斜拉索与悬索桥主缆

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一部分,主要介绍斜拉索与悬索桥的索,1,一、斜拉索部分,1.斜拉索的种类与构造,2.斜拉索端部锚具,3.斜拉索的防护,4.斜拉索和锚具的安全系数,5.斜拉索的发展史,6.斜拉桥拉索系统发展现状,2,1.斜拉索的种类与构造,斜拉索是斜拉桥中承受拉力并支承主梁的构件。,每根拉索都包括钢索和锚具两大部分。钢索承受力，设置在钢索梁端的锚具来传递拉力,钢索作为斜拉索的主体主要有如下几种形式：,平行钢筋索：,高强钢筋平行布置组成，标准强度不低于1470MPa,钢丝索,平行钢丝股索(PWS),平行钢丝索(PWC),半平行钢丝索,采用镀锌高强钢丝，,常采用,5或 7镀锌钢丝制造,钢绞线索,平行钢绞线索：,半平行钢绞线索,封闭式钢缆,单根钢铰缆,施工操作过程繁杂，索中钢筋都有接头，目前很少使用,3,4,2.斜拉索端部锚具,1.热铸锚：,由锚环套在钢索上，使钢索端部的钢丝散开，在锚环灌入低熔点的合金形成楔形体传递外力。,2.墩头锚：,钢索的每根钢丝在穿过孔板后将其末端墩粗，钝粗后的钢丝不能穿过孔板，以此来传递外力,在线外教英语，途优教育,5,3.冷铸锚：,与热铸锚相似，只是锚环内填充的是特制的环氧混合物填充料,4.夹片式群锚：,是一种后张法预应力体系演变来的拉索锚具体系。,前三种是拉锚式锚具，可事先装固在钢索的两端。夹片式群锚在张拉结束后发挥作用，称为拉丝式锚具。,在线英语，途优教育,6,拉索锚固结构,拉索在混凝土主梁上锚固,1.在主梁顶板上设置,锚固结构（锚固块）,2.在箱梁内锚固,7,3.在梁体两侧锚固,4.拉索在桥塔上交叉锚固,在线外教英语，途优教育,8,5.拉索在塔,上对称锚固,6.利用刚锚箱对称锚固,9,3.斜拉索的防护,斜拉索是由钢材组成，不加防护，锈蚀惊人。斜拉索防护,主要是防止斜拉索锈蚀。,拉索的锈蚀主要是电化学腐蚀，,1.钢丝的防护：采用镀锌、镀防锈脂、涂防锈底漆等,2.拉索的防护：,（1）拉索套在高密度聚乙烯套管（PE套管）内，管内再,压注水泥浆。,（2）除实行第一步外，管外再缠包环氧树脂玻璃纤维布形,成玻璃钢外壳防护。,（3）在斜拉索外面热挤压高密度聚乙烯套管,（4）在套PE套管前，对拉索表面用铝粉或者锌粉进行喷涂,或先用聚酯带缠包后进行热挤压PE套管。,目前最常用也较有效的拉索防护方式是热挤PE套管。,10,4.斜拉索和锚具的安全系数,注：参照斜拉桥设计细则,11,5.斜拉索的发展史,斜拉桥的拉索伴随斜拉桥体系一同诞生。从一开始斜拉索就存在着锚固 疲劳、防腐和振动等技术问题。,在早期基本解决了拉索的锚固和疲劳问题后，70年代的重点是防腐问题。,德国汉堡Kolbrand斜拉桥中采用的封闭索的腐蚀失效，其他各类索套灌浆方法存在的套管老化、水泥浆断裂或端部灌浆不充分等问题都影响了斜拉索防腐的耐久性，严重的甚至不足十年就必须更换。PE热挤法的问世使人们感到这似乎是一种可以信赖的防腐系统。,80年代发现了拉索在风雨中强烈振动的现象成为九十年代的研究热点。解决办法：,(1)采用非光滑、非圆形的索表面；,(2)在索端采用有效的阻尼装置，日本偏重于前一种，欧洲则研制了一种安装在索端钢套筒内的、可全方位制振的摩擦阻尼器；,(3)采用抗风缆索干扰拉索的振动也是有效的，但有人认为不美观。