对自己熟悉的悬索桥设计的特色进行点评（汇总帖）

原帖由 桃花岛人 于 2007-4-28 17:14 发表

                               
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悬索桥既是一种先进的桥型，同时也是一种很古老的桥型，跨径从二三十米到近两千米都有，设计、建造者从农民到桥梁专家都有，是不同层次的人都可以研究的。

7 P0 A5 ~) `2 D& e邓文中博士曾说：悬索桥就像老太太晒衣服那样简单，将两根竹竿往地上一插，架上一根绳子，再把两端拴在地上就成了。许多行家都认为悬索桥比斜拉桥的设计、施工都要方便。关键是要掌握一些悬索桥的特殊节点，开始时可以请一些有实践经验的行家指点一下。现在国内已有许多这样的行家，不少省院都能设计跨越长江的悬索桥了，比之我们当初需要到国外去找要方便得多。有问题也可以利用互联网，我也非常赞成在此开辟这个专题，不仅讨论过去的，也可以交流当前的问题。好在上网的多是第一线的，他们最具实践经验，即使有些目前还只是初出茅庐，通过交流也可使他们更快成长，未来总是他们的。

其实研究和设计以及参与悬索桥全过程施工，是一件很有意思、很有意义的事情，我也是刚接触，参与设计了两座悬索桥（绝非引桥部分），不说专业问题和事宜，就单只说悬索桥上部结构（有些国内外相关书籍如此定义的，本处是借用）——即由缆索系统、鞍座系统、索夹系统以及相应附属构造系统所组成的部分，其涉及的理论、材料、构造、规范就是一个很庞大的有机系统，刚研究和学习时感觉非常庞杂，但越研究和学习深入则越觉收益颇多、越来越有兴趣。

包海 发表于 2007-8-8 15:16
! }! ~: j0 W' F" c: H* @5 O6 L15楼介绍××长江大桥采取降低中塔刚度，来减少中塔两侧的不平衡水平力，以解决主缆索股滑移的问题。设计者 ...

% W- S1 R. q5 e0 `5 E如果中塔柔度足够大，两侧主缆的不平衡水平力到不了1000t的，因为在不平衡水平力逐渐增加的过程中，索塔已经在变形了。
7 g6 p4 l. r  V) r" ^1 I

同意，大家所学的、知道的悬索桥知识都讨论讨论

悬索桥有经验的设计师就那几个院的了,,,,,,别人怎么说都是纸上谈兵了!!!!!!!!

