1、1 懸索結(jié)構(gòu)的形式和特點(diǎn)2 懸索結(jié)構(gòu)的構(gòu)造3 懸索結(jié)構(gòu)施工4 懸索橋的構(gòu)造5 懸索橋的施工懸索結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)施工技術(shù)交底課程內(nèi)容懸索結(jié)構(gòu)：以一系列受拉鋼索為主要承重構(gòu)件，按照一定規(guī)律組成各種不同形式的布置方式，并懸掛在邊緣構(gòu)件或支承結(jié)構(gòu)上而形成的一種空間結(jié)構(gòu)。鋼索一般采用由高強(qiáng)鋼絲組成的鋼絲束，鋼絞線或鋼線繩用圓鋼筋或帶狀的薄鋼板。邊緣構(gòu)件或支承結(jié)構(gòu)用于錨固鋼索并承受懸索的拉力，其結(jié)構(gòu)形式可依據(jù)建筑物不同類型采用圈梁、拱、桁架或框架等。 3.1 懸索結(jié)構(gòu)的形式和特點(diǎn)3.1.1 概述懸索結(jié)構(gòu)單層懸索結(jié)構(gòu) 雙層懸索結(jié)構(gòu) 3.1.2 懸索結(jié)構(gòu)的分類一、單層懸索體系: 由一系列按一定規(guī)律布置的單根懸索組

2、成，懸索兩端錨掛在穩(wěn)固的支承結(jié)構(gòu)上。在懸索結(jié)構(gòu)中，單層懸索體系在構(gòu)造和理論計(jì)算上都比較簡(jiǎn)單。單層懸索體系又可細(xì)分為單層單向懸索結(jié)構(gòu)、單層輻射狀懸索結(jié)構(gòu)和單層網(wǎng)狀懸索結(jié)構(gòu)三種。單層單向懸索結(jié)構(gòu)。由一群平行走向的承重索組成，并構(gòu)成單曲下凹屋面。如圖所示：圖5-1 單層單向懸索結(jié)構(gòu)單層輻射狀懸索結(jié)構(gòu)。當(dāng)屋蓋為圓形或橢圓形平面時(shí)，懸索一般按輻射狀布置，整個(gè)屋面形成下凹的旋轉(zhuǎn)曲面，懸索支承在周邊構(gòu)件受壓圈梁上 。如圖所示：圖5-2 輻射式布置的單層索體系單層網(wǎng)狀懸索結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀布置的單層索形成下凹的雙曲率曲面，兩個(gè)方向的索一般是正交布置，適用于圓形、矩形等各種平面。單層網(wǎng)狀懸索結(jié)構(gòu)其邊緣構(gòu)件的彎矩大于輻射

3、式布置，但省去了中心拉環(huán) 。如圖所示：圖5-3 網(wǎng)狀布置的單層索體系 圖5-4 淄博市化纖廠的單層懸索屋蓋 單層懸索體系與單根懸索相似，其穩(wěn)定性較差 ：a) 單層懸索體系是一種可變體系，平衡形式隨 荷載分布方式而變。 b)單層懸索體系抗風(fēng)能力差。作用在屋蓋上的風(fēng) 力主要是吸力，而且分布不均勻，會(huì)引起較大的 機(jī)構(gòu)性位移，降低屋蓋穩(wěn)定性。當(dāng)屋面較輕時(shí)， 甚至可被風(fēng)力掀起。 為增大單層懸索體系的穩(wěn)定性，一般可采取如下措施： a)采用重屋面，如裝配式鋼筋混凝土屋面板等； b)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土懸掛薄殼 ；c)采用橫向加勁構(gòu)件（如圖5-5）。圖5-5 預(yù)應(yīng)力橫向加勁單層索系 橫向加勁單層索系一般有三個(gè)

4、工作階段 ：a)第一階段在錨固好的索上敷設(shè)橫向構(gòu)件 b)第二階段為預(yù)應(yīng)力階段 C)第三階段為荷載階段 橫向加勁單層索系不但受力合理，用料經(jīng)濟(jì)，施工也比較方便。我國(guó)是世界上首先成功地將預(yù)應(yīng)力橫向加勁單層索系應(yīng)用于工程實(shí)踐的國(guó)家之一。先后在1989 年、1992 年建成安徽省體育館、潮州體育館，上海楊浦體育館等工程。如圖所示：圖5-6 安徽省體育館的結(jié)構(gòu)示意圖 雙層懸索體系是由一系列下凹的承重索和上凸的穩(wěn)定索以及它們之間的連系桿組成。雙層索系中的每對(duì)承重索、穩(wěn)定索一般位于同一豎向平面，二者之間通過(guò)受拉或受壓的連系桿相連（圖5一8 ) ，其外形與受力特點(diǎn)類似于承受橫向荷載的傳統(tǒng)平面桁架，所以又稱為索

