桥梁设计创新应用和思考

桥梁设计创新应用与思考,设计三所 郭瑞军,2,应用拓展,问题思考,引言,1、引言2、桥梁设计创新应用与拓展 3、桥梁设计创新问题与思考,3,应用拓展,问题思考,引言,1、 引 言,4,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,5,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,2012年1月19日，成立131年的影像巨头柯达正式宣告破产，市值不到1.5亿美元。 2011胶卷第二巨头富士公司宣布停产多款彩色胶卷，并提出将医疗及生命科学、印刷、文件处理、光学元器件和高性能材料五大领域确定为重点发展事业。到2012年，富士市值将近120亿美元，全年营收接近500亿美元。,6,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,7,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,2013年9月3日，微软收购诺基亚手机业务。在智能触摸机时代，机诺基亚盛于塞班，衰于安卓。,8,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,9,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,10,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,2013年，在智能手机厂商里，苹果和三星加起来的利润占到整个市场的90%。,信息时代，慢进则退！,11,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,追求卓越，不断创新！,12,1.1创新的必要性,应用拓展,问题思考,引言,大而不强“虚胖”，只有不断创新才能“自强不息”！,13,1.2 创新的方向,应用拓展,问题思考,引言,新材料新工艺新技术,对于公路桥梁而言，创新如何着手？,14,应用拓展,问题思考,引言,2、桥梁设计创新应用及拓展,15,2.2 总体理念创新,应用拓展,问题思考,引言,桥梁设计的四个基本原则：,“有利环保 ”,“安全、适用、经济、美观”,只有在上述基本原则的一方面或多方面得到改进，才可以称之为桥梁创新。,另外新规范增加原则：,16,2.2 总体理念创新,应用拓展,问题思考,引言,瑞士萨尔基那山谷桥（Salginatobel Brcke）,混凝土镰刀形上承式三铰拱桥，跨径90米，1930年建成。,17,2.2 总体理念创新,应用拓展,问题思考,引言,瑞士萨尔基那山谷桥（Salginatobel Brcke）,混凝土镰刀形上承式三铰拱桥，跨径90米，1930年建成。,18,2.2 总体理念创新,应用拓展,问题思考,引言,日本锦带桥,建于1673年，一座五孔石墩木拱桥，跨度27.5米，全长193.3米。,19,2.2 总体理念创新,应用拓展,问题思考,引言,悉尼海湾大桥Harbour Bridge,1932年3月19日竣工通车，号称世界第一单孔拱桥的悉尼海湾大桥与歌剧院相得益彰，成为了悉尼绝对的地标性建筑。,20,2.2 总体理念创新,应用拓展,问题思考,引言,随着经济实力的提升，人们对美的要求日益提高，美能给人带来精神上的愉悦和享受。 桥梁尤其是城市桥梁美观的重要性不断提升。在经济能够承受的前提下，实现最大程度的美观需求。,21,2.3 桥型结构创新（新技术）,应用拓展,问题思考,引言,桥梁的基本结构类型：,桥梁的基本受力体系，主要为梁、拱、索为三个基本受力体系。 组合派生出梁桥、拱桥、组合桥梁（斜拉桥、悬索桥）等主要桥梁结构形式。,22,2.3 桥型结构创新（新技术）,应用拓展,问题思考,引言,技术创新的三个层次,发明创新优化创新组合创新,桥梁结构创新的三个层次,基本的结构创新优化的结构创新重新组合的结构创新,桥梁结构创新的三个层次,桥梁结构创新的三个层次,桥梁结构创新的三个层次,桥梁结构创新的三个层次,基本的结构创新优化的结构创新重新组合的结构创新,桥梁结构创新的三个层次,23,2.3.1 基本的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,各种基本桥型的不断增大跨径，刷新纪录。,日本明石海峡大桥主跨1991m （1998年建成）,最大的悬索桥,24,2.3.1 基本的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,前最大跨径斜拉桥日本多多罗桥 ，主跨890m，建于1998年。,25,2.3.1 基本的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,最大跨径斜拉桥中国苏通大桥主跨1088m（2008年建成）,26,2.3.2 优化的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,跨径没有突破的情况下，对结构进行优化。,更经济、更美观、更耐久,27,2.3.2 优化的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,太原祥云桥,创造性地使用三根弯塔柱组成斜拉桥主索塔结构，全高100.5米。三根弯塔柱形成了三维变化的结构组合，仿佛一朵迸发灵感与创新精神的火焰，是对“三晋大地”的一种表象性总结。,28,2.3.2 优化的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,太原祥云桥,29,2.3.2 优化的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,大同至浑源高速公路官堡枢纽跨线桥图片为例，钢混组合桥梁,惠州合生大桥,主桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，塔高121米，其中桥面以上塔高约100米。