世界级大跨度悬索桥工程创新技术解析图文并茂

矮寨大桥创新技术研究矮寨特大桥为吉茶高速公路的控制性工程。桥位紧邻湘西德夯苗族文化风景区，自然环境优美，地形条件复杂，桥位处谷深500余米，桥面与地面高差达355m，山谷两侧悬崖距离从900m到1300m之间变化。在建项目吉首至茶洞公路桥隧方案比选悬索桥方案相对于隧道方案的优点：避开了不良地质的影响改善了公路的安全性能减小了对自然环境的破坏增强了当地的景观提高了社会服务能力降低了全寿命周期成本

大桥主缆的孔跨布置为：242m+1176m+116m，钢桁加劲梁全长1000.50m。主缆垂跨比F/L=1/9.6，钢桁梁全宽27m，高7.5m。全桥在桥台处设有竖向支座、水平弹性支座及横向抗风支座等限位系统。索塔采用钢筋混凝土门式索塔，吉首岸塔高129m，茶洞岸塔高62m。基础采用扩大基础。主缆采用预制平行钢丝索股。吉首岸锚碇采用重力式锚碇，茶洞岸锚碇为隧道式锚碇，两岸桥台均与隧道直接相连。技术难点：桥隧相连塔梁分离主梁抗风稳定主梁安装架设行车安全（抗冰冻研究）景观要求1146m钢桁架梁957m桥型比较方案

低缆位悬索桥方案西班牙LascellassBridge美国WheelingBridge美国WheelingBridge降低了主缆与桥面的相对高差。缆位降低塔高比较129m开挖大92m开挖小回填吉首塔茶洞塔79m

41m

降低了主塔的高度。（129）m（62）m将吉首方向的重力式锚碇调整到合理的位置。缩短了主缆的长度。缩短190m减短了主梁的长度。钢桁架梁957m

钢桁架梁1000.50m

提高了全桥的整体刚度和抗风稳定性。塔梁分离式悬索桥无索区的处理大桥选用了塔梁分离式悬索桥结构，钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，会出现吊索卸载应力为零的情况，且钢桁梁转角位移大，钢桁梁的上、下弦应力超标，需对钢桁梁作特殊设计。设计采用的是增加竖向锚固拉索方案，设竖向锚固拉索，通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。碳纤维锚索张拉试验桥位处存在溶蚀、裂隙、危岩体、卸荷带等不良地质现象，且茶洞侧塔基下方44m就是公路隧道，桥梁塔基、锚碇和公路隧道与山体形成联合受力体系。岩土名称湿密度（g/cm3）单轴极限抗压强度[Ra](MPa)弹性模量（GPa）抗剪强度容许承载力[σ。](kPa)C（MPa）ф（°）弱风化白云岩2.7620～30201.2383000微风化白云岩2.7850～80221.5424000弱风化灰岩2.7230～40181.2393000微风化灰岩2.7460～80201.5424000各岩土层主要力学指标值推荐表

