国内外桥梁的发展趋势专题讲座PPT.ppt

国内外桥梁的发展趋势 戴 维 二0一0年九月 一、桥梁的发展趋势 二、未来桥梁发展的方向 一、桥梁工程的发展趋势 （一）特点 1、跨径不断增大 2、桥型不断丰富 3、结构不断轻型化 4、施工技术不断发展 5、结构与环境、美学的有机结合 （二）工程实例 1、钢拱桥 2009年 中国 朝天门大桥 主跨552米 中承式钢桁拱桥(双） 2003年 中国 芦浦大桥 主跨550米 中承式钢箱拱桥 1997年 美国 新河桥 主跨518.2米上承式钢桁架拱桥 1931年 美国 贝尔桥 主跨504米 中承式钢桁架拱桥 1932年 澳大利亚悉尼港桥 主跨503米，公铁两用中承式钢 桁架拱桥。 朝天门大桥位于长江与嘉陵江交汇处，全长4.88公里,主 桥为190米+552米+190米三跨连续中承式钢桁系杆拱桥 朝天门大桥为双层公轨两用桥，上层桥面全宽36.5m，为双向6 车道，下层除两线轻轨轨道外两侧各预留有两个汽车行车道,全 宽29m。矢高为128m,跨中桁高为14 m ,中间支点处桁73.13 m , 边支点处桁高为11. 83 m。中跨布置有上、下2 层系杆。 朝天门长江大桥于2004 年底开工建设,2009 年4 月29 日建成通车 主桥采用的连续钢桁系杆拱桥为结构自平衡体系,拱肋产生的 推力由2 层系杆平衡,因此主梁采用类似连续梁的结构支承体 系,具有上、下部结构受力明确的特点 总体施工布置图 (3) 层间大量涌水的防治 创新点: 1.主桥设计首创多肋、飞燕、钢桁拱形 式,是我国大跨度钢桁拱桥设计创新的 代表作。 2.主桥中间支点采用qz14500 t 铸钢球 形铰抗震支座，是目前世界上承载力最 大的球形支座. 边跨临时支墩，代表了目前高墩支架设计理念 创新点: 3.按照主桁不同部位 杆件相差较大的特点 ，设计中采取不同材 质、变截面，打破多 年来国内钢桁梁（拱 ） 杆件单一材质、等 截面的传统。在国内 钢桁拱桥上首次采用 q420qd 材质杆件 创新点: 4.施工中结构受力状态变化较大，要进行多次体 系转换，从简支梁、悬臂梁、连续梁、斜拉体系 、悬索体系、有推力拱、最后形成无推力拱的设 计成桥状态，集桥梁所有结构体系于一桥，是桥 梁设计技术的综合体现。 创新点: 5.主桁结构构件设计的最大板厚达80 mm，创目前国内钢桁梁（拱） 桥中焊 板厚度之最 创新点: 6.钢梁安装设计采用20 00 tm 爬行式 架梁吊机，最大吊重80 t，回转角度 50，最大前移爬坡度20，以适 应钢桁拱上弦变化要求。该吊机是国内 同类型吊机中起重能力最大的。 主拱肋合龙 主拱肋合龙后，桥面吊机安装桥面主体桁架杆件 创新点: 7.主桥下系杆采用“钢制杆件+辅助系索”的组 合式预应力系杆，在国内钢桥永久结构设计 中属首次。通过预应力索的作用，有效降低 刚性系杆杆件内力，减少构件尺寸和钢材用 量，降低了造价。 朝天门大桥八大施工难点 1. 严重破碎漏水岩层基础干施工 2. 超高支架超宽3140.5m双层50m连续箱梁逐跨 一次性现浇施工 3. 2000t.m拱上爬行架梁吊机设计制造及应用 4. 离水面210m高，底部铰接扣塔及多点锚固钢绞线 扣索系统安装施工 5. 552m跨钢桁拱悬臂拼装施工 6. 大悬臂拼装钢桁拱线形控制 7. 钢桁拱及刚性系杆几何合龙控制 8. 高温度高湿度地区高强螺栓施工控制。 九大科技攻关项目 1. 552m跨钢桁拱桥悬拼技术研究 2. 钢桁拱大悬臂安装防倾覆技术研究 3. 14500t球形支座安装精度控制技术研究 4. 钢桁拱及刚性系杆无应力合龙施工技术研究 5. 先拱后梁施工体系转换控制措施研究 6. 大跨径桁架拱桥架设方法与安全保证措施研 究 7. 大跨径拱桥施工控制技术研究 8. 大跨径桁架拱桥节点抗疲劳试验研究 9. 大桥安全监测的信息化技术研究。 重点介绍:1.p7号墩严重破碎漏水岩层基础干施工 桩长北岸侧至南岸侧分别为 13 、17 、21 、23.15 m 基坑施工难点: 1.