5、桁架。 二.預(yù)應(yīng)力雙層懸索體系 圖5 一8 預(yù)應(yīng)力雙層懸索體系的平面布置簡(jiǎn)圖圖5 一9 預(yù)應(yīng)力雙層懸索體系的一般形式 雙層索系的布置也有平行布置、輻射式布置和網(wǎng)狀布置三種形式: 雙層單向懸索結(jié)構(gòu)（平行布置）。雙層單向懸索結(jié)構(gòu)是由一群平行走向的索桁架組成，圖5一10 ，多用于矩形、多邊形建筑平面，并可用于單跨或多跨建筑結(jié)構(gòu)（圖5 一11 ）。 圖5一10 雙層單向懸索結(jié)構(gòu) 圖5一11 平行布置的多跨雙層索系 雙層輻射狀懸索結(jié)構(gòu)。當(dāng)平面為圓形時(shí)，常將承重索、穩(wěn)定索沿輻射狀布置，周邊錨固在受壓圈梁上，中心宜設(shè)置受拉環(huán)。 雙層雙向懸索結(jié)構(gòu)。雙層雙向懸索結(jié)構(gòu)是將平面索桁架沿相互正交的兩個(gè)方向布置的結(jié)構(gòu)形

6、式 鞍形索網(wǎng)是由相互正交，曲率相反的承重索和穩(wěn)定索疊交而形成的負(fù)高斯曲率的曲面懸索結(jié)構(gòu)。下凹的鋼索為承重索，上凸的鋼索為穩(wěn)定索，兩組索在交點(diǎn)處相互連接在一起，索網(wǎng)周邊懸掛在強(qiáng)大的周邊構(gòu)件上。常見(jiàn)的鞍形索網(wǎng)形式如圖21 所示。 為了保證索網(wǎng)具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，必須對(duì)索網(wǎng)施加預(yù)應(yīng)力。由于兩組索的曲率相反，因此可以對(duì)其中任意一組或同時(shí)對(duì)兩組索進(jìn)行張拉，均可實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力。 三.預(yù)應(yīng)力鞍形索網(wǎng) 組合懸索結(jié)構(gòu)是指將懸索體系（索網(wǎng)、單層索系、雙層索系等）與中間支承結(jié)構(gòu)組合在一起而形成的一種新型結(jié)構(gòu)。中間支承結(jié)構(gòu)由于要承受較大載，因此多采用剛度大，受力合理的拱、剛架、索拱體系等結(jié)構(gòu)形式。 四.組合懸索結(jié)構(gòu)

7、混合懸掛體系是由柔性懸索與剛性構(gòu)件組合而成。在這類體系中，或用鋼索懸掛其他構(gòu)件，或由鋼索對(duì)其他構(gòu)件提供附加支點(diǎn)，以減輕這些構(gòu)件的擔(dān)；或用剛性的受彎構(gòu)件來(lái)加強(qiáng)懸索的穩(wěn)定性，以減少不均勻荷載作用下的機(jī)構(gòu)性位移。混合懸掛結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的形式有索拱體系、吊掛式混合結(jié)構(gòu)和斜拉式混合結(jié)構(gòu)等。 索拱體系包括平面索拱體系和鞍形索拱體系兩種。 五.混合懸掛體系 吊掛式混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用懸索橋的結(jié)構(gòu)原理，用一系列吊桿把剛性的屋面構(gòu)件連接在懸索，由懸索承擔(dān)大部分剛性屋蓋構(gòu)件荷載，不僅節(jié)省了結(jié)構(gòu)所占空間，而且總體受力較為合理。 斜拉式混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用斜拉橋的結(jié)構(gòu)原理，由塔柱頂部掛下斜拉索直接與剛性的屋蓋構(gòu)件相連，大部分剛性屋蓋構(gòu)件荷

