大跨度桥梁的技术发展动态和勘察设计新概念.ppt

HaiboLiuPhD SWJTU 1 大跨度桥梁的技术发展动态和勘察设计新概念 主讲 西南交通大学 2 HaiboLiuPhD SWJTU 讲座内容 概述梁桥拱桥悬索桥斜拉桥跨海湾桥梁其他桥型桥梁结构设计理论的发展21世纪桥梁展望 3 HaiboLiuPhD SWJTU 1 概述 对大跨度的定义公路桥梁与铁路桥梁 历史发展与特点公铁两用桥结合各类桥型介绍技术发展趋势和设计特点 4 HaiboLiuPhD SWJTU 钢桥跨度的发展 5 HaiboLiuPhD SWJTU 2 梁桥 预应力混凝土梁桥自20世纪70年代起 大跨连续梁应用更为普遍 出现了连续刚构桥型 T型刚构桥逐步淘汰预应力技术介于先张法和后张法之间的预应力张拉技术真空管道压浆与钢筋防腐体外预应力 无粘结预应力高强轻质混凝土预制分段施工技术大跨度连续梁 刚构 存在的问题 长期下挠 开裂 6 HaiboLiuPhD SWJTU ChillonViaductinSwitzerland1969104m 7 HaiboLiuPhD SWJTU FelsenaubridgeinSwitzerland1975144m 8 HaiboLiuPhD SWJTU GatewayBridgeinAustralia1986260m 9 HaiboLiuPhD SWJTU 国外的几座连续刚构公路桥 挪威Raftsundet桥 1998 298m 主跨的224m梁段内使用细骨料轻质混凝土 挪威Stolmasundet桥 1998 301m 主跨的184m梁段内使用细骨料轻质混凝土 英国Skye桥 1995 250m 10 HaiboLiuPhD SWJTU 葡萄牙铁路连续刚构桥 S oJo oBridge 1991年 主跨250m 双线铁路 11 HaiboLiuPhD SWJTU 虎门大桥辅航道桥 1997年 主跨270m 广东洛溪大桥 1988年 主跨180m 国内的几座连续刚构公路桥 黄石长江大桥 1995年 主跨245m 云南元江大桥 2003年 主跨265m 12 HaiboLiuPhD SWJTU 南昆铁路清水河桥 1996年 主跨128m 南昆铁路板其二号桥 1996年 主跨72m 国内的几座连续刚构铁路桥 攀钢二期工程金沙江铁路大桥 1995年 主跨168m 宁波大榭岛跨海大桥 170m 铁路单线 公铁两用桥 2001年 13 HaiboLiuPhD SWJTU 预应力混凝土梁桥排名 重庆石板坡连续刚构桥 在建 主跨330m 跨中一部分梁段为钢梁 14 HaiboLiuPhD SWJTU 介于先张法和后张法之间的预应力张拉技术 由乌克兰的工程师发明新的预应力工艺是在浇捣砼尚未凝固的时候施加预应力 砼在压力的情况下固结 这种施加预应力需要用特殊的可滑动的模板及能把压力传给砼的装置在同样配筋率情况下 可提高梁的承载力25 34 柱的承载力75 抗裂度不变 已在重达30吨的桥梁构件中使用 15 HaiboLiuPhD SWJTU 真空管道压浆与钢筋防腐 常规后张预应力靠碱性混凝土防腐 一旦碱性环境破坏 预应力就会腐蚀过去几十年大量采用的化冻食盐带来结构混凝土严重的耐久性与腐蚀问题 英国曾在1992 96年期间暂时禁止后张混凝土的应用 常规管道压浆的普遍问题 不密实真空管道压浆可基本解决密实度问题 但对管道材料有特殊要求钢筋涂层材料 环氧树脂 锌 油脂 腊和塑料等新型预应力材料 玻璃或碳 纤维增强塑料 FRP 具有高强 耐久和抗腐蚀的特性 重量轻 高强度和无磁性性能 ACI440 4R 04 PrestressingConcreteStructureswithFRPTendons 2004 16 HaiboLiuPhD SWJTU 瑞士BoisdeRossetViaduct 1990 特点 减小截面尺寸 提高混凝土浇筑质量 无须预留孔道 减少孔道压浆等工序 施工方便迅速 钢束便于更换 钢束线形容易调整 减小预应力损失 但其对力筋防护和结构构造等的要求较高 抗腐蚀 耐疲劳性能有待提高 体外预应力 德国Ruderting桥 1994 德国Trockau桥加固 1998 17 HaiboLiuPhD SWJTU 苏通大桥辅航道桥268m连续刚构体外索布置 18 HaiboLiuPhD SWJTU 混合结构 法国南部的Sylans高架桥 1989 从传统的单一材料 发展到不同材料的横向结合 纵向结合以及竖向结合 替代腹板 充分发挥钢和混凝土两种材料的优点体外预应力 19 HaiboLiuPhD SWJTU 混合结构 德国的ValleyBridgeAltwipfergrund 体外预应力 115m 2001 混凝土 钢波纹板 20 HaiboLiuPhD SWJTU 大跨混凝土梁桥的长期挠度问题 近10多年来 我国相当多的大跨梁桥在通车2 5年后出现持续下挠和跨中底板开裂的现象 