大跨度桥梁的技术发展动态和勘察设计新概念[全面]

1、Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢桥跨度的发展,5,Haibo Liu PhD. 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

2、,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,Haibo Liu PhD. SWJTU,Chillon Viaduct in Switzerland 1969 104m,7,Haibo Liu PhD. SWJTU,Felsenau bridge in Switzerland 1975 144m,8,Haibo Liu PhD. SWJTU,Gateway Bridge in Australia 1986 26

3、0m,9,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,葡萄牙铁路连续刚构桥So Joo Bridge,1991年,主跨250m,双线铁路,11,Haibo Liu PhD. 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

4、,1995年,主跨245m,云南元江大桥,2003年,主跨265m,12,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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

5、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,Haibo Liu PhD. 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199296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

6、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（ACI 440.4R-04 - Prestressing Concrete Structures with FRP Tendons,2004）,16,Haibo Liu PhD. SWJTU,瑞士Bois de Rosset Viaduct,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

7、.,体外预应力,德国Ruderting桥,1994,德国Trockau桥加固,1998,17,Haibo Liu PhD. SWJTU,苏通大桥辅航道桥268m连续刚构体外索布置,18,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,混合结构（德国的Valley Bridge Altwipfergrund,体外预应力,115m,2001 ）,混凝土,钢波纹板,20,Haibo L

8、iu PhD. 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25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

9、效果也十分理想. 其他因素：材料,徐变系数？,21,Haibo Liu PhD. 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50100216010050m,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,Haibo Liu PhD. SWJTU,架桥机架梁（移动支架法）,1996年7月,石长线湘江铁路桥62+796+62米,23,Haibo Liu PhD. SWJTU,架桥机（Lunching Gantry）逐跨架设,24,Haibo Liu PhD. S

10、WJTU,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500700MPa） ,厚板（40100mm）,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,Haibo Liu PhD. SWJTU,历史上的几座钢悬臂桁梁桥,美国Commo

11、dore Barry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,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢悬臂桁梁桥排名,27,Haibo Liu PhD. 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Francis Scott Key 桥,366m,1977,美国Astoria桥,375m,1966,28,Haibo Liu PhD. SWJTU,国内的几座连

12、续钢桁梁桥（公铁两用）,钱塘江桥,1665.84m,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,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢连续桁梁桥排名,30,Haibo Liu PhD. 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3108m996m,1999年5月竣工,31,Haibo Liu PhD. 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（High Strength Ste

13、el, HSS）在材料韧性和可焊性等方面往往不尽人意 高性能钢（High Performance Steel, 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

14、能有待更多试验,32,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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（Mixed Design）：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

15、计（Hybrid Design） ：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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,19

16、99,36,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢箱梁桥排名,37,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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

17、公路,下层为双线铁路（使用至1974年）,美国鬼门（Hell Gate）桥 四线铁路桥,主跨298m 1916年建成,39,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo

18、Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Hai

19、bo Liu PhD. SWJTU,钢拱桥排名,45,Haibo Liu PhD. 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 Robert Maillard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,Haibo Liu PhD. SWJTU,历史上著名的混凝土拱桥（续）,西班牙Elsa铁路桥 跨度210m 1942年建成 劲性骨架法施工,瑞典Sando桥 跨度264m 1943年建成 拱架法施工,47,Haibo Liu PhD. SWJTU,国外的

20、几座钢筋混凝土拱桥,巴西Ponte da Amizade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,Haibo Liu PhD. SWJTU,克罗地亚Krk桥,钢筋混凝土拱桥,主跨244390m, 1980建成,49,Haibo Liu PhD. 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

21、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,Haibo Liu PhD. 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150m 1972年建成,拱架法施工,涪陵乌江大桥 跨度200m 1988年建成 转体法施工,51,Haibo Liu PhD. 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,

22、Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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3180m,1994,第一座中承式钢管混凝土拱桥,54,Haibo Liu PhD. 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,2

23、001年,钢管混凝土拱桥（续）,宜宾戎州大桥,跨度260m,缆索,2004年,55,Haibo Liu PhD. SWJTU,巫山长江大桥,跨度460m,缆索吊装,2005年,56,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢筋混凝土拱桥排名,* 钢管混凝土拱桥,*桁架拱桥,57,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,施

