大跨度桥梁的发展趋势调研报告大全.doc

大跨度桥梁的开展趋势调研报告..范文大全 大跨度桥梁结构选型调研报告 大跨度桥梁形式多样，有斜拉桥、悬索桥、拱桥、悬臂桁架桥及其他的一些新型的桥式，如全索桥、索托桥、斜拉—悬吊混合体系桥、索桁桥等等其中，悬索桥和斜拉桥是大跨径桥梁开展的主流本文针对大跨度桥梁结构选型和设计这一问题做了综合性的总结和归纳 关键词：大跨度桥梁;斜拉桥;悬索桥;桥梁造型设计;1引言 20世纪90年代以来，随着世界经济和科学技术的高速开展，大跨度桥梁的建设出现了前所未有的高潮目前，悬索桥的最大跨径已经到达1991m，斜拉桥的最大跨径到达890m随着桥梁跨径的逐步增大，桥梁结构的柔性化趋势日趋明显，桥梁结构的平安性、行车舒适性、架设方便性等一系列问题开始变得愈来愈突出如何更好地解决伴随着桥梁跨径长大化而出现的这些问题，成为21世纪世界桥梁工作者共同面对的挑战本文简要回忆了大跨度桥梁的开展历史，对现有大跨度桥梁建设的成就与问题进行了系统的分析，在此根底上，提出了有关大跨度桥梁设计的一些新设想，希望对未来桥梁设计的开展有所帮助2现代斜拉桥的开展与演变2.1早期的斜拉桥 斜拉桥由索塔、拉索、主梁三局部组成。

从历史上看，影响斜拉桥开展的技术因素主要有三个第一，力学分析手段的进步第二，材料性能的改良第三，施工技术的开展从力学分析的角度讲，斜拉桥属于屡次超静定体系，在没有电子计算机帮助的条件下，手工进行力学分析相当复杂现存的早期斜拉桥中，较有代表性的是1867年建造的新加坡cavenagh桥和1874年建造的伦敦albert桥二十世纪 五、六十年代，斜拉桥获得了较快的开展1955年，瑞典建成了主跨183m的stromsund桥;1959年，联邦德国建成了主跨302m的severin桥早期建造的斜拉桥有两个比拟显著的特点：一是单柱式索塔比拟多;二是斜拉索很少2.2密束斜拉体系的出现 随着有限元技术的开展和计算机技术的普及，高次超静定结构的力学分析开始变得简单易行1967年，联邦德国建成了主跨280m的friedrich2e2bert桥，从此拉开了密束体系斜拉桥建设的序幕通过将导入拉索的预应力分布式地传递给主梁，可显著减小梁中的弯矩，并且易于采用悬臂法进行施工因此，密束体系斜拉桥的出现加速了斜拉桥跨度，特别是预应力混凝土斜拉桥跨度的迅速增长1986年，加拿大建成了主跨465m的an2nacis桥;1991年，挪威建成了主跨530m的skaron2sundet桥。

二十世纪九十年代，世界斜拉桥的建设进入了一个鼎盛时期1993年，中国建成了跨度位居当时世界第一的主跨602m的上海杨浦大桥;1995年，法国建成了主跨856m的normandy大桥;1999年，日本建成了跨度位居世界第一的主跨890m的多多罗大桥九十年代的大跨度斜拉桥建设有两个特点：一是大局部出现在中国;二是倒y型和别离式倒y型〔有文献称之为钻石型〕索塔被广泛采用倒y型和别离式倒y型索塔的广泛使用，既有技术方面的原因，也有审美习惯和技术传统的影响，下文将对此做具体的分析 2.3斜拉桥索塔的造型与选择 索塔的形态可以多种多样，需要指出的是，索塔的形态通常和斜拉索的配置密切相关如果采用单索面，那么通常会选用单柱塔或倒y型塔单柱塔可能存在的问题主要有两点：一是从人体工程学的角度看，如果桥面不是太宽的话，单柱塔相对宽大的塔柱会对汽车驾驶员的运动视线产生一些阻断，给人某种程度的压迫感二是从建筑美学的角度看，由于单柱塔上塔柱和下桥墩的剖面尺寸有时相差悬殊，给人以整体不协调的感觉. 单索面的使用通常有两个前提条件：一是主梁〔桥身〕要有固定拉索的中央分割带;二是主梁本身要有比拟大的抗扭刚度。

