斜拉桥梁简介及发展趋势.docx

大跨度桥梁斜拉桥专 业：岩土与地下工程班 级： 10-1班姓 名： 卢雪东学 号： 20101792斜 拉 桥斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔主要是承压，斜拉索受拉，梁体主要承受弯矩，外荷载主要由主梁和斜拉索承受，并由斜拉索将受力传递给索塔。主梁由一根根拉索拉起，等于在梁内设置了许多支撑点，可以将其看作由拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁，这种结构能够非常有效的减小梁体内弯矩，从而降低主梁的高度，减轻结构重量，节省建筑材料，有利于斜拉桥向大跨度方向发展。主梁常见的截面形式有：板式截面和箱形截面。主梁截面选取主要由斜拉索的布置形式和抗风稳定性情况所决定。板式截面的主梁构造简单，施工方便，一般适用于双索面斜拉桥。箱形截面梁有抗弯、抗扭刚度大、收缩变形较小等特点，能适应许多不同形式的拉索布置，对悬臂施工非常有利，而且可以部分预制、部分现场浇筑，为施工方案提供了多种选择，因此箱形截面主梁逐渐成为现代斜拉桥中经常采用的形式。另外，主梁按材料可以分为：预应力混凝土梁、刚混凝土组合梁、钢主梁和混合式梁斜拉桥相对悬索桥有较大的刚度，在抵抗风载、地震、竖向活载的作用方面有优势斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型，也是我国大跨径桥梁最流行的一种桥型。目前为止我国建成或正在施工的斜拉桥共有30余座，仅次于德国、日本，而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。按照交通功能分类 根据桥梁建造的使用目的，可以分为公路斜拉桥，铁路斜拉桥，人行斜拉桥，斜拉管道桥，斜拉渡槽等，有时在一座桥上这些功能是兼而有之的，如公铁两用桥，现在越来越多的斜拉桥都同时通行管道（输送水。液化气。电缆等） ；按照梁体材料分类 有钢桥、混凝土桥、迭合梁桥。复合梁桥、组合梁桥 ；按照塔的数量分类 有单塔、双塔、多塔 ；按照索面不知形式分类 索的布置：面外单面索、双面索、多面索、空间索，单索面应用较少，因为采用单索面是拉索对结构抗扭不起作用，主梁需要采用抗扭刚度大的截面。采用双索面时，拉索的轴力可以抵抗较大的扭矩，所以主梁可以采用抗扭刚度较小的截面，而且双索面对桥体抵抗风力扭振非常有利，因此双索面在大跨度斜拉桥中已经成为主要的形式；按照主梁和塔的连接形式分类 有悬浮体系，半悬浮体系，塔梁固结体系，刚构体系等。斜拉桥的主要特征据资料反映已存在于l 8世纪和l9世纪的设计中，所以这种结构体系并不是20世纪的发明，虽然我们将它发展起来，但这种结构体系的滥觞，我们应追溯到更早的时期。老挝和印度尼西亚的爪哇岛上很早就有原始的竹制斜拉桥，古埃及的海船上也出现过用绳索斜拉的工作天桥等等，这些结构中所具有的斜拉桥特征已明晰可见。（二）斜拉桥的发展历史 斜拉桥的发展历史悠久，1617年，威尼斯建筑大师福斯图斯费 尔安蒂翁斯在达尔玛提亚出版的一部著作中发现了第一座用斜拉索吊拉的桥梁，近似于悬索桥和斜拉桥的混合结构。1784年，德国人伊曼努尔勒舍尔(Loseher)设计了一种木制的悬带结构，它已经具备了斜拉桥“自身锚固”的所有特征。1817年，英国人雷德帕斯(Redpath)和布朗(Brow）建造了皇家草场桥，该桥跨径约为33米，它用斜向拉杆连接在铸铁的塔架上。1824年，在德国的尼恩堡(Nienbmg)建造跨越萨勒河的斜链条桥，跨径78米。1873年，英国泰晤士河上修建了以斜拉为主的艾尔伯特(Albert)桥。