[精品]悬索桥与材料

精品精品 悬索桥与材料悬索桥与材料 材料与悬索桥梁工程摘要桥梁的发展是以材料的发展为依托 悬索 桥的出现和完善都伴随着材料的进步 悬索桥不仅更具科技化 而且更加美观 以悬索桥为代表的新型桥梁成为各国青睐的桥型 在经济全球化和 一体化的大背景下做出了卓越的贡献 关键字悬索桥高强碳素钢丝材料碳纤维随着我国经济实力的进一步 增强 对交通运输的要求越来越高 而桥梁工程作为交通工程的重 要分支发挥着越来越重要的作用 经济一体化已经成为世界发展的重要趋势 洲际之间 海峡两岸和 陆岛之间迫切需要修建大跨度 特大跨度或超长跨度桥梁 桥梁的长度越大深水基础施工的难度越大 而且造价会愈加高昂 一般的梁桥 钢结构桥等难以满足超级巨轮的通航要求 因此需要构造简单 受力明确的桥型 而由主要构件大缆承受拉力的悬索桥成为了跨度超过1000m时最优可 选桥梁之一 悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型 主要由大缆 桥塔 锚 碇 加劲梁和吊索组成 悬索桥在所有的桥型之中的材料利用效率最高 并且在600m以上的 跨度同其他桥型相比也具有很强的竞争力 悬索桥的每一次进步总是建立在材料的进步之上 材料与悬索桥有 着不可分割的联系 1883年跨越纽约东河的Brooklyn Bridge建成通车 设计者是天才的桥梁设计JohnARoebling 由于高强碳素钢丝的使用和空中送丝法 aerial spinning 大缆施工技术的确立 该桥的跨度一下提高到486m 这两项技术是现代悬索桥发展的基础 所以Brooklyn Bridge被大家公认为世界上第一座现代悬索桥 高强碳素钢丝不仅强度比一般的钢丝强度大 而且质量更轻 高强碳素钢丝的出现为长跨度的悬索桥提供了实现的可能 并且实 践说明这是可行的 悬索桥的主要结构为锚碇 塔 主缆和加劲梁 所以悬索桥跨度的 进一步提高需要从各个结构材料的改进着手 锚碇是主缆锚固装置的总称 由砼锚块 含钢筋 及支架 锚杆 鞍 座 散索鞍 等组成 锚块的形式可分为重力式和隧道式 无论采用何种形式锚块都需要 强度大的材料来建造 重力式锚块用大体积的混凝土浇筑 而隧道式锚碇的锚体嵌入岩体 内 巨大的主缆拉力通过锚杆 后锚梁 锚块砼 均匀传递给基岩 若坚实基岩位于桥面之下深度不过30 50m 可修建直接坐落在基岩 上的锚块 若坚实持力层埋识更大 而设计意图是使荷载完全传至该持力层 则必须设置沉井 沉箱 大直径桩 含斜桩 等探基础 预应力混凝土的出现和发展为锚碇的强度发展作出了巨大的贡献 大跨度悬索桥的索塔在50年代以前几乎都是采用钢塔 其主要优点 是施工速度快 质量容易保证 抗震性能好 直到l959年 法国建成主跨608m的其坦卡维尔悬索桥 开始采用砼 塔 而钢筋混凝土技术的出现和发展促进了钢塔到砼塔的转变 索桥一般主塔较高 塔身大多采用翻模法分段浇筑 在主塔连结板 的部位要注意预留钢筋及模板支撑预埋件 对于索鞍孔道顶部的混凝土要在主缆架设完成后浇筑 以方便索鞍 及缆索的施工 与钢塔相比砼塔具有抗风能力强 稳定性高的特点 能为主缆提供 更为安全的稳定保障 锚碇 索塔工程完成 主索鞍和散索鞍安装就位 牵引系统建立后 就应该进行主缆架设工作了 主缆的架设方法主要有空中送丝法 AS法 和预制索股法 PWS法 用空中送丝法架设主缆 19世纪中叶发明于美国 自1855年用于尼 亚瓜拉瀑布桥以来 多数悬索桥都用这种方法来架设主缆 空中送丝法的主缆每一丝股内的钢丝根数约300 600根 再将这种 丝股配置成六角形或矩形并挤紧而成为圆形 悬索桥由其主要构件大缆承受拉力 为此钢丝的出现为大缆强度的 增大提供了可能 而高强碳素钢丝的出现在普通钢丝的基础上进一步增加了主缆的长 