虽然采用单索面的日本鹤见翼大桥，其主梁跨度到达了52022m，但对于大多数桥梁设计师来说，在设计大跨度斜拉桥时，处于技术和心理感受两方面的考虑，他们通常更倾向于选择双索面布置和单索面桥构造上最接近的是双侧单索面桥，即在桥面的两侧各布置一根互不相连的塔柱，每根塔柱独立张拉出一面索象荷兰的waal大桥这样采用双根单柱桥塔的斜拉桥实际上并不多见，原因有技术方面的，也有心理感受方面的从技术的角度看，由于垂直索面的结构刚度相比照拟弱，风载作用下存在发生振动发散的可能从心理学的角度看，设计师通常更倾向于结构在横桥向存在某种形式上的连接一方面是出于结构受力方面的考虑，另一方面是出于寻找视觉上的支撑，两种因素集合起来的结果，使设计师们更倾向于用横梁将两根独立的单柱联接在一起，以形成垂直于桥面纵轴的框架型桥塔支撑体系当横梁在塔顶将两根独立的单柱联接在一起时，便形成了门型桥塔而当横梁在塔的中部将两根独立的单柱联接在一起时，便形成了h型桥塔将门型桥塔的塔柱向内侧倾斜至极限，可形成倒v型桥塔;将h型桥塔的塔柱向内侧倾斜至极限，那么形成了倒a桥塔究竟是什么原因促使设计师纷纷将塔柱向内倾斜塔柱向内倾斜的直接好处是什么。

不利之处在哪里有什么方法能够平衡兼顾，扬长避短加斜拉索的最初目的是给主梁提供一个竖向支撑，从而减小主梁由于重力荷载而产生的竖向弯矩和变形，使主梁在跨度增加的同时，并不显著增加梁的内力和变形仅从抵抗重力荷载的角度考虑，索平面应尽可能地和主梁平面垂直，以保证斜拉索在沿桥向〔纵向〕铅垂面上的投影，和水平面的夹角最大因此，单柱塔、双根单柱塔、门型塔和h型塔是该条件下比拟适宜的塔型选择但实际面对的问题是，主梁除了要承受竖向重力荷载外，还必须承受横向风荷载等其它方向的荷载，并且横向风荷载的影响程度随主梁跨度的增加迅速增长从力学分析的角度看，要有效地抵抗横向风荷载，索平面应和主梁平面保持比拟适当〔注意，不是最大〕的夹角，以保证索力在横桥方向上的投影，有比拟适宜的大小因此，此时的最优塔型，应当是适度扁平的倒v型或倒a型桥塔随着桥面宽度的增大，相对扁平的倒v型和倒a型桥塔，会使桥墩根底的占用空间增大比拟简单的解决方法有两种：一是在增大塔柱陡度的同时增大索力;二是将柱塔在主梁以下向内收缩间距，形成所谓的钻石型塔身显然，抵抗竖向重力荷载和抵抗横向风荷载对最优塔型的要求存在一些矛盾另外，大跨度斜拉桥还需要考虑抗扭曲的问题。

综合几个方面的因素，人们创造了一种最简单和最直接的解决方法，即在倒v型〔包括钻石型〕桥塔的顶部向上增加一根垂直立柱，并将斜拉索锚固在新增加的垂直立柱上倒v型桥塔加垂直立柱形成的新塔型，就是目前在大跨度斜拉桥建设中广 泛采用的倒y型桥塔 当桥梁跨度比拟大的时候〔500m～600m以上〕，倒y型桥塔中的垂直立柱会变得比拟粗，结果使桥塔沿桥向和横桥向的风阻大大增加降低桥塔风阻的最简单、也是最实用的方法之一，是将倒y型桥塔中的垂直立柱横桥向压扁、沿桥向镂空，也就是将立柱变成横桥向的比拟细长的h型或日型框架，由此形成的桥梁塔型，本文称之为别离式倒y型桥塔事实上，倒a型桥塔也可以归类为别离式倒y型桥塔 当桥梁跨度低于500m时，同样可以采用别离式倒y型桥塔别离式倒y型桥塔近年来得到广泛采用的原因主要有以下几点：一是桥塔本身的造型比拟美观;二是对桥面宽度变化的适应能力比拟强;三是垂直立柱别离使正桥向原先存在的索面空间闭合状态被打破，由此形成的开放式视觉空间，可以有效降低倾斜索面对行车人视觉可能产生的压迫感 从拓扑关系看，别离式倒y型桥塔可根据变形路径的不同，退化演变为倒y型、h型和门型桥塔中的任何一种。