平行绞线索如不加外层防腐索套，则拉索表面就自然不光滑，是比较有利的，但目前一般也都要设置减振阻尼器 国内采用的橡胶阻尼垫圈的减振效能尚不够满意，而效果较好的油阻尼器则需要一定宽度的安装空间，只适合于有中央分隔带的单索面斜拉桥。,因此，研制一种可安装在钢套简中的高效的拉索阻尼装置应当是首选的解决拉索振动的措施，因为表面非光滑化处理可能会带来积灰、外观效果不好的负面作用,在线外教英语，途优教育,12,6.斜拉桥拉索系统发展现状,经过数十年的不断创新和淘汰，目前我国常用的拉索系统已集中到下列两种：,(1)用热挤PE 防腐的平行钢丝索配以环氧冷铸墩头锚系统,(2)用热挤PE 防腐的单股钢绞线组成平行的绞线索，两端用不同于一般预应力钢绞线特殊的夹片锚形成群锚系统,在线外教英语，途优教育,13,热挤PE 防腐的平行钢丝索首创于日本，我国在修建山东东营黄河桥时，首次从日本进口了这种拉索。1988年在自主建设上海南浦大桥时，上海市科委决策支持成立浦江缆索厂生产这种拉索系统获得成功。十年来已从400t索力逐步增大，突破了千吨，彩色索也首次用于杨浦大桥，并经过不断改进，克服了初期存在的问题。上世纪最大跨度斜拉桥主跨890m 的多多罗大桥就是用394直径 7mm(索力900余吨)的平行钢丝索，超千吨的是421直径7mm的日本横浜海湾大桥和中国杭州钱塘江三桥。,热挤防腐的平行绞线索首创于法国。钢绞线的最主要优点是可以十分方便地进行单根钢绞线安装，最后再用小行程的千斤顶进行调整。为了防腐的要求，需要采用镀锌钢绞线，而且锚头区的防腐处理要在工地条件下完成，工艺上必须十分严格，以确保质量。平行绞线索的技术关键是在工地制作的锚头区域的锚固问题和防腐问题。上世纪居第二位的法国诺曼底桥(主跨856m)成功地采用了平行绞线索系统。我国汕头宕石大桥也采用了OVM250绞线群锚体系。但改用夹片和环氧砂浆的混合方式，使锚固更为可靠。,总之，两种拉索体系各有优缺点，拉索吨位较小时，平行钢丝索是方便的，吨位较大的拉索，可考虑采用平行铰线索。,14,二、悬索桥部分,悬索桥的缆索体系主要包括主缆和吊索。,1.悬索桥主缆,2.悬索桥吊索,3.悬索桥缆索体系防护,4.各国悬索桥主缆的防护体系,5.我国悬索桥主缆的防护,15,1.悬索桥主缆,主缆是悬索桥的主要承重构件,，除承受自身恒载外，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁（包括桥面）的恒载，除此之外，主缆还承担一部分横向风载，并将它直接传递到桥塔顶部。,1.悬索桥的主缆布置形式,一般是采用两根平行的主缆。迄今为止世界上只有两座悬索桥即美国的维拉扎诺桥和乔治华盛顿桥是全桥采用四根平行的主缆。,2.主缆的截面组成和编制方法,现代大跨度悬索桥的主缆截面组成一般都是先由直径5mm左右的钢丝组成钢丝束股，然后再由若干钢丝束股组成一根主缆。,钢丝束股的组成方法有空中编丝组缆和预制平行钢丝束股。前者称为AS法，后者称为PS和PWS法。,16,2.悬索桥吊索,吊索也称吊杆是将活载和加劲梁的恒载传递到主缆的构件。,1.悬索桥的吊索布置形式,（1）斜吊索和竖直吊索：斜吊索可与主缆、加劲梁形成桁架作用，提高全桥刚度及结构阻尼值。