土木水利工程概论

土木水利概论大作业土木水利概论大作业 姓名姓名 刘荣桢刘荣桢 学号学号 201151019 班级班级 土土 1104 钢桥工程发展与未来钢桥工程发展与未来 前言前言 桥梁是为行人和车辆提供跨越山川，河流而设计的建筑物。 桥梁的建造往往要占道路总造价的百分之十到二十。桥梁的建 设可以体现出一个国家在设计，施工方面的水平。一个好的桥 梁工程往往是一个城市和一个国家的骄傲。它的设计，不仅可 以提供跨越障碍的建筑物，还可以帮助美化城市。其中桥梁结 构中，按材料分类可以分成好几种，分别有木桥、圬工桥（包 括砖、石、混凝土桥） 、钢筋混凝土桥、钢桥等。本文所写的是 钢桥。 钢桥利用钢为原材料，使得桥梁强度更高，刚度更大，但 是重力却更小。大部分钢桥在工厂首先预制，然后运往工地拼 接，施工用的时间段，加工方便且不受季节影响。钢桥的跨越 能力是所有其它桥中最大的、它最合适无工业化制造、便于运 输、安装快、钢桥构件易于修复和更换，但是钢材容易腐蚀， 维护所需要的费用较大。 我国发展历史我国发展历史 我国的钢桥建设开始于 100 多年前。清朝末期，政府没有 技术人才，当时的钢架桥大多是由外国人主持建造。例如说 1986 年由俄国和比利时建成的哈尔滨松花江桥，1905 年由比 利时人建成的郑州黄河桥等。 我国第一座钢桥工程是滦河大桥，由詹天佑设计指导完成。 詹天佑的钢桥工程，开启了我国钢桥建设的新纪元。詹天佑之 后，我国著名的桥梁专家茅以升在 1937 年开始设计钱塘江大桥， 钱塘江大桥的建设，拉开了我国大跨度钢桥建设的序幕。 新中国成立后，我国钢桥建设进入一个新的快速发展的时 期。到 1990 年时主跨大于 100 m 的铁路钢桥就已经有了十余座。 像是 1957 年建成的武汉长江大桥，为公铁两用桥，正桥为三联， 每联为 3 128 m 连续铆接钢桁梁；1968 年建成的南京长江大 桥，也为公铁两用桥，上部结构的主要部分由一孔 128 m 的剪 支钢桁梁和三联 3 160 m 连续钢桁梁组成。在此时期，公路钢 桥发展也尤为迅速，如 1984 年建成的拉萨河达孜悬索桥，其主 跨度为 500 m ，1989 年建成的上海南浦大桥为主跨长 464 m 的三跨连续组合斜拉桥。 中国进入 90 年代是，钢桥发展速度到达了历史最快的时候。 大量跨度大，难度大的钢桥建成。例如江苏苏通长江大桥是目 前世界上最长的斜拉桥，建成于 2008 年。 我国主要钢桥我国主要钢桥 我国钢桥建设处于高速发展的阶段。目前世界主要的桥梁 的结构有斜拉桥和悬索桥。比较起来悬索桥要比斜拉桥的跨度 更长。 我国目前建成的世界跨度最长的斜拉桥是江苏苏通长江大 桥。它是七跨连续钢箱梁斜拉桥，总长度有 2088m，它的主梁 是偏平封闭钢箱梁。建成于 2008 年，它的建成击败了之前最长 的斜拉桥是日本多多拉大桥(Tatara bridge)，跨度为 890 米。 我国的斜拉桥中比江苏苏通长江大桥跨度低点的是建成于 2005 南京长江三桥。南京长江三桥是我国第一座钢塔斜拉桥， 也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥。主桥双塔钢箱梁斜拉桥 的索塔采用钢结构;全长约 15.6 公里。主跨跨径 648 米，设计为 6 车道高速公路。工程耗资 39 亿元，用 1.22 万吨的 Q370qD 钢。 