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精選資料可修改編輯熱烈歡迎各位來(lái)賓參加江西省公路學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)祝愿江西省橋梁工程業(yè)界廣大同仁為國(guó)家工程建設(shè)作出更大貢獻(xiàn)!超千米特大跨斜拉橋的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及對(duì)若干設(shè)計(jì)關(guān)鍵的思考鈞同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋隧工程研究所上海市城建集團(tuán)院士工作研究室2015年11月25日?南昌市
2懸索橋/吊橋,是大跨徑橋梁(l≧1000m)傳統(tǒng)的古老橋型;而斜拉橋則始建于上世紀(jì)50年代中期,但發(fā)展迅速,短短60年的時(shí)間里,其跨徑已從180多米發(fā)展到今天的近1100m(蘇通斜拉大橋主跨1088m,而正在施工中的公鐵合建滬通大橋,l=1092m)。跨徑上幾可與懸索橋平起平坐,相互競(jìng)爭(zhēng)。由于該橋是當(dāng)今全球最富時(shí)代亮點(diǎn)和特色的特大跨斜拉橋,此處將作為示范案例作講授說(shuō)明;文后更兼及本人對(duì)斜拉橋發(fā)展的一點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí),請(qǐng)?jiān)谧鶎<抑刚?/p>
3演講綱目一.我國(guó)大跨度橋梁建設(shè)的今天和未來(lái)二.超千米特大跨鐵公路合建滬通斜拉橋設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題簡(jiǎn)述三.滬通斜拉橋需慎酌考慮過(guò)的若干主要問(wèn)題四.關(guān)于興建超千米公鐵兩用斜拉橋的技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)五.關(guān)于斜拉橋主梁體系及其結(jié)構(gòu)型式研究4六.關(guān)于特大跨斜拉橋有否“極限跨度”問(wèn)題的議論七.可以有效增強(qiáng)特大跨斜拉橋剛度,并對(duì)大變形過(guò)
度時(shí)施作控制策略的可能途徑八.幾個(gè)基本論點(diǎn)九.大橋運(yùn)營(yíng)管理、政策與展望十.對(duì)某擬建城市公路大橋橋型方案的淺見(jiàn)5一.我國(guó)大跨度橋梁建設(shè)的今天和未來(lái)我國(guó)大橋的世界之最:·世界最大跨度的鋼拱橋(中承式)——上海盧浦大橋,獲國(guó)際橋協(xié)IABSE杰出結(jié)構(gòu)國(guó)際大獎(jiǎng);·曾為當(dāng)時(shí)世界第一跨度斜拉橋(1088m)——蘇通大橋,獲杰出橋梁國(guó)際大獎(jiǎng);·世界第二、中國(guó)第一——舟山西堠門懸索大橋(1650m);·當(dāng)年世界第一長(zhǎng)度跨海大橋(34km)——杭州灣跨海大橋;·世界第一跨度鋼筋混凝土拱橋——萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋(進(jìn)入三峽第一橋);6·我國(guó)位列世界前10位的懸索大橋,還有香港青馬大橋;江陰長(zhǎng)江大橋;潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋;南京長(zhǎng)江四橋;泰州千米級(jí)雙跨連續(xù)長(zhǎng)江大橋,等等。