悬索结构实用教案.ppt

8.1 8.1 概述概述(ɡài shù)(ɡài shù)•定义(dìngyì)•以一系列受拉钢索为主要承重构件，按照一定的规律组成各种不同形式的布置方式，并悬挂在边缘构件或支撑结构上而形成的一种空间结构第1页/共34页第一页，共35页8.1 8.1 概述概述(ɡài shù)(ɡài shù)•历史•最早应用于桥梁工程中•泸定桥，康熙(Kāngxī)年间•净跨100m，宽2.8m第2页/共34页第二页，共35页8.1 8.1 概述概述(ɡài shù)(ɡài shù)•历史(lìshǐ)•最早应用于桥梁工程中•金门大桥，1937年，主跨1280m第3页/共34页第三页，共35页8.1 8.1 概述概述(ɡài shù)(ɡài shù)•历史(lìshǐ)•最早应用于桥梁工程中•江阴长江大桥，1999年，主跨1385m第4页/共34页第四页，共35页8.1 8.1 概述概述(ɡài shù)(ɡài shù)•历史•应用(yìngyòng)于建筑工程中•雷里竞技馆，1953年第5页/共34页第五页，共35页8.1￿￿概述(ɡài￿shù)•特点•1悬索结构( jiégòu)受力合理，用料经济。

•当采用高强度材料时，更可大大减轻结构( jiégòu)自重，因而可以较经济地跨越很大的跨度但悬索体系的文承结构( jiégòu)往往需要耗费较多的材料，其用钢量均超过钢索部分•2施工便捷、施工设施简单•由于钢索自重很小，索的架设按装利用简便的施工机具便可完成，不需要大型起重设备和搭设大量脚手架，也不需要模板；还可利用架设好的钢索安装屋面材料第6页/共34页第六页，共35页第一节第一节 概述概述(ɡài shù)(ɡài shù)•特点•3适应性强，造型(zàoxíng)美观•悬索结构适应于各种建筑平面和外形轮廓利用曲线索，采用不同的支承形式，可方便地创造出各种新颖独特的建筑造型(zàoxíng)•4与桁架、刚架、拱和网架等常规结构相比，悬索的荷载与位移、荷载与索力的关系曲线呈非线性•5悬索结构的稳定性较差，是一种可变体系，其平衡形式随荷载分布方式而变化第7页/共34页第七页，共35页8.1 8.1 概述概述(ɡài shù)(ɡài shù)•特点•6悬索结构的形状稳定性，与悬索的张紧程度有关(yǒuguān)•悬索内拉力愈大，其抵抗局部荷载引起的机构性位移的能力愈大，即形状稳定性愈好。

•7悬索结构的边缘构件和下部支承体系必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受索段巨大的水平拉力第8页/共34页第八页，共35页8.2 8.2 受力与变形受力与变形(biàn xíng)(biàn xíng)特点特点•支座反力H•1与索的下垂度f成反比，•2与索的跨度l的平方成正比•索的拉力•1与索的下垂度f成反比，•2与索的跨度l的平方成正比•索的变形(biàn￿xíng)•索属于柔性构件，索内仅有拉力，无弯矩和剪力，抗弯刚度可以忽略不计•索的形状随荷载的不同而改变第9页/共34页第九页，共35页8.3 8.3 悬索结构悬索结构(jiégòu)(jiégòu)的形式的形式•分类•按钢索的平面布置和索力的传递方向•单向悬索结构，双向悬索结构，轮辐式悬索结构•按几何( jǐ￿hé)形态•单曲面、双曲面悬索结构•按钢索的竖向布置方式•单层悬索结构，双层悬索结构，交叉索网第10页/共34页第十页，共35页1单层悬索结构(jiégòu)•单层单向悬索结构•由一群平行走向的承重索组成，曲面(qūmiàn)下凹•山东淄博体育馆，54m跨单层平行索系，￿采用预加荷载方法使钢索与钢筋混凝土形成具有抗弯刚度的预应力悬挂薄壳。

•单层辐射状悬索结构•悬索按辐射状布置，曲面(qūmiàn)下凹排水不利中间可设柱•内环受拉，外环受压，并与悬索形成一自平衡体系•山东淄博长途汽车站（圆形，跨径50m）•单层网状悬索结构•网状布置的单层索形成下凹曲面(qūmiàn)，索正交•山东淄博化纤厂餐厅（30x30m）第11页/共34页第十一页，共35页1单层悬索结构(jiégòu)•特点•单层悬索结构是一种几何可变体系(tǐxì)•单层悬索结构的稳定性与索的初始拉应力有关￿•抗风能力差第12页/共34页第十二页，共35页1单层悬索结构(jiégòu)•拉索水平力的传递•通过(tōngguò)竖向承重结构传至基础第13页/共34页第十三页，共35页1单层悬索结构(jiégòu)•拉索水平力的传递•通过(tōngguò)拉锚传至基础第14页/共34页第十四页，共35页1单层悬索结构(jiégòu)•拉索水平(shuǐpíng)力的传递•通过刚性水平(shuǐpíng)构件传至抗侧力墙第15页/共34页第十五页，共35页1单层悬索结构(jiégòu)•提高稳定性的措施•A采用重屋面，如装配式钢筋混凝土屋面板•B采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳。