最大开挖深度18.16 m 2.岩体走向纵横交错, 各种岩石夹杂, 裂隙发育, 局部大量涌水 3.基础施工期间长江水位在+ 159.0 + 162.0 m 之间变动, 承 台底标高为+ 153.10m , 水头压力大, 抢水位施工难度大。 施工措施-采取光面爆破,采用40多台大排量水泵，强排水 开挖到设计标高 (1) 少量渗漏的防治 水头压力较小的情况下, 基坑开挖过程中少量的渗漏是用 设置集水坑集中排放的方法处理 (2) 局部大量涌水的防治 a.针对涌水点的裂隙走向, 判断涌水通道的位置, 在江中潜 水员寻找进水源头的准确位置, 采用棉絮塞缝、袋装混凝 土堆砌封堵。 b.导流封堵法 进水点位置难以找到或过于 分散, 采用潜水封堵困难或效 果较差时采用. 导流漏斗的大小和形状、管 道直径以及封水混凝土的周边 厚度等须根据涌水量的大小、 涌水点的周围岩体形状、水头 压力大小等确定。 c.水下混凝土墙封堵 如果涌水点出水较分散(例如 竖向裂隙、空洞等)、水压过大, 采取导流封堵法操作困难时可采 用次方法. 其关键为: 基坑内水位h 1= 长江水位h 2。保证内外水平衡, 涌水点不存在水的流动, 用导管 法进行水下混凝土浇注的质量才 能得到保证。 d.层间大量涌水的防治 p7 施工过程中, 在砂岩层和泥岩层的交界面, 层间涌水量 最高峰达3 500m3/h。u 形挡水墙 在上下游承台临江侧基坑壁浇筑一道80 cm 厚的u 形混 凝土挡水墙, 挡水墙嵌入基坑设计岩面以下50 cm , 作为 承台的一部分, 结合承台设计配筋。 深层压浆 在u 形挡水墙施 工的同时, 利用100 型地质钻机钻两排 压浆孔, 孔间距为 100 cm 100 cm , 孔径9 cm , 钻至砂 岩和泥岩交界面以 下2 3 m。 在u 形墙混凝土浇 注完毕达一定强度 后, 进行压浆,封闭 砂岩与泥岩交界面 裂隙。压浆时将钢 导管下放到两种岩 层交界面, 压浆头伸 到孔底, 防止浆液从 上部破碎岩层中 流失, 导致压力上不 去, 影响压浆效果。 重点介绍: 2.钢桁拱及刚性系杆无应力合龙施工技术 采取改变边、中支点相对高差的措施,实现三跨连续梁跨中弯矩 、剪力和相对转角均为零的桁拱跨中无应力合龙条件 (1),边支点预降2. 3 m ,使钢梁以1. 138的倾角施工。为顺利合龙, 需先合龙下弦,再合龙上弦。 (2) 因边支点预降施工,故使合龙口间距拉大,为使主拱合龙时合龙 口纵向误差处于微调范围内,避免合龙时大吨位整体移梁,减少 施工风险,南岸(p8墩)边跨钢梁向跨中预偏,通过监控分析,预偏 量为65 cm。在北岸钢梁18 # 节间架完,通过测试, p7 墩支点向 跨中偏离理论值27 cm。 (3) 。在主桁合龙前,需对北岸钢梁采用多点顶推的方法整体移梁 精确定位。利用p6 墩、p7墩和3 # 临时墩顶纵向水平千斤顶将 钢梁整体纵移,调整中支座纵向、横向误差;升降边支点调整中 支座高程; 用主墩顶竖向千斤顶精确调整支座底面平整度。 美国1977年建成 的西佛吉尼亚的 新河桥 ，为主跨 518.2米上承式钢 桁架拱桥 桥面要高出峡谷 267米，横跨914 米宽的峡谷。 该桥所用钢材为耐侯钢，无需养护 耐候钢特性 耐候钢（即耐大气腐蚀钢）是介于普通钢和不锈 钢之间的价廉物美的低合金钢. 耐候钢由普碳钢添加少量磷、铜、铬、镍等微量 元素而成，使钢材表面形成致密和附着性很强的 保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下 面的基体，以减缓其腐蚀速度。具有优质钢的强 韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、疲劳等特 性；耐候性为普碳钢的28倍，涂装性为普碳钢的 1.510倍，能减薄使用、裸露使用或简化涂装使 用。该钢种具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄 降耗，省工节能的特性，使构件制造者、使用者 受益。 