(其它,如:宜昌、陽(yáng)邏、武漢、蕪湖、九江、南京、馬鞍山等新建長(zhǎng)江大橋,不一而足,其中大多數(shù)為公路大橋)7·跨長(zhǎng)位列世界前10位采用預(yù)應(yīng)力砼箱梁的斜拉大橋中,其中的6座在中國(guó):南京長(zhǎng)江二橋;白沙洲長(zhǎng)江大橋;荊沙長(zhǎng)江大橋;顎黃長(zhǎng)江大橋;大佛寺長(zhǎng)江大橋;李家沱長(zhǎng)江大橋。我國(guó)的母親河——萬(wàn)里長(zhǎng)江,為我國(guó)橋梁建設(shè)者施展抱負(fù)和才華,提供了大好平臺(tái)。8江海、深谷,天塹跨越。它縮短了時(shí)間與空間的距離,美化了我中華錦繡大地秀美山川,對(duì)我國(guó)遼闊疆域間的溝通和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的騰飛,這些大橋的建成起到了極其重要的推動(dòng)作用。9帶縱向加勁梁的斜拉大橋 10蘇通大橋主航道雙塔扇形索面斜拉橋(1088m)
11杭州灣大橋
全長(zhǎng)34km,主、副航道分別為鉆石型和A型雙主塔斜拉橋
12重慶朝天門長(zhǎng)江大橋
全長(zhǎng)1741m,主跨932m,雙層,寬36.5m,國(guó)內(nèi)最大跨徑的鋼桁橋13斜拉大橋懸臂施工,正安裝斜纜并吊裝主梁14紐約韋拉札諾海峽大橋,跨距1290m,1964年完工之初為全世界最長(zhǎng)懸索橋
15世界最長(zhǎng)公鐵兩用多跨連續(xù)帶加勁梁懸索大橋 16千米級(jí)雙跨連續(xù)三塔泰州公路長(zhǎng)江大橋17泰州公路長(zhǎng)江懸索大橋方案比選18三塔雙跨懸索橋,屬世界之最(泰州公路跨江大橋)19多塔斜拉橋(日本瀨戶大橋)20大跨懸索橋的縱向加勁梁 21跨海大橋,國(guó)內(nèi)已建和待建的,除杭州灣大橋外,還有:·珠江口外伶仃洋港珠澳大橋(36km)——橋隧結(jié)合,人工島過(guò)渡,號(hào)稱“世界七大奇觀之一”;
·渤海灣跨海工程(初擬選為隧道過(guò)海);·瓊州海峽橋隧工程(方案階段);·臺(tái)海大橋/隧道工程(有待爭(zhēng)取立項(xiàng)),等等。22再說(shuō)幾座國(guó)內(nèi)已建的、最長(zhǎng)的跨海大橋:·上海東海大橋(2005,32.5km);杭州灣大橋(2008,34km);舟山五連島工程(2009);青島市膠州灣海灣大橋(2010,41.58km);廈漳跨海大橋(2013,9.335km),等10余座;23按:質(zhì)量、安全、適用、經(jīng)濟(jì)、耐久、美觀,先后排序—國(guó)際橋協(xié)隨著橋跨的日益增大,設(shè)計(jì)施工要求上突出的特點(diǎn)與其發(fā)展趨勢(shì):橋跨結(jié)構(gòu)的柔性化,使進(jìn)一步減輕橋身自重(詳后述,及所帶來(lái)的問(wèn)題);施工架設(shè)的安全、便捷、且又更具特色(四渡河大橋、矮寨大橋);柔度過(guò)大以后,高速行車中的平穩(wěn)性和舒適性問(wèn)題;橋梁抗風(fēng)、抗震的安全性。