五1400m协作体系探索

1、五、1400m协作系统的研究.五、1400m协作系统的研究.6/6五、1400m协作系统的研究.五、1400m协作系统的研究（广东伶仃洋大桥设计）-42-五、大跨径单主缆斜拉悬索协作系统桥的研究金成棣陆宗林同济大学跟着我国高等级公路的兴建，将在大江大河甚至海峡上修筑一大量大跨径甚至超大跨径的桥梁。过去悬索桥型几乎占有了整个大跨径桥梁领域。近半个世纪来，因为现代斜拉桥的流行，它的受荷传力更加直接，不需要巨大的锚碇设备，亦可采纳无支架的悬臂法施工，比同跨径的悬索桥要经济得多，在一般的大跨径方面已逐渐代替悬索桥了。法国主跨856m的Normande桥已经建成通车，日本主跨890m的Tatara桥明年

2、也将建成。按RSual的计算，当跨径为10001500m时斜拉桥的造价比同跨径的悬索桥低15左右，即便跨径增大到2000m，前者还比后者低8。但是跟着跨径的增大斜拉桥在设计、结构和施工工艺方面也产生了好多新的课题，如：）拉索长度增添后，索自重惹起的非线性问题不可以忽略，致使拉索使用效率降低；）桥道梁内的轴压力增大，使它的截面大增，如改用混凝土桥道则又增大了自重和索力，同时巨大的轴压力和更长的跨度要考虑桥道结构的纵向屈曲坚固问题；）塔的“有效高度”将打破200m，增添了施工的难度；4）桥道结构一般都采纳悬臂法施工，悬臂长了，施工难度大增，Nornande桥和Tatara桥均在边跨设置了不一样样数

3、目的协助桥墩，并先建好边跨的桥道结构，此后再谨言慎行“只顾一端”的采纳悬臂法施工中跨桥道，工期都比较长。有基于此，近来几年建成或在建的跨径超出1000m的特大跨径桥梁仍都采纳悬索桥型，1）日本主跨l990m的AkashiKaikyo桥；2）丹麦主跨l624m的Storebealt桥；3）我国香港地域主跨1377m的青马大桥；4）挪威主跨1325m的Handangerfjord桥；5）瑞典主跨1210m的HogaKusten桥。其他，主跨为1385m的江阴长江公路大桥，将于明年建成通车。拟议中主跨为3300m的Messina海峡桥和主跨达5000m的Gibraltar海峡桥更是以悬索桥为主要研究

4、和介绍桥型。尽人皆知，悬索桥的主缆在几何构成上属几何可变系统，依赖重力刚度来保持线形，加劲梁断面设计一般由四分点加载工况控制。如何改变悬索桥几何可变的属性，设计者提出了各样结构举措，但见效都不甚理想。斜拉桥因为索、塔、梁三者构成了凑近几何不变系统，所以，变形、整体刚度大，对加劲梁的刚度要求比悬索桥低，可将加劲梁设计得很小。如何充散发挥二种系统的长处，是大家都关怀的课题。-43-斜拉桥的合用性(刚度较大)和经济性吸引人们的研究扩大它应用范围的可能性。好多专家学者提出的各样斜拉索和悬索联合作用的桥型，斜拉悬索协作系统桥就是此中一个主要的方面。早在1885年Reobling设计并建成和使用迄今的美国

5、纽约Brooklyn桥采纳斜拉索来提升悬索桥的刚度，应是近代对这类协作系统初次成功的试一试。此后虽有好多有名专家，如德国Dischinger，美国Steinman及丹麦Gimzin等提出过各样不一样样形式协作系统方案的构想，但遗憾的是迄今还没有建成一座新的大跨径的协作系统桥。在上海杨浦大桥可行性研究阶段，笔者曾提出了斜拉桥及悬索桥协作的方案。悬索桥部分采纳斜吊杆的假想，从力学分析来看，这类系统可以战胜二种系统本来的一些弊端。在设计特大跨径桥梁时，采纳协作系统可以在压缩塔高、降低梁高、防范过于平展的斜拉索、减少悬索主缆的拉力和施工难度及增添施工工作面的方面获取利处。4.H.Herzog为土耳其设

