桥梁发展趋势.ppt

1 桥梁发展趋势 引言 一 18世纪前 桥梁大都是由天然材料 如木 石砖所建造 石拱桥跨度小于30米 主跨37米的中国赵州桥是佼佼者 木桥跨度更小 且防火 耐久性差 难以保存北宋清明上河图中的大木桥是杰作 1779年 英国第一座铸铁拱桥 跨度30 65米的Coalbrookdale桥问世 1801年英国伦敦泰晤士河桥 L 183米 600尺 中国6世纪已有铁链索人行桥 18世纪传入欧洲 一 1883年美国纽约Brooklyn桥 主跨486米的城市悬索桥 1890年苏格兰福思桥 主跨520米的铁路悬臂桁架桥 1975年俄罗斯敞开式桥上弦失稳和1907年加拿大魁北克桥下弦失稳推动力稳定理论的发展 1850年英国第一座铁路钢箱梁桥Britinnia桥问世 20世纪上半叶的技术创新 二次大战前 二 进入20世纪后 电气 汽车和飞机相继发明 人类生活发生巨变 1867年法国人发明了钢筋混凝土 从房屋进入桥梁 20年代 美国大萧条时期率先修筑高速公路 意大利首创米兰法无支架拱桥施工法 改变了过去满堂支架的落后和不安全工法 1905年第一座钢筋混凝土桥问世 替代钢桥成为中小跨度桥梁的主流 30年代 德国纳粹上台 为战争需要 修筑高速公路 20世纪上半叶的技术创新 二次大战前 续 二 法国Guyon Freyssinet钢筋混凝土设计理论 俄国Timoshenko Dinnik Vlasoff稳定和振动理论 薄壁杆件理论 美国VonKarman Newmark空间和非线性分析理论 德国Melan Bleich St ssi Homberg Leonhardt悬索桥挠度理论 钢梁排空间分析理论 30年代 各种桥梁结构分析和设计理论相继建立 著名的有 比利时MassonettR C 梁排分析理论 箱梁分析理论 中国李国豪 K H Lie 悬索桥实用挠度理论 20世纪上半叶的技术创新 二次大战前 续 大跨度悬索桥和拱桥的发展 1937年旧金山金门大桥 主跨1280米 Rocbling布鲁克林桥 Steinmann桁架式华丽桥塔 1931年主跨503 6米的Bayonne桥 Ammann金门大桥和Bayonne桥 1931年纽约华盛顿桥 主跨突破千米达到1006米 三位美国悬索桥的设计大师 BrooklynandGeorgeWashingtonbridge 20世纪上半叶的技术创新 二次大战前 续 二 美国华盛顿洲塔科马桥风毁开始了桥梁抗风研究的新纪元 1932年 主跨503米的澳大利亚悉尼拱桥建成 1943年 瑞典Sand 桥 主跨260米的钢筋混凝土拱桥 20世纪50年代的技术创新 战后 法国Freyssinet于1928年已创立预应力混凝土 但因二次大战而未能实用 德国Dishinger于1938年提出现代斜拉桥的构思 也未能实现 50年代在修复和重建被破坏的欧洲桥梁中开始崭露头角 预应力技术和斜拉桥复兴是战后桥梁发展中的两项最伟大的成就 法国Freyssinett公司开发了一整套预应力材料 锚固 防腐 施工张拉设备 20世纪50年代的技术创新 战后 续 1953年 德国Finsterwald在建造Worms莱茵河桥 首创挂篮悬浇的预应力施工工艺 开发了德国Dywiday预应力系统 以后成为著名的DSI公司 1956年 德国Dishinger在瑞典成功地建造了第一座现代斜拉桥 主跨182 6米的Str msund桥 斜拉桥迅速在德国推广 建成了杜塞尔多夫北桥 L 260m 1958 和科隆Severin桥 L 301m 1960 20世纪50年代的技术创新 战后 续 斜拉桥以其便于悬臂拼装 经济及多姿多态 在桥梁设计竞赛中战胜传统桥型 成为大跨度桥梁主流 德国Leonhardt首创各向异性性钢桥面 代替笨重的钢筋混凝土桥面板 德国首创结合梁桥面保留钢筋混凝土桥面板 但与钢主梁共同工作 