24新材料、新工藝、新型架橋機(jī)械和各種新型技術(shù)手段的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、專用設(shè)計(jì)軟件程序研制;(有效的快速優(yōu)化和虛擬仿真模擬與分析)部件工廠化生產(chǎn)的智能化制造工藝系統(tǒng);橋梁施工,利用GPS和遙測(cè)、遙感技術(shù)做定位測(cè)量與控制。橋梁美學(xué)(城市橋?yàn)樽睿?,等等?5橋跨結(jié)構(gòu)的日益輕型化,主要體現(xiàn)在:懸索、斜拉大橋采用鋼箱主梁;密索體系斜拉橋采用鋼桁式主梁(滬通大橋),梁的“高跨比”大大降低,橋型更顯輕盈,且透風(fēng)性能好,使之能適應(yīng)跨越大跨的鋼斜拉橋至1200m;而懸索橋今后有望突破3000m(日本明石大橋l=1990m,屬世界之最)。2621世紀(jì)人類用橋梁征服自然的目標(biāo):以跨海工程言,從全球看:寬度在100km以內(nèi)的海峽共20多處;而孤立于大陸之外、具有開(kāi)發(fā)使用價(jià)值的近海島嶼可謂無(wú)數(shù),一個(gè)個(gè)處女地足夠橋梁人去自由馳騁、建功立業(yè)。山嶺地區(qū),遇山鑿洞、遇谷架橋、崇山峻嶺、黃土高坡、巖溶暗河,再困難也難不倒為“造福當(dāng)代、功在千秋”,勤勞智慧的橋隧人。27二.超千米特大跨鐵公路合建滬通斜拉橋設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題簡(jiǎn)述。所介紹內(nèi)容的要點(diǎn)是:橋位介紹斜拉橋與懸索橋的橋型比較超千米特大跨公鐵兩用斜拉橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)大橋豎向和橫向變形剛度及其抗風(fēng)穩(wěn)定性列車高速運(yùn)行時(shí)的大橋平穩(wěn)性和安全風(fēng)險(xiǎn)控制大橋主梁結(jié)構(gòu)體系和型式幾個(gè)基本論點(diǎn)的商榷 28江蘇公路網(wǎng)規(guī)劃圖中錫通通道位置
國(guó)內(nèi)外已建的公、鐵兩用斜拉橋序號(hào)橋名國(guó)家跨徑(m)材料1巖墨島橋日本420鋼2柜石島橋日本420鋼3P-E橋阿根廷330鋼4巴拿馬運(yùn)河D橋和G橋阿根廷330鋼5蕪湖長(zhǎng)江大橋中國(guó)312鋼桁架6賽弗林橋德國(guó)302鋼7庫(kù)爾特舒馬赫橋德國(guó)287鋼8上卡賽爾河橋德國(guó)257.8鋼30上層:雙向6車道公路下層:上下行三股鐵道三.滬通斜拉橋曾慎酌考慮過(guò)的若干主要問(wèn)題1.關(guān)于大橋采用斜拉橋或懸索橋橋型的比較(1)越洋、跨海大橋所要求的通航跨徑,一般<1,800~2,000m;而
江、河下游段的通航跨徑,一般<1,200(1,400m),則已在斜拉橋的安全跨度之內(nèi)。(2)斜拉索從“稀索”到“密索”(索距6~10m)轉(zhuǎn)變,使大橋主箱梁由受彎改為受壓為主,這樣梁高將大大減??;32鋼板砼疊合橋面、預(yù)應(yīng)力砼(pc)箱梁和鋼箱梁的采用。上二者,使斜拉橋跨度可達(dá)到1,200m,甚至~1,400m,早已突破了早年經(jīng)濟(jì)跨度600~800m的約束。主梁高度降低后(h/l<1/250~1/350),斜拉橋凸顯了“輕型化”;國(guó)內(nèi)已建斜拉橋>700座,含:鋼箱梁、PC箱梁和加勁梁、鋼板砼迭合梁、混合加勁梁,等等;斜拉橋多屬自錨,節(jié)約了龐大的江中水下錨碇工程,也有用部份地錨式(雙錨體系,后墻)。33
超大跨斜拉橋(≥1400m)的新進(jìn)展——部分雙地錨、交叉索(bi-anchorcrossstayedcable)