大桥设计构思新颖，鹅塔天歌的曲线造型流畅美观，活泼别致。尤其是大桥无横向支撑的设计是一次创新，使桥梁更加美观，是目前国内已建桥梁中第一座无横向支撑的桥梁。,30,2.3.2 优化的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,惠州合生大桥,31,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,组成元素： 受力主体可以是梁、拱、拉索、塔； 梁桥主梁可以是箱梁、板梁、T梁； 拱桥可以上承式、中承式、下承式，有推力拱、系杆拱； 拱桥主拱可以是混凝土、钢箱、钢管等； 索塔可以有A型、H型、Y型、异型等； 桥墩型式柱式、矩形、Y型、T型等； 构件材料可以是混凝土、钢； 以上元素可以进行重新排列组合，从而诞生一系列的新型桥梁。,对上部、下部的结构重新组合而形成的创新桥型,32,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,榆次太长线潇河大桥,33,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,榆次潇河大桥，葵花拱桥，8x30m。从结构上属于拱桥与梁桥的组合结构。,34,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,临汾汾河矮塔斜拉桥,临汾矮塔斜拉桥图片为例,35,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,临汾矮塔斜拉桥,矮塔斜拉桥，从结构上看属于梁与索、塔组合结构，仍以梁桥为主要受力体系，索、塔受力为辅。,临汾矮塔斜拉桥图片为例,36,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,太原南中环桥,主桥为拱梁组合结构，主桥全长300米，主跨180米。主拱高40米，向外倾斜16度，副拱高48米，向外倾斜2682度，为钢叠合梁组合式系杆拱体系。南中环桥主桥桥型设计构思源于太原市八景之一的“蒙山晓月”。从桥的两端看，如一只大雁。,37,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,太原南中环桥,38,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,太原南中环桥,39,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,太原北中环桥,采用五跨对称五拱非对称索面斜拉桥，全长310米,40,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,太原北中环桥“龙腾祥瑞”,41,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,沈阳三好桥 桥中央两个巨大的斜拱，从远处看去犹如百合的两个花瓣。这两个斜拱是三好桥的设计精髓所在，一般跨河大桥都采用直拱型，美观不足，而两个巨大的白色斜拱将使三好桥成为浑河两岸又一座地标型建筑。,42,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,沈阳三好桥,主跨为2100米单墩双拱塔组合式空间索面斜拉桥,43,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,福建三明台江大桥主跨为2110M的钢拱塔预应力混凝土主梁斜拉桥,44,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,福建三明台江大桥,45,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,天津大沽桥,大沽桥的设计构思为“日月双辉”，由两个不对称的拱圈构成，大拱圈面向东方，象征着太阳，小拱圈面向西方，象征着月亮。全称为“不对称外飘式联合梁系杆拱桥”。,46,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,天津大沽桥,47,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,天津大沽桥,48,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,梁索组合桥,以梁桥为主体，以索为辅助的梁索组合桥是创新桥型中极为重要的一种，在城市桥梁中有着广阔的创新空间和发展空间。,49,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,梁索组合桥优势：1、梁索组合桥桥型新颖美观，造型灵活。桥上建筑形成视觉美感的来源。2、结构安全。梁索组合桥以梁为主体，承担主要荷载作用，而索承担主梁不足部分，确保结构的总体安全度。3、可以有效降低主梁高度，增大跨径。4、造价适中，适用性强。,50,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁 是国外新兴的一种桥梁结构形式。它可以看成是由混凝土顶底板、体外预应力筋和波纹钢腹板三者构成桥梁，是对传统的体外预应力混凝土箱梁的种改进。该结构与传统的预应力混凝土箱梁相比，大大降低了结构的自重，增大了桥梁的跨径并使下部结构的工程量减少，缩短了工期。