24、工图片,Krk桥缆索吊装与悬臂施工,悉尼港大桥悬臂施工,59,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,西班牙Esla铁路桥劲性骨架施工,1942年,62,Haibo Liu PhD. SWJTU,万州长江大桥施工,63,Haibo Liu PhD. SWJTU,4、悬索桥,最早的大跨度桥型,保持

25、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,Haibo Liu PhD. 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,13

26、85,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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU

27、,桥例：美国Brooklyn大桥,主跨486m,1883年,67,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：美国Brooklyn大桥,68,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：美国George Washington大桥,主跨1066.8m,1931年,69,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：美国San Francisco Bay大桥,主跨704.5m,1936年,70,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：美国旧金山金门大桥,主跨1080.16m,1937年,71,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：美国Tacoma大桥,853.4m,19

28、40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,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：美国麦金纳克大桥,73,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：美国维拉扎诺大桥,主跨1298.45m,1964年,74,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：英国福思大桥,主跨1005.8m,1964年,75,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：英国塞文大桥,主跨987.55m,1966年,76,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：英国恒比尔大桥,主跨1410m,1981年,77,Haibo L

29、iu PhD. SWJTU,桥例：丹麦大贝尔特大桥,主跨1624m,1998年,78,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥例：丹麦大贝尔特大桥,79,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,日本明石海峡大桥,主跨1990m,1998年,81,Haibo Liu PhD. SWJTU,重庆鹅公岩大桥,560m,2001,西陵长江大桥,900m,199

30、6,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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,香港青马大桥,青马大桥,1377m,1997,84,Haibo Liu PhD. SWJTU,江阴长江大桥,1385m,1999,85,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,

31、武汉阳逻长江大桥,主跨1280m,钢箱加劲梁,在建,87,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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400800m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：

32、斜拉索的防腐,抗风抗震,89,Haibo Liu PhD. SWJTU,斜拉桥雏形,90,Haibo Liu PhD. SWJTU,斜拉桥雏形,1868年捷克的Franz Joseph桥 1908年法国的Cassagne桥 1925年法国的Lezardrieux桥,91,Haibo Liu PhD. SWJTU,斜拉桥雏形,法国Cassagne 钢斜拉桥,主跨156m, 190809,新加坡Cavenaph桥,1867年,92,Haibo Liu PhD. 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

33、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,Haibo Liu PhD. SWJTU,中外斜拉桥跨度统计,苏通,昂船洲,南京三桥,仁川,94,Haibo Liu PhD. SWJTU,各类斜拉桥的跨度发展,95,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢斜拉桥跨度排名,*结合梁；*混合梁,96,Haibo Liu PhD. SWJTU,混凝土斜拉桥跨度排名,97,Haibo Liu PhD. 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

34、国Oberkassel桥,主跨257.75m,1976,98,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,日本多多罗大桥,主跨890m,1999,100,Haibo Liu PhD. SWJTU,南京长江二桥,主跨628m,2001,101,Haibo Liu PhD. SWJTU,南京长江三桥,主跨648m,钢桥塔,预计2005年10月通车,102,Hai

35、bo Liu PhD. SWJTU,苏通长江大桥,主跨1088m,在建,103,Haibo Liu PhD. SWJTU,香港昂船洲大桥,中标方案,主跨1018m,在建,104,Haibo Liu PhD. SWJTU,第二仁川大桥,主跨800m,在建,105,Haibo Liu PhD. 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

36、半,估算工程总投资约110亿元.,106,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,Arthur Ravenel桥,主跨471m,结合梁,2006,108,Haibo Liu PhD. 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,

37、主跨590m,1996年,天津海河大桥,主跨340m,2004年,109,Haibo Liu PhD. SWJTU,法国诺曼第大桥,主跨856m, 1995年,110,Haibo Liu PhD. 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283283m,2002,武汉长江二桥,主跨400m,1995,重庆石门大桥,主跨200230m,1988,111,Haibo Liu PhD. 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

38、,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,马拉开波桥,委内瑞拉,主跨235m,1962,1981年换索,114,Haibo Liu PhD. 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,Haibo L

39、iu PhD. SWJTU,挪威Helgeland桥,主跨425m,1991,116,Haibo Liu PhD. SWJTU,挪威Skarnsundet桥,主跨530m,桥宽13m,倒三角箱形,截面1991,117,Haibo Liu PhD. 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448475m,1997,118,Haibo Liu PhD. SWJTU,希腊Rion-Antirion桥,四塔,主跨560m,2004,119,Haibo Liu PhD. SWJTU,120,Haibo

40、Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,122,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢绞线斜拉索的防护,125,Haibo Liu PhD. SWJTU,钢绞线斜拉索的锚具,126,Haibo Liu PhD.