黄石长江大桥 32cm 虎门大桥辅航道桥 20cm 预拱度法 传统设计方法 按总弯矩包络图配筋 对预应力及其附加力进行估算 在悬臂施工状态 占主体荷载的恒载弯矩大于预加力产生的反向弯矩 这就导致成桥后跨中挠度的持续发展 零弯矩法 建议的方法 有成功设计的例子 从施工顺序出发 先以悬臂梁为基本图式 通过预应力手段取得了力学上平衡 由此不设预拱度 使施工的立模安装标高与成桥标高能够保持一致 这样不但极大的简化了工程控制 而且实践证明它对控制长期挠度的效果也十分理想 其他因素 材料 徐变系数 21 HaiboLiuPhD SWJTU 采用吊机的悬臂拼装法 佛开高速公路九江大桥 预应力混凝土连续梁 分跨50 100 2 160 100 50m 国内排名第二 1996年建成 悬臂拼装施工 右图为节段预制现场悬拼特点 进度快 制梁质量好 混凝土收缩徐变小 线形容易控制 适合于多跨施工 22 HaiboLiuPhD SWJTU 架桥机架梁 移动支架法 1996年7月 石长线湘江铁路桥62 7 96 62米 23 HaiboLiuPhD SWJTU 架桥机 LunchingGantry 逐跨架设 24 HaiboLiuPhD SWJTU 2 梁桥 续 钢桁梁桥20世纪70年代后 不再建造钢悬臂桁梁桥型式材料 高强钢 屈服点500 700MPa 厚板 40 100mm 厚板焊接构造 栓焊连接 桁梁桥整体节点制造 计算机辅助制造 CAM 计算机一体化制造 CIM 无余量切割 反变形焊接 激光装配等钢板梁和箱梁桥材料 高性能钢构造 正交异性板 全焊结构应用 国内钢桁梁桥多用于大跨度铁路桥 钢板梁桥多用于中小跨度铁路桥 箱梁现多用于大跨公路悬索桥和斜拉桥的加劲梁 包括钢拱桥 设计 同一设计 混合设计 混杂设计 25 HaiboLiuPhD SWJTU 历史上的几座钢悬臂桁梁桥 美国CommodoreBarry桥 501m 1974 日本Minato桥 510m 1974 加拿大Quebec桥 548 8m 1917 英国Forth桥 521m 1890 现代桥梁的标志 26 HaiboLiuPhD SWJTU 钢悬臂桁梁桥排名 27 HaiboLiuPhD SWJTU 国外的几座连续钢桁梁桥 日本Yoshima桥 245m 公铁两用 1988 日本Ikitsuki Ohashi桥 400m 1991 美国FrancisScottKey桥 366m 1977 美国Astoria桥 375m 1966 28 HaiboLiuPhD SWJTU 国内的几座连续钢桁梁桥 公铁两用 钱塘江桥 16 65 84m 1937 1947 武汉长江大桥 128m 1957 芜湖长江大桥 312m 2000 九江长江大桥 216m 1992 南京长江大桥 168m 1968 29 HaiboLiuPhD SWJTU 钢连续桁梁桥排名 30 HaiboLiuPhD SWJTU 整体节点 传统主桁节点 主桁整体节点 长东黄河二桥 钢桁梁 跨度为3 108m 9 96m 1999年5月竣工 31 HaiboLiuPhD SWJTU 高性能钢 桥梁用钢的历史 表现出一条低碳钢 低合金钢 高强度钢 高性能钢的发展轨迹 高强度钢 HighStrengthSteel HSS 在材料韧性和可焊性等方面往往不尽人意高性能钢 HighPerformanceSteel HPS 是一种综合优化了材料力学性能 便于加工制造 适于低温和腐蚀环境 具备较高性价比的桥梁结构用钢 进展 美 日 欧洲从20世纪90年代起 开始研究和应用HPS 97年日本 超级钢材 项目 98年中国 新一代钢铁材料重大基础研究 HPS材料特征 化学成分 碳 磷 硫含量有显著的减少 增加有利于防腐蚀和耐候稀有元素 力学性能 对合金元素进行优化组合 并采用Q T或热力控制处理 TMCP 技术 生产出同时保持高强度 高韧性和可焊性好的细晶粒结构钢 抗腐蚀和耐候性能 通常无需油漆 疲劳性能 有待更多试验 32 HaiboLiuPhD SWJTU 正交异性板 法国诺曼第大桥箱梁透视图 虎门大桥箱梁断面图 33 HaiboLiuPhD SWJTU 按承重结构所用材料划分的设计方法 同一设计 承重结构采用的钢材通常为同一型号 这是常见情况混合设计 MixedDesign 承重结构采用的钢材等级不同 如日本1988年建成的与岛公铁两用连续钢桁梁桥 其在支点附件的上下弦杆采用HT780钢 临近的部分弦杆采用HT690钢 其余杆件则采用强度更低的钢材 正在建造的重庆朝天门大桥 其主桁结构分别采用Q420qD和Q370qD 钢桥面板 桥面系和联结系则采用Q345qD混杂设计 HybridDesign 在一根杆件或一片主梁上采用不同型号的钢材 目的是节省材料和减轻自重 前提是不同钢材之间的焊接不存在困难 34 HaiboLiuPhD SWJTU 国外的几座钢箱梁桥 德国Cologne