度和强度 在架设主缆的过程中也应注意各钢丝的均匀受力 所以钢丝长度和 丝股长度不仅要分别进行调整还应及时进行紧缆和绕组 用预制索股法架设主缆是1965年间在美国发展起来的 其目的是使 空中架线工作简化 自用于1969年建成的纽波特桥以后使用逐渐广泛 我国新近建成的 汕头海湾大桥 虎门大桥 西陵大桥 江阴长江大桥都是采用这个 方法 预制索股每束61丝 91丝或127丝 两端嵌固热铸锚头 在工厂预制 先配置成六角形 然后挤紧成圆形 架设的过程同空中送线法一样 但在猫道之上要设置导向滚轮以支 持绳股 以虎门大桥为例 虎门大桥每束137丝 每丝直径5 2mm 每根主缆1 10束 采用门架式拽拉器牵引索股 在猫道上设置若干个猫道门架安装门架导轮组 牵引索通过这些导 轮组 牵引索上固接有拽拉器 通过主 副 牵引卷扬机的收 故 索 或放 收 索 使牵引索带动拽拉器穿过导轮组作往复运动 索股前端与拽拉器相连 使得索股前端约30m长悬在空中运行 而索 股后段则支承在导向滚轮上运行 通过过程可以看到用预制索股法需要的钢丝与空中送丝法相比强度 要求更高 需要更加强度大的高强碳素钢丝 最后需要架设加劲梁 架设顺序可以从主跨跨中开始 向桥塔方向 逐段吊也可以从桥塔开始 向主跨跨中及边跨岸边前进 但无论采用哪种方法 均需考虑主缆变形对加劲梁线形的影响 所以预应力钢材和预应力混凝土便很好的为加劲梁提供了强度的要 求 现代的悬索桥更是有了多跨悬索桥和多跨斜拉悬索桥的类型 现代多跨悬索桥 以马鞍山长江大桥和泰州长江大桥开创了新纪元 中塔的刚度和柔度匹配 所在中塔鞍座上的滑动约束成为这种桥 型的技术关键 至此可以设想把悬索桥推广到更多跨径 以至于其跨越能力无限 泰州长江大桥钢结构中塔的下段顺桥向采用了人字形 底部双肢中 距35m 借以提高中塔的刚度 马鞍山长江大桥上塔柱采用钢结构 下塔柱采用中空混凝土结构 底部外宽25m 借以提高中塔的刚度 上 钢 下 砼 塔柱之间用 无粘结预应力钢绞线连接 而近代多跨斜拉悬索桥更少见 索系比多跨悬索桥更复杂 这种桥 型有三个索系 斜拉索 悬索 稳定索 都交会到塔顶的鞍座上 复杂的鞍座和三个索系内力的分配 限制了它的使用 至今未见到 更多的实例 一旦自重轻 强度很大的碳纤维材料研制成功 多跨斜拉悬索桥甚 至极限跨径超过8000m的悬索桥都可能成为现实 近代中国的悬索桥发展 自1938年 湖南建成一座公路悬索桥 可 运行10吨汽车 随后又有一批公路悬索桥建成 新中国成立后 共建成70多座此类桥 但跨径小 宽度窄 荷载标 准低 发展大大滞后 90年代后 中国悬索桥掀开了新的历史篇章 主跨452m的广东汕头海湾大桥被誉为中国第一座大跨度现代悬索桥 其主跨位居预应力混凝土加劲悬索桥世界第一 西陵长江大桥 主跨900m 是国内自主设计的第一座全焊接钢箱加劲梁悬索桥 江 苏江阴长江大桥 主跨为1385m的钢箱加劲悬索桥 是目前列为世界 第五的大跨径悬索桥 xx年竣工的江苏润扬长江公路大桥南汊大桥 主跨为1490m 为世界第三的大跨径悬索桥 不久前竣工的舟山西 堠门跨海大桥 主跨1650m 位居世界第二 而我国现代悬索桥的建造起于19世纪60年代 在西南山区建造了一 些跨度在200米以内的半加劲式单链和双链式悬索桥 其中较著名的 是1969年建成的重庆朝阳大桥 1984年建成的西藏达孜桥 跨度达 到500米 90年代的交通建设高潮使我们终于迎来了建造现代大跨度悬索桥的 新时期 跨度为452米的广东汕头海湾大桥采用混凝土加劲梁 广东虎门大桥 为跨度达888米的钢箱梁悬索桥 主跨超过1200米的江阴长江大桥正 在设计之中 3座悬索桥的同时建造将使我国的桥梁科学技术迅速赶上世界先进水 平 现代桥梁跨度的不断增大与材料科学的进步是密不可分的 随着工业