8、載經(jīng)斜拉索傳遞到塔柱，最終傳至基礎(chǔ)。 預(yù)應(yīng)力懸掛薄殼 懸掛薄膜結(jié)構(gòu)（鋼懸膜結(jié)構(gòu) 、涂層織物懸掛薄膜 ） 六.懸掛薄殼與薄膜結(jié)構(gòu) 3.1.3 懸索結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 受力合理，經(jīng)濟(jì)性好，懸索結(jié)構(gòu)依靠高強(qiáng)度鋼索的軸向拉伸來(lái)抵抗外荷載作用，最充分地利用了鋼材的強(qiáng)度，因而可以較經(jīng)濟(jì)地跨越很大的跨度。 施工方便。 建筑造型多樣、美觀。 懸索結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件或支承結(jié)構(gòu)受力較大，一般需要強(qiáng)大的截面，耗費(fèi)較多的材料，而且其剛度對(duì)懸索結(jié)構(gòu)的受力影響較大，因此邊緣構(gòu)件或支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)極為重要。 懸索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論相對(duì)復(fù)雜。 一、鋼索的分類用于懸掛結(jié)構(gòu)的鋼索有如下數(shù)種：圓鋼、型鋼、鋼絞線、鋼絲繩及鋼絲束等。 3.2 懸索結(jié)

9、構(gòu)的構(gòu)造3.2.1 鋼索二、鋼索的制作 鋼索制作一般須經(jīng)下料、編束、預(yù)張拉力及防護(hù)等幾個(gè)程序。 3.2.2 錨具一、螺桿式錨具 二、鐓頭式錨具 三、夾片式錨具 四、錐銷式錨具 五、其他形式的錨具 3.2.3 其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)造一、鋼索與鋼索連接 二、鋼索連接件 三、鋼索與屋面板連接 圖5-47 連接板連接圖5-48 混凝土板內(nèi)伸出鋼筋連接四、鋼索與中心環(huán)的連接 圖5-49 鋼索與中心環(huán)的連接之一 五、鋼索的錨固鋼索的錨固可根據(jù)拉力的大小、傾角和地基土等條件采用下列方法：重力式；板式；擋土墻式；樁式。 3.3 懸索結(jié)構(gòu)施工3.3.1 單層單向懸掛屋蓋結(jié)構(gòu)施工 鋼索的制作。 鋼絲的下料長(zhǎng)度L 可由下式計(jì)

10、算： L =兩錨頭之間鋼絲束的凈長(zhǎng)2(錨頭長(zhǎng)錨頭端部 露出鋼絲長(zhǎng)墊圈厚 例如，本工程鋼絲束中鋼絲的下料長(zhǎng)度為：L = 54 . 8 + 2 ( 0 . 155 + 0 . 05 + 0 . 036 ) = 55 .282 ( m ) 裝錨具（又稱掛錨）。 掛索。（圖5-52） 鋪槽形板。 槽板加荷。 掛穩(wěn)定索。 （圖5-53） 槽形板灌縫。 預(yù)留孔道灌漿。 卸去紅磚。 3.3.2 雙層輻射式懸索屋蓋結(jié)構(gòu)施工 雙層輻射式懸索屋蓋適用于圓形的建筑平面，它由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、輻射形承重索及穩(wěn)定索等構(gòu)成。 該結(jié)構(gòu)體系分兩種：拉環(huán)體系和壓環(huán)體系 懸索各階段進(jìn)行施工 3.3.3 索網(wǎng)懸索屋蓋結(jié)構(gòu)施工該結(jié)構(gòu)由索網(wǎng)

11、和它的支承結(jié)構(gòu)（邊梁或邊梁與拱組合）組成，索網(wǎng)由承重索（負(fù)高斯曲率）和穩(wěn)定索（正高斯曲率）組成。穩(wěn)定索的作用是使索網(wǎng)屋面在各種荷載作用下能維持預(yù)定的曲面。 制索。 穿索。 標(biāo)高控制。 張拉。 3.4 懸索橋的構(gòu)造3.4.1 概述 懸索橋主要由懸索（主纜）、塔柱、吊桿、錨碇和橋道系組成。懸索包括主索、邊索和錨索；橋道系包括橋面、橋道和加勁梁 。新世紀(jì)大跨度橋梁的發(fā)展趨勢(shì)世界橋梁發(fā)展的歷史是橋梁跨度不斷增大的歷史，是橋型不斷豐富的歷史，是結(jié)構(gòu)不斷輕型化的歷史。發(fā)展現(xiàn)狀預(yù)示本世紀(jì)將迎來(lái)世界橋梁更大規(guī)模的建設(shè)高潮。洲際跨海、建立全球交通網(wǎng)的構(gòu)想 跨海工程不是可望而不可即的宏偉藍(lán)圖。大跨度橋梁向索結(jié)構(gòu)方