地质纵断面图

塔基、锚碇、公路隧道与山体的联合受力问题矮寨大桥防冰冻措施由于矮寨大桥桥面距离沟底355米，结合吉首市冬天气温情况及附近高速公路桥面冬天结冰情况，矮寨大桥桥面冬天将极易结冰，对桥上行驶车辆的安全带来极大的负面影响。矮寨大桥防冰冻措施方案一：导电混凝土融雪化冰法（郑州大学、河南大学）导电混凝土融雪化冰法是在普通混凝土中添加适当种类和含量的导电组分材料（如钢纤维、石墨、碳纤维、炭黑、钢渣等），使混凝土变成具有良好导电性能的导电体。①导电发热废钢渣沥青混凝土；②桥面预制板上设置找平绝热防水粘结层；③电力布线于中间带及停车道右侧；④感温、感湿、感风监测探头布于中间带及停车道右侧；⑤融雪防冰自动控制系统；⑥电源采用太阳能或风能及水电。碳纤维导电混凝土融冰试验矮寨大桥防冰冻措施方案二：地源热泵法防冰（湖南大学）在桥面沥青层下、混凝土中埋设热管，冬季当桥面温度接近0℃时，开启热泵系统，向埋设管道内输送热水，提升桥面温度，从而防止桥面结冰或积雪。热泵系统通过地下埋管或地下水从地下恒温层提取热量或者从隧道风中提取热量或者直接从大气提取热量。地源三热泵三法融三冰试三验环保三措施三及景三观研三究环保三措施三新思三路尊重三自然，尊重三地区三特性，不破三坏就三是最三大的三保护。利用三太阳三能、三风能三对大三桥进三行冬三季除三冰。利用三风能三、太三阳能三作为三大桥三和隧三道功三能照三明和三景观三照明三的能三源。景观三概念三设计加劲三梁的三架设1,三缆载三吊机三吊安三法韦拉扎诺海峡大桥（跨径1290米，1964，美国）金门大桥（1280米，1937，美国）2,三缆索三吊吊三装法3,三桥面三吊机三散件三悬拼三法悉尼海港大桥的桥面吊机施工,摄于1930年6月20日18三74三年,三美国三的主三跨为三15三8米三的圣三路易三斯铁三路钢三拱桥三就采三用悬三臂拼三装法三施工三。在三墩顶三设木三塔架三，用三拉索三吊住三钢拱三，由三桥墩三平衡三悬臂三拼装三至跨三中合三龙。4,三整体三荡移三法法国三Ch三av三an三on三桥施三工（三主跨三30三0米三）轨索三滑移三法利用三大桥三永久三吊索三在其三下端三安装三临时三吊鞍三，然三后在三临时三吊鞍三上安三装水三平轨三索，三再将三水平三轨索三张紧三作为三加劲三梁的三运梁三轨道三，实三现由三跨中三往两三端拼三装大三桥的三钢桁三加劲三梁。矮寨大峡谷矮寨三盘山三公路轨索三滑移三架设三方案三总体三思路卷扬三吊机轨索三滑移三系统三构成运梁三小车钢桁三梁标三准节三段吊鞍轨索永久三吊索运梁三小车三总体三构造永久三吊索小车三轮组钢桁三架三角三形分三配梁矩形三分配三梁吊鞍三总体三构造永久三吊索轨索三鞍座轨索鞍体整体三模型三试验足尺三模型三试验B3三6梁三段牵三引试三验轨索三滑移三法施三工动三画吉首三岸拼三装场茶洞三岸拼三装场B3三6梁三段待三牵引三状态开始三牵引运梁三小车三经过三吊鞍向跨三中牵三引B3三6梁三段到三达设三计位三置提升三钢桁三梁退出三运梁三小车钢桁三梁与三吊索三连接三，完三成体三系转三换预应力锚垫板安装前锚室二次衬砌浇筑隧洞成形隧道锚施工全景施工三图片茶洞岸索塔施工吉首岸索塔施工猫道架设主缆索股架设最后一根主缆索股架设首根主缆架设首根主缆架设仪式主缆架设完成钢桁三梁架三设仪三式目前三已经三完成三5个三梁段三的架三设，三系统三状况三良好附：岳阳三洞庭三湖第三二大三桥京港三澳线一纵四纵建新三农场三纵三：岳三临线大界杭瑞三国家三高速三公路本项三目常吉三高速吉凤三高速岳常三高速凤大三高速项目三背景临岳三高速三是杭三瑞高三速湖三南段三最后三一个三尚未三开工三的项三目，三也是三我省三最后三一个三尚未三开工三的高三速公三路出三省通三道。区域三卫星三影像三图岳阳三洞庭三湖二三桥是三临岳三高速三的控三制性三工程三。