6、计了一座中跨达2000m的Izmit海峡大桥。他采纳了协作系统(图1)。据他的详尽计算，混凝土斜拉桥部分与钢悬索桥部分，每单位桥面造价之比竟达1:1.92。从图l中可见它实质上是座主跨在跨中“分开”的双塔双索面斜拉桥，在中央“插入”了仅有中央一段桥面结构的双悬索单跨悬索桥，二者共用一双对两种桥型(桥跨)高度均适合的桥塔。悬索桥的主索只承受中央一段桥面结构的恒载及活载，主缆的索力大为减小。它的“跨径”比江阴长江大桥大1.44倍，但它承载跨中800m桥面的四根主缆的钢材断面积仅为江阴长江大桥主缆的75(已考虑了两桥用材不一的强度和面积换算)。主缆锚碇的体积相应减小，就易于建筑，这对在地质条件欠佳的

7、桥位修筑大跨径桥梁是有很大现实经济意义的。分析了斜拉悬索协作系统的传力特点此后，建议对这类很有发展前程桥型在整体部署作以下改良，将可获取更多的经济效益。1）联合桥位的地形特点，边跨斜拉桥的长度不用与中跨斜拉桥部分相等，可多设协助墩。这样可减少长悬臂施工的难度和桥面结构的扭转角度。2）处于边跨的悬索直索仍宜以其较经济的倾角(25o28o)。设置锚碇，锚碇体不用与斜拉部分的桥台合一。3）为求桥道结构型式的协调，宜采纳扁平箱形结构。斜拉部分可采纳钢筋混凝土、预应力混凝土或混凝土板与钢箱梁联合式。它们在纵向亦可构成混淆式。至于悬索桥部分则仍以采纳全钢箱形断面为宜。）桥塔采纳大跨径斜拉桥常用的倒Y型。它

8、使斜拉索形成空间索面，更有益于提升桥道结构的抗扭刚度。）采纳倒Y型桥塔即可在塔顶中央只架设一根缆索。它不参加承受活载横向散布等的传力作用，用材可更节俭。此时由桥面结构的抗扭刚度来承受因活载偏载产生的扭转内力，并经过空间索面的斜拉桥区段传到塔根。）相应的斜拉桥桥面在塔根横梁处要设置支座，不宜设计成飞扬状态。）吊索在不影响桥面净空段可部署成横桥向的人字形，以增大悬索桥面的抗扭刚度，并可与斜拉悬臂端的斜拉索有段重复部署，以-44-改良两种桥型在连结处的变形连续性。跨中部分在分开带内设置垂直或斜的吊杆。我们依据上述构想，曾对某桥初拟了中跨为1440m单悬索面的协作系统桥型方案。因为该桥有较严格的航空净

9、空限制，塔高不可以高于192m，而桥下通航净空又高达62m，所以，悬索桥的矢跨比极为平展，建桥条件特别苛刻。现将该方案的几个主要尺寸、参数确实定分述于后，为有兴趣于斜拉悬索协作系统桥型研究的同行们供给一点商讨素材(图2)。1）塔高与分段中跨L=1440m，f/L=1/12.5，主缆矢高f=115.2m，塔高H=192m。斜拉桥区段：边索斜率取1/2，主跨斜拉索区段长度取250m，边跨参照地形取200m。悬索桥区段：中跨长度为940m，边跨取250m。2）桥面结构型式4.5m。中跨悬索桥区段为全钢箱梁，斜拉桥区段为钢筋混凝土桥面板与钢箱壳为外形尺寸一致的、带风嘴的扁平箱形断面，箱梁高的组合箱梁；

10、边跨斜拉桥区段为钢筋混凝土（预应力混凝土)箱梁。3）主缆预计部署单缆索面，缆索自重：80kN/m；桥面恒载及活载强度：226.9kN/m，最大索力：单索面协作系统N1=628410kN，如改为双索面协作系统N2=2362510kN=725020kN=1.116N。）高强钢丝用量比较斜拉索2900t单索面协作系统缆索16210t，共计Wl=19110t双索面协作系统缆索18280t，共计W2=21180t=1.118Wl(钢丝强度为1600MPa，安全系数取K=2.5)）吊索部署形式主跨中段300m，为直吊索，边段250m为空间双索面斜拉索，随后为120m横向人字形吊索(与斜拉索搭接30m)，余下195m为斜吊索(单索面)。6）单边偏爱活载产生的扭转附带变形预计(按单索面考虑)0.01970.019714.750.29m扭转刚度Jd=13.24m4G=8.1e7MPa扭转角度笔者以为：1）斜拉桥与悬索桥的协作系统是一种各展其长、改良大跨度桥梁的合理形式(亦只有在大