悬索桥造型对受力结构分析.pdf

第 6卷第 2期 2 0 0 7年 0 6月 浙江工商职业技术学院学报 J o u ma l O f Z h e j i a n g B u s i n e s s T e c h n o l o g y I n s t i t u t e Vo 1 6 No 2 J u n 2 0 0 7 悬带桥用作大跨径桥梁的可行性分析 唐忠平 贾辉 浙江工商职业技术学院 艺术设计系 浙江 宁波 3 1 5 0 1 2 摘要 悬带桥是一种新型组合体系桥型 由车道梁 立柱 悬带等部分组成 悬带桥有着其他各类桥型不具备 的优点 本文拟从悬带桥的美学特征 结构受力 动力稳定性和施工工艺上进行分析评价 探讨其用作大跨径桥梁的 可行性 关键词 悬带桥 大跨径 稳定性 可行性 中图分类号 T U 2 0 8 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 9 5 6 5 2 0 0 7 0 2 0 0 4 9 0 3 Fe a s i b i l i t y St udy of St r e s s r i bb on Br i dg e Us i ng as Lon g s pa n Br i dg e T ANF Z h o n g p i n g j I A Hu i Z h e j i a n g B u s i n e s s T e c h n o l o g y I n s t i t u t e N i n g b o 3 1 5 0 1 2 C h i n a Ab s t r a c t S t r e s s ri b b o n B ri d g e i s a n e w k i n d o f c o mb i n a t i o n s y s t e m b ri d g e t y p e i t i s c o n s i s t o f d ri v e wa y b e a m p i l l a r a n d s t r e s s rib b o n e t c a n d h a s s o me a d v a n t a g e s wh i c h o t h e r b r i d g e t y p e s d o n t p o s s e s s I n t h i s p a p e r t h e a u t h o r t r i e d t o a n a l y z e s t r u c t u r e p r e s s u r e s t a b i l i t y c o n s t r u c t i o n c r a f t a n d d i s c u s s i o n t h e p o s s i b i l i t y s t r e s s r i b b o n b rid g e t y pe u s i n g a s l o n g s pa n b r i d g e Ke y wo r d s s t r e s s r i b b o n b ri d g e l o n g s p a n p r e s s u r e s t a b i l i t y c o n s t r u c t i o n c r aft p o s s i b i l i t y 图 1 洞 口淘金桥 0引言 悬带桥是一种新型组合体系桥型 由车道梁 立 柱 悬带等部分组成 悬带呈悬挂状 位于桥面系下方 由预应力高强钢束做成 外包薄层混凝土 受力与有加 劲梁的上承式悬索桥类似 故名为悬带桥 又名反向吊 桥 1 1 1 9 8 9 年 1 月我国第一座悬带桥 洞口淘金桥 如图 1 所示 建成通车 因其独特的造型曾一度引起 国内外桥梁爱好者的广泛关注 1悬带桥美学特征 悬带桥似吊非吊 似拱非拱 结构新颖独特 令人 耳 目一新 悬带 立柱 桥面构成简洁的几何图形 使桥型清 晰 动态分明 