12、向發(fā)展特大跨橋梁采用以斜纜為主的空間網(wǎng)狀承重體系或采用懸索加斜拉的混合體系。采用流線型鋼箱或采用輕型而剛度大的復(fù)合材料作加勁梁。采用自重小強(qiáng)度高的碳纖維材料做主纜。斜拉橋在密索體系的基礎(chǔ)上采用開口截面，減小梁的高跨比。大跨度橋梁上部結(jié)構(gòu)輕型化問(wèn)題。大跨度橋梁的動(dòng)力穩(wěn)定性問(wèn)題跨海工程常年受臺(tái)風(fēng)、海浪頻繁襲擊；海峽地震帶，多支地震力激勵(lì)；多車、快車、重車等行車動(dòng)力作用；研究特大跨橋梁氣動(dòng)特性，改善氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性。跨海結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制，抗震、減震、抑震。避免車激共振，增大特大跨橋梁剛度。大型深水基礎(chǔ)工程的難點(diǎn)突破目前世界橋梁基礎(chǔ)工程實(shí)踐尚未超過(guò)100m深海。直布羅陀海峽橋的懸索橋和多跨斜拉橋方案，基礎(chǔ)深

13、達(dá)300m。美國(guó)將在墨西哥灣修建的石油鉆井平臺(tái)基礎(chǔ)，水深達(dá)411m.解決100300m深海基礎(chǔ)施工難題迫在眉睫。基礎(chǔ)及橋墩分大塊預(yù)制安裝。大跨度橋梁應(yīng)是建筑藝術(shù)精品空間藝術(shù)精品增添湖光山色、海空景觀；成為世界名城永久的標(biāo)志性建筑；重視建筑藝術(shù)造型，重視橋梁美學(xué)和景觀設(shè)計(jì)，重視環(huán)境保護(hù)，達(dá)到人文景觀同環(huán)境景觀的完美結(jié)合。杰出的橋梁工程師，也應(yīng)是卓越的橋梁建筑師。3.4.2 懸索橋的構(gòu)造特點(diǎn) 一、主纜 主纜是懸索橋的主要承重構(gòu)件，除承受自重和吊索（吊桿）重外，又通過(guò)吊索承受加勁梁、橋面系恒載及活載。懸索橋一般采用雙面主纜，一般是一側(cè)布置一根，分別有一側(cè)用兩根主纜的設(shè)計(jì)，對(duì)稱設(shè)置在加勁梁的上方，主纜

14、下的吊索吊掛加勁梁的上弦或上弦伸出的撫架。懸索橋主纜主要有三種類型： 平行鋼絲； 平行鋼絲束； 鋼絲繩。 二、加勁梁 加勁梁由均勻間隔的分布吊索懸掛在主纜的索夾上，其主要功能是提供橋面系和防止橋面發(fā)生過(guò)大的撓曲和扭曲變形。懸索橋加勁梁主要有兩種形式：鋼桁架和扁平鋼箱梁 三、吊索 吊索也稱吊桿，是主要傳力桿件，通過(guò)吊索將橋面荷載傳給懸索。吊索有直吊索和斜吊索兩種，如圖 66 ，其上端通過(guò)索夾與懸索相連，下端與加勁梁連接。 圖5-68 吊索與主纜連接方式 四、索塔 索塔是支承主纜的重要構(gòu)件，恒載和活載大都通過(guò)索塔傳到塔墩和基礎(chǔ)。索塔還承受作用于塔身、加勁梁及主纜上的風(fēng)力。主塔頂設(shè)有鞍座，底部支承于

15、主墩，由立柱、橫撐組成平面框架。 五、錨碇 錨碇是主纜的錨固體，與索塔一樣是支承主纜的重要部分，它將主纜的拉力傳遞給地基。錨碇一般由錨碇基礎(chǔ)、錨塊、主纜的錨碇架及固定裝置、遮棚等部分組成。當(dāng)主纜需要改變方向時(shí)，錨碇中還包括主纜支架和錨固鞍座。 六、鞍座 塔頂鞍座。由主纜傳來(lái)的很大的豎直力通過(guò)鞍座均勻分布到塔柱頂截面。 主纜支架鞍座。主纜支架鞍座主要功能是改變主纜方向，并把主纜的鋼絲束股在水平及豎直方向分散開來(lái)，然后把這些鋼絲束股引人各自的錨固位置。其構(gòu)造類同塔頂鞍座。 七、橋面 多用鋼板鋪設(shè)，也有澆筑瀝青混凝土和鋪設(shè)木板等的。目前，大跨度吊橋一般采用正交異性板作行車橋面。正交異性板在橋?qū)拑?nèi)是一

