论文部分内容阅读
【摘 要】本文从三汊矶大桥谈起，详细阐述了自锚式悬索桥的构造、受力特点、优缺点、体系转换及发展趋势。
【关键词】三汊矶;大桥自锚式;悬索桥体系;转换线形调整
0.引言
湘江三汊矶大桥是一座典型的悬索桥。和拱桥不同的是，作为承重结构的拱肋是刚性的，而作为承重结构的悬索则是柔性的。为了避免在车辆驶过时，桥面随着悬索一起变形，现代悬索桥一般均设有刚性梁（又称加劲梁）。桥面铺在刚性梁上，刚性梁吊在悬索上。现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中，个别也有固定在刚性梁的端部者，称为自锚式悬索桥。
1.三汊矶悬索桥构造
对于悬索桥而言，主缆是最主要的受力构件。三汊矶大桥是自锚式悬索桥。采用隔构式钢索箱，最大程度的节省了材料。和主缆相连的是吊杆，用索夹固定。吊杆下方和桥面相连。桥塔是空心的，从桥面看过去呈H型。原先设计的桥塔为三道横梁，但让人感觉太压抑，经过理论考证，最终取消了中间一道，加粗上下两道。桥塔上方横梁切角做圆，缓和应力集中。塔上有鞍室，内部为鞍座。上横梁地面到塔顶圆柱底座共计高1893mm，预示着毛主席的出身年月；三阶梯预示着长沙桥梁建设的“三步走”。
在悬索桥的长吊杆间还有一个特殊的装置——减震器，减小风雨天气时吊杆的震动。主桥和引桥间设有风嘴，有流线型和斜线型，减小大风对桥梁的影响。
2.自锚式悬索桥受力特点
自锚式悬索桥的上部结构包括：主梁、主缆、吊杆、主塔四部分。传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。自锚式悬索桥中的主梁具有一定抗弯刚度、与主缆共同承受活载。主缆拉力的水平分力在桥梁的上部结构中产生压力，其垂直分力将使桥梁的两端产生上拔力。为抵抗这种上拔力，可增加主缆锚固区重量，或在锚块处设置拉压支座，还可在主桥端部设置牛腿，将引桥的重量压在主梁上。
当主梁采用混凝土材料时，必须计入混凝土的收缩/徐变等非线性因素的影响，这就使得混凝土自锚式悬索桥的受力较钢桥更为复杂。
在钢箱梁采用顶推施工时，钢箱梁截面会受到较大的反复附加应力，其中一部分附加应力并可能残留到运营阶段。
3.悬索桥优缺点
3.1优点
相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。
悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。
3.2缺点
悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断。
悬索桥不宜作为重型铁路桥梁。
悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。
4.体系转换及线形调整引发的问题
体系转换和成桥线形调整是自锚式悬索桥区别于地锚式悬索桥的又一特殊工序，也是最复杂的工序。在该工序中，结构受力模型、体系内（应）力、变形都会发生极大变化。如：
（1）主缆将由低拉应力状态过渡到高拉应力状态，由自重悬垂线形过渡到成桥抛物线形。
（2）吊索将由零拉应力状态过渡到设计应力状态。
（3）加劲梁将由零轴向压应力状态过渡到高轴向压应力状态，受力体系将承的多跨连续梁过渡到弹性支承多跨悬吊连续梁，线形将会发生多次变化。
（4）支架和临时墩将由高压应力状态过渡到零压应力状态，同时产生弹性回弹。
（5）体系转换过程中，混凝土加劲梁支座将随梁的弹性压缩而产生水平位移，桥墩将承受水平力等等。
桥梁施工经验表明，体系转换过程中最容易发生重大施工安全事故和工程质量问题。为了顺利完成体系转换，防止发生安全事故，通常要求按照“平稳、平衡、逐步过渡”原则，拟定合理的转换程序；进行精细的计算、测量；严格及时地监控体系状态。; 成桥线形调整精度对桥梁使用期的受力和变形影响很大，也是一个重要工序。由于二期恒载较大（约为一期恒载的17%～20%），为了尽可能符合设计线形和内力分布，一般在体系转换后施工桥面铺装，然后再进行主缆及桥面线形调整。
5.自锚式悬索桥发展趋势
现代自锚式悬索桥的大量涌现，表明这一结构新颖、造型美观的桥型历经一个半世纪的洗礼，目前已经进入了蓬勃发展的阶段。目前主要有以下发展趋势：
5.1桥型布置
自锚式悬索桥桥型布置多种多样。目前主要有双塔三跨，单塔双跨等结构形式，今后也可能建造多塔自锚式悬索桥。主缆线形上也会有所变化。
5.2加劲梁及缆索系统
随着自锚式悬索桥跨度的不断增大，加劲梁的轴压力和缆索支承系统的体系转换已成为控制设计的关键，修建大跨度自锚式悬索桥将面临较大的挑战。因此，提高材料强度，增加跨越能力，减少恒载，研发新型材料，以及便捷体系转换和加快施工进度，都是今后研究的重要课题。
5.3架设方法
传统自锚式悬索桥采用“先梁后缆”的施工方法，需要搭建大量临时支架以安装主梁，这在一定程度上限制了这种桥型的推广，已成为阻碍自锚式悬索桥广泛应用的一个主要因素。
目前已经出现了“先缆后梁”的施工工艺。 [科]
【参考文献】