澳大利亚的悉 尼港大桥全长 1149米，宽49 米，主拱长 503米，桥面 距水面58.5米 ，拱顶距水面 134米，桥下 可通行万吨级 货轮。大桥于 1930年8月19 日合龙，1932 年3月19日建 成通车。 悉尼歌剧院 悉尼港大桥 悉尼港的美景当属悉尼港大桥、悉尼歌剧院的完美结合。 构成了一副反差强烈又协调一致的美丽图卷 是一座允许游客攀爬到拱桥顶端的大桥 卢浦大桥世界第二钢拱桥 （100550 100） 卢浦大桥像澳大利亚悉尼港大桥一样具有旅游观光的功能） 卢浦大桥当时创下了10项“世界之最” 跨径最大的拱形桥，跨度达550米。 首座采用箱型拱结构，且主截面最大高9米，宽5米。 首座除合龙接口一端采用栓接外，完全采用焊接工艺连接。 在建造过程中，单件构件吊装重量世界最大，达到860吨，河中跨 拱肋吊装最大总量为480吨，也居世界首位。 建筑中融合了斜拉桥、拱桥、悬索桥等三种不同类型的施工工艺 。 整座主桥结构用钢量达3.5万吨以上，是目前世界上单座拱桥用钢 量最大的。 主桥施工措施用钢达1.1万多吨，是目前世界上单座拱桥建 造中措施用钢量最大的一座。 大桥建设中所使用的16根水平系杆索，是当时拱桥中长度 最大(760米)、直径最粗(18厘米)、单根重量最重(110吨)以及 单根张拉吨位最大(1700多吨)的水平索。 现场钢板焊接厚度达100毫米，是世界钢结构桥梁建造中现 场钢板焊接厚度最大的一座。 10 在建桥过程中使用了众多大型机械设备和大型临时施工设施 ，是目前世界上在单座桥梁重建中使用大型机械设备和设施 最多的一座。 另外：在大桥的两根中间横梁上，专家各放置了两个3米长的粘 滞阻尼器使得大桥在950年一遇的特大地震作用下，可以保 证钢板不开裂，钢筋不会被拉断。 为了减小大风通过9m高桥拱后产生的涡激共振，他们为 大桥“涂”上一层“润滑油”导风器，通过在大桥拱顶设置 多个建筑膜结构以“导通大风”。能抵抗12级强风的正面袭击 。 斜拉桥、拱桥、悬索桥三种施工工艺 塔高128米 塔高128米 主拱肋和龙 斜拉索 2万吨水平推力16根水平系杆索 提篮式刚拱桥 猫道系杆索施工 设6根走道索，6道托 梁，7跨66米长。跨中 最大挠度2.5米。 五个第一 第一次集纳多种工艺 建一座桥等于建三座桥 第一次设计独特软件 随时掌握大桥状况 第一次采用全焊接 焊缝偏差连蚂蚁都爬不过 第一次安装阻尼器 千年一遇的地震摧不倒 第一次设置导风器解决了可能产生的涡激共振问 题，12级强风正面袭击也不怕 2、钢斜拉桥 世界大跨径钢斜拉桥排名 序号桥名 主跨(米 ) 结构形式所在国家建成年限 1苏通长江大桥1088钢箱中国2008.6 2昂船洲大桥1018 钢箱中国 香港 2009.12 3多多罗大桥890主钢边砼混合梁日本1999 4 诺曼底大桥856主钢边砼混合梁法国1995 5南京长江三桥648钢箱中国2005 昂船洲大桥横跨蓝巴勒海峡，大桥的主跨度长1018米 将葵涌和青衣岛的8号和9号货柜码头连接起来 . 昂船洲大桥离海面高度73.5米 分离式加劲钢箱梁，桥面宽53米 最重的单元梁段达到650吨 圆锥型钢混结构塔柱，高度290米 日本 多多罗大桥，将生口岛和大三岛连为一 体。 多多罗大桥主跨890m的流线型加劲钢箱梁斜拉桥。于 1992年4月开工，1999年4月建成通车。倒y字型钢塔 上部的狭缝是应景观性和力学性要求特别设计的。 主梁包括桥塔两侧各116m长的三室混凝土梁，主跨的中部是624m 长的钢梁。主梁外形为扁平的梯形箱梁采用悬臂法施工。 法国诺曼底桥 桥塔高202.70m 为避免索面内斜缆的振动，在每个索面内布置了4 对直线连接索，在缆索下端安装了阻尼器。 苏通大桥位于江苏省南通市和苏州（常熟）市之间，总长8206米. 其中主桥采用 100+100+300+1088+300+100+100=2088米的双塔 双索面钢箱梁斜拉桥。 