,钢混组合结构,51,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,大同至浑源高速公路官堡枢纽跨线桥钢混组合桥梁,钢混组合结构,52,2.3.3 重新组合的结构创新,应用拓展,问题思考,引言,大同至浑源高速公路官堡枢纽跨线桥钢混组合桥梁,钢混组合结构,53,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,混凝土钢材附属材料,高强、轻质、耐久、复合,54,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,美国缅因州尼尔桥,55,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,美国缅因州尼尔桥,56,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,混凝土, 高强（高性能）混凝土：本质上与普通混凝土相同，高质量选料和优化的配合比、以及高标准的拌合、浇注和养护，高耐久性和高强度的混凝土。 优点：实现了桥梁的更大的跨越能力，更小的自重、更小的结构尺寸，高耐久性带来更长的使用寿命。 我院设计的清石黄河大桥主梁采用C60，临猗黄河大桥比较方案中钢管混凝土桥墩C80。,57,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,混凝土,纤维混凝土：混凝土中掺入钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、丙烯纤维，有效提升混凝土的抗拉强度、延伸性、抗疲劳。钢纤维混凝土广泛应用于桥面铺装、伸缩缝混凝土等易疲劳构件。,58,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,混凝土,环氧树脂混凝土,防水混凝土,钢管混凝土,59,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,钢材（钢筋、钢绞线）,高强钢筋：成品钢筋网片，如LL550（CRB550）冷轧带肋钢筋网，广泛应用与桥面铺装及大体积桥墩表面，强度高、抗疲劳、抗裂缝、便于施工、可标准化工厂生产； 高强钢筋：HRB400（新级钢 筋）开始引入，相比HRB335（原二级钢筋），虽然价格几乎相同，但抗拉强度提高近20%，可有效节约钢材，降低造价。 钢绞线：我院也在预应力钢筋设计中采用1860 MPa高强度低松弛钢绞线。,60,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,附属材料,桥梁铅芯隔震支座,高阻尼橡胶隔震支座,61,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,附属材料,阻尼器，用在大桥上的锁定装置，在温度和正常活荷载下可以自由变形，但对于中小地震荷载、较大的风荷载带来的桥梁各部分间的运动和碰撞，可有效地起到减少、转移和限制作用。,62,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,附属材料,拉索阻尼器,63,2.4 桥梁材料创新（新材料）,应用拓展,问题思考,引言,附属材料,大行程伸缩缝我院桥梁附件公司安装江阴大桥DS2000特大位移伸缩缝,64,2.5 桥梁新工艺,应用拓展,问题思考,引言,桥梁设计新工艺桥梁施工新工艺,65,2.5 桥梁新工艺,应用拓展,问题思考,引言,桥梁设计新工艺,桥梁设计专业分析软件如桥梁博士、GQJS、MIDAS、SAP2000、桥梁通、桥梁大师、TDV、ANSYS,桥梁勘察设计软件各专业组之间的协同办公、数据互联、智能设计系统,66,2.5 桥梁新工艺,应用拓展,问题思考,引言,桥梁施工新工艺,大型基础设计施工技术深基坑设计施工技术、深水群桩基础施工技术、深水沉井基础施工技术特大跨径桥梁上部结构施工与控制技术拱桥、斜拉桥、悬索桥架设与控制技术桥梁工业化技术箱梁节段短线法预制、架桥机拼装、施工控制技术长大节段钢箱梁整体安装与控制技术,67,2.5 桥梁新工艺,应用拓展,问题思考,引言,桥梁施工新工艺,桥梁预应力智能张拉技术,68,2.5 桥梁新工艺,应用拓展,问题思考,引言,桥梁施工新工艺,智能压浆系统,69,2.5 桥梁新工艺,应用拓展,问题思考,引言,桥梁施工新工艺,湖南联智桥隧技术有限公司研发的预应力智能张拉和智能压浆系统，目前已经在湖南省所有在建高速公路，以及全国超过22个省区市的交通、市政项目得到了广泛应用。,70,应用拓展,问题思考,引言,3、 总结与思考,71,3.1 桥梁设计创新面临的问题,应用拓展,问题思考,引言,目前，我院的桥梁设计技术创新已有了很大的进步，但从质量、数量、产业化方面和国内设计强院相比仍有很大差距。 我院由大院向强院发展之路必须要有技术创新体系作为技术支撑。,72,3.2 桥梁设计创新之路的探索,应用拓展,问题思考,引言,73,3.2 桥梁设计创新之路的探索,应用拓展,问题思考,引言,3.2.1 桥梁创新的种子 3.2.2 桥梁创新的土壤 3.2.3 桥梁创新的阳光和水,74,3.2.1 桥梁创新的种子,应用拓展,问题思考,引言,美国工程院和中国工程院外籍院士、国际桥梁设计大师邓文中就曾提出桥梁设计的三要素：能力、勇气、机会。 首先，是自身能力的培养和积累。专业理论基础，再加上实践应用经验。 其次，是工程师的创新勇气。避免自甘平庸，要有追求卓越的志向。 第三，机会是创新的舞台。创新没有实战机会，则创新无从谈起。,75,3.2.2 桥梁创新的土壤,应用拓展,问题思考,引言,创新的成活需要一个创新的土壤（环境），否则创新的种子就会夭折。,76,3.2.2 桥梁创新的土壤,应用拓展,问题思考,引言,桥梁创新的高投入 创新有成功就有失败，而且往往失败远多于成功。失败就意味着人力物力财力的投入成本。,企业的创新投入和容错环境，是创新生存的重要保障之一。,77,3.2.2 桥梁创新的土壤,应用拓展,问题思考,引言,桥梁创新的风险 桥梁创新的风险，对于推广部门来说有质量风险、可靠度风险，具体到人就是责任风险。不能解决责任风险问题，则好的创新也难以得到顺利的推广应用。,建立风险评估及责任承担体系是创新的重要保障体系。,78,3.2.2 桥梁创新的土壤,应用拓展,问题思考,引言,桥梁创新的制度保障体系 创新存