于修建大跨度悬索桥。1954年首先于威名登建成跨径组合为229+655+229米的特拉华纪念一桥。1957年又建成主跨为1158米的麦基若海峡大桥和主跨为610米的瓦尔特—惠特曼桥。

    进入60年代后,美国继续在1960年于纽约的圣·劳伦斯河上建成跨径组合为234+655+234米的航海路高架桥,1964年又于纽约海湾建成主跨超过金门18米的韦拉扎诺海峡桥,此桥保持世界纪录17年之久。

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韦拉扎诺海峡桥

    尽管在20世纪60年代后,美国式的悬索桥修建的较少,但美国式的悬索桥发展,在将近100年的时间,在技术上日趋成熟,为悬索桥的发展铺平了道路,并使悬索桥成为能够跨越千米以上的唯一桥型。此后,许多国家修建的大跨度悬索桥基本上都受美国式悬索桥的影响。

   一般而言,美国式的悬索桥有如下特点:(1)绝大部分为三跨地锚式;(2)主塔采用钢结构;(3)钢结构采用铆接或栓接;(4)桥面上、下由侧各有一竖向索平面;(5)主缆都采用空中编缆法制造架设;(6)采用竖向的吊索;(7)除少数街道桥外,绝大部分加劲梁采用桁架形式;(8)加劲梁是非连续的,在主塔处有伸缩缝;(9)采用钢筋混泥土桥面;(10)绝大部分是公路桥,个别能通行城市客运电车。

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欧洲悬索桥

 法国于1959年建成主跨为608米的坦卡维尔桥,具有许多新特点:首先它是采用连续加劲桁架梁,在塔墩处不设伸缩缝;其次是将主缆与加劲梁在主跨跨中固结;另外还采用混泥土桥塔以节省钢材。

上述新桥的优点是:加劲梁连续后可大幅度减少挠度、边梁端点的转角和伸缩量等变形数值;在主跨跨中点将主缆与加劲梁固结后,也可减小非对称荷载作用下加劲梁的挠度。

英国在1964年和1966年先后在苏格兰和布里斯托尔建成跨径组合分别为408+1006+408米和305+988+305米的福斯公路桥和塞文桥。

其中福斯公路桥比较接近美国式悬索桥,因为它的技术是从美国引进的。但是它也有些非美国式的特点:首先它的钢主塔不是铆接多室结构,而是用具有加劲肋条的大型钢板焊接而成的,这样可以减少用钢量。其次桥面不是钢筋混凝土板,而是钢正交异性板,可以减轻恒载。

 而塞文桥的建成是悬索桥向前发展的一个突破,也是英国式悬索桥的开始。首先,此桥采用扁平柔细、截面具有良好抗风性能的全焊流线型钢箱梁来代替美国式悬索桥中的高、大桁架式加劲梁;其次是此桥采用斜吊索,目的是提高阻尼。扁平流线型箱梁的构思无疑是一种进步,至今已被广泛采用,但对斜吊索的看法目前还有争议,因为塞文桥的斜吊索在后来出现严的疲劳破坏。

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塞文桥

     葡萄牙首都里斯本1966年建成萨拉比桥(又名为4月25日桥),其跨径组合为483+1013+483米。

   1970年丹麦建成跨径组合为240+600+240米的小贝尔特桥,此桥为继塞文桥后,第二座采用流线型扁平钢箱梁的悬索桥。

   土耳其与1973年建成主跨为1074米的博斯普鲁斯桥,它的设计构思与塞文桥相同,即采用扁平流线型钢箱梁和斜吊索,但边跨的加劲梁不是悬吊于主缆,而是支撑在若干小边墩之上。

   1988年土耳其又建成博斯普鲁斯二桥,主跨为1090米,此桥由原设计一桥的设计公司设计,但鉴于塞文桥斜吊索损坏的原因,此桥采用了竖直吊索。

    另外,1993年11月开工,1997年底开通的瑞典霍家库斯通桥,其跨径组合为310+1210+280米的悬索桥,其加劲梁为宽22米、高4米的单室钢箱梁;1991年开工,1998年开通的丹麦大贝尔特东桥,主桥跨径组合为535+1624+535米的悬索桥,其加劲梁为宽31米、高4米,隔板为桁架的钢箱。