•山东淄博体育馆，54m跨单层平行索系，￿采用预加荷载方法使钢索与钢筋混凝土形成具有抗弯刚度的预应力悬挂薄壳•C采用横向加劲构件•安徽体育馆，外包尺寸72m×53m不等边6角形，￿长向采用单曲承重(chéngzhòng)索，横向按柱距6m设置轻型钢屋架作为加劲构件，调整两端支座位移使索建立预应力第16页/共34页第十六页，共35页2双层悬索结构(jiégòu)•组成•由一系列承重索和相反曲率的稳定索组成•单曲面双层悬索结构•无锡体育馆(43m×40m)，•单曲面双层悬索结构，其上下索位于同一竖面内,承重索与稳定索在跨中交接，类似拉索衍架，受力属平面体系•吉林冰球馆(76.8m×67.4m)￿，•承重和稳定索不在同一竖面上(miàn￿shànɡ)，相互错开半个柱距，形成空间(立体)拉索桁架在跨中间2/3范围内稳定索高于承重索，靠近两端稳定索则低于承重索第17页/共34页第十七页，共35页2双层悬索结构(jiégòu)•双层辐射状悬索结构•中心环环向受拉，也可以(kěyǐ)为不受拉构件•稳定索不仅用于保持承重索的稳定性，而且直接承受屋面传来的荷载￿•北京工人体育馆,1962年建成•屋盖采用直径94m的圆形双层轮辐式悬索结构，中央钢环直径16m，高11m，上下两层各有144束钢索，￿目前仍是我国跨度最大的悬索屋盖结构。

•成都城北体育馆（圆形，直径61m）,中心环不受拉第18页/共34页第十八页，共35页2双层悬索结构(jiégòu)•双层双向悬索结构•将平面索桁架沿相互正交的两个方向布置•在动荷载作用下，具有较好的抗震性能￿•预应力双层悬索结构•承重索下凹，稳定索上凸，均受拉•外形与受力特点类似于承受横向荷载的传统平面桁架•具有良好的结构刚度(ɡānɡ￿dù)和形状稳定性，抗震性能较好•张拉承重索和/或稳定索，均能提高结构刚度(ɡānɡ￿dù)和形状稳定性•布置方式有平行，辐射，网状第19页/共34页第十九页，共35页2双层悬索结构(jiégòu)•预应力鞍形悬索结构•承重索下凹，稳定索上凸，均受拉•负高斯曲面•必须对索网施加预应力•边缘构件可以是柔性构件•浙江人民体育馆，1967年建成，杭州•鞍形双曲抛物面正交索网悬索屋盖，平面为椭圆形，长轴80m，短轴60m边缘构件是闭合空间曲梁(qǔ￿liánɡ)，截面2x0.8m•天津大学健身房•卡尔加里滑冰馆•长轴135.3m，短轴129.4m世界第一第20页/共34页第二十页，共35页3组合(zǔhé)悬索结构•将悬索体系(tǐxì)与中间支承结构组合在一起而形成的一种新型结构。

•中间支承结构承受荷载较大，采用刚度大，受理合理的拱，刚架，索拱体系(tǐxì)•四川省体育馆(73.7m×79.4m)，•屋盖为索网结构，采用一对相互倾斜、跨度102.5m的钢筋混凝土拱作为中间支承(两片索网一边支承在拱上，三边支承在梁上)•青岛体育馆(87m×72m)，•与四川省体育馆相似，采用一对跨度为109m交叉的钢筋混凝土箱形拱作为中间支承第21页/共34页第二十一页，共35页耶鲁大学(yē￿lǔ￿dà￿xué)冰球馆•美国建筑师沙里宁设计，1958年建成•冰球馆采用悬索结构，钢索挂在中间一道拱形脊梁和周边的梁圈上场内可容纳(róngnà)3000名观众冰球馆的外形象一只海龟似的甲壳动物第22页/共34页第二十二页，共35页北京(běi￿jīnɡ)朝阳体育馆•北京朝阳(cháoyáng)体育馆(60m×78m)•采用预应力索拱体系作为索网的中间构架第23页/共34页第二十三页，共35页代代木体育馆•日本著名建筑师丹下健三的作品，包括一座游泳馆和一座球类馆，1964年落成，它是为1964年东京(dōnɡ￿jīnɡ)奥运会而建两座体育馆都采用悬索结构，游泳馆平面有如两个错置的新月形，球类馆平面如蜗牛形。