悬飘而过的曲线 孕育着强大的力量 产 生一跃而过的力动感与跨越感 明暗相济的桥面 优美 的悬带曲线 显示着结构韵律的渐变美 从远处看 悬 带桥宛如掠水飞过的水鸟 走近看 它又仿佛静卧江面 的天弓 由于结构形式和桥下通航静空的限制 悬带桥 多以亲切尺度出现 虽无斜拉桥和悬索桥恢弘的气势 但是悬带桥的轻巧 秀透和灵气 赋予它极强的亲和 收稿 日 期 2 0 0 7 0 5 1 2 作者简介 唐忠乎 1 9 8 2 一 男 湖南常宁人 浙江工商职业技术学院艺术设计系助教 主要从事建筑施工 结构工程工程方面研究 贾辉 1 9 5 8 一 女 浙江新昌人 浙江工商职业技术学院艺术设计系讲师 主要从事结构工程 建筑装饰工程方面研究 4 9 维普资讯 h t t p w w w l w 23 c o m 论文网 论文大全 h t t p w w w l w 23 c o m 论文网 论文大全 第 6卷第 2期 2 0 0 7年 0 6 月 浙江工商职业技术学院学报 Vo 1 6 No 2 J u n 2 o 0 7 力 与周围景观容易融合 协调一致 同时该桥型建筑 高度低 迎风面小 有利于结构的抗风性和稳定性 具 有广阔的应用前景 图 2 某风景区悬带桥 2结构受力特性 由悬带桥结构简图 如图 3所示 分析得到 悬带 桥结构简洁 受力明确 能充分发挥各组件材料的优良 特性 横道梁 图 3 悬 带桥结构简图 车道梁 立柱 悬带三部分构成一个桁架结构 共 同受力 车道梁直接承受营运荷载 属于压弯构件 立 柱位于悬带和车道梁之间 将车道梁的荷载直接传递 到悬带上 是典型的受压构件 以预应力高强钢束为主 体的悬带是主要承重结构 承受较大的拉力 悬带桥各 组件材料避免了不 良受力 基本做到了各尽其材 是其 他大跨径经济型桥型难以达到的 3结构稳定性 大跨径桥梁的关键技术是结构的动力稳定性和抗 风稳定性 由于悬带是柔性结构 因而直观上使人对悬带桥 的剐度和稳定性产生怀疑 通过徐厚兴 胡柏学等f 2 耐 淘金桥的实桥荷载实验得到 静载实验满载时 结构最 大挠度为 2 4 1 4 ra m 是桥跨的 1 2 9 0 0 远远低于规范要 求 拱桥 1 6 0 0 梁桥 1 8 0 0 动载实验时 结构自振频率 为 1 7 8 H z 且衰减极快 单车实验时冲击系数仅为 1 2 双向行车时 冲击系数更小 上述结论充分说明了淘金 桥刚度大 结构动力稳定性能好 也说明了现有设计理 论已能够满足悬带桥刚度和动力稳定性设计的需要 5 O 阻挠悬带桥向更大跨度发展的一个重要因素就是 结构的抗风稳定性设计 悬带桥是一个细长结构 尽管 有竖向立柱的支撑 在横向风作用下 悬带会产生发散 振动 即驰振 同时由于横向风在悬带背风面一侧产生 周期性的旋涡脱落 作用在悬带下面的风压就变为周 期荷载 悬带产生涡激振动 国内外广大桥梁专家通过 模型和实桥观测等手段 正在努力探讨这两种振动间 的关系 总结悬带横风向振动微分方程 我 国桥梁设计师 董明 3 通过研究 已经总结 出涡 激振动下悬带横风向振动微分方程为 E i 4 O x t 一 t N 2 r l x t m q s w fo i n a a f 式中 N为悬带轴向力 i n 为悬带均布质量 q 为悬带单位长度上的风压 W 为旋涡发生的圆频率 1 1 x t 为悬带围绕静挠度 1 1 所发生的挠度 土耳其在 B o s p o r u s 海峡桥 预应力钢筋混凝土 悬带桥的稳定性模型实验 4 中得出 悬带桥的刚度和 抗风性能比同跨度吊桥更好 相信随着对悬带桥研究的深入 大跨径悬带桥的 设计理论很快就会完善 4施工工艺特点 悬带桥在施工方面具有其独特明显的优点 以淘 金桥为例 淘金桥设计跨径 7 0 m 矢跨比 1 9 桥面宽 4 5 m 施工时 先在两岸岩石上临时设置隧洞式岩石锚 碇 用来锚固两组由4 8根 5钢丝组成的钢束主索 之后在钢束上外包混凝土 安装完预制悬带槽形底板 后 现浇主柱排架 然后安装 T梁和现浇横隔板 最后 浇注悬带槽内的混凝土 