多塔斜拉桥新技术研究

1、 采用三塔斜拉桥这种结构形式，首要问题采用三塔斜拉桥这种结构形式，首要问题 是必须找到提高结构整体刚度的技术措施和方法。是必须找到提高结构整体刚度的技术措施和方法。 为满足桥梁美观及通航泄洪的特殊要求，该桥摒为满足桥梁美观及通航泄洪的特殊要求，该桥摒 弃了采取空间刚性塔、塔顶对拉索、斜索交叉布弃了采取空间刚性塔、塔顶对拉索、斜索交叉布 置或边跨加辅助墩等传统的措施来提高结构整体置或边跨加辅助墩等传统的措施来提高结构整体 刚度，而是研究采用了一套经济有效的提高结构刚度，而是研究采用了一套经济有效的提高结构 整体刚度的技术措施。整体刚度的技术措施。 a. a. 减小背索索距减小背索索距； b. b

2、. 加大背索截面面积；加大背索截面面积； c. c. 在中跨跨中及边跨梁端加压重；在中跨跨中及边跨梁端加压重； d. d. 适当增加中塔和主梁的刚度适当增加中塔和主梁的刚度。 由于采取了以上措施，虽然斜索用钢量及混凝土数量由于采取了以上措施，虽然斜索用钢量及混凝土数量 略有增加，但总的造价增加最少，而结构的整体刚度提高略有增加，但总的造价增加最少，而结构的整体刚度提高 了了30%30%左右，取得了满意的效果。左右，取得了满意的效果。 岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥计算网格图岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥计算网格图 （尺寸单位：（尺寸单位：m m） 课题组通过深入细致的研究，提出了三塔课题组通过深入细致的研

3、究，提出了三塔 PCPC斜拉桥合理成桥状态确定的最优化方法以及斜拉桥合理成桥状态确定的最优化方法以及 合理施工状态确定的正装迭代法，取得了如下合理施工状态确定的正装迭代法，取得了如下 创新性成果：创新性成果： 课题组提出用课题组提出用“应力平应力平 衡法衡法”来确定主梁的成桥恒来确定主梁的成桥恒 载弯矩这一设计关键载弯矩这一设计关键，并据并据 此可确定主梁的合理预加力。此可确定主梁的合理预加力。 提出了主梁恒载弯矩合理域提出了主梁恒载弯矩合理域 和可行域的概念。该可行域和可行域的概念。该可行域 即可作为斜拉桥合理成桥状即可作为斜拉桥合理成桥状 态确定时的主梁恒载弯矩的态确定时的主梁恒载弯矩的

4、控制范围控制范围 基本计算步骤：基本计算步骤： 为了研究多塔斜拉桥的基本 性能，同时验证静、动力理论分析 结果正确性，课题组进行了三塔斜 拉桥全桥模型试验。模型桥全长 29.333m。 主梁和桥塔均采用分段整体 铸造后拼装而成。本试验标志着我 国桥梁结构试验进入超大规模时代。 为克服恶劣自然条件的影响，实现设计 提出的高标准要求，优质安全高效地建成这一 宏伟工程，课题组在总结传统的施工工艺的基 础上，提出并采用了深水高桩钻孔施工平台、 大型水下钢套箱承台施工、带空间转动锚座及 钢结构水平止推装置的前支点挂篮等一系列的 新工艺。 100100 4 7 6 6 6 13 3 3 32 5 5 4

5、20mm钢板 1020200 人 洞 10mm三角板 150 x200 D=100 B C D E A A A 正面图 平面图 R2000 950 R850 1020 水泥水泥 ( (kg/m3)kg/m3) 水 (kg/m3) 硅灰 (kg/m3) 外掺剂 (kg/m3) 砂 (kg/m3) 碎石 (kg/m3) 坍落度 (kg/m3) 扩展度 (kg/m3) R3 MPa R7 MPa R28 MPa 460165406.0777107321048052.566.178.5 由于有了科学的配比和先进的生产工艺，主梁由于有了科学的配比和先进的生产工艺，主梁C C6060 砼施工进展相当顺利，

6、创造了中国桥梁建设史上采用砼施工进展相当顺利，创造了中国桥梁建设史上采用C C6060 高强高性能砼的施工先例，同时，也为今后推广采用高高强高性能砼的施工先例，同时，也为今后推广采用高 强高性能砼积累了许多经验。强高性能砼积累了许多经验。 颤振导数是评定桥梁抗风稳定性的重要参 数，我国以前只能用自由振动法测定颤振导数。 为确保洞庭湖大桥在施工和运营阶段的抗风安 全，课题组在国内最先实现了采用强迫振动法 测量颤振导数，进行了大量的节段模型风洞试 验。试验表明：强迫振动法具有试验数据重复 性好、测定折减风速范围宽、无需复杂的系统 识别过程即可得到交叉导数项等一系列优点。 岳阳洞庭湖大桥由于其特殊的