斜拉橋3435制約斜拉橋向更大跨度發(fā)展的主要因素:跨中主梁的軸壓值(因拉索水平向拉力導(dǎo)致的)過(guò)大,致梁高加大、加厚,故而橋自重大大增加,成為控制橋跨的主要制約要害(主梁自重將占全橋荷載的80%或以上,且跨度大時(shí),跨中拉索的水平夾角就越小,其水平分力則更大,導(dǎo)致主梁軸壓力進(jìn)一步增大);跨度大時(shí),橋塔過(guò)高;(H/L≈5.0)跨中主梁抗彎剛度偏小。36上述新體系斜拉橋(較常規(guī)的)的技術(shù)優(yōu)勢(shì):主梁最大恒載和活載軸壓力,均可望削減25%~30%;交叉索段拉索的水平分力,因左右對(duì)消而可不再積累,因而使該交叉段各主梁的軸壓應(yīng)力水平可削減至最低;利用小尺寸地錨,消除因拉索水平分力對(duì)邊跨主梁產(chǎn)生的水平軸壓力,并進(jìn)而約束索塔的水平偏移量;37跨中交叉索區(qū)段的各主梁重量由兩個(gè)方向拉索的豎向分力提供雙重支承,從而增大了跨中主梁的抗彎剛度;橋塔高度有望降低:跨中交叉拉索對(duì)主梁的雙重支承,使較原先單根拉索索力減小了一半;故允許跨中拉索采用更小的水平傾角,橋塔高度為此而可大幅降低15%~20%。“塔跨比”可望降到1/5.5,甚至更小。38(3)以l~1,200m為例,斜拉橋較之懸索橋的優(yōu)勢(shì),體現(xiàn)在:總造價(jià)節(jié)約~20%或更多。采用“倒丫字”型或“鉆石”型橋塔,及相應(yīng)的扇形索面時(shí),斜拉橋的抗風(fēng)橫向剛度、抗扭空間剛度、豎向抗撓(彎)剛度和抗風(fēng)力的顫振穩(wěn)定性,較之同等跨度懸索橋,都將更高。39雙錨體系大跨斜拉橋,其豎向剛度較懸索橋也將更優(yōu)。所用“鋼材比”,可節(jié)約~25%或更多。斜拉橋無(wú)需龐大的錨碇結(jié)構(gòu)。為解決斜拉橋的跨徑更大時(shí)、加勁主梁受壓的壓力值過(guò)大問(wèn)題,建議采用“雙錨索體系”的構(gòu)思,它可使斜拉橋的極限跨度進(jìn)一步拓長(zhǎng)。40多塔斜拉橋,如下表所示,國(guó)內(nèi)外已建過(guò)多處,但其中的問(wèn)題可能是:中間橋塔未設(shè)置端錨索,故難以有效約束沿橋軸向的塔頂位移,使全橋柔性過(guò)度增大,這樣,會(huì)因附加變形導(dǎo)致橋跨結(jié)構(gòu)的剛度有嫌不足;鄧文中院士(美籍)和丹麥吉姆辛教授對(duì)上項(xiàng)問(wèn)題提出過(guò)幾種多塔斜拉橋的線型布置改進(jìn)方案。不詳述。41
國(guó)內(nèi)外已建的多塔斜拉橋序號(hào)橋名國(guó)家跨徑布置(m)塔數(shù)1香港汀九大橋中國(guó)127+448+475+12732岳陽(yáng)洞庭湖大橋中國(guó)129.8+310+129.823宜昌夷陵長(zhǎng)江大橋中國(guó)-34臺(tái)灣淡水河橋中國(guó)67+2*134+6735梅茲卡拉橋墨西77+312+300+84+68+393哥6新卡奎內(nèi)斯海灣橋美國(guó)160+2*358+16037巴特斯橋希臘305+3*560+30548馬拉開(kāi)波橋瑞典160+5*235+1606422.