    欧洲桥的特点是:(1)加劲梁采用流线型扁平钢箱梁;(2)曾采用斜吊索,后因塞文桥斜吊索损坏,有待进一步研究中;(3)采用混凝土桥塔;(4)采用连续的加劲梁;(5)采用主缆与加劲梁在主跨跨中点的固接的形式;(6)钢结构用焊接代替铆接和栓接。


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日本悬索桥

    日本悬索桥的发展主要是本州四国联络桥的修建开始的,本四联络桥三线中有22座大桥,其中11座是悬索桥。

   在本州四国联络桥修建前,首先于1962年在福冈建成主跨为367米的若户桥。其后在1973年建成跨径组合为178+712+178米的关门桥,1977年又在长崎修建成主跨为465米的平户桥。

   通过以上三座悬索桥的实践,接着在本四桥中陆续建成一系列的悬索桥。1985年建成位于神户—鸣门线的大鸣门桥,主跨为876米,以及1988年建成的跨径组合为274+990+274米的北备赞大桥、跨径组合为274+110+274米的南备赞大桥。

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南备赞大桥

      还有一座1998年建成的明石海峡大桥,跨度为1991米,是一座超世界纪录的特大跨悬索桥,受到全世界的注目。

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明石海峡大桥

     日本在修建悬索桥的构思方面,接受美国模式的特点较多。在本四联络线中的悬索桥之所以仍采用桁式加劲梁,  主要考虑其有公、铁两用桥,采用桁梁易于布置成双层桥面使公、铁分层通过。但对于英国模式的悬索桥,日本也做过尝试性的实践,   它们的加劲梁都是采用钢箱梁,如位于大阪,跨径组合为120+300+120米的北港桥、   1987年建成跨径组合为330+720+330米的白鸟桥,    以及1988年建成的跨径组合为140+560+140米的大岛桥。

     由于工业的发达和技术的发展,日本的悬索桥也有其自己的特点,如:(1)主缆的制造和架设基本用预制绳股法代替了空中编缆法;(2)采用大跨公、铁两用悬索桥,以缓冲梁来解决铁路对桥面伸缩量和转角方面的要求;(3)采用连续桁梁,在塔墩处没有伸缩缝;(4)采用正交异性板代替预应力钢筋混凝土板。


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(2)国内悬索桥的发展

我国悬索桥的发源甚早,已有3000余年的历史,其大致发展可以分为三个时期:古代悬索桥、近代悬索桥和现代悬索桥。

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古代悬索桥

 在我国四川境内,远在公元前250年就有李冰所建的人行“笮桥”。

汉宣帝甘露四年建成长百米铁索桥,它比前述英国在1741年始建的铁链悬索桥要早1800多年。建于汉代的还有云南澜沧江兰津桥(霁虹)桥,为并列铁索桥,桥跨原称80米(实地勘测57.3米),桥长113.4米,宽4.1米,桥板与斜缆已无。四川岷江都江堰珠浦(安澜)桥,建于唐、宋两代,最大跨径为60米,全长330米,宽3米,木板面,1975年仿原式将竹索改钢绳,木架墩改为钢筋混凝土墩。贵州北盘江桥,建于1631年,跨径120米,宽3米,底链30根。古代悬索桥只适用于人畜通过,跨长小于130米,面窄无加劲梁,上下波动大。

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仿都江堰珠浦(安澜)桥

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近代悬索桥

 1858至1949年修建的悬索桥归为近代悬索桥。近代悬索桥与古代悬索桥相比,其进步之处,首先是按力学理论作静力分析计算,其次是钢索代替铁链,设高塔和加劲梁,改缆顶面上承为缆底面下承,提高了载重量和稳定性,可供汽车等车辆通行。