换句话说，从别离式倒y型塔型出发进行结构拓扑优化，可以发现目前常用塔型中的最优塔型 斜拉桥的跨度最大能够到达多少是人们非常关心的一个话题在正面答复这个问题之前，我们先分析一下影响斜拉桥跨度急速增大的因素主要有哪些显然，有技术方面的因素，也有经济和美学方面的因素事实上，正是多因素的复合限制了斜拉桥跨度的急速增大从力学的角度看，斜拉桥跨度急速增大带来的主要问题是：第一，由于斜拉索索力的水平分量需由主梁中的内力来平衡，随着斜拉桥跨度的增加，塔处主梁根部的压应力急剧增大，因此，主梁的抗压稳定性将成为制约斜拉桥跨度急速增大的一个主要因素第二，长柔的拉索比拟容易发生独立索振动，加稳定索和抗风阻尼器虽在一定程度上可以缓解这一问题，但因此付出的经济代价是否值得那么有待商榷从经济学和美学的角度看，限制斜拉桥跨度急速增大的主要因素是：第一，斜拉索的最小倾斜角有一个合理的下限，这个下限值大致在20度左右第二，斜拉桥索塔的高度有一个合理的上限，这个上限值大致在300m～350m左右综合这两个因素，我们估计斜拉桥最大可以接受的跨度应当在1250m～1500m左右3现代悬索桥的开展与演变3.1大跨度悬索桥的出现与流行 悬索桥通常由主塔、主缆、吊索、加劲梁、锚碇五局部组成。

悬索桥自古就有，但近代意义上的大跨度悬索桥那么出现在十九世纪中叶1855年，j1a1roebling建成了世界首座跨度为250m的铁路悬索桥1883年，美国布鲁克林桥的跨度到达了486m1931年，乔治·华盛顿大桥的跨度首次超过202200m1937年，跨度1280m的金门大桥在美国建成1981年，英国建造了跨度142022m的亨伯桥1998年，日本明石海峡大桥的跨度接近2千米，到达1991m 悬索桥跨度的不断增大一方面来源于材料科技和建造技术的进步，但最主要的原因恐怕直接来源于设计思想的根本性转变 在近代悬索桥的开展历史上，曾经出现过3次比拟大的设计思想变革第一次变革出现在二十世纪初1888年，me2len提出了考虑载荷引起的变形对结构内力计算影响的挠度理论，奠定了近代悬索桥设计的理论根底挠度理论发现，悬索桥的整体刚度主要由主缆的重力刚度构成，加劲梁自身的刚度对结构整体刚度的奉献不大因此，随着桥梁跨度的增加，加劲梁的高度可根本维持不变192022年，采用挠度理论设计的曼哈顿桥在美国建成 第二次变革出现在二十世纪四十年代1940年，美国建成了塔科玛桥4个月之后，在19m·s-1的风速下，发生剧烈弯扭振动而坍塌。

塔科玛桥坍塌的事故导致了两个积极的结果：第一，人们开始重新审视挠度理论，发现加劲梁保持必要的刚度，特别是抗扭刚度十分必要第二，桥梁的抗风设计，或者说桥梁的抗风稳定性问题开始引起人们的高度重视试验发现，风引起的扭转或弯扭耦合模态的发散性振动是导致塔科玛桥坍塌的主要原因为加强结构的抗扭刚度，加劲梁的高度开始出现大幅反弹，普遍到达7m～12m桁架式加劲梁几乎成了大跨桥加劲梁的固定做法 第三次变革出现在二十世纪六十年代塔科玛旧桥坍塌事件对桥梁设计思想的影响，在北美和在欧洲是完全不同的美国人的做法是采用桁架式加劲梁解决减小风阻的问题，并将加劲梁的高度大幅增加以提高断面的抗扭刚度英国人那么认为，改善桥梁气动稳定性的合理方式，应当是采用合理的加劲梁剖面形式，主要通过降低风阻和控制气流别离的方法减小扭矩，通过将横剖面闭合的方法增加箱梁的抗扭刚度1966年，英国人的设计思想在塞文桥中得以实现当时，塞文桥988m的跨度虽然并不起眼，但它首次采用的流线型扁平钢箱梁设计却使整个桥梁界产生了强烈的震撼塔科玛旧桥垮桥事件后，对于大跨悬索桥，桁架式加劲梁曾被认为是最有效的加劲梁形式，这一看法由于塞文桥的出现而开始受到人们的质疑。

塞文桥的设计思想，在土耳其的博斯普鲁斯i桥上得以再次展现1981年，英国人建造了跨度142022m的亨伯桥亨伯桥不仅从美国的维拉扎诺海峡桥〔，跨度1298m，建于1964年〕那里夺走了跨径世界第一的宝座，而且在造型上的特征异常鲜明：一是桥塔很矮，只有155m二是边跨比很小，且左右不对称〔分别为0120和0138〕 塞文桥的著名并不在于它的跨度是否曾经到达过世界第一，而在于它首。