［１］沈洋.江东大桥空间缆自锚式悬索桥体系转换分析研究，上海公路，N.1，2009．
【关键词】三汊矶;大桥自锚式;悬索桥体系;转换线形调整
0.引言
湘江三汊矶大桥是一座典型的悬索桥。和拱桥不同的是，作为承重结构的拱肋是刚性的，而作为承重结构的悬索则是柔性的。为了避免在车辆驶过时，桥面随着悬索一起变形，现代悬索桥一般均设有刚性梁（又称加劲梁）。桥面铺在刚性梁上，刚性梁吊在悬索上。现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中，个别也有固定在刚性梁的端部者，称为自锚式悬索桥。
1.三汊矶悬索桥构造
对于悬索桥而言，主缆是最主要的受力构件。三汊矶大桥是自锚式悬索桥。采用隔构式钢索箱，最大程度的节省了材料。和主缆相连的是吊杆，用索夹固定。吊杆下方和桥面相连。桥塔是空心的，从桥面看过去呈H型。原先设计的桥塔为三道横梁，但让人感觉太压抑，经过理论考证，最终取消了中间一道，加粗上下两道。桥塔上方横梁切角做圆，缓和应力集中。塔上有鞍室，内部为鞍座。上横梁地面到塔顶圆柱底座共计高1893mm，预示着毛主席的出身年月；三阶梯预示着长沙桥梁建设的“三步走”。
在悬索桥的长吊杆间还有一个特殊的装置——减震器，减小风雨天气时吊杆的震动。主桥和引桥间设有风嘴，有流线型和斜线型，减小大风对桥梁的影响。
2.自锚式悬索桥受力特点
自锚式悬索桥的上部结构包括：主梁、主缆、吊杆、主塔四部分。传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。自锚式悬索桥中的主梁具有一定抗弯刚度、与主缆共同承受活载。主缆拉力的水平分力在桥梁的上部结构中产生压力，其垂直分力将使桥梁的两端产生上拔力。为抵抗这种上拔力，可增加主缆锚固区重量，或在锚块处设置拉压支座，还可在主桥端部设置牛腿，将引桥的重量压在主梁上。
当主梁采用混凝土材料时，必须计入混凝土的收缩/徐变等非线性因素的影响，这就使得混凝土自锚式悬索桥的受力较钢桥更为复杂。
在钢箱梁采用顶推施工时，钢箱梁截面会受到较大的反复附加应力，其中一部分附加应力并可能残留到运营阶段。
3.悬索桥优缺点
3.1优点
相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。
悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。
3.2缺点
悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断。
悬索桥不宜作为重型铁路桥梁。
悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。
4.体系转换及线形调整引发的问题
体系转换和成桥线形调整是自锚式悬索桥区别于地锚式悬索桥的又一特殊工序，也是最复杂的工序。在该工序中，结构受力模型、体系内（应）力、变形都会发生极大变化。如：
（1）主缆将由低拉应力状态过渡到高拉应力状态，由自重悬垂线形过渡到成桥抛物线形。
（2）吊索将由零拉应力状态过渡到设计应力状态。
（3）加劲梁将由零轴向压应力状态过渡到高轴向压应力状态，受力体系将承的多跨连续梁过渡到弹性支承多跨悬吊连续梁，线形将会发生多次变化。
（4）支架和临时墩将由高压应力状态过渡到零压应力状态，同时产生弹性回弹。
（5）体系转换过程中，混凝土加劲梁支座将随梁的弹性压缩而产生水平位移，桥墩将承受水平力等等。
桥梁施工经验表明，体系转换过程中最容易发生重大施工安全事故和工程质量问题。为了顺利完成体系转换，防止发生安全事故，通常要求按照“平稳、平衡、逐步过渡”原则，拟定合理的转换程序；进行精细的计算、测量；严格及时地监控体系状态。; 成桥线形调整精度对桥梁使用期的受力和变形影响很大，也是一个重要工序。由于二期恒载较大（约为一期恒载的17%～20%），为了尽可能符合设计线形和内力分布，一般在体系转换后施工桥面铺装，然后再进行主缆及桥面线形调整。
5.自锚式悬索桥发展趋势
现代自锚式悬索桥的大量涌现，表明这一结构新颖、造型美观的桥型历经一个半世纪的洗礼，目前已经进入了蓬勃发展的阶段。目前主要有以下发展趋势：
5.1桥型布置
自锚式悬索桥桥型布置多种多样。目前主要有双塔三跨，单塔双跨等结构形式，今后也可能建造多塔自锚式悬索桥。主缆线形上也会有所变化。
5.2加劲梁及缆索系统
随着自锚式悬索桥跨度的不断增大，加劲梁的轴压力和缆索支承系统的体系转换已成为控制设计的关键，修建大跨度自锚式悬索桥将面临较大的挑战。因此，提高材料强度，增加跨越能力，减少恒载，研发新型材料，以及便捷体系转换和加快施工进度，都是今后研究的重要课题。
5.3架设方法
传统自锚式悬索桥采用“先梁后缆”的施工方法，需要搭建大量临时支架以安装主梁，这在一定程度上限制了这种桥型的推广，已成为阻碍自锚式悬索桥广泛应用的一个主要因素。
目前已经出现了“先缆后梁”的施工工艺。 [科]
【参考文献】
［１］沈洋.江东大桥空间缆自锚式悬索桥体系转换分析研究，上海公路，N.1，2009．