各种计算理论 预应力混凝土 各向异性桥面 结合梁 逐步建立并完善 为60年代战后第一次建设高潮准备了理论基础 20世纪60年代的技术创新 四 在欧美各国大兴土木的高潮中 创造了许多工艺 预应力混凝土预制节段的悬拼工法 在移动托架上的拼装工法 预应力夹片锚和抗疲劳的拉索镦头锚问世 高强度螺栓摩擦式连接代替铆钉连接 德国Leonhardt首创的斜拉桥施工控制的倒退分析法 BackAnalysis 得到推广 促进了斜拉桥向大跨度发展 在移动架桥机下的悬挂拼装工法 20世纪60年代的技术创新 续 60年代建造的斜拉桥 著名的有 委内瑞拉Maracaibo桥 L 235m 1962意大利Morandi设计 德国莱沃库森Albert桥 L m 196 德国波恩Ebert桥 L 280m 1967 德国汉堡易北河桥 L m 196 德国杜塞尔多夫Knie桥 L 320m 1969 斜拉桥从稀索发展到密索 从钢桥面发展到预应力混凝土桥面和各种结合形式 提高了斜拉桥的竞争力和适用范围 20世纪60年代的技术创新 续 采用先进施工技术建造的大跨度桥梁有 德国Bendorf桥 挂篮现浇工法 法国Oleron桥 架桥机悬拼工法 法国Oleron桥 移动托架悬拼工法 另一重大创新是英国式悬索桥诞生 扁平箱梁代替钢桁架主梁 混凝土桥塔代替钢塔 箱形或桁架式 主跨988米的英国塞文桥 1966 BridgesinthecenterofParis 20世纪70年代的技术创新 五 70年代是预应力技术的成熟期 斜拉桥从德国向欧 美 日推广 在法国 斜拉桥和预应力结合出现了PC斜拉桥 德国于1979年建成杜塞尔多夫Flehe桥 混合桥面 独塔不对称 主跨368米 相当于双塔斜拉桥已突破700米 1977年M ller设计建成了主跨320米跨越塞纳河的Brottone桥 预应力箱梁和单索面独柱桥塔形成另一种风格的斜拉桥 并首创千吨级和万吨级盆式支座 20世纪70年代的技术创新 续 预应力连续梁桥的顶推施工技术问世 桥头预制 完成工厂化施工 每周一个节段 去鼻梁帮助下 逐段向前顶托 聚四氟支座减少摩擦力 跨越深谷的长桥 曲线桥的经济施工 20世纪70年代的技术创新 续 瑞士著名教授 设计大师ChristianMenn的创作 Salginatobel镰刀形拱桥 20世纪最美桥梁第一名 塔斜拉桥 桥 连续刚架桥Fegire桥 用双薄壁柔性克服温度效应 削减负弯矩 使跨度突破200米 板拉桥 采用预应力体外索 是介于连续梁和斜拉桥之间的新桥型 1983年澳大利亚门道桥 主跨260米 20世纪80年代的技术创新 六 60年代末 日本和丹麦二个岛国开始实施跨海工程计划 1973年 日本建成关门桥 主跨712米的美国式悬索桥 197年 丹麦建成主跨600米的小海带桥 中国进入改革开放新时期 广东率先起步 引入60年代新材料 新技术和新工艺 进行学习和跟踪 预应力索在水泥灌浆防腐的管道内发生锈蚀 防腐失效 引起国际桥梁界关注 原用于加固桥梁的体外索具有可检查 可更换 不预留管道 减薄壁厚 减轻自重等优点得到了发展 20世纪80年代的技术创新 续 六 日本首创平行钢丝索股的悬索桥主缆施工法代替传统的美国 空中纺缆法 高性能混凝土的发展 从50年代C20 25通过磨细水泥和掺加硅粉技术 提高到C60 80的商品化混凝土 减轻自重 增加跨越能力 提高防腐和耐久性指标 出现C100 130的试验桥 20世纪80年代的技术创新 续 六 纤维增强塑料 FRP 加固技术 脊骨梁大挑臂城市高架桥 小型预制中间脊梁和独柱墩用纵向预应力形成骨架 安装两侧预制大悬臂板 用横向预应力成型 第一代单车道匝道桥到第二代双车道 宽8 10m 最后达到四车道 宽18 20m 不影响地面交通条件下施工 占地小 造型美观 适用曲线段的城市高架 混合结构新发展 MixedStructure 