第24页/共34页第二十四页，共35页4￿混合(hùnhé)悬挂体系•由柔性(róu￿xìnɡ)悬索与刚性构件组成•索拱体系，吊挂式混合结构，斜拉式混合结构第25页/共34页第二十五页，共35页8.3 8.3 悬索桥简介悬索桥简介(jiǎn jiè)(jiǎn jiè)•桥面支承在悬索（通常称大缆）上的桥称为悬索桥•英文为Suspension￿Bridge，是“悬挂的桥梁(qiáoliáng)”之意，故也有译作“吊桥”的￿“吊桥”的悬挂系统大部分情况下用“索”做成，故译作“悬索桥”，但个别情况下，“索”也有用刚性杆或键杆做成的•简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺在悬索上通行现代交通工具的悬索桥则不行，为了保持桥面具有一定的平直度，是将桥面用吊索挂在悬索上第26页/共34页第二十六页，共35页第四节第四节 悬索桥简介悬索桥简介(jiǎn jiè)(jiǎn jiè)•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悬索的截面只承受拉力•为了避免在车辆驶过时，桥面随着悬索一起(yīqǐ)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，称为自锚式悬索桥第27页/共34页第二十七页，共35页第四节第四节 悬索桥简介悬索桥简介(jiǎn jiè)(jiǎn jiè)•悬索桥的优点•内力传递(chuándì)明确•在一定的垂度下，主索的内力与桥跨长度接近正比关系，工程量不应跨长而剧增•施工方便•活载比例小•外形美观•主结构的部件重量和尺寸都小，运输、架设方便第28页/共34页第二十八页，共35页第四节第四节 悬索桥简介悬索桥简介(jiǎn jiè)(jiǎn jiè)•组成及特点•主缆：主要的承重构件•加劲梁（桁架）•提供桥面系和防止桥面发生过大的挠曲和扭曲变形•吊索•主要的传力构件，柔性，可刚，直吊和斜吊•索塔•承重构件，恒载和活载大部分由主缆通过索塔传倒塔墩和基础，并承受作用于塔身、加劲梁及主缆上的风力•锚碇•将主缆的拉力传给地基￿重力(zhònglì)式和隧洞式•鞍座：•塔顶鞍座•塔顶鞍座：将主缆传来的竖向力均匀分散到塔柱顶截面•主缆支架鞍座：改变主缆方向，分离主缆，引至锚固位置。

•桥面第29页/共34页第二十九页，共35页悬索桥世界之最￿•￿1￿￿明石海峡大桥(dà￿qiáo)￿￿￿￿￿•1991m，日￿￿本￿1998，￿桁架，上公6下铁2•￿2￿￿大带桥(Great￿Belt)￿￿￿￿•1624m￿，丹￿￿麦￿1996，￿箱梁，￿￿￿￿￿6•￿3￿￿恒伯尔桥(Humber)￿￿•1410m，英￿￿国￿1981，箱梁，￿￿￿￿￿4•￿4￿￿江阴长江公路大桥(dà￿qiáo)￿￿•1385m，中￿￿国￿1999，箱梁，￿￿￿￿￿￿6￿•￿5￿￿香港青马大桥(dà￿qiáo)￿•1377m，中￿￿国￿1997，桁架，上公6下铁2公4￿第30页/共34页第三十页，共35页悬索桥工程(gōngchéng)实例•1￿日本明石大桥•世界上跨度(kuàdù)最大的钢结构悬索公路桥•总长3911米；•索塔间跨度(kuàdù)1991米，为世界第一；第31页/共34页第三十一页，共35页悬索桥工程(gōngchéng)实例•2￿江阴长江公路(gōnglù)大桥•大跨径钢悬索桥桥型•主跨1385米，总长3071米；世界第四第32页/共34页第三十二页，共35页悬索桥工程(gōngchéng)实例•3金门大桥（Golden￿Gate￿Bridge）•地点(dìdiǎn)：旧金山海湾，1937年通车•主跨：4200ft，这一长度记录保持了29年第33页/共34页第三十三页，共35页。

感谢您的欣赏(xīnshǎng)第34页/共34页第三十四页，共35页内容(nèiróng)总结8.1 概述2施工便捷、施工设施简单山东淄博体育馆，54m跨单层平行(píngxíng)索系， 采用预加荷载方法使钢索与钢筋混凝土形成具有抗弯刚度的预应力悬挂薄壳网状布置的单层索形成下凹曲面，索正交吉林冰球馆(76.8m×67.4m) ，中心环环向受拉，也可以为不受拉构件边缘构件可以是柔性构件长轴135.3m，短轴129.4m四川省体育馆(73.7m×79.4m)，重力式和隧洞式主跨1385米，总长3071米第三十五页，共35页。