Deutz莱茵河桥 184 5m 1947 德国Bonn South莱茵河桥 230m 1972 巴西Rio Niteroi桥 300m 1972 带挂孔 日本Namihayai桥 250m 1994 35 HaiboLiuPhD SWJTU 单线铁路桥 钢斜腿刚构 主跨176m 1982 国内的几座钢箱梁桥 石家庄南二环钢箱结合梁公路桥 最大跨度96m 1999 36 HaiboLiuPhD SWJTU 钢箱梁桥排名 37 HaiboLiuPhD SWJTU 3 拱桥 在20世纪30年代 国外钢拱桥的跨度就超过500m我国的大跨度拱桥以钢筋混凝土为主 在90年代 兴起钢管混凝土拱桥 目前正热衷于钢拱桥钢拱桥多采用两铰拱 混凝土拱桥多采用无铰拱 外部超静定次数少拱桥向大跨度发展 重点在无支架施工方法上设计方面 钢管混凝土拱桥设计理论 钢拱桥极限承载力分析 38 HaiboLiuPhD SWJTU 历史上著名的钢拱桥 世界上第一座钢拱桥 位于美国密西西比圣路易斯 建于1867 1874年 主跨158 80m双层桥面 上层为公路 下层为双线铁路 使用至1974年 美国鬼门 HellGate 桥四线铁路桥 主跨298m1916年建成 39 HaiboLiuPhD SWJTU 历史上著名的钢拱桥 美国新河谷桥 1977 518 2m 澳大利亚悉尼港大桥 1932 503m 美国贝永桥 1931 503 6m 美国弗里芒特桥 1973 382 6m 40 HaiboLiuPhD SWJTU 韩国傍花大桥 主跨540m 2000年 美国罗斯福湖桥 主跨330m 1990年 日本Kishiwada桥 主跨255m 1993 日本Shin Hamadera桥 主跨254m 1991 41 HaiboLiuPhD SWJTU 厦门钟宅湾大桥 主跨208m 2004 上海卢浦大桥 主跨550m 2003 中国近年来修建的钢拱桥 中承式钢箱提篮拱桥 云南小湾大桥 主跨130m 2002 上海卢浦大桥 主跨550m 2003 42 HaiboLiuPhD SWJTU 新型的系杆钢拱桥 重庆菜园坝大桥 主跨420m 在建 广州新光大桥 主跨428m 在建 美国Alsea海湾钢拱桥 主跨137 16m 1991 43 HaiboLiuPhD SWJTU 重庆朝天门大桥 在建 552m 宜万铁路万州长江大桥 主跨360m的单拱连续钢桁梁 02年12月开工 2005年6月合龙 44 HaiboLiuPhD SWJTU 钢拱桥排名 45 HaiboLiuPhD SWJTU 历史上著名的混凝土拱桥 三座桥均在瑞士 由著名建筑师RobertMaillard设计 Salgina桥 三铰拱 主跨90m 1930 Aarburg桥 1911 Tavanasa桥 三铰拱 主跨51m 1906 1927年损毁 28年重建 46 HaiboLiuPhD SWJTU 历史上著名的混凝土拱桥 续 西班牙Elsa铁路桥跨度210m1942年建成劲性骨架法施工 瑞典Sando桥跨度264m1943年建成拱架法施工 47 HaiboLiuPhD SWJTU 国外的几座钢筋混凝土拱桥 巴西PontedaAmizade桥 主跨303m 1960 65 南非Bloukrans桥 主跨272m 1983 葡萄牙Arrabida桥 主跨270m 1963 澳大利亚Gladesville桥 主跨305m 1964 48 HaiboLiuPhD SWJTU 克罗地亚Krk桥 钢筋混凝土拱桥 主跨244 390m 1980建成 49 HaiboLiuPhD SWJTU 国内的几座钢筋混凝土拱桥 宜宾小南门大桥 中承式混凝土提篮拱桥 跨度240m 1990年建成 时称 亚洲第一大中承式钢混拱桥 劲性骨架法施工2001年11月7日4 30分左右桥面突然垮塌 宜宾马鸣溪大桥上承式混凝土拱桥 主跨150m 1979年建成缆索吊装施工2004下半年开始加固 50 HaiboLiuPhD SWJTU 国内的几座钢筋混凝土拱桥 续 北京永定河7号桥铁路钢筋混凝土中承式拱桥 跨度150m1972年建成 拱架法施工 涪陵乌江大桥跨度200m1988年建成转体法施工 51 HaiboLiuPhD SWJTU 国内的几座钢筋混凝土拱桥 续 贵州剑河桥 桁架拱 主跨150m 85年建成 贵州江界河桥 组合桁架拱 主跨330m 悬臂施工 1995 广西邕宁邕江大桥 钢筋混凝土拱 主跨312m 劲性骨架法 1996年建成 52 HaiboLiuPhD SWJTU 万州长江大桥 世界上跨度最大的钢筋混凝土拱桥 主跨420m采用劲性骨架 含钢管混凝土 和缆索吊装方法施工1997年建成 1 10全桥模型试验 53 HaiboLiuPhD SWJTU 四川旺苍东河大桥 跨度115m 1990 第一座钢管混凝土系杆拱桥 钢管混凝土拱桥 柳州市文惠大桥 跨度3 180m 1994 