1926年，由西班牙工程师托罗加(Totojr)设计，修建于西班牙古尔达勒特(Guadalete)河上的第一座钢筋混凝土斜拉结构腾普尔(Temp)渡槽，是引人注目的结构物，它的中孔为573米，设有两个铰结构。在以上二、三十年的时间里，斜拉桥经历了个由缆索悬吊体系到悬吊斜拉混合体系再到单纯斜拉自锚体系的发展过程。这个时期斜拉桥发展非常缓慢，主要因当时没有高强材料，斜拉索易于松弛，对复杂的超静定结构缺乏计算分析手段，往往这类结构建成不久就因整个体系松弛，造成很大变形和破坏，导致事故的发生。如1824年修建的跨越萨勒河的斜拉链条桥，在1 825年由于一次火炬游行而致垮塌，造成5O人丧生的悲剧。还有19世纪20年代，纳维叶(Navier)作了斜拉结构破坏原因的分析并得出结论，其结论之一就是吊桥优于斜拉桥。这些都对斜拉桥的发展起了阻碍作用，在以后的一段时间里，斜拉桥的修建很少，它的发展基本上处于停滞状态。 第二次世界大战以后，由于钢材的短缺，促使人们对桥型做重新的思考和研究。德国人狄辛格尔(FDisehinger)首先认识到了斜拉桥结构体系的优越性，并大力加以提倡，他在1949年，发表了对斜拉桥结构研究的成果，这对德国乃至整个世界的桥梁界都有触动。他指出对斜拉索必须施加足够的应力来消除长索自重垂度带来的柔度影响，借以使梁体的变形保持在较低的水平上。1955年建成了世界上第一座现代化的斜拉桥斯特罗姆桑特(Stromsund)桥，该桥是德国一家钢结构公司在瑞典建成的。时隔不久，在德国建造了两座大跨度的钢斜拉桥，它们是杜塞尔多夫(Dusseldorf)北桥和科隆的塞维林(Severin)桥，巩固了现代斜拉桥的地位。值得一提的是，这两座桥的主梁是使用了正交异性钢桥面板的钢箱梁，后者还是世界上第一座非对称式钢斜拉桥。1957年第一座混凝土斜拉桥出现了，但跨径仅为1753米+519米+1753米，它可以看作是5年后建成的马拉开波(Maracaibo)桥的试验桥，以次为起点，揭开了混凝土斜拉桥建设的序幕。1962年在委内瑞拉建成的马拉开波(Maracaibo)桥是一座大型的桥梁，全长885公里，其中混凝土斜拉桥部分为160米+5 x 236米+160米。同时，60年代还修建了法国的东兹尔(Donzere)斜拉桥，前苏联基辅的第聂伯尔(Dnjper)斜拉桥，以及意大利罗马的马格里那(M=suaIla)斜拉桥。 进入20世纪70年代后，预应力混凝土斜拉桥大量兴起，如1977年法国建成的普鲁东(Brotonne)桥，西班牙修建了Luna斜拉桥等。到了90年代，斜拉桥的跨度不断被创新，如挪威的斯卡恩圣特(Skamsundet)桥、日本的名港东、名港中央和名港西大桥、法国的诺谩底桥、日本的多多罗大桥，等等。 大跨径桥梁建设反映了一个国家的综合实力和科学技术的发展水平。近百年来。特别是本世纪30年代以来，世界上大跨径桥梁建设发展十分迅速。不同桥型大跨径桥梁的发展，日益被各国桥梁界人士所关注。我国进入90年代以来，出现了建造大跨径桥梁的高潮。进入21世纪的中国必将迎来更大规模的大跨径桥梁建设时期。随着我国城市建设和高等级公路、道路建设的发展，修建大跨径城市桥梁也将成为必然的趋势。我国的斜拉桥的建设和发展也很迅速。根据我国的国情和特点，斜拉桥以预应力混凝土斜拉桥和叠合型斜拉桥为主，日本和德国经济实力雄厚，均为钢铁大国，修建的斜拉桥以钢斜拉桥为主。钢斜拉桥由于质量轻，施工节段长，跨越能力大，在早期斜拉桥的建设中得到广泛应用。但价格昂贵，维修养护工作量大。 美国和我国一直是以混凝土斜拉桥为主。美国不采用钢斜拉桥的原因是因为钢焊接工作量大，需较多的劳动力，且养护工作量大，无法与混凝土斜拉桥竞争。