放松外锚使整个结构形成自 锚体系 整个过程工序简单 技术难度低 悬带作为主结 构 其架设十分简单且迅速 施工面易于辅开 同时为 后续工序提供宽敞的施工平台 做到结构多用 整个施 工过程无需任何大型专用施工机具和设备 洞口淘金 桥在整个施工过程中仅用了两台一吨卷扬机 较之斜 拉桥 悬索桥需要大型驳船和塔吊等大型施工机具 无 疑简化了工序 使施工成本大大降低 施工方面另一个突出优点是主结构的施工内力与 营运时内力完全一致 目前使用的其他各类大跨度桥 型都无法实现这一点 由于施工内力始终不会突破结 构内力 悬带桥在施工过程中无需任何附加构件和辅 助设施 这种 无支架 少设备 的独特施工十分有利于 跨江跨海湾大桥的施工 5悬带桥在大跨径桥梁 中的应用举例 维普资讯 h t t p w w w l w 23 c o m 论文网 论文大全 h t t p w w w l w 23 c o m 论文网 论文大全 第 6卷第 2 期 2 0 0 7年0 6 月 唐忠平 贾 辉 悬带桥用作大跨径桥梁的可行性分析 V0 1 6 No 2 J u n 2 0 o 7 悬带桥自上世纪 7 0 年代开始研究 先后建有科罗 拉多桥 速日峰桥 涫渡桥 淘金桥等 悬带桥本身跨度 有限 研究悬带桥用作大跨度桥梁 主要研究它与斜腿 刚构 T构 斜拉等结构体系组合使用 这些组合形式不 仅克服了单纯的悬带桥建筑高度大 占用桥下空间的 缺点 而且大大提高了桥梁的跨越能力 给施工带来极 大的灵活性 科罗拉多桥建成于 1 9 7 2年 由美国 T Y L i n 设 计 该桥中梁段采用悬带式结构 两端为斜腿刚架 外 锚式体系 主跨 1 8 0 m 悬带跨度 1 0 8 m 如图 5 所示 图 4 科罗拉 多桥 日 本的速 日峰桥建成于 1 9 7 7 年 跨度 4 8 6 米 桥 长 5 4 4 8 米 为无组合外锚式悬带桥 速 日峰桥在方案 比选时 有人提出了如图 6 所示 T构与悬带组合的结 构形式 值得借鉴 图 5 日本速 日峰桥方案之 一 在广西巴龙桥方案讨论中 曾提出了构思更加巧 妙的 中承式悬带桥 方案 即刚性斜拉索与中段悬带 的组合结构桥型 如图 8 所示 该桥型集中了斜拉桥和 悬带桥的美学特点 艺术效果更加明显 图 6 广西 巴龙桥方案之一 德国桥梁设计师 F i n s t e r w a l d e r 在传统悬带桥的基 础上 大胆创新 提出了悬带桥的另一种形式 应力 带状桥 此桥型构造更为简洁 取消了桥面系和立柱 将悬带直接作为桥面承受营运荷载 他在为土耳其的 B o s p o r u s 海峡桥做设计方案时 提出了三孔连续预应力 钢筋混凝土悬带桥方案 悬带跨径为 6 0 0 m 桥面板厚 度 3 0 c m 设计车速 9 0 k m h 图 7 B o s p o rus 海峡桥方案之一 6结语 1 悬带桥美观大方 容易与周围景观融合 结构 简洁 受力明确 能充分发挥结构各组件材料的优良特 性 是一种美观型大跨径桥型 2 悬带桥具有足够的刚度和动力稳定性 由于几 何稳定性好 建筑高度低 迎风面小 抗风性能优于同 跨度的吊桥 是一种实用型大跨径桥型 3 主结构施工十分方便且迅速 施工过程无需任 何大型施工设备 同时主结构的施工内力与营运时内 力完全一致 这是目前使用的其他任何大跨度桥型都 无法实现的 从而大大降低了施工难度和建设费用 是 一 种经济型大跨径桥型 4 悬带桥本身跨度有限 只有与斜腿刚构 T构 斜拉等结构体系组合使用时 悬带桥才能充分发挥自 身优势 实现大跨径 目标 通过对世界上已建的几座悬 带桥的观测分析 目前的设计理论已基本上能满足悬 带桥设计的需要 但是部分理论还有待进一步完善 6 悬带桥作为一种新型桥型 在跨江跨海湾大桥 中有着十分广阔的应用前景 参考文献 1 徐厚兴 胡柏学 等 淘金桥荷载实验们 中南公路工程 1 9 9 0 1 2 董明 预应力混凝土悬带桥结构的分析计算方法叨 云南工 业大学学 报 1 9 9 5 2 3 邵军 戴仁杰悬 带结构桥梁设计的