第一座中承式钢管混凝土拱桥 54 HaiboLiuPhD SWJTU 广州丫髻沙珠江大桥 跨度360m 2000年 贵州水柏铁路北盘江铁路大桥 轨底到峡谷底深达280m 跨度236m 转体 2001年 武汉江汉三桥 跨度280m 2001年 钢管混凝土拱桥 续 宜宾戎州大桥 跨度260m 缆索 2004年 55 HaiboLiuPhD SWJTU 巫山长江大桥 跨度460m 缆索吊装 2005年 56 HaiboLiuPhD SWJTU 钢筋混凝土拱桥排名 钢管混凝土拱桥 桁架拱桥 57 HaiboLiuPhD SWJTU 拱桥的施工方法 有支 拱 架施工无支架施工悬臂施工分段缆索吊装转体法劲性骨架法上述方法的综合运用无支架施工要点 一是增加拉索 使拱圈能够悬拼 二是及早让部分材料成圈 拱 使其具有承受随后增加的材料重量的能力 58 HaiboLiuPhD SWJTU 施工图片 Krk桥缆索吊装与悬臂施工 悉尼港大桥悬臂施工 59 HaiboLiuPhD SWJTU 南非Bloukrans大桥悬臂施工 卢浦大桥悬臂施工 施工图片 续 傍花大桥悬臂施工 60 HaiboLiuPhD SWJTU 宜宾戎州大桥缆索吊装施工 广州丫髻沙大桥转体施工 宜昌黄柏河大桥转体施工 混凝土拱圈预制分段吊装 钢管混凝土拱桥施工 61 HaiboLiuPhD SWJTU 西班牙Esla铁路桥劲性骨架施工 1942年 62 HaiboLiuPhD SWJTU 万州长江大桥施工 63 HaiboLiuPhD SWJTU 4 悬索桥 最早的大跨度桥型 保持桥梁跨度记录的桥型与其他桥型相比 悬索桥的优势 材料用量和加劲梁截面型式 不随跨度增加而有大的改变构件设计 承重结构在尺寸方面不受限制大缆受力形式 受拉 可充分发挥材料能力施工 大缆是现成的悬吊式脚手架不足 刚度较小 容易振动 64 HaiboLiuPhD SWJTU 布鲁克林 486 5m 1883 曼哈顿 448m 1909 华盛顿 1067m 1931 旧金山金门 1280m 1937 维拉扎诺 1298m 1964 坦卡维尔 608m 1959 福思 1006m 1964 4 25 1013m 1966 恒比尔 1410 明石 1991 大贝尔特 1624 江阴 1385 西堠门1650 润扬 1490 跨度超过400m的部分悬索桥 麦金纳克 1158m 1957 塞文 988m 1966 小贝尔特 600m 1970 阳逻1280 65 HaiboLiuPhD SWJTU 各国悬索桥的主要特点 美国 钢主塔 直吊索 非连续的桁架式加劲梁 钢筋混凝土桥面板 铸钢鞍座和眼杆锚拉杆 空中送丝法 AS法 欧洲 混凝土主塔 全焊梭状扁平钢箱加劲梁 直吊索和斜吊索 AS法日本 钢主塔 直吊索 桁式加劲梁 双层桥面 预制平行丝股法 PS法 中国 混凝土索塔 倾向于采用 扁平钢箱梁 垂直吊索 PS法 66 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国Brooklyn大桥 主跨486m 1883年 67 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国Brooklyn大桥 68 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国GeorgeWashington大桥 主跨1066 8m 1931年 69 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国SanFranciscoBay大桥 主跨704 5m 1936年 70 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国旧金山金门大桥 主跨1080 16m 1937年 71 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国Tacoma大桥 853 4m 1940年7月开通 11月7日风毁 853 4m 1950年10月开通 853 4m 预计2007年初开通 72 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国麦金纳克大桥 73 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 美国维拉扎诺大桥 主跨1298 45m 1964年 74 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 英国福思大桥 主跨1005 8m 1964年 75 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 英国塞文大桥 主跨987 55m 