而我国钢材较少，且价格贵，修建混凝土斜拉桥有更大的优势。在我国，现代化的斜拉桥是在进入70年代后才开始修建的。1975年和1976年分别修建了两座试验桥，即四川的云阳桥和上海松江的新五桥，主跨分别为76米和54米，1980年在广西建成了我国第一座铁路预应力混凝土斜拉桥红水河铁路桥。从此我国的斜拉桥建设进入快速发展阶段，1993年上海扬浦大桥的建成，标志着我国斜拉桥的建设水平已挤身世界前列，南京长江二桥南汊大桥，它的主跨是628米，是目前国内建成的跨度最大的钢箱梁斜拉桥。截至到目前，我国已建跨径大于200m的各类斜拉桥近47座，跨径超过400m的斜拉桥18座。设计中的香港昂船洲桥主跨l018m，苏通长江大桥主跨1088m，令斜拉桥的跨径突破千米，据国内学者的统计，世界各国现在已建成的各类斜拉桥大约300多座。在仅三、四十年的时间内，这种型式的桥梁能形成如此大的发展规模，在技术方面这主要有计算机技术的飞速发展、超静定结构分析理论的不断完善，使得计算手段不断更新、水平日益提高；正交异性板的设计计算及制造技术的日趋成熟，预应力混凝土的兴起和发展，高强度缆索材料制造工艺的发展、防腐能力的提高，锚固方式以及高疲劳性能锚具的研究和开发；模型试验技术水平及试验能力的提高，以及以悬臂架设方法为主的施工技术的开发和完善等方面的原因。另外斜拉桥在它的经济性、刚度、抗风稳定性以及架设方法方面，在200m一600m跨度范围内都有一定的竞争优越性。 目前，密索斜拉桥已取代稀索斜拉桥，对于主梁来说，混凝土斜拉桥多采用双边主梁的形式，钢斜拉桥多采用流线型扁平箱梁；主塔大都采用混凝土结构，大跨度的桥塔多采用倒“Y”型或钻石型；种类趋于多样化，出现了被严国敏先生称为花色斜拉桥的结构型式。另外也出现了复合材料用于斜拉桥的修建，如我国重庆交通学院于1986年用玻璃纤维增强塑料fdt梁建造的人行斜拉桥。 （三）世界著名斜拉桥：（1）苏通大桥：苏通大桥位于江苏省东部的南通市和苏州（常熟）市之间，西距江阴大桥82公里，东距长江入海口108公里，是交通部规划的国家高速公路沈阳至海口通道和江苏省公路主骨架的重要组成部分。路线全长32.4公里，主要由跨江大桥和南、北岸接线三部分组成。其中跨江大桥长8146米，北接线长约15.1公里，南接线长约9.2公里。跨江大桥由主跨1088米双塔斜拉桥及辅桥和引桥组成。主桥主孔通航净空高62米，宽891米，满足5万吨级集装箱货轮和4.8万吨级船队通航需要。工程于2003年6月27日开工，于2008年6月30日建成通车。（2）昂船洲大桥：昂船洲大桥位于香港，是全球第二长的双塔斜拉桥。大桥主跨长1018米，连引道全长为1596米。是本港首座位处市区环境的长跨距吊桥，在香港岛和九龙半岛都可以望到这座雄伟的建设。大桥属于8号干线的一部份，跨越蓝巴勒海峡，将葵涌和青衣岛的8号和9号货柜码头连接起来。（3）米约高架桥：米约大桥(Millau bridge)因坐落在法国西南的米约市而得名，它是斜拉索式的长桥。它是目前世界上第二高的大桥，（目前最高的大桥是中国湖北的沪蓉西四渡河特大桥，桥面与峡谷谷底高差达560米）桥面与地面最底处垂直距离达270米。（4）多多罗大桥：多多罗大桥位于日本的本州岛和四国岛的联络线上，主梁采用钢箱梁，是当时世界上主跨最长的超大型斜拉桥。这座全长1480m，主跨890m的斜拉桥像一条巨大的龙，将横跨美丽的濑户内海，并将本州的广岛市和四国的松山市的公路交通连接起来。（5）安蒂里翁桥：它不仅仅是世界上最长的斜拉桥桥面直接用悬索吊在龙门架上，而且还是世界上技术最先进的桥梁之一。在一个世纪之前意大利人就提出了修建这样一座大桥的计划，但是由于技术的原因，直到今年这个计划才得以实现。