斜拉橋與懸索橋優(yōu)缺點(diǎn)的進(jìn)一步比選自上世紀(jì)60年代始,由于現(xiàn)代斜拉橋的興起,它具有更多的優(yōu)點(diǎn):(1)斜拉橋整體剛度大,而主梁重量可以減輕;(2)斜拉橋?qū)僮藻^式,無(wú)需外錨碇,采用節(jié)段懸臂施工,還可利用斜拉索的水平分力為混凝土斜拉橋主梁施加的預(yù)壓應(yīng)力;43(3)斜拉橋各根斜拉索的索力是基本上均勻的,能以充分發(fā)揮材料的作用;而懸索橋的主纜拉力卻隨著纜身傾角不同而變化,而且還有彎折等折減,其材料使用不夠充分。在荷載、跨度、材料強(qiáng)度、安全系數(shù)等均為相同的情況下,如果“塔高與跨度之比”也相同,則懸索橋的用索量約為斜拉橋的1.5倍;而如果兩者各取常用的“高跨比”,則斜拉橋與懸索橋的用索量之比將高達(dá)1:2.3。這些都只是一些計(jì)算結(jié)果,確切比值須設(shè)計(jì)確認(rèn)。自上世紀(jì)60年代后起,除非特大跨度(>1100或1200m后)仍多選用鋼懸索橋外,許多情況下都更適宜建造斜拉橋。44
但懸索橋與斜拉橋相比,也有其不少優(yōu)點(diǎn),例如:(1)懸索橋較斜拉橋安裝工期短,在大江大河采用船運(yùn)吊裝大梁,施工更感便捷,不存在斜拉橋長(zhǎng)懸臂施工(有時(shí)還需設(shè)臨時(shí)輔助墩)的風(fēng)險(xiǎn);斜拉橋水中塔墩,均搭設(shè)施工便橋、平臺(tái)和采用鋼圍檁導(dǎo)向沉樁;而懸索橋主梁吊裝后可進(jìn)行型構(gòu)上的整體調(diào)整,使施工變形較易控制;(2)懸索橋較斜拉橋的索塔高度為低,如受有航空凈高等限制條件下,更可適應(yīng)降低塔高的需要;(3)懸索橋柔韌的主纜和剛勁的主梁與塔墩,剛?cè)嵯酀?jì),在對(duì)比中求得彼此協(xié)調(diào),相得益彰,它如彩練般飛跨天險(xiǎn)———江河和深谷,為城市和山區(qū)橋梁美學(xué)上推崇的首選。45四.關(guān)于興建超千米公鐵兩用斜拉橋的技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)——設(shè)計(jì)中需著重關(guān)注的若干方面的問(wèn)題關(guān)注動(dòng)力計(jì)算(活載、風(fēng)載、抗地震)中:特大跨斜拉橋的豎向撓度、橫向位移、主梁梁端縱向位移等值均感過(guò)大,影響列車橋上運(yùn)行的平穩(wěn)性與安全;鐵路活載重、車速高,橋上剎車制動(dòng)力也過(guò)大;46大橋撓曲變形大、線路又不平順時(shí),輪軌磨耗(損)大、振蕩力大,導(dǎo)致卡軌甚至出軌;列車縱、橫向迎風(fēng)面積大,對(duì)風(fēng)流阻力和橫向風(fēng)力作用帶來(lái)不利影響;3~4線鐵路,如只有單向一側(cè)行車時(shí)因偏壓作用所產(chǎn)生的主梁抗扭效應(yīng);似此,大橋豎向、橫向變形剛度及其抗風(fēng)穩(wěn)定性,已是問(wèn)題的要害。47
2.橋梁豎向和橫向的變形剛度以及大橋的抗風(fēng)穩(wěn)定性必須施作大變形控制鐵路列車橋上高速行進(jìn)時(shí)出現(xiàn)的平穩(wěn)性和安全性問(wèn)題,可能引起需關(guān)注的其它方面困難:水平橫向搖擺(sway),后面幾節(jié)車箱尤甚,使沿橋軸水平向產(chǎn)生的橫向振蕩;采用在大橋縱向主跨兩端的邊跨部位增設(shè)輔助跨,以制約大橋端部大的轉(zhuǎn)角變位,其有效性和可靠性有待進(jìn)一步確認(rèn);日后有否由目前的“普鐵”(或城際客運(yùn)專線)轉(zhuǎn)為“高鐵”的可能性,及對(duì)其承載能力作補(bǔ)充驗(yàn)算?