1966年 76 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 英国恒比尔大桥 主跨1410m 1981年 77 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 丹麦大贝尔特大桥 主跨1624m 1998年 78 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 丹麦大贝尔特大桥 79 HaiboLiuPhD SWJTU 因島大橋 770m 1983 大鸣门大橋 878m 1985 桥例 日本本四联络线上的悬索桥 下津井大橋 940m 1988 北备赞大橋 990m 1988南备赞大橋 1100m 1988 80 HaiboLiuPhD SWJTU 日本明石海峡大桥 主跨1990m 1998年 81 HaiboLiuPhD SWJTU 重庆鹅公岩大桥 560m 2001 西陵长江大桥 900m 1996 厦门海沧大桥 648m 1999 桥例 中国的几座悬索桥 汕头海湾大桥 452m 1995 82 HaiboLiuPhD SWJTU 桥例 中国的几座悬索桥 宜昌长江大桥 960m 2001 虎门大桥 888m 1997 83 HaiboLiuPhD SWJTU 香港青马大桥 青马大桥 1377m 1997 84 HaiboLiuPhD SWJTU 江阴长江大桥 1385m 1999 85 HaiboLiuPhD SWJTU 润扬长江大桥 长江 北航道 南航道 悬索桥 斜拉桥 世业洲 扬州 镇江 1490m 2005 86 HaiboLiuPhD SWJTU 武汉阳逻长江大桥 主跨1280m 钢箱加劲梁 在建 87 HaiboLiuPhD SWJTU 舟山西堠门大桥 舟山连岛工程中的一座大桥 主跨1650m 钢箱加劲梁 在建 88 HaiboLiuPhD SWJTU 5 斜拉桥 19世纪出现雏形 20世纪中期出现现代意义上的斜拉桥 后期得到迅猛发展 全世界约有400余座 我国占大约1 4 斜拉桥发展的原因和条件结构造型新颖 直线感和柔细感 新材料的应用 高强钢丝 特别是斜拉索卷材 设计理论和计算技术的进步施工技术的进步经济效益 在400 800m跨度内具有很强竞争力 总体趋势 稀索 密索 混凝土斜拉桥 造型多样化技术问题 斜拉索的防腐 抗风抗震 89 HaiboLiuPhD SWJTU 斜拉桥雏形 90 HaiboLiuPhD SWJTU 斜拉桥雏形 1868年捷克的FranzJoseph桥1908年法国的Cassagne桥1925年法国的Lezardrieux桥 91 HaiboLiuPhD SWJTU 斜拉桥雏形 法国Cassagne钢斜拉桥 主跨156m 1908 09 新加坡Cavenaph桥 1867年 92 HaiboLiuPhD SWJTU 瑞典Stromsund钢斜拉桥 主跨182 6m 第一座 1955年 德国Theodor Heuse钢斜拉桥 主跨260m 德国第一座 1957年 早期斜拉桥 德国Severins独塔钢斜拉桥 主跨302m 1959 93 HaiboLiuPhD SWJTU 中外斜拉桥跨度统计 苏通 昂船洲 南京三桥 仁川 94 HaiboLiuPhD SWJTU 各类斜拉桥的跨度发展 95 HaiboLiuPhD SWJTU 钢斜拉桥跨度排名 结合梁 混合梁 96 HaiboLiuPhD SWJTU 混凝土斜拉桥跨度排名 97 HaiboLiuPhD SWJTU 钢斜拉桥 法国纳泽尔桥 主跨404m 1975 德国Knie桥 独塔 主跨320m 1969 泰国拉玛九世桥 主跨450m 1987 德国Oberkassel桥 主跨257 75m 1976 98 HaiboLiuPhD SWJTU 钢斜拉桥 日本 横滨港桥 主跨460m 1988 名港西大桥 主跨405m 1984 名港西大桥 主跨405m 1984 鹤见翼大桥 主跨510m 1994 生口大桥 主跨490m 1991 99 HaiboLiuPhD SWJTU 日本多多罗大桥 主跨890m 1999 100 HaiboLiuPhD SWJTU 南京长江二桥 主跨628m 2001 101 HaiboLiuPhD SWJTU 南京长江三桥 主跨648m 钢桥塔 预计2005年10月通车 102 HaiboLiuPhD SWJTU 苏通长江大桥 主跨1088m 在建 103 HaiboLiuPhD SWJTU 香港昂船洲大桥 中标方案 主跨1018m 在建 104 HaiboLiuPhD SWJTU 第二仁川大桥 主跨800m 在建 105 HaiboLiuPhD SWJTU 武汉天兴洲公铁两用长江大桥 是国内继武汉 南京 九江 芜湖长江大桥之后的第五座公铁两用长江大桥 