悬索桥既是一种先进的桥型，同时也是一种很古老的桥型，跨径从二三十米到近两千米都有，设计、建造者从农民到桥梁专家都有，是不同层次的人都可以研究的。

悬索桥的发展历史
* R3 E! u. [$ _8 U% d. A0 F就是同其柔度做斗争的历史

江阴大桥是我国自己设计的第一座超千米大桥，其吊索具有如下特点：
% l3 M. x) }7 E+ \1、对于长度大于10米的长吊索，索体采用预制平行钢丝索股（PPWS），这在我国悬索桥中属首次应用。先于江阴大桥竣工的汕头海湾大桥、西凌大桥、虎门大桥以及青马大桥的吊索索体均采用钢丝绳索股。目前，平行钢丝索股已成为悬索桥吊索索股的主流形式。
平行钢丝索股的吊索较钢丝绳索股吊索具有许多无可比拟的优点：
, S& ~5 i$ V5 J% V: A首先，平行钢丝索股的钢丝较粗，较之钢丝绳索股吊的细钢丝更耐腐蚀；
: ~8 j/ i, d" X, i# [. h其次，平行钢丝索股除镀锌层防护外，还有更为可靠的热挤PE护套，而钢丝绳索股只有镀锌层，很容易被氧化；
' _& y, E/ ^6 R8 E1 n* c" w6 @2 c再次，平行钢丝索股较之钢丝绳索股弹性模量不仅高，而且稳定；
7 @' |8 {6 |- N2 p, K  E0 e+ W/ D# k最后，钢丝绳索股吊索常采用骑跨式，强度需要折减；而平行钢丝索股可省去这一方面的折减。
/ N8 c2 [9 q( g- n! J# ]2、对于长度短于10米的短吊索，索体仍采用钢丝绳索股。为了外观一致以及提高耐久性，钢丝绳索股也采用PE护套。限于当时国产钢丝绳供货品种，钢丝绳不得不选用不太理想的独立绳芯钢丝绳（IWRC）。为减轻应力腐蚀，强度只用到1570级。
短吊索索体之所以采用钢丝绳索股，主要是为了适应加劲梁与主缆之间的相对位移所引起的吊索弯折。特别是横向位移，对于处在跨径中部的短吊索会造成灾难。
+ R9 o4 S, }, M$ |# }, T. w尽管钢丝绳索股的耐久性不如，但短吊索索股重量只占全桥吊索索股重量的28％，更换这些短吊索所花的代价和实施难度要比长吊索小得多。
3、江阴大桥吊索锚头采用叉耳销接，使得连接构造变得非常简单；安装也及其方便。
- {. ^" g! M" ~3 d8 x* Q; s( ]值得一提的是叉耳锚头构造的独特设计：叉耳与锚杯分开，两者之间采用螺纹连接，而且上下锚头的螺纹方向正好相反，看起来很简单，却带来了许多的好处：
( t  l9 D( z% d5 R① 避免了叉耳对装锚和铸锚的影响；
② 减小了叉耳耳板的间间距，缩小了销子的跨度；
8 S  i: q% ]$ @7 g③ 更主要的好处是：如果同时、同方向转动上下锚杯，就可实现索股长度的精确调节。这种调节是无级的，理论上可以达到0.017mm的精度，实际上，受丈量精度的控制，只要量得出，也就调得到。
这种锚头的设计使吊索制造得到许多方便，确保了质量和长度精度，对控制同一吊点的两根吊索的长度误差特别需要，为后继的许多悬索桥所采纳。这种锚头较之国外所使用的偏心销子的调节构造，无论在制造难度、结构可靠性以及调节精确度上都胜过一筹，不愧为超国际水平的自主创新。
4、江阴大桥吊索的一个重大教训就是索体进水问题。竣工后发现索体内部有水，毛细水一旦进去，就很难排出。以致，有人认为平行钢丝索股还不如钢丝绳索股，水可以“自由进，自由出”。
1 V, L) x+ U9 `2 R, l5 R' v8 `# D4 i江阴大桥吊索索体进水可能有如下原因：
2 g) q% I9 R4 n9 e7 r① 设计上，在锚杯口没做防水设施，以致雨水从上锚头的锚杯与铸体的间隙中进入索体；
② 制造时，采用横卧杯外铸锚，加大了锚杯与铸体的间隙，使进水更容易；
& k* q) B$ |$ u2 x7 U! ^, {③ 安装吊索时，护套有不少地方被刮伤；
# Q' |+ m4 t* P4 }可见，这个问题都是可以解决的。事实上，后来建造的一些悬索桥都已纠正了这些问题，总不能为倒洗澡水，把小孩也一起倒掉吧！

+ @; }; N- n# s- A; g[ 本帖最后由 桥老 于 2007-5-1 14:08 编辑 ]

看到悬索桥很多啦,只是一直没机会设计这类桥,等机会了.现在看看大家的讨论,也很好

楼上提到三塔悬索桥，据说××长江大桥还在设计中，而上游的×××长江大桥已抢先开工了。又据说国外有不少大桥，例如，著名的美国旧金山－奥克兰海湾大桥和日本来岛大桥都曾做过详细的多塔悬索桥方案，但最终都没有被采用。这种悬索桥好不好？有什么优缺点？我们捡到的是“蜜糖”，还是“辣椒”？大家都很关切，希望谁来点评一下！