近代第一座公路悬索桥是湖南能滩桥,建于1938年,跨径为80米,宽4.5米,无加劲梁,两侧设风缆,可通行10t车。1938年还建成云南澜沧江老功果桥,跨径88.55米,宽4米,为钢索、石塔、木面柔式桥,可通行5t车,后因挠度过大,加设木加劲桁。1939年修建的怒江惠通桥,原为驮马桥可承载2t后将钢塔包混凝土加固,跨径87.23米,宽4.35米,可通行10t车。1940年为提高老功果桥等等运输能力,在其上游加建新功果桥,跨径为135米,宽5米,可通行10t汽车。1943年建成的有四川大渡河桥,桥跨长105米,宽4米,可通行10t单车;贵州北盘江桥,跨往原为36米,后改为48米,可通行15t车。1984年建成有怒江惠人桥,跨径140米,宽4米,可通行20t车。

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怒江惠人桥

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现代悬索桥

自1949年至今,我国建成近百座悬索桥,跨度也大幅度增加。

中国部分主跨400m以上悬索桥

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20世纪50年代所建的悬索桥,大都为通行汽-10单车道桥,有加劲式和柔式。

60年代我国悬索桥修建较多,不少桥跨超过150米,最大为186米。如:1968年建成四川渡口金沙江桥,跨径185米,宽6.2米,A字行栓焊钢塔,钢加劲桁,钢筋混凝土预制面板;60年代我国还做了援外悬索桥的设计和施工,加援助缅甸建造的滚弄桥,主跨长160米;援助尼泊尔建造的特力索里桥,主跨长125米。

70年代建成的悬索桥中,其中具代表性的为:山西汾河桥,跨径100米,塔及加劲梁均采用装配式桁架桥,拼成可拆式;甘肃平堡桥,跨径133米;青海积石黄河桥,跨径124米;河南禹门口黄河桥,跨径144米。

80年代,因跨径小于200米的大桥,已可应用预应力混凝土T构、连续桥和斜拉桥代替,悬索桥向200米以上的跨径发展。此时有代表性的桥为:1982年建成的四川汉源桥,跨径208.8米,宽4.5米,柔式无加劲;1984年建成的西藏达孜桥,跨径500米、宽4.2米可载4辆20t单车。

90年代,我国悬索桥为适应沿海修建特大跨桥的需要,开始参与了大桥方案的竞争,如武汉长江公路桥跨径为821米的悬索桥;上海的杨浦桥方案之一为跨径604米单孔双绞加劲钢箱梁悬索桥。1995年建成的汕头海湾大桥,由于岩盘良好,采用预应力混凝土悬索桥,跨径组合为154+452+154米,1996年建成主跨900米,首次实现已跨跨越长江的湖北西陵长江大桥是我国自主设计施工建设的第一座全焊钢箱加劲梁悬索桥。

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西陵长江大桥

1997年建成888米的广东虎门大桥,是我国自主建造的第一座现代化六车道的高速公路钢箱梁悬索桥。

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虎门大桥

1998年建成主跨1377米的香港青马大桥,是我国第一座跨越千米的公铁两用悬索桥;1999年9月建成主跨1385米的江阴长江大桥,是我国又一座跨越千米的特大桥,建设水平达到国际先进。

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青马大桥

之后我国在1999年12月建成主桥跨径组合为230+648+230米的福建厦门海沧大桥,是国内首座三跨连续漂浮式悬索桥,位居同类桥型世界第二。

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悬索桥技术发展趋势

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(1)新的结构,如正交异性板、预应力混凝土箱型梁、钢箱梁;

(2)新的计算工具,人工只能的发展,不仅可以作计算分析,还可以作电子计算机辅助设计、辅助施工、辅助制造、自动控制。

(3)新材料,如高强度钢和高强度混凝土。

(4)新的制造和安装方法,如栓接、焊接成批生产和现代化设备;

(5)对风,地震力的详尽分析和风洞试、抗震试验技术的改进;

(6)模型试验、疲劳试验和断裂力学试验技术的不断发展;更好的质量控制和施工控制。


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相关资料推荐:

168m人行悬索桥建筑设计CAD施工图

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这个家伙什么也没有留下。。。

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