位于斜拉桥后面的有南京长江二桥，武汉长江三桥，长度分别 为 1258 米与 1078 米 悬索桥的最大跨度要大于斜拉桥，我国最大跨度的悬索桥 是江苏润杨长江大桥北汊桥，全长 2366 公里；由 470+1490+470m 单跨双铰钢箱梁悬索桥和 175.4+406+175.4m 双 塔双索面钢箱梁斜拉桥组成，斜拉桥长 758 米。大桥共使用各 类钢材总量 16.3 万吨，其中钢箱梁用去 13000 吨 ，斜拉索用 去 636 吨，其他钢材用 7000 吨。它的本质属于斜拉桥与悬索 桥的结合。 位于这座大桥之后的有江阴长江大桥，香港青马大桥，全 长分别为 1385 米和 1377 米。 钢桥发展状况钢桥发展状况 1 大跨度 大跨度钢桥以索梁结构体系为最适合的桥式，如悬索桥和 斜拉桥。 悬索桥是跨越能力最强的桥型之一，其雏形三千年前已在 我国出现。19 世纪末，其跨径突破 300 m，但当时的问题是活 载挠度过大，曾通过增大加劲梁刚度来解决这一问题。之后， 随着挠度理论的诞生，材料、施工方法和计算理论的进展，悬 索桥进入一个朝低高度主梁、高强度材料和大跨径方向发展的 阶段。涌现出跨度 1000 米以上的悬索桥，如主跨为 1280 米的 金门大桥(1937 年) 。这些桥加劲梁均以桁架为主。 斜拉桥诞生于 17 世纪，二战后由于高强度材料的广泛应用、 施工方法的改进和结构理论的发展，使这一古老的桥型焕发出 了新的生命力。如今，在短短的 50 年里，钢斜拉桥有了飞速的 发展，成为了 200 m800 m 跨径范围内最具有竞争力的桥梁 结构形式之一，并且其范围仍有扩大的趋势。随着科学技术的 发展，我们有理由相信，在一些地基不适合修建悬索桥的地方， 可能修建超过 1 200 米的斜拉桥。我国的斜拉桥设计建造技术已 跨入世界先进行列，建成的杨浦大桥，跨度达 602 m，是世界瞩 目的叠合梁斜拉桥，还有南京长江二桥、武汉长江三桥、上海 徐浦大桥都跻身于世界钢斜拉桥前列。 2 复合型 20 世纪 80 年代的时候，欧洲各国对复合桥技术进行再开发 和技术革新。建成了各式各样复合结构的铁路公路的钢桥，复 合桥梁将成为 21 世纪桥梁发展的重要结构体系之一。 复合结构大体可分为组合结构和混合结构。组合结构是指 由异种材料组合断面的构件而组成的结构体系，混合结构是指 把异种材料的构件通过接头而组成的结构体系。 复合结构桥梁有以下特点:a. 钢与混凝土(RC 或 PC) 组成 的复合结构桥梁可以得到比单一材料无法取得的更优越的结构 力学特性和合理的结构形式。b. 现今开发的复合结构桥梁，结 构简单，易于工厂制造，提高了制造和安装质量，可缩短施工 工期，大大减少了维修工作量，降低了建设和维修管理的成本。 因此，复合结构桥梁将成为 21 世纪桥梁的热点动向。c. 多种形 式的复合结构桥梁突破了传统的中小跨度梁式桥的模式，可以 适应各种施工条件，能与周边环境相协调，具有优良的景观性。 复合结构在桥梁上应用范围相当广泛；上部结构组合梁类 包括组合工字钢梁、组合箱梁、组合钢桁梁、波形钢腹板 PC 箱梁桥、钢管混凝土拱桥、SRC 梁桥等。混合梁类：混合连续 箱梁桥(钢箱梁+ PC 箱梁) ，混合连续钢构桥，混合加劲梁斜拉 桥，混合加劲梁矮塔斜拉桥等。下部结构为组合桥墩和混合基 础结构。近几年，随着组合梁技术的不断发展，组合梁得到了 广泛应用，尤其在高速铁路上。