也是国内最大的公铁两用大桥大桥设计为主跨504米双塔双索面斜拉桥 公路桥面以上塔高123米 正桥长4657米 公路6车道 铁路4线 设计时速200km 桥面全宽27米工程2004年动工 工期4年半 估算工程总投资约110亿元 106 HaiboLiuPhD SWJTU 结合梁斜拉桥 杨浦大桥 主跨602m 1993年 南浦大桥 主跨423m 1991年 加拿大AlexFraser大桥 主跨465m 1986年 福建青州闽江大桥 主跨605m 2000年 107 HaiboLiuPhD SWJTU ArthurRavenel桥 主跨471m 结合梁 2006 108 HaiboLiuPhD SWJTU 香港汲水门大桥 公铁两用 主跨430m 1997年 舟山桃夭门大桥 主跨580m 2003年 白沙洲大桥 主跨618m 2001年 混合梁斜拉桥 徐浦大桥 主跨590m 1996年 天津海河大桥 主跨340m 2004年 109 HaiboLiuPhD SWJTU 法国诺曼第大桥 主跨856m 1995年 110 HaiboLiuPhD SWJTU 混凝土斜拉桥 济南黄河大桥 主跨220m 1982 宁波招宝山大桥 主跨258m 2000 广东西江金马大桥 主跨283 283m 2002 武汉长江二桥 主跨400m 1995 重庆石门大桥 主跨200 230m 1988 111 HaiboLiuPhD SWJTU 铜陵长江大桥 主跨432m 1995 马桑溪大桥 主跨360m 2001 海南世纪大桥 主跨340m 2003 112 HaiboLiuPhD SWJTU 巴东长江大桥 主跨388m 2004 大佛寺大桥 主跨450m 2001 宜宾中坝大桥 独塔 主跨252m 2003 巴东长江大桥 主跨388m 2004 荆州长江大桥 主跨500m 2002 国内之最 113 HaiboLiuPhD SWJTU 马拉开波桥 委内瑞拉 主跨235m 1962 1981年换索 114 HaiboLiuPhD SWJTU 法国布鲁东桥 主跨320m 1977 美国东亨丁顿桥 独塔 主跨274 3m 1985 西班牙卢纳桥 主跨440m 1983 美国达姆岬桥 主跨396 3m 1989 115 HaiboLiuPhD SWJTU 挪威Helgeland桥 主跨425m 1991 116 HaiboLiuPhD SWJTU 挪威Skarnsundet桥 主跨530m 桥宽13m 倒三角箱形 截面1991 117 HaiboLiuPhD SWJTU 多塔斜拉桥 宜昌夷陵长江大桥 三塔 主跨348m 2001 岳阳洞庭湖大桥 三塔 主跨310m 2001 香港汀九大桥 三塔 主跨448 475m 1997 118 HaiboLiuPhD SWJTU 希腊Rion Antirion桥 四塔 主跨560m 2004 119 HaiboLiuPhD SWJTU 120 HaiboLiuPhD SWJTU 法国米约高架桥 七塔 主跨342m 大桥桥面离地270m 塔顶离地343m 2004 121 HaiboLiuPhD SWJTU 122 HaiboLiuPhD SWJTU 横截面布置 双腹板带风咀扁平钢箱 倒V形桥塔 桥墩上90m分开成两个柔性墩 桥塔截面布置 立面布置 123 HaiboLiuPhD SWJTU 施工图片 设置辅助墩 带导梁顶推施工 钢桥塔吊装就位 124 HaiboLiuPhD SWJTU 钢绞线斜拉索的防护 125 HaiboLiuPhD SWJTU 钢绞线斜拉索的锚具 126 HaiboLiuPhD SWJTU 6 跨海湾大桥 跨海湾桥梁工程的特点工程量大 跨海湾大桥超长 自然条件复杂 安全风险大 施工受风 海潮 雾 雷暴 寒潮等影响 地质条件比较复杂 海底冲刷也比较大 质量要求高 在海洋环境中 对大桥的工程质量 特别是在强度 耐久性 防腐方面的要求非常高 对生态环境的影响投入的大型船舶 吊机设备多预制装配为主 减少海上作业量国内外跨海湾大桥中国杭州湾大桥 东海大桥美国Pontchartrain湖桥 加拿大Confederation桥日本东京湾海上通道 127 HaiboLiuPhD SWJTU 加拿大Confederation桥 12 9km 通航孔250m 典型跨长60m 1997 美国Pontchartrain湖桥 38 42km 跨长24 38m 1956 1969 东海大桥 约31km 已全线贯通 跨海湾大桥实例 杭州湾大桥 36km 在建 128 HaiboLiuPhD SWJTU 日本东京湾海上通道1995 人工岛 人工岛 跨海桥 长4 4km 跨海桥 钢梁 主跨240m 海底隧道长9 5km 129 HaiboLiuPhD SWJTU 东海大桥简介 西起上海南汇区芦潮港镇 跨越杭州湾北部海域 直达浙江省嵊泗县小洋山岛 全长31 1公里 是上海国际航运中心集装箱深水港的配套工程 