20三10年4月27日，三湖南三省交三通运三输厅三主持三召开三了“三杭瑞三国家三高速三公路三岳阳三洞庭三湖二三桥桥三梁方三案专三家咨三询论三证会三”。三咨询三意见三认为三：“三针对三推荐三的工三可A线桥三位，三设计三院提三出了三两种三桥型三共五三个方三案，三即主跨10三00三m、13三00三m两个三斜拉三桥方三案和三主跨16三00三m、18三00三m、20三08三m三个三悬索三桥方三案进三行了三比选……主跨18三00三m左右三的悬三索桥方案三对行三洪、三通航三、城三市规三划、三可持三续发三展以三及堤三防安三全、三河道三疏浚三等较三为有三利，三可作三为工可三阶段三投资三估算三控制三的依三据。三”20三10年5月20日，三长江三水利三委员三会以《长许三可[2三01三0]三76号》行政三许可三批复三了本三项目A线18三00三m单跨三悬索三桥方三案。洞庭三湖蓄三纳四三水、三吞吐三长江三。桥三址位三于南三津渡三至城三陵矶7公里三的洪三道范三围，三是洞三庭湖三进入三长江三的唯三一通三道，三也是三抗洪三防汛三的关三键区三域。主河三槽常三水位三宽约1.三6k三m，是三洞庭三湖行三洪的三主要三通道三。君山三岸为三滩地三，洪三水期三水流三漫滩三与长三江来三水连三成一三片，三水面三宽约4k三m。为减三少对三行洪三的影三响，三长江三水利三委员三会和三湖南三省水三利厅三要求主河三槽区三域不三能设三置桥三墩，三滩地三应尽三量采三用较三大跨三径的三桥型三方案。主河槽滩地水文推荐桥位桥址三位于三湖南三内河三入长三江的三必经三之路三，水三运繁三忙，三码头三林立三，船三只繁三多三，常三年停三泊船三只达三30三0余三艘。通航覆盖三层东三岸为三硬塑三状黏三土厚三约14三.0三m，西三岸为三砂土三厚约35三m。两岸三基岩三均为三元古三界冷三家溪三群砂三质板三岩，三局部三夹薄三层状三泥质三板岩三，中三风化三岩体三较完三整，三岩质三坚硬三，是三大跨三径桥三梁较三理想三的基三础持三力层三。工程三地质（1三）设三计风三速：三27三.2三m/三s；三桥面三设计三风速三39三.2三m/三s。（2三）行三洪：行三洪敏三感区三，主三河槽三不能三布设三桥墩三，滩三地跨三径宜三大。（3三）水利三工程：受三湖控三工程三的影三响，三滩地三区需三预留三船闸三建设三的空三间。（4三）通三航：通三航要三求高三，码三头附三近及三通航三水域三不应三布设三桥墩三；锚地三利用三率高三，资三源有三限，三锚地三区不三宜布三设桥三墩。（5三）工程三地质：下伏三基岩三为砂三质板三岩，三中风三化岩三体较三完整三，岩三质坚三硬，是大三跨径三桥梁三较理三想的三基础三持力三层。主要三控制三因素18三00三m跨三斜拉三悬吊三协作三体系君山三岸主三桥副三孔岳阳三岸主三桥副三孔K线U线建设三规模技术三标准针对三主桥三推荐三的18三00三m桥跨三方案三，结三合目三前经三济、三技术三条件三，梁三桥与三拱桥三已不三适用三。主桥三主孔三桥型三构思世界三最大三跨径三梁桥主跨三33三0m三的重三庆石三板坡三长江三大桥三复线三桥世界三最大三跨径三拱桥主跨三55三2m三的重三庆朝三天门三长江三大桥超大三跨度三桥梁三必须三以缆三索承三重体三系为三依托三，已三成为三桥梁三结构三工程三师的三共识三，缆三索承三重体三系主三要包三括斜三拉桥三、悬三索桥三及斜三拉-悬吊三协作三体系三等。目前三已建三成的三最大三跨径三斜拉三桥为三主跨10三88三m的苏三通大三桥，三按照三目前三的材三料和三桥梁三建设三水平三，修三建主三跨18三00三m的斜三拉桥三仍需三要做三大量三的研三究论三证工三作，三因此三，暂三不考三虑斜三拉桥三方案三。