然而，斜吊索在活载作用下，吊索索力变化幅度较大，所以存在严重的疲劳问题。另外斜吊索对吊索制作长度误差及索夹等安装误差也较为敏感。目前采用斜吊索的悬索桥，有英国的Serven 桥、Humber 桥，土耳其的Bosporus 桥及日本的北港联络桥。英国人在充分吸收了塞文桥的经验后，Bosporus 桥设计中采用了竖直吊索型式。,（2）吊索和索夹的连结方式：四股骑跨式和双股销铰式,2.吊索的截面组成,现代悬索桥的吊索一般采用柔性钢丝绳或平行钢丝索。,17,3.悬索桥缆索体系防护,主缆防护措施:,主缆腻子钢丝缠绕涂层法(图1)。这种方法是19 世纪40 年代由美国John.A.Reobling 开创的,百余年来这种传统主缆防护体系不断改进完善,长期应用。,合成护套防护法。主要有20 世纪6070 年代由美国开发的玻璃纤维树脂涂料复合防护方法和橡胶缠带涂层方法。,主缆内部干燥空气除湿法。这种方法20世纪末由日本开发应用。,主缆锚(鞍)室防护。主要有锚(鞍)室封闭清洁、抽风和除湿等防护方法。,其他方法。主要有主缆半开放式、封闭钢丝绳主缆直接涂装、主缆应用PE 护套、沥青复合材料包裹主缆等方法,其他方法主要在一些较小悬索桥主缆应用。在线外教英语，途优教育,18,传统的主缆防护体系是通过主缆腻子缠丝涂装,使悬索桥主缆形成主缆钢丝镀锌和防锈油膜、腻子、缠绕钢丝、表层涂料涂装四大保护层构成的铠装防护。,多年来这一主缆防护体系延续应用,得到不断改进和完善,其中最主要的是开发防腐更好的镀锌钢丝(或钢绞线等),开发各种新腻子材料,增加多种缠包带和密封剂等密封措施,形成各种长效重防腐涂料涂装系统。20 世纪末,日本将除湿系统成功应用于主缆,开发了互扣密封较好的S 型缠绕钢丝。,在线外教英语，途优教育,19,4.各国悬索桥主缆的防护体系,1.美国有100多座悬索桥,其中大部分是老桥。这些老桥主要采用传统的腻子缠丝涂装防护体系,大部分采用红丹腻子、圆钢丝缠丝和铅基涂料涂装。主要采用主缆缠带除湿的方法加强主缆密封。,2.欧洲应用S 钢丝保护的螺旋钢丝绳作为索体材料、主缆开放或半封闭防护。欧洲主缆防护主要是沿用美国传统的主缆防护系统和材料。,3.日本研发和应用了多种改进型腻子和涂料材料,形成了专用防腐腻子和软性涂料涂装体系;针对圆钢丝缠绕的密封间隙和传统防护体系不能完全防护腐蚀等问题,经过大量的检查观察和试验研究,开发了主缆S 钢丝缠绕和主缆干燥空气除湿方法。将改进后的传统主缆防护方法结合主缆除湿防护,使悬索桥主缆防护效果得到了提升。,20,5.我国悬索桥主缆的防护,国内较早应用的是北京航空材料研究院研制的腻子涂料系列,主要材料是采用聚异丁烯材料腻子、橡胶材料密封胶和聚氨酯涂料。从汕头海湾大桥、西陵长江大桥主缆防护开发试用,到厦门海沧大桥等项目改进和提高。,其他主缆防护方法有:,江阴长江大桥和香港青马大桥主缆采用欧美通用的主缆防护体系,两桥区别主要是江阴长江大桥使用的锌腻子,青马大桥使用的红丹腻子。,广东虎门大桥选择了美国一家公司的聚氨酯作为腻子和密封胶,并以聚氨酯作为主要涂装材料。,丰都长江大桥采用涂刷沥青涂料+包裹玻璃丝布、隔热材料+包裹钢丝网水泥外防护层的主缆防护体系;桂林丽君桥主缆采用PE护套防护。,21,