地理位置 130 HaiboLiuPhD SWJTU 桥梁概况 东海大桥工程位于杭州湾北部的东海海域 大桥全长约31公里 其中陆上段 芦潮港新老大堤之间 约2 3公里 跨海段 芦潮港至小洋山之间 约25公里 港桥连接段约3 6公里 大桥宽度为31 5米 设计为6车道 大桥海上段设有主通航孔一个 副通航孔三个 大桥海上段的非通航孔全长约24公里 设计行车时速80公里 年通过能力500万标准箱以上 按照桥孔跨度 非通航孔又划分为50米跨 60米跨 70米跨三种不同的跨度 其中50米跨共10孔 长500米 60米跨共178孔 长10 637米 其中59米跨43孔 70米跨共146孔 长10 220米 共需预制安装长60 70米 重1600 2200吨的箱梁670片 主航道桥 结合斜拉桥 主跨420m 131 HaiboLiuPhD SWJTU 70m跨混凝土箱梁预制 132 HaiboLiuPhD SWJTU 安装箱梁内模 133 HaiboLiuPhD SWJTU 绑扎钢筋 134 HaiboLiuPhD SWJTU 绑扎钢筋 135 HaiboLiuPhD SWJTU 136 HaiboLiuPhD SWJTU 137 HaiboLiuPhD SWJTU 预应力张拉完成 138 HaiboLiuPhD SWJTU 混凝土箱梁的吊运 139 HaiboLiuPhD SWJTU 140 HaiboLiuPhD SWJTU 运梁码头 141 HaiboLiuPhD SWJTU 桥墩预制 142 HaiboLiuPhD SWJTU 143 HaiboLiuPhD SWJTU 桥墩吊运 144 HaiboLiuPhD SWJTU 145 HaiboLiuPhD SWJTU 146 HaiboLiuPhD SWJTU 147 HaiboLiuPhD SWJTU 箱梁架设 148 HaiboLiuPhD SWJTU 149 HaiboLiuPhD SWJTU 起重能力达2500吨的 小天鹅 号大型浮吊 150 HaiboLiuPhD SWJTU 151 HaiboLiuPhD SWJTU 152 HaiboLiuPhD SWJTU 153 HaiboLiuPhD SWJTU 154 HaiboLiuPhD SWJTU 7 其他桥型 随着桥梁结构创新和桥梁美学日益受到重视 新的或改进的桥型层出不穷 具备生命力的桥型具备合理的结构受力 良好的经济效益和简洁的美学处理 独缆悬索桥 自锚式悬索桥斜拉 拱桥组合体系新型鞍式斜拉体系与部分 矮塔 斜拉桥人行桥 充分体现桥梁构思的桥 155 HaiboLiuPhD SWJTU 旧金山 奥克兰海湾桥 西 东 1936年建成 1989年地震中损伤 独塔自锚式悬索桥 替代东侧的桁架桥 2002年动工 由于经济原因 工程延误 预计2012年完工 signaturespan 156 HaiboLiuPhD SWJTU 施工图片 157 HaiboLiuPhD SWJTU 韩国Yeongjong大桥 空间缆自锚式悬索桥 分跨125 300 125m 2000 158 HaiboLiuPhD SWJTU 日本大阪konohana 此花 大桥 独缆自锚式悬索桥 分跨120 300 120m 1987 159 HaiboLiuPhD SWJTU 160 HaiboLiuPhD SWJTU 马来西亚SeriSaujana桥 斜拉拱桥组合体系 主跨300m 2002 161 HaiboLiuPhD SWJTU 马来西亚SeriWawasan桥 主跨168 5m 2003 162 HaiboLiuPhD SWJTU 163 HaiboLiuPhD SWJTU 日本YumemaiOhashi开启桥 整体偏转开启拱桥主跨240m 2001桥梁座落于两个浮筒基础上 164 HaiboLiuPhD SWJTU 新型鞍式斜拉体系 美国MaumeeRiver桥 预应力混凝土箱梁 主跨2 183m 在建 165 HaiboLiuPhD SWJTU 特征 斜拉索连续 从一侧桥面越过塔上鞍式套管 锚固于另侧桥面优点 减小桥塔尺寸便于美学处理节省材料 166 HaiboLiuPhD SWJTU Alameda桥 主跨130m 1995 西班牙的两座城市道路钢拱桥 BachdeRoda FelipeII桥 主跨130m 1995 167 HaiboLiuPhD SWJTU 人行桥欣赏 西班牙CampoVolantin桥 75m 1997 英国世纪眼开启桥 2000 英国约克世纪桥 2000 英国蝴蝶桥 1998 168 HaiboLiuPhD SWJTU 英国Trinity桥 主跨54m 1995 英国Lockmeadows桥 1999 日本Miho博物馆桥 主跨120m 1997 阿根廷PuentedelaMujer开启桥 2001 169 HaiboLiuPhD SWJTU 