世界三最大三跨径三斜拉三桥主跨三10三88三m的三苏通三大桥国外三最大三跨径三斜拉三桥主跨三89三0m三的日三本多三多罗三大桥主桥三主孔三桥型三构思目前三，国三内外三已建三成的三悬索三桥主三跨跨三度分三别达三到16三50三m（舟三山西三堠门三大桥三）和19三91三m（日三本明三石海三峡大三桥）三，在三建的三意大三利墨三西拿三海峡三大桥三主跨三已达33三00三m。建造三主跨18三00三m的悬三索桥三已不三存在三大的三技术三难题三。悬索三桥加三劲梁三一般三采用三钢箱三梁或三者钢三桁梁三，欧三洲一三般倾三向于三扁平三钢箱三形式三，而三美国三和日三本则三更偏三向于三钢桁三梁；三我国三已建三桥梁三中大三多数三采用三了扁三平钢三箱。钢桁三梁与三钢箱三梁各三有优三缺点，还三需进三一步三深入三比较三。主跨三33三00三m的三墨西三拿海三峡大三桥国外三最大三跨径三悬索三桥主跨三19三91三m的三日本三明石三海峡三大桥主桥三主孔三桥型三构思随着三跨径三的不三断增三长，三抗风三稳定三性成三为了三超大三跨径三悬索三桥设三计的三控制三性难三题，三斜拉三一悬三吊协三作体三系吸三收了三斜拉三桥和三悬索三桥的三优点三，抗三风能三力较三强，三在超三大跨三度桥三梁中三具有三较强三的竞三争力三，在三世界三各地三提出三很多三设计三方案三。桥名所在地桥跨布置状况Brooklyn桥美国286m+486m+286m1883年建成Beauharnois桥加拿大54.5m+176.78m+54.5m1988年完成加固Salazar桥葡萄牙483m+1014m+483m1992年完成加固直布罗陀海峡桥摩洛哥2000m+2x5000m+2000m方案设计轻津海峡桥日本2000m+2x4000m+2000m方案设计广州虎门二桥中国430m+1680m+430m方案设计广东伶仃洋东桥中国319m+1400m+319m方案设计大连湾跨海大桥中国263m+800m+263m方案设计主桥三主孔三桥型三构思本项三目将三对1三80三0m三斜拉三-悬三索桥三协作三体系三、三18三00三m钢三箱梁三悬索三桥及三18三00三m钢三桁梁三悬索三桥三三个桥三型方三案进三行同三深度三比选三。方案三二：三18三00三m钢三箱梁三悬索三桥方案三三：三18三00三m钢三桁梁三悬索三桥方案三一：三18三00三m斜三拉-三悬索三桥协三作体三系主桥三主孔三桥型三构思方案三三三现代三复古三风格三造型方案三一三现三代简三约造三型风三格（三推荐三方案三）方案三四三仿三古风三格造三型斜拉-悬吊三协作三体系方案三二三排笛三式主三塔方三案（三湖南三大学三）大桥三造型斜拉三-悬三吊协三作体三系效三果图三（推三荐方三案）斜拉三-悬三吊协三作体三系效三果图三（排三笛式三主塔三方案三）方案三二三现代三复古三风格三造型方案三三三现三代简三约造三型风三格方案三四三后三现代三建筑三造型三风格大桥三造型方案三一三简三约造三型风三格（三推荐三方案三）钢箱三梁悬三索桥三方案简约三造型三风格钢桁三梁悬三索桥三方案大桥三造型18三00三m协三作体三系方三案双塔三斜拉三悬吊三协作三体系;（50＋60＋60＋60＋80）+1三80三0＋（80＋60＋60＋60＋50）m;边跨三长36三0m，边三中跨三比0.三2；斜拉三部分三边跨三长31三0m，斜三拉索三边跨三索距12三m，中三跨索三距16三m；矢跨三比1/三10，吊三跨比0.三57。桥型三布置地连三墙由三外径三为70三m的两三个圆三顺桥三向交三叠形三成，三圆心三距离三为37三.0三m。地连三墙壁三厚1.三5m。锚体三采用三三角三形框三架结三构。岳阳三侧锚三碇混三凝土18三.2万m3，君三山侧三锚碇三混凝三土24三.7万m3。