在列車長(zhǎng)期往復(fù)循環(huán)運(yùn)行下,注意因纜索鋼材應(yīng)力逾疲勞下限而產(chǎn)生不可恢復(fù)的疲勞效應(yīng)。50五.關(guān)于斜拉橋主梁體系及其結(jié)構(gòu)型式研究(方案1)砼或鋼橋面板(大橋設(shè)計(jì)院推薦)與鋼桁相結(jié)合的結(jié)合桁梁體系;(方案2)PC箱(或鋼箱梁,大橋院推薦)鋼桁疊合梁體系——兩種體系的分析對(duì)比(詳后述)51(1)對(duì)主梁結(jié)構(gòu)體系的上述方案之(1)的認(rèn)識(shí):采用正交異性鋼橋面板,使之與主桁結(jié)構(gòu)共同受力,其力學(xué)屬性和構(gòu)造合理,又可減輕橋面重量;鋼正交異性板對(duì)主梁過(guò)大的彎矩有相當(dāng)?shù)姆謸?dān)作用,能有效降低鐵路橋面縱、橫主梁的內(nèi)力;鋼正交異性板還可明顯降低主桁上、下弦桿的活載軸力、斜纜拉力、鐵路橋面縱桁活載的豎向彎矩,以及主塔縱向彎矩和主塔活載的橫向彎矩與軸力。以上計(jì)算已經(jīng)初步設(shè)計(jì)驗(yàn)證。
53在鋼橋面上方再澆注一層鋼纖維砼防水耐磨層、上鋪道碴和道面層,它既有利于防止鋼板銹蝕又可參與作疊合橋面板受力。這對(duì)特大跨斜拉橋言因柔度大、設(shè)計(jì)上通常受剛度要求條件控制的情況下也是需要的;由于這樣將增加主梁重量而使斜纜相應(yīng)地也增大了截面積,對(duì)提高原來(lái)已顯不足的全橋豎向剛度也是很有效的。54
(2)對(duì)主梁結(jié)構(gòu)體系的上述方案之(2)的認(rèn)識(shí)這一方案的特點(diǎn)是截面剛度大,又有大的自重,使之形成具有足夠重力和很大剛度的承載體系,這樣對(duì)列車行進(jìn)平穩(wěn)性與安全運(yùn)行將最為有利。為提高大橋體系的整體剛度,最為有效的措施是盡可能增大斜拉索的剛度(EF),但主纜變形模量將隨拉索應(yīng)力水平的降低而衰減(呈上凹型非線性彈性),所以,如仍維持原先的主纜拉力而單只增加主纜截面積(F),則因纜索截面增大但應(yīng)力值卻隨之減小而模量值降低(E),則仍達(dá)不到增大大橋豎向承載剛度的目的。要使增加的索面積能得到有效發(fā)揮,則必須使拉索承載后能達(dá)到所期望的應(yīng)力水平值,使纜索抗拉剛度EF值經(jīng)優(yōu)化后達(dá)到最大。這只有靠增大主梁重量來(lái)達(dá)到。55
σE大0E小ε斜拉橋主纜鋼材的非線性彈性特性以pc箱為下弦的桁梁式主梁疊合結(jié)構(gòu),其恒載重量大、透風(fēng)性能優(yōu)良,整體性又強(qiáng),還具有良好的抗側(cè)彎剛度和抗扭剛度;在承受活載最不利作用時(shí),為了滿足體系豎向剛度的嚴(yán)格要求,還要利用主桁桁高形成豎向抗彎剛度更大的組合截面。56在體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)讓絕大部分的恒載軸壓力由pc箱體承受;或使之與鋼桁下弦鋼箱相疊合,而由鋼桁來(lái)承受活載和鋼桁自重恒載。建議將斜拉索直接錨固于pc箱體的兩側(cè),使鋼桁腹桿受力較??;且這樣因鋼桁與pc箱節(jié)點(diǎn)的剪力值變小,鋼桁與pc箱節(jié)點(diǎn)在構(gòu)造處理上也較易實(shí)現(xiàn)。