四项世界第一： 主孔跨度1088米，列世界第一；主塔高度300.4米,列世界第一 ；斜拉索的长度577米,列世界第一；群桩基础平面尺寸113.75 米 x 48.1米，列世界第一。 十大关键技术： 1、主桥结构体系研究 2、抗风性能研究 3、抗震性能研究 4、防船撞系统研究 5、超大群桩基础设计与施工 6、冲刷防护设计与施工 7、超高钢混桥塔设计与施工 8、超长斜拉索减振技术 9、主梁架设技术 10、施工控制技术 详见: 苏通大桥施工短片 希腊 列昂-恩的列昂桥（286+3x560+286)=2252m -科林斯湾大桥 科林斯海峡是地壳运动、 大陆漂移的产物 八面体墩身 漏斗形墩帽 海面以下结构形式 “包裹法”加固地基（ 150200根直径2米的钢管 桩）+3米厚砾石层+直径90 米、高13.59米的钢筋混 凝土沉箱+圆锥形混凝土空 心墩 混凝土空心墩 地理情况 桥址处水深达65米，海床以 下500米未见基岩，地基土 主要为粉质粘土和粘土组成 。且地震频发，存在潜伏的 地壳运动。 钢筋混凝土沉井 砾石层 钢管桩 地震发生时，基础可相对滑移1.8米 在水下65米：海床开挖+构筑包裹体（提腿式平底船配 打桩机和砾石摊铺装置）+铺设和刮平砾石层 基础在桥址附近的干船坞中施工。 船坞长200米、宽100米、深14米， 满足两个基础同时施工。 基础非弹性变形的消除 是靠海水压载来实现的 钢筋混凝土沉井 砾石层钢管桩 混凝土空心墩 请看科林斯湾大桥短片 2、大跨径悬索桥 世界大跨径悬索桥排名 序号桥名 主跨（ 米） 主梁结构形式所在国家建成年限 1 明石海峡大桥 1990简支钢桁日本1998 2 西候门大桥 1950 连续钢箱 中国2009主桥联通 3 丹麦大贝尔特桥 1624连续钢箱丹麦1998 4 润扬长江大桥 1490钢箱中国2005 5 亨柏桥 1410钢箱英国1981 6 江阴长江大桥 1385简支钢箱中国1999 7 香港青马大桥 1377连续钢箱中国1997 8 费雷泽诺桥 1298.5简支钢桁美国1964 9 金门大桥 1280简支钢桁美国1937 日本明石海峡大桥，位于本州岛与四国岛之间，主跨1991m（ 960+1991+全长3911m，为三跨加劲桁梁式双层悬索桥。 于1988年5月动工1998年3月竣工。 两座主塔墩海拔297米，基础直径80米，水中部分高60米。两 条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆组成， 重约5万吨，首次采用180mp级超高强钢丝，使主缆直径缩小 并简化了连接构造。 桥宽35.5米，双向六车道，加劲梁14米，抗震强度 按1/150的频率，承受8.5级强烈地震,抗150年一遇 的80m/s的暴风，为目前世界上跨度最大的悬索桥， 也是世界上最长的双层桥. 1995年1月，日本神户地 区发生里氏72级地震,造成5000多人死亡。震中位 于明石海峡大桥南端，距神户几公里。因为桥址处 的震级接近里氏8级，当时在距该桥50 km远的桥梁 与建筑都已经倒塌,但该桥仅有微小损坏. 当时，该桥刚刚完成桥塔与主缆的施工，开始架设 加劲梁。 由于地面运动,桥塔顶向外倾斜了10 cm， 两塔基础之间的距离增加了80 cm，使主跨增加了近 80 cm，从而接近于1991m，主缆垂度因此减少了130 cm。 镇海 定海 舟山大陆连岛工程连接五个岛， 全长49.96km。其中跨海特大 桥五座，总长23646m。 金塘岛 老虎山 册子岛 西堠门大桥是舟山大 陆连岛工程的第四座 跨海大桥，也是其中 技术难度最大的特大 跨海桥。主桥（ 578+1650+485） m=2713m 有索区 册子岛 老虎山 无索区 金塘岛 主塔基础采用了24根、直径2.8m、长 40余米嵌岩桩，且 采用微裂爆破、挖孔成桩技术 南锚碇 北锚碇 索塔均为多层框架门 式钢筋混凝土塔，塔 高210m左右，塔柱 为变壁厚矩形单箱单 室结构，设三道横梁 。 北边跨锚碇采用重力 式扩大基础锚，南边 跨锚碇采用重力式嵌 岩锚混凝土锚定共计 15.8万立方米。 