懸索橋,又名吊橋(suspension bridge)指的是以通過索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索(或鋼鏈)作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。其纜索幾何形狀由力的平衡條件決定,一般接近拋物線。從纜索垂下許多吊桿,把橋面吊住,在橋面和吊桿之間常設(shè)置加勁梁,同纜索形成組合體系,以減小荷載所引起的撓度變形。
原理
懸索橋中max的力是懸索中的張力和塔架中的壓力。由于塔架基本上不受側(cè)向的力,它的結(jié)構(gòu)可以做得相當(dāng)纖細(xì),此外懸索對塔架還有一定的穩(wěn)定作用。假如在計(jì)算時(shí)忽視懸索的重量的話,那么懸索形成一個(gè)拋物線。這樣計(jì)算懸索橋的過程就變得非常簡單了。老的懸索橋的懸索一般是鐵鏈或聯(lián)在一起的鐵棍,F(xiàn)代的懸索一般是多股的高強(qiáng)鋼絲。
結(jié)構(gòu)
懸索橋的構(gòu)造方式是19世紀(jì)初被發(fā)明的,許多橋梁使用這種結(jié)構(gòu)方式。現(xiàn)代懸索橋,是由索橋演變而來。適用范圍以大跨度及特大跨度公路橋?yàn)橹,?dāng)今大跨度橋梁全采用此結(jié)構(gòu)。是大跨徑橋梁的主要形式。
懸索橋是以承受拉力的纜索或鏈索作為主要承重構(gòu)件的橋梁,由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成。懸索橋的主要承重構(gòu)件是懸索,它主要承受拉力,一般用抗拉強(qiáng)度高的鋼材(鋼絲、鋼纜等)制作。由于懸索橋可以充分利用材料的強(qiáng)度,并具有用料省、自重輕的特點(diǎn),因此懸索橋在各種體系橋梁中的跨越能力max,跨徑可以達(dá)到1000米以上。1998年建成的日本明石海峽橋的跨徑為1991米,是目前世界上跨徑max的橋梁。懸索橋的主要缺點(diǎn)是剛度小,在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的撓度和振動(dòng),需注意采取相應(yīng)的措施。
性能
按照橋面系的剛度大小,懸索橋可分為柔性懸索橋和剛性懸索橋。柔性懸索橋的橋面系一般不設(shè)加勁梁,因而剛度較小,在車輛荷載作用下,橋面將隨懸索形狀的改變而產(chǎn)生S形的變形,對行車不利,但它的構(gòu)造簡單,一般用作臨時(shí)性橋梁。剛性懸索橋的橋面用加勁梁加強(qiáng),剛度較大。加勁梁能同橋梁整體結(jié)構(gòu)承受豎向荷載。除以上形式外,為增強(qiáng)懸索橋剛度,還可采用雙鏈?zhǔn)綉宜鳂蚝托钡鯒U式懸索橋等形式,但構(gòu)造較復(fù)雜。
橋面支承在懸索(通常稱大攬)上的橋稱為懸索橋。英文為Suspension Bridge,是“懸掛的橋梁”之意,故也有譯作“吊橋”的。“吊橋”的懸掛系統(tǒng)大部分情況下用“索”做成,故譯作“懸索橋”,但個(gè)別情況下,“索”也有用剛性桿或鍵桿做成的,故譯作“懸索橋”不能涵蓋這一類用橋。和拱肋相反,懸索的截面只承受拉力。簡陋的只供人、畜行走用的懸索橋常把橋面直接鋪在懸索上。通行現(xiàn)代交通工具的懸索橋則不行,為了保持橋面具有一定的平直度,是將橋面用吊索掛在懸索上。與拱橋用剛性的拱肋作為承重結(jié)構(gòu)不同,其采用的是柔性的懸索作為承重結(jié)構(gòu)。為了避免在車輛駛過時(shí),橋面隨著懸索一起變形,現(xiàn)代懸索橋一般均設(shè)有剛性梁(又稱加勁梁)。橋面鋪在剛性梁上,剛性梁吊在懸索上,F(xiàn)代懸索橋的懸索一般均支承在兩個(gè)塔柱上。塔頂設(shè)有支承懸索的鞍形支座。承受很大拉力的懸索的端部通過錨碇固定在地基中,也有個(gè)別固定在剛性梁的端部者,稱為自錨式懸索橋。
特點(diǎn)
相對于其它橋梁結(jié)構(gòu)懸索橋可以使用比較少的物質(zhì)來跨越比較長的距離。懸索橋可以造得比較高,容許船在下面通過,在造橋時(shí)沒有必要在橋中心建立暫時(shí)的橋墩,因此懸索橋可以在比較深的或比較急的水流上建造。
懸索橋比較靈活,因此它適合大風(fēng)和地震區(qū)的需要,比較穩(wěn)定的橋在這些地區(qū)必須更加堅(jiān)固和沉重。
懸索橋的堅(jiān)固性不強(qiáng),在大風(fēng)情況下交通必須暫時(shí)被中斷。
懸索橋不宜作為重型鐵路橋梁。
懸索橋的塔架對地面施加非常大的力,因此假如地面本身比較軟的話,塔架的地基必須非常大和相當(dāng)昂貴。
懸索橋的懸索銹蝕后不容易更換。