科林斯海湾的水深超过了60米，而且岩床位于海湾下面松软的泥土的深处这些都是修建大桥的阻碍因素。为此，工程师们在桥墩下面的泥土中打入了大量的钢管来对这些泥土进行强化，这些巨大的钢管可以在地 震发生时将海床连接成一个整体过去的40年中，在科林斯海湾附近有7次地 震的震级都超过了里氏6级。为了进一步提高大桥的抗震能力，设计者们让桥面像钟摆一样悬挂在龙门架上，并在桥面底部安装了阻尼器以减弱地 震时桥面的晃动。这些设计使得里永-安蒂里永大桥能抵抗住速度超过240千米/小时的大风、里氏7.5级的地 震和18万吨的油轮以18节航速的撞击。诺曼底大桥：（6）诺曼底大桥，由M.Virlogeux设计，建于1994年。它是一座与当地景观完美协调的斜拉桥，以其细长的结构和典雅的造型而著称。诺曼底大桥被授予“20世纪世界最美的桥梁”。桥梁作为交通运输的一部分，给我们带来了极大的便利，突出体现了其实用价值，同时桥梁不同造型还能带给我们不同的美观感受，激发了人们的广泛关注和欣赏的热情。斜拉桥具有轻巧简洁、连续流畅和强劲力感等特点，显示出了巨大的艺术魅力。 斜拉桥设计中必须注意必须注意桥体与环境的和谐统一。斜拉桥由高耸挺拔的索塔、排列有致的拉索、笔直延伸的主梁组合而成，无形中给人一种气势磅礴，苍劲有力的美感。设计中要学会根据环境合理选择桥体的颜色，主塔的布置位置等，将桥梁的特色美融入环境中。 斜拉桥在结构上要比例协调并且稳定均衡。要合理设计斜拉桥的高跨比和索塔的布置形式，在安全、稳定、经济的基础上追求美观。布置匀称合理的斜拉索能把主塔挺拔高耸的轮廓和主梁平直延伸的线条紧密联系为一体，从而体现出结构的协调美和曲折美。不同的塔身会给人以不同的视觉享受，独柱式和A字式给人以高耸如云，巍峨独立的气势美；宝石形和倒Y形配合斜拉索的线条给人以韵律美。（四）斜拉桥的发展趋势：1、跨径继续增大斜拉桥跨径继续增大的主要制约因素是主梁所能承受的压力，就目前可采用的材料强度看，其极限跨径可达到1800m2100m。斜拉桥在中等跨径桥梁中颇具竞争力在于可采用更为创新和经济的设计方案，可激发设计者无穷的想象力。 2、多跨(多塔)斜拉桥 多塔斜拉桥以其新颖、美观的结构形式，近年来被越来越多地采用，如早期的委内瑞拉马拉开波桥为6塔斜拉桥，近年我国修建的香港汀九大桥和岳阳洞庭湖大桥均为3塔斜拉桥。多塔斜拉桥的主要问题是由于中间塔没有端锚索来约束其塔顶位移，导致其比一般斜拉桥的 柔性更大。采用这种桥式的首要问题是必须采用提高结构整体刚度的技术措施和方法，如塔顶对拉索、斜拉索交叉布置、增大中间塔的刚度等措施。 3、部分斜拉桥 部分斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的一种桥型，它是靠梁的受弯、受压和索的受拉来承受荷载，因此可通过改变梁的刚度来实现荷载在梁、索间的不同分配比例，以强化或弱化斜拉索的作用，设计自由度很大。部分斜拉桥具有一些显著特点，如塔高较矮、主梁刚度大、斜拉索布置较集中、边中跨比例更接近连续梁等。部分斜拉桥的斜拉索应力变化幅度小，可采用较高的容许应力，如般斜拉桥设计计算中索的容许应力仅取钢丝标准抗拉强度的40，安全系数为25，而部分斜拉桥计算中索的容许应力与一般梁体内的预应力束相同，可取为钢丝抗拉强度的60，安全系数为17。部分斜拉桥的结构整体刚度大，变形小，尤其适用于荷载大、标准高的铁路桥梁。 4、结构分析方面 在大跨度斜拉桥的结构分析中，必须考虑由于初始内力存在引起的内力增大，从而带来稳定安全系数降低的问题。同时，在结构强度分析及稳定性分析中还必须考虑非线性、施工过程等因素的影响。当