7、地理、气候条件，自岳阳洞庭湖大桥由于其特殊的地理、气候条件，自 20002000年年1010月建成通车后，于月建成通车后，于20012001年年4 4月月9 9日、日、5 5月月2626日，接连日，接连 发生了多次风雨振。课题组与香港理工大学合作对洞庭湖大发生了多次风雨振。课题组与香港理工大学合作对洞庭湖大 桥风雨振现象进行了现场观测，得到了风雨振的振动形态。桥风雨振现象进行了现场观测，得到了风雨振的振动形态。 并对采用磁流变智能阻尼器控制拉索风雨振问题进行了深入并对采用磁流变智能阻尼器控制拉索风雨振问题进行了深入 研究。研究表明，磁流变阻尼器对风雨振具有很好的减振效研究。研究表明，磁流变阻尼

8、器对风雨振具有很好的减振效 果。岳阳洞庭湖大桥目前已全桥安装该阻尼器，这是世界上果。岳阳洞庭湖大桥目前已全桥安装该阻尼器，这是世界上 首座应用磁流变智能阻尼器控制拉索振动的桥梁。首座应用磁流变智能阻尼器控制拉索振动的桥梁。 为了评估磁流变阻尼器对拉索振动控制的效果，在岳阳洞庭湖大桥选 择三根拉索进行了振动控制试验。试验布置如下图。试验采用了具有国际先进 水平的稳态激振法，并开发了专用模态参数识别方法。 变 频 器桥 面 立 柱 阻 尼 器 加 速 度 计 （ 2个 ） 力 传 感 器 脱 钩 装 置 电 机 、 偏 心 轮 拉 索 位移计 阻尼器 拉索 立柱 磁流变磁流变( (MR)MR)阻尼

9、器振动控制试验研阻尼器振动控制试验研 究究 不同电压下的A11索前三阶等效模态阻尼比 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 00.250.51246810 电 压 (v) 模态阻尼比 (%) 第一阶 第二阶 第三阶 A10索 A12索 A11索 2个 加 速 度 计 桥 面 磁 流 变 阻 尼 器 支 柱 支柱 A11索 磁流变阻尼器 012345678910 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 时间 T im e / s 加速度A c c el er a t ion / m s -2 A10索 C abl e A 10 A11索 C abl e

10、 A 11 012345678910 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 时间 T im e / s 加速度A c c el er a t ion / m s -2 A10索 C abl e A 10 A11索 C abl e A 11 风雨振时测到的风雨振时测到的A10A10索（无阻尼器）与索（无阻尼器）与A11A11索（有阻索（有阻 尼器）加速度响应对比，结果显示有阻尼器的拉索加速尼器）加速度响应对比，结果显示有阻尼器的拉索加速 度响应减小了度响应减小了20-3020-30倍倍 1. 对三塔PC斜拉桥的基本性能进行了系统研究， 探索出了一整套提高结构整体刚度、降低尾索应力幅的

11、有 效方法，在国内率先实现了不设稳定索和辅助墩的全漂浮 体系三塔PC斜拉桥结构； 2. 提出了三塔PC斜拉桥合理施工状态确定的正装迭 代法，提高了计算速度与施工控制精度，合拢高程误差仅 3毫米。 3. 在国内最先实现了颤振导数测度的强迫振动法， 能一次测出全部8个颤振导数，且精度高、重复性好。 课题研究创造性地解决了多塔斜 拉桥设计施工过程中的诸多技术难题， 为今后修订斜拉桥规范提供了依据。课 题研究确保了大桥施工安全、合拢顺利， 成桥内力分布合理，主梁线性顺畅；缩 短了工期，提高了大桥的耐久性,节约 建设资金3329万元。课题成果于2001年 12月19日通过了由湖南省科技厅组织的 专家鉴定。鉴定委员会对课题成果给予 了高度评价，认为成果整体上达到了国 际先进水平。该项目于2002年3月获得 了湖南省建设厅优秀设计一等奖。 岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥计算网格图岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥计算网格图 （尺寸单位：（尺寸单位：m m） 岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥计算网格图岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥计算网格图 （尺寸单位：（尺寸单位：m m） 水泥水泥 ( (kg/m3)kg/m3) 水 (kg/m3) 硅灰 (kg/m3) 外掺剂 (kg/m3) 砂 (kg/m3) 碎石 (kg/m3) 坍落度 (kg/m3) 扩展度 (kg/m3) R3 MPa R7 MPa R28 MPa 46016