从传统的上下层结合 发展到横向结合和纵向结合以及替代腹板 充分发挥钢和混凝土两种材料的优点 20世纪90年代的技术创新 七 90年代是20世纪桥梁的冲刷阶段 纪录跨度桥梁相继建成 法国诺曼第大桥L 856m斜拉桥1995 中国万县长江大桥L 420m钢筋混凝土拱桥1997 日本明石海峡大桥L 1991m悬索桥1998 丹麦大海带桥L 1624m悬索桥1997 挪威桥L 302mP C 连续刚架桥1998 瑞典厄勒松海峡大桥L 490m公铁两用斜拉桥1998 日本多多罗大桥L 89m斜拉桥1999 包括六个跨海工程 跨越纪录海峡 丰予海峡 长岛海峡 津轻海峡 东京湾和伊势湾 欧非直布罗陀海峡工程 20世纪90年代的技术创新 续 七 在日本 丹麦完成跨海工程的带动下 世界进入跨海工程前期工作热潮 意大利墨西拿海峡桥工程 欧亚白令海峡工程 日本第二国土轴工程 太平洋沿岸高速公路 日韩朝鲜海峡工程 英伦三岛之间的跨海工程 日俄拉彼鲁兹海峡工程和鞑靼海峡工程 中国沿太平洋高速公路包括五个工程 跨越渤海海峡 长江口 杭州湾 珠江口和玉琼州海峡 20世纪90年代的技术创新 续 菲律宾连岛工程 中国舟山连岛工程 中国也同步开展了跨海工程的规划工作 马来西亚 印尼马六甲海峡工程 印尼连岛工程 如爪洼和巴厘之间 中国台湾海峡工程 中国万县长江大桥的钢管混凝土劲性拱架及其悬拼悬浇控制技术 20世纪90年代的技术创新 续 七 法国诺曼第桥的平行钢绞线拉索和施工控制技术 挪威 连续刚架桥的预应力悬臂施工技术 丹麦大海带桥的塔墩防撞技术 20世纪90年代的技术创新 日本多多罗桥的长拉索防雨振措施 日本明石海峡大桥的180MP高强度钢丝 20世纪90年代的技术创新 续 七 日本明石海峡大桥的桥塔抗震设计和减振技术 瑞典厄勒松海峡大桥的9000t巨型浮吊整孔架设技术 大桥的健康监测和振动控制技术 日本明石海峡大桥的塔墩深水基础技术 墨西拿海峡大桥分体桥面的抗风技术 结束语 展望 现代桥梁从18世纪算起已有200余年 跨度从不足百米已逼近2000米 对交通的需要推动人类征服大江 深谷和海峡 通过对材料 结构 理论 设备 工艺的不断创新克服困难 解决问题 取得技术进步 科学技术的发展是无止境的 新世纪大跨度桥梁的发展趋势 世界桥梁发展的历史是桥梁跨度不断增大的历史 是桥型不断丰富的历史 是结构不断轻型化的历史 发展现状预示本世纪将迎来世界桥梁更大规模的建设高潮 洲际跨海 建立全球交通网的构想跨海工程不是可望而不可即的宏伟蓝图 大跨度桥梁向索结构方向发展 特大跨桥梁采用以斜缆为主的空间网状承重体系或采用悬索加斜拉的混合体系 采用流线型钢箱或采用轻型而刚度大的复合材料作加劲梁 采用自重小强度高的碳纤维材料做主缆 斜拉桥在密索体系的基础上采用开口截面 减小梁的高跨比 大跨度桥梁上部结构轻型化问题 桥梁建筑新材料的开发应用 新材料具有高强 高弹模 轻质的特点 研究超高强硅灰和聚合物混凝土 研究高强双向钢丝钢纤维增强混凝土 纤维塑料 取代目前钢和混凝土材料还有相当长的路要走 大跨度桥梁的预应力技术应用 部分预应力 体外预应力仍将得到应用和发展 增加大吨位预应力应用 无粘结预应力结构 应用锚固于箱梁腋上的平弯预应力索 减小板件厚度 解决局部应力问题 双预应力或预弯预应力梁得到更多应用 大跨度桥梁的动力稳定性问题 跨海工程常年受台风 海浪频繁袭击 海峡地震带 多支地震力激励 多车 快车 重车等行车动力作用 研究特大跨桥梁气动特性 改善气动弹性稳定性 跨海结构振动控制 抗震 减震 抑震 避免车激共振 增大特大跨桥梁刚度 大型深水基础工程的难点突破 目前世界桥梁基础工程实践尚未超过100m深海 直布罗陀海峡桥的悬索桥和多跨斜拉桥方案 基础深达300m 美国将在墨西哥湾修建的石油钻井平台基础 水深达411m 解决100 300m深海基础施工难题迫在眉睫 基