德国Lowentor索网桥 斯图加特国际饭店跨街桥 伦敦世纪桥 2000 德国埃森Folkwang博物馆索桥 170 HaiboLiuPhD SWJTU 8 桥梁结构设计理论的发展 结构设计理论的三要素作用与作用效应 结构分析 材料与抗力设计 结构设计的一部分 结构可靠性分析 结构设计的一部分 171 HaiboLiuPhD SWJTU 结构的经济特性曲线 172 HaiboLiuPhD SWJTU 结构的故障特性 浴盆 曲线 173 HaiboLiuPhD SWJTU 桥梁承载能力与养护维修和加固的关系 174 HaiboLiuPhD SWJTU 影响桥梁安全的因素及对策 175 HaiboLiuPhD SWJTU 结构设计方法的演变 基于试验和经验的方法容许应力法破坏阶段法极限状态设计法概率 极限状态 设计法 176 HaiboLiuPhD SWJTU 基于试验和经验的方法 19世纪中叶之前 结构分析方法还处于萌芽阶段 桥梁建造 尤其对大跨新型结构 需依赖模型或实物试验 该方法可以回答构件在破坏时的荷载安全系数K1 即承载能力由于历史条件和认识上的局限 不可能采用试验方法解决所有可能出现的问题 177 HaiboLiuPhD SWJTU 英国历史上两座著名桥梁 Britannia铁路箱梁桥 熟铁 跨度70 146 146 70m 建于1845 1850 1970年毁于火灾曾进行大量试验 证实带加劲肋实腹板的可靠性 其试验对以后钢板梁桥设计起到重要作用 Menai悬索桥 熟铁 跨度177m 建于1820 1826 1940年修复曾按大比例对其索 链杆 和吊杆进行试验 178 HaiboLiuPhD SWJTU 容许应力法 传统设计方法 1826年提出 已沿用了100余年视材料为理想弹性体 用线弹性理论方法 算出结构在荷载下的应力 要求构件截面上任一点的应力 不超过材料的容许应力 即 y K 安全系数K 1容许应力法为促进桥梁工程的发展作出了巨大贡献理论基础 结构分析理论 材料及构件试验 荷载测试三点不足 难以仅用容许应力来防止桥梁其它破坏状态的出现用单一安全系数来考虑不同性质的荷载是不合适的安全系数主要是凭经验和判断确定的 没有可比性 179 HaiboLiuPhD SWJTU 采用容许应力法设计的几座著名桥梁 英国Forth铁路桥 钢悬臂桁架梁 主跨512 2m 1880 90 美国Brooklyn城市悬索桥 主跨487m 1869 83年 美国Bayonne公路桥 钢桁架拱 跨度503 6m 1931年 美国GeorgeWashington悬索桥 主跨1066 8m 1931年 180 HaiboLiuPhD SWJTU 破坏阶段法 极限荷载法 20世纪30年代由前苏联学者提出设计原则 结构构件达到破坏阶段时的设计承载能力不低于荷载产生的构件内力S乘以安全系数K 即KS R以截面内力 而不是截面应力 为验算对象凭计算 无需试验 就能确定荷载安全系数 是其优点该方法具有补充性质 未能自成体系 181 HaiboLiuPhD SWJTU 极限状态设计法 极限状态的定义和分类定义 前苏联学者20世纪50年代初提出 若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态 就不能满足设计规定的某一功能要求 则此特定状态称为该功能的极限状态承载能力 或破坏 极限状态结构或其一部分作为刚体失去平衡 倾覆 滑移 构件或其连接因材料强度不足而破坏 包括疲劳破坏 或因过度的塑性变形而不适于继续承载 结构转变为机动机构 结构或其构件丧失稳定 182 HaiboLiuPhD SWJTU 极限状态设计法 续 极限状态的定义和分类正常使用 或运营 极限状态影响正常使用或外观的变形 影响正常使用或材料耐久性能的局部破坏 包括裂缝 影响正常使用的振动 影响正常使用的其它状态破坏 安全极限状态 国内规范还未采用 局部破坏转变为机动体系 局部破坏结构的关键部位 因材料强度超限 局部破坏结构的构件 丧失弹性平衡的稳定性 或作为刚体失稳 局部破坏构件的一部分或整体 丧失刚体平衡的稳定性 183 HaiboLiuPhD SWJTU 极限状态设计法 续 极限状态法的特点第一次明确提出结构 极限状态 的概念 并规定了各种极限状态及其内涵将单一的安全系数转化成多个 一般为3个 系数 分别用于考虑荷载 荷载组合和材料等的不定性影响在某些设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法例子 公路桥规 d L只解决了容许应力法的前两点不足 仍不可比 184 HaiboLiuPhD SWJTU 概率 极限状态 设计法 20世纪20 30年代 德国和前苏联学者就曾提出过将概率论用于阐述结构安全性的建议 40年代 美国学者提出了结构失效概率这一概念 50年代 前苏联提出以极限状态法为特征的结构设计规范 70年代