法国 TGV 高速铁路上大量采 用二主梁组合梁桥(约占 45 %以上) ，英国和德国也有大体相同 的趋向;日本的中小跨度桥，包括一些高速铁路桥梁多采用 SRC 混合梁桥。混合梁桥往往在中跨采用自重较轻的钢箱梁，侧跨 采用自重较大的 PC 箱梁，这样可以平衡中跨弯矩，并避免端 支座产生负反力。因此，其在连续梁、连续钢构(包括斜腿钢构) 日本木曾川公路桥为混合结构矮塔斜拉桥。 钢桥发展前景分析钢桥发展前景分析 1 技术成熟 钢桥划线、切割、钻孔等新技术上。目前，我国都采用了 NC 划线，切割，钻孔。而且对薄板使用空气等离子和激光切割 技术，以减少热切割引起的形变和硬化。 钢桥焊接技术上，钢桥焊接材料、焊接方法、焊接设备的 技术在发展。其中，为了减少钢桥的焊接裂缝和提高焊接效率, 我国的手工焊接技术开始超低氢型和铁粉焊条方向发展。焊接 的设备开始往可控硅电源向晶体管逆变器、焊接自动化、机器 人方向发展。 2 材料 为了增加跨度，减少钢重, 我国开始使用低合金钢向高合金 钢发展，例如我国的白河桥、永定新河桥、九江大桥也用了 600N/mm2 级的高强钢。吊桥的钢索材料，使用了 1600 N/mm2 的钢线，明石海峡大桥用了 1800 N/mm2 的钢线。目前开始使 用碳纤维的新钢线。为了改善高强钢的焊接性和抗层状撕裂性 能使用了炭当量低、预热温度低、韧性好, 用大热输人焊接的 T M CP 钢。 3 外观 我国近代以来，钢桥的外观设计越来越贴近人性化，我国 的钢桥的景观往往与地景、城市景观相伴生, 有时其复合景观意 义更大。例如武汉长江大桥与龟蛇两山的景观一直为武汉的一 大景观。 夜景中，钢桥上的灯光通过合理的配置，显示出美丽的图 案。如我国的南京长江三桥。但是这种配置有时可能不能起到 照明效果还会浪费能源。此时，我们开始图案美观，照明效果 好，不浪费能源方面努力。 4 安全 钢桥的设计，除了要考虑沉重外，还要考虑环境变化时给 钢桥带了的安全隐患，例如地震，火灾，腐蚀。 在功能设计地震作用下, 桥梁结构只允许发生十分轻微的破 坏, 不影响正常的交通, 不经修复也可以继续使用在安全设计地 震的作用下, 允许桥梁结构发生较大的破坏, 但不允许发生整体 破坏, 如倒塌、落梁等。 钢桥使用有一定年限，到一定时候，钢铁会出现疲劳或者 腐蚀。这对这些方面，我国开始对构造细节的疲劳研究。对新 的钢材料进行研究。使用新型的材料或喷漆等方法来延长桥的 使用寿命。以减少工程重复使用对能源的浪费。 5 施工 钢桥施工时，对周边环境影响小，杂音小。施工的周期短。 一般采用工厂浇筑，实地安装方法。是对环境影响小，人性化 的建筑工程。 综上，可以看出，钢桥的建设使用，是 21 世纪的一大潮流。 并将继续发展。并会向人性化，节能环保化发展。 自身发展规划自身发展规划 桥梁是一个国家发展永远不会变更的话题，桥梁建设往往体现 出一个国家的实力。为此，我决定在这方面去努力。同时由于 钢桥本身存在一些缺点，所以我希望朝改变着些缺点这方面努 力。主要有一下几个方面 1 提高钢桥抗震能力 设计结构，使得钢桥的各个方向上抗震能力加强，防止地 震发生时带来的破坏。可以加强钢铁的强度，减少钢桥的质量， 从材料方面进行研究。 2 延长钢铁老化时间 由于钢铁本身会腐蚀，所以随着时间变久，钢桥的强度会 大大减少，这时钢桥承重能力大大降低。研究可以从发现新型