1、首次采用直升机牵引先导索过海，实现了不封航作业 采用的放索系统与直升飞机分离的模式为国内首创 先导索 先导索过海（江）是悬索桥转入上部结构施 工的关键工序，西堠门水道是国际航道，兼 有特殊的军事用途，施工中不允许全航道封 航作业，且该海域水深、流急、浪高，老虎 山旁无法靠船，如采用传统的拖船牵引先导 索过海方法有着更大的困难和风险，且修建 临时码头等临时设施的费用很高。在此形势 下，西堠门大桥断然决定研究适合中国国情 的直升机牵引先导索过海新技术，并取得了 成功 。 2、猫道为大桥主缆架设、紧缆、缠丝、涂装施工及钢箱梁架 设等工程的实施起到了保障作用 大桥猫道承重索采用了212根直径54毫米的高强钢丝绳，单根承重 索重34吨，每条猫道宽4.6米,中间设置17道横向通道 牵引索系统 牵引索系统 主缆 猫道 3、中跨主缆理论垂度为165.00m，矢跨比1/10，每根主缆由169股索股组 成 ，每根索股又由127根直径5.25mm的高强度镀锌钢丝组成。 利用牵引索系统上的 天车安装吊索索夹 4、跨缆吊机安装 钢箱梁阶段 西堠门水道水深、流 急、浪高、海流复杂， 且海底无覆盖层，主桥 必须一跨过海。 桥位受台风、季风 的影响，抗风稳定性要 求很高，营运阶段检验 风速高达78.74m/s，相 当于21级台风，加劲梁 的型式为扁平流线型分 离式双箱断面，两个封 闭钢箱横桥向拉开距离 为6m，用横向连接箱梁 和横向连接工字梁加以 连接。梁高3.5m，中跨 全宽36m。 二、未来桥梁发展的方向 1、大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展 研究大跨度桥梁在气动、地震和行车动力作用下，结构 的安全和稳定性，将截面做成适应气动要求的各种流线型加 劲梁，并增大其刚度； 采用以斜缆为主的空间网状承重体系； 采用悬索加斜拉的混合体系； 采用轻型而刚度大的复合材料做加劲梁，采用自重轻、 强度高的碳纤维材料 做主缆。 2、新材料的开发和应用 新材料应具有高强、轻质、高弹模、的特点。如：研究 超高强硅烟和聚合物混凝土、高强双相钢丝钢纤维增强混凝 土等； 3、设计上采用高度发展的计算机辅助手段， 进行有效的快速优化和仿真分析（如：科林斯 湾大桥） 4、大型深水基础工程 如： 超过100300米的深海基础施工 5、桥梁建成交付使用后，将通过自动监测 和管理系统保证桥梁的安全和正常运行，一 旦出现故障或损伤，将自动报告损伤部位和 养护对策（如：科林斯湾大桥） 6、更加重视桥梁美学及环境保护 达到人文景观同环境景观的完美结合 近2030年几个重大项目的建设和规划情况 1、国内五大跨海工程 杭州湾大桥（略） （1）广东与港澳特区的港珠澳跨海大桥 （2）辽宁大连和山东烟台的渤海湾跨海大桥 （3）福建与台湾的台湾海峡通道 （4）广东与海南岛的琼州海峡跨海通道 其中难度最大的是：渤海湾跨海跨海大桥（海峡宽57 公里） 琼州海峡跨海通道（海峡宽20公里，水深40米，海床以下 130米深未见基岩，常年受到台风、海浪频繁袭击）。 2、国内连岛工程 （1）舟山大陆连岛工程 （2）青岛至黄岛连岛工程 港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，全长49.968公里。大桥将包括 穿越伶仃西及铜鼓航道的海底隧道6648米、横跨青洲航道主跨460 米钢箱梁斜拉桥，主跨250米、220米、150米混凝土连续刚构桥， 以及70米、50米等跨混凝土连续梁桥等。其中主体工程“海中桥隧” 长达35.578公里。 09年月日，国 家发改委、铁道部 、交通部和海南省 、广东省在北京签 署会议纪要，明确 未来的跨海通道为 “公路铁路两用通 道”，标志这一重 大工程前期工作已 实质性启动。 琼州海峡位于广东省雷州半岛和海南岛之间，西接北部湾，东连 南海北部，呈东西向延伸，长约80公里，宽2040公里，最窄 处18公里，平均水深44米，最大深度114米。 琼州海峡跨海通道 方案选择 在广东省前期研究后