三塔悬索桥方案布跨为260m+660m+660m+295m，边中跨比分别为0.394和0.447。为了减小主缆缆力及中塔塔顶的水平力，适当增加索塔高度，主缆矢跨比采用1:9。两个主缆横桥向间距为29.5m，每根主缆直径为548mm，由70束127丝直径为5.2mm的平行镀锌钢丝组成，钢丝的设计强度为1670MPa。为了防止主缆在中塔塔顶发生滑移，其中9束127丝直径为5.2mm的平行渡锌钢丝锚固在中塔塔顶的主鞍上，在中塔锚固的9束索股的安全系数为2.5，其余主缆索股的安全系数达到3.1。吊杆采用平行镀锌钢丝制成，顺桥向吊杆间距为16m。
- y0 r% x# t) R主梁采用封闭式流线形钢箱梁结构，梁高3m，钢箱梁宽度为31.5m，采用Q345-D材质。全桥钢箱梁总长为1316m，共分87个梁段，标准梁段长度为l6m。钢箱梁全桥连续，在中塔处不设竖向支座以改善受力条件。
三个索塔均采用钻孔灌注桩基础。中塔为了承受活载产生的塔顶水平力(约为3OMN)，在顺桥方向设置成A形。三个索塔均为门形框架式钢筋混凝土索塔。为了增加全桥景观效果和主缆在中塔塔顶的抗滑能力，中塔比边塔高lOm。
北锚碇采用扩大基础重力式锚，南锚基础选择了地下连续墙、桩基础、冷冻壁加排桩及沉井等方案作比较。锚身采用框架式重力锚。
  D: \+ h* ?. G- C9 E0 u: K1 q# M0 t为了提高三塔悬索桥的整体刚度，设计计算时采取了如下措施：
+ F7 ^- ?# n4 i; v0 s) y①中塔在顺桥方向采用A字形，通过计算该措施效果十分明显，但由于中塔刚度大，塔顶两侧主缆不平衡的水平力较大，中塔塔顶主索鞍必须采取主缆抗滑措施；
②在三个索塔塔顶之间设置水平索，水平索矢跨比采用l:90，计算表明设置水平索能增加全桥刚度，减小中塔塔顶不平衡水平力约25%，但由于水平索受温度影响大，施工困难讲且影响全桥的景观效果；
③在主跨跨中设置中央扣，对提高全桥刚度效果甚微，同时设置中央扣难于克服温度的影响；
④在中塔处将主梁和索塔进行固结处理，对改善全桥刚度效果甚微，构造处理有一定的难度；
' M4 M) B; t; a" @5 H) _⑤采用不同矢跨比的两根缆，两根缆之间采用刚性杆连接，以增加主缆的抗弯刚度。但施工架设困难，景观效果较差。通过综合比较，本桥型方案将中塔在顺桥向设置成A字形来满足全桥的整体刚度。
  R4 R+ Z/ R4 }6 q! C" k7 n; _本桥型方案由于跨径较小，减小了主缆缆力及锚淀规模，从而降低了南锚基础施工对长江大堤防洪的影响。另外，其综合造价低于一跨过江的单跨悬索桥。但该方案应重点解决：①主缆在中塔顶鞍座中的滑移；②跨中短吊索的疲劳问题；③中塔的防船撞及南锚基础设计。
现在国内外还没有修建三塔悬索桥的成功经验，但是，从技术上来说，这种桥型应该是可行的。

感谢楼上介绍三塔悬索桥方案和分析，看后尚有两个疑问还有劳指教：
1、“为了防止主缆在中塔塔顶发生滑移，其中9束索股锚固在中塔塔顶的主鞍上。”如果索股间的摩阻力很大，足以阻止索股之间发生滑移，将使这9束索股的应力大大增加；如果索股间的摩阻力不大，不足以阻止索股之间发生滑移，这样做只能防止这9束索股滑移，而其它61束索股还会发生滑移。实际情况可能偏向后者，防止主缆滑移的后果不大，是吗？
2、“在中塔锚固的9束索股的安全系数为2.5，其余主缆索股的安全系数达到3.1。”是否就是考虑上述滑移，造成主缆索股受力不均的结果？差别只有这一点吗？这是如何算得的？

首先感谢楼上的发问。对于你提的这两个问题，个人感觉现在还有待研究分析。但是你的想法应该还是有道理的。至于说到安全系数的差别，我也不是很清楚了。因为这个方案也是我在网上检索到的。设计院如何取用安全系数，这个就不是很清楚了。希望高手能够回答你的问题。
不知道论坛里有没有参与过这一三塔悬索桥设计方案的？

中塔两侧存在不平衡水平力是三塔悬索桥的结症所在。在鞍座上锚固部分索股的确存在纳百川所说的问题，实际上是不可行的。事实上，目前正在设计的××长江大桥也没有采用这个法子，而是采取降低中塔刚度，来减少中塔两侧的不平衡水平力。这个办法与以往常规的做法正好相反，以往总认为双塔悬索桥的两座桥塔的刚度都得到边缆加强，而三塔悬索桥的中塔无法得到这种加强，因此需要提高桥塔本身的结构刚度；现在好，不仅不提高，反而把它降低，这将会带来什么问题？难说！看来得靠实践来检验了，不过这一检验就得花几十亿，魄力可真够大啊！