57采用PC箱梁的優(yōu)點(diǎn),可能還體現(xiàn)在:pc箱體兼作橋面系構(gòu)造,有利于鋪設(shè)道碴(此處不建議采用“整體道床”,使之有利于降噪、減振);ii.由于恒/活載比一般都較大,當(dāng)活載應(yīng)力幅值變化時(shí),有利于降低斜拉索恒、活載應(yīng)力比,該比值不致產(chǎn)生大的波動(dòng);iii.日后橋面養(yǎng)護(hù)工作量也可減小不少。(3)由于橋面寬度大,沿大橋縱向可設(shè)置三片主桁。現(xiàn)方案的桁架式主梁結(jié)構(gòu)透風(fēng)性最好,建議可采用為設(shè)計(jì)所推薦的全鋼方案。58六.關(guān)于特大跨斜拉橋有否“極限跨度”問(wèn)題的議論意大利早年曾為跨越墨西拿(Messina)海峽一座鋼斜拉橋做過(guò)方案設(shè)計(jì):上層公路雙向6車道、下層雙軌鐵路,主跨長(zhǎng)達(dá)1,800m。設(shè)計(jì)時(shí)在結(jié)構(gòu)和力學(xué)上均未有出現(xiàn)任何大的制約性困難。這樣,對(duì)“斜拉橋的極限跨度”似宜理解為“斜拉橋的最大經(jīng)濟(jì)跨度”(而不是由過(guò)去的說(shuō)法:是因結(jié)構(gòu)上“極限技術(shù)跨度”為制約),可能更為妥貼。
59國(guó)內(nèi)也曾有專家僅從單一技術(shù)層面(指只從:結(jié)構(gòu)構(gòu)造、力學(xué)和材料性能等三方面屬性的技術(shù)因素作分析)上論證過(guò),得出:公路鋼斜拉橋的“極限技術(shù)跨度”為2,904m(~3,000m);而預(yù)應(yīng)力砼斜拉橋,受自重大限制該一相應(yīng)值則減小為1,175m(~1,200m);而上述“雙錨體系”預(yù)應(yīng)力砼斜拉橋的極限技術(shù)跨度則也可望達(dá)到3,000m。這些論述似嫌過(guò)分樂(lè)觀而缺乏說(shuō)服力。如再引入經(jīng)濟(jì)層面上的諸制約因素,斜拉橋的極限跨度(指:“最大經(jīng)濟(jì)跨度”)將減小為1,400m左右,可能是比較合理和可信的。60進(jìn)一步深化研究制約特大跨斜拉橋跨徑界限的諸制約因素,可以據(jù)此分別做深入研究,而以上所述的各個(gè)制約因素,應(yīng)該就是大橋今后應(yīng)予加強(qiáng)研究的側(cè)重點(diǎn)。對(duì)此,似可歸結(jié)為以下主要方面:探討大橋結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)穩(wěn)定性,特別是運(yùn)營(yíng)期的橫向風(fēng)振穩(wěn)定性;在側(cè)向強(qiáng)風(fēng)作用下,主梁橫向彎矩及其與軸壓力的共同作用;長(zhǎng)懸臂架設(shè)施工期間,風(fēng)荷載的側(cè)向抖振響應(yīng);列車在橋上高速行進(jìn)情況下,由于大橋剛度不足而產(chǎn)生的大撓度和大的橫向振蕩,對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性的不利影響。61七.可以有效增強(qiáng)特大跨斜拉橋剛度,并對(duì)大變形過(guò)度時(shí)施作控制策略的可能途徑從斜纜錨固方式上,由傳統(tǒng)的自錨體系,改用雙錨體系,在相當(dāng)程度上可減小主梁軸壓力;采用推薦的三索面、甚或空間四索面的斜拉索體系,再配合采用分離式箱梁;62為減小主梁軸壓力,需盡可能減小斜拉索長(zhǎng)度并設(shè)法加大長(zhǎng)拉索的水平傾角,這同時(shí),也就加大了斜纜的豎向吊重(主梁)能力;希做到施工架梁時(shí)的“最大懸挑長(zhǎng)度﹕橋面寬”宜<20﹕1(橋?qū)挻髸r(shí),該比值應(yīng)更小些);其時(shí),再配合采用設(shè)置臨時(shí)墩、臨時(shí)纜風(fēng)、用大塊件吊裝使縮短架設(shè)工期以避開(kāi)風(fēng)季,等等有效的工程措施;研究改用“斜拉—懸索”組合協(xié)作橋型方案;在新材料方面,探索今后有條件時(shí)選用高強(qiáng)輕質(zhì)砼、高強(qiáng)鋼材、碳纖維斜拉索,等等。