41、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,Haibo Liu PhD. SWJTU,加拿大Confederation桥,12.9km,通航孔250m,典型跨

42、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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD.

43、 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10,6 37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

44、1600-2200吨的箱梁670片.,主航道桥,结合斜拉桥,主跨420m,131,Haibo Liu PhD. SWJTU,70m跨混凝土箱梁预制,132,Haibo Liu PhD. SWJTU,安装箱梁内模,133,Haibo Liu PhD. SWJTU,绑扎钢筋,134,Haibo Liu PhD. SWJTU,绑扎钢筋,135,Haibo Liu PhD. SWJTU,136,Haibo Liu PhD. SWJTU,137,Haibo Liu PhD. SWJTU,预应力张拉完成,138,Haibo Liu PhD. SWJTU,混凝土箱梁的吊运,139,Haibo Liu PhD

45、. SWJTU,140,Haibo Liu PhD. SWJTU,运梁码头,141,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥墩预制,142,Haibo Liu PhD. SWJTU,143,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥墩吊运,144,Haibo Liu PhD. SWJTU,145,Haibo Liu PhD. SWJTU,146,Haibo Liu PhD. SWJTU,147,Haibo Liu PhD. SWJTU,箱梁架设,148,Haibo Liu PhD. SWJTU,149,Haibo Liu PhD. SWJTU,起重能力达2500吨的“小天鹅”号大型浮吊,

46、150,Haibo Liu PhD. SWJTU,151,Haibo Liu PhD. SWJTU,152,Haibo Liu PhD. SWJTU,153,Haibo Liu PhD. SWJTU,154,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,旧金山奥克兰海湾桥,西,东,1936年

47、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,signature span,156,Haibo Liu PhD. SWJTU,施工图片,157,Haibo Liu PhD. SWJTU,韩国Yeongjong大桥,空间缆自锚式悬索桥,分跨125-300-125m ,2000,158,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,160,Haibo Liu PhD. SWJT

48、U,马来西亚Seri Saujana 桥,斜拉拱桥组合体系,主跨300m,2002,161,Haibo Liu PhD. SWJTU,马来西亚Seri Wawasan桥,主跨168.5m,2003,162,Haibo Liu PhD. SWJTU,163,Haibo Liu PhD. SWJTU,日本Yumemai Ohashi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,Haibo Liu PhD. SWJTU,新型鞍式斜拉体系美国Maumee River 桥,预应力混凝土箱梁,主跨2183m,在建,165,Haibo Liu PhD. SWJTU,特征

49、：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,Haibo Liu PhD. SWJTU,Alameda 桥,主跨130m,1995,西班牙的两座城市道路钢拱桥,Bach de Roda-Felipe II桥,主跨130m,1995,167,Haibo Liu PhD. SWJTU,人行桥欣赏,西班牙Campo Volantin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,Haibo Liu PhD. SWJTU,英国Trinity桥,主跨54m,1995,英国Lockm

50、eadows桥,1999,日本Miho 博物馆桥,主跨120m,1997,阿根廷Puente de la Mujer开启桥,2001,169,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,结构的经济特性曲线,172,Haibo Liu PhD

51、. SWJTU,结构的故障特性（浴盆）曲线,173,Haibo Liu PhD. SWJTU,桥梁承载能力与养护维修和加固的关系,174,Haibo Liu PhD. SWJTU,影响桥梁安全的因素及对策,175,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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

52、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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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

53、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,Haibo Liu PhD. 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,188090,美国Brooklyn城市悬索桥,主跨487m,186983年,美国Bay

54、onne公路桥,钢桁架拱,跨度503.6m,1931年,美国George Washington悬索桥, 主跨1066.8m,1931年,180,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. 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）：

55、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,Haibo Liu PhD. 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

56、） 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,Haibo Liu PhD. 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,Haibo Liu PhD. SWJTU,概率（极限状态）设计法,20世纪2030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,国际标准化组织（ISO