16、塊很薄的鋼板，在板下全長(zhǎng)內(nèi)用連續(xù)、間距很密的縱肋加固，使它足以承受活載的壓力，且能減輕橋梁自重。 3.5 懸索橋的施工3.5.1 懸索的施工一、懸索的制作懸索由纜索制成。纜索在運(yùn)輸、丈量、切割和安裝中應(yīng)注意避免扭轉(zhuǎn)、松散。鋼纜索安裝時(shí)應(yīng)做破斷試驗(yàn)，要檢查破斷所在部位，總破斷力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鋼索應(yīng)不致從錨頭中拔出。 下料 ； 切割。 二、錨頭的制作 錨頭制作是將鋼索端部鋼絲散開并理直做成錨頭套筒相似的錐形，以便插入套筒后澆鑄合金時(shí)能均勻分布。 三、索鞍的安裝索鞍的安裝與斜拉橋相同，有強(qiáng)制法和預(yù)偏法 。四、主索的安裝 安裝主索時(shí)，要檢查錨碇，索鞍和索塔的中心線，標(biāo)高、距離。 五、索夾和吊桿的安

17、裝 索夾和吊桿可在施工索道上安裝。 3.5.2 索塔的施工索塔材料可用金屬、鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土。 鋼索塔需要用鉚、栓、焊等連接形式進(jìn)行裝配，截面一般是由型鋼組成的桁架和框架形式。 混凝土索塔施工大體上可分為搭架現(xiàn)澆、預(yù)制吊裝、滑升模板澆筑等幾種方法。一、搭架現(xiàn)澆二、預(yù)制吊裝三、滑模施工 這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是施工進(jìn)度快，適用于高塔的施工。 3.5.3 加勁梁的架設(shè)加勁梁架設(shè)的主要工具是纜載起重機(jī)。架設(shè)順序可 以從主跨跨中開始，向橋塔方向逐段吊裝；也可以從橋塔開始，向主跨跨中及邊跨岸邊前進(jìn)。 一、架設(shè)方式二、纜載起重機(jī) 纜載起重機(jī)由主梁、端梁及各種運(yùn)行、提升機(jī)構(gòu)組成。 3.5.4 支座、橋面

18、和錨碇的施工一、支座 固定和活動(dòng)支座、混凝土墊塊等均要在吊橋全部構(gòu)件的安裝、加勁梁的建筑拱度調(diào)整、橋端標(biāo)高的調(diào)整和臨時(shí)支座墊擱置等工序全部完成后，再安裝。 二、橋面 安裝正交異性板橋面時(shí)，可將正交異性板作為加勁梁的上弦桿或上翼緣的一部分，使之與梁共同受力。板上設(shè)一層38 一51 mm厚的瀝青磨耗層使之與鋼板牢固粘結(jié)在一起。三、錨碇空間膜結(jié)構(gòu)3.6.1 概述膜結(jié)構(gòu)又叫張拉膜結(jié)構(gòu)（Tensioned Membrane structure）， 是以建筑織物，即膜材料為張拉主體，與支撐構(gòu)件或拉索共同組成的結(jié) 構(gòu)體系，它以其新穎獨(dú)特的建筑造型，良好的受力特點(diǎn)，成為大跨度空 間結(jié)構(gòu)的主要形式之一。膜結(jié)構(gòu)是

19、一種建筑與結(jié)構(gòu)完美結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。它是用高強(qiáng)度柔性薄膜材料與支撐體系相結(jié)合形成 具有一定剛度的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由輕巧、阻燃、制作簡(jiǎn)易、 安裝快捷、能易于施工、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，因而使它在世界各地受到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)形式特別適用于 大型體育場(chǎng)館、入口廊道、小品、公眾休閑娛樂(lè)廣場(chǎng)、展覽會(huì)場(chǎng)、購(gòu)物中心等領(lǐng)域。 3.6.2 膜結(jié)構(gòu)的分類 膜結(jié)構(gòu)按其支承方式的不同，一般可以分為空氣膜結(jié)構(gòu)、懸掛膜結(jié)構(gòu)、骨架模結(jié)構(gòu)和復(fù)合膜結(jié)構(gòu)（索穹頂）等。 一、空氣膜結(jié)構(gòu) 圖5-85 空氣膜結(jié)構(gòu)二、懸掛膜結(jié)構(gòu) 一般采用獨(dú)立的桅桿或拱作為支承結(jié)構(gòu)將鋼索與膜材懸掛起來(lái)，然后利用鋼索向膜面施加張力將其繃緊，這樣就形成了具有一定剛度的屋蓋 圖5-86 懸掛膜