63八.幾個(gè)基本論點(diǎn)如采用雙錨體系的大跨斜拉橋,其豎向剛度比之懸索橋?qū)⒏咄怀鰞?yōu)勢(shì)。采用鋼正交異性板的結(jié)合梁體系作為鐵路和公路橋面,對(duì)主梁過(guò)大的彎矩有相當(dāng)?shù)姆謸?dān)作用,因而能有效降低橋面縱、橫梁的內(nèi)力,主塔受力也將得到一定改善。643.對(duì)鋼箱梁(作為鋼桁下弦)與鋼桁相疊合方案的主要考慮之一,是盡可能增大斜拉索的抗拉剛度EF及發(fā)揮其較高的應(yīng)力水平。4.以鋼箱梁為下弦的桁梁式疊合結(jié)構(gòu)的恒載重量大、透風(fēng)性能優(yōu)良而整體性強(qiáng),且具有良好的抗側(cè)彎剛度和抗扭剛度。5.進(jìn)一步研究特大跨斜拉橋跨徑界限的諸制約因素,將很有現(xiàn)實(shí)意義。65九.大橋運(yùn)營(yíng)管理、政策與展望“重建經(jīng)管”,大橋運(yùn)營(yíng)期未能堅(jiān)持平日健康檢測(cè),維護(hù)管養(yǎng)缺失,幾成通病,而大量一般性橋梁更未有納入規(guī)范管理范疇,危象缺乏預(yù)警和及時(shí)整治;按新修編的《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,類別為3類的特大橋和大橋,其設(shè)計(jì)使用年限為100年,個(gè)別120年(港珠澳大橋例)。據(jù)此,我國(guó)解放后修建的許多大橋已到該評(píng)價(jià)、整修、有的甚至要求改建、個(gè)別更需推倒重建;據(jù)2012年底統(tǒng)計(jì),我國(guó)已建橋梁達(dá)70萬(wàn)座,總長(zhǎng)達(dá)3萬(wàn)km,這一海量數(shù)字需財(cái)政投入十分巨大,各地要列入整修規(guī)劃,視條件逐步實(shí)施。66早在1996年,《國(guó)際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)可持續(xù)發(fā)展宣言》提出了21世紀(jì)國(guó)際橋梁“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、耐久、環(huán)?!?項(xiàng)原則,指出了新世紀(jì)橋梁發(fā)展的國(guó)際潮流;大橋工程的前期可行性論證、工程質(zhì)量和耐久性等橋梁建設(shè)中的根本性問(wèn)題,應(yīng)引起橋梁業(yè)界廣大同仁的關(guān)注和重視;67“天災(zāi)人禍”,加大對(duì)大型橋梁損傷破壞最大的地震災(zāi)害以及風(fēng)災(zāi)、水患和泥石流等的抗災(zāi)能力,并避免建設(shè)中急功近利、片面追求速度,犯偷工減料、浮躁冒進(jìn)的惡疾,亟待徹底改變;建議有識(shí)之士,能編篡一本《橋工病害與事故案
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