锚碇“∞三”形三地连三墙三（推三荐方三案）钢混三结合三段位三置比三选主梁钢混三结合三段位三置比三选主梁桥名国家结构形式主跨（m）建成年份钢-混结合段位置诺曼底大桥法国斜拉桥8561995塔内116米汲水门桥中国斜拉桥4301997塔内21.5米汕头礐石大桥中国斜拉桥5181998塔内14米多多罗大桥日本斜拉桥8901999塔外164.5米和塔外257.5米武汉白沙洲长江大桥中国斜拉桥6182000塔外15.5米鄂东大桥中国斜拉桥9262010塔内12.5米荆岳长江公路大桥中国斜拉桥8162010塔内22米部分三大跨三径组三合梁三桥钢三-混三结合三段位三置表钢-混结合段位置方案一方案二方案三在索塔中心线附近在中跨第1、2根斜拉索之间在跨中最长斜拉索附近受力内力应力主梁活载弯矩及剪力较大，但受力以轴力为主，主梁应力绝对值优于方案三。主梁内力、应力与方案一相差不大。主梁活载弯矩及剪力较小，主梁应力绝对值最大变形挠度和转角很小挠度和转角较小挠度和转角最大综合比较方案一与方案二相差不大。钢混结合段构造利用主塔处主梁横隔板需设置一道强大的横隔板需设置一道强大的横隔板施工利用索塔基础搭设膺架采用支架施工还是挂蓝施工，施工难度采用支架施工还是挂蓝施工，施工难度比选结论推荐不推荐不推荐钢混三结合三段位三置比三选双塔三单跨三钢箱三梁悬三索桥;46三0+三18三00＋46三0m三;边跨三长46三0m，边三中跨三比0.三25三6；1/三10矢跨三比。18三00三m钢三箱梁三方案桥跨三布置材料三采用Q3三45三D钢材三。主梁三标准三节段三长16三m，每三隔3.三2m设一三道板三式横三隔板三。项目悬吊区段顶板厚度（mm）14（一般车道）/16（重车道）底板16斜底板10边纵腹板12U肋6/818三00三m钢三箱梁三方案双塔三单跨三钢桁三梁悬三索桥三；跨径三为46三0+三18三00＋46三0m；边跨三长46三0m，边三中跨三比0.三25三6。桥型三布置18三00三m钢三桁梁三方案主桁三架为三带竖三腹杆三的华三伦式三结构三，标三准桁三高12三.8三m，标三准节三间长13三.6三m，主三缆中三心间三距34三.9三m。加劲三梁采三用桁三架梁三与非三结合三型正三交异三性钢三桥面三板组三合的三结构三形式三。钢箱三梁标三准横三断面三（推三荐4三.5三m）钢桁三梁18三00三m钢三桁梁三方案专题三研究类别专题研究名称气象气象观测与风参数研究抗风大跨悬索桥抗风性能研究抗震大跨悬索桥抗震性能研究景观景观与文化设计新材料主缆用高强度镀锌平行钢丝研究结构斜拉-悬吊协作体系结构体系研究主缆安全系数评定研究加劲梁结构选型研究新工艺主缆直接编索法可行性研究目前三开展三的专三题研三究主要三研究三内容设计三风速三、颤三振检三验风三速及三静风三稳定三性检三验风三速确三定；成桥三状态三结构三动力三特性三分析三；成桥三状态三主梁三断面三三分三力系三数测三定及三典型三索塔三断面三阻力三系数CF三D计算三；成桥三状态三颤振三稳定三性检三验及三气动三改良三措施三优化三；成桥三状态三涡激三振动三性能三检验三；成桥三状态三主梁三断面三颤振三导数三测定三；静风三稳定三性分三析。抗风三研究桥址三处按三照A三类地三貌的三桥面三高度三处的三设计三风速三为:颤振三检验三风速三确定岳阳三市标三准高三度10三m、平三均时三距10三mi三n、重三现期10三0年的三基本三风速三为27三.2三m/三s。按照三规范三计算三颤振三检验三风速三为:抗风三研究成桥三状态三颤振三临界三风速在未三采取三任何三抗风三措施三的情三况下三，斜三拉-悬吊三协作三体系三方案三的颤三振临三界风三速最三大，三钢箱三梁次三之，三钢桁三梁的三最小三。采三取抗三风措三施后三，三三个方三案的三颤振三临界三风速三均可三以满三足要三求。抗风三研究工况攻角（º）协作体系钢箱梁钢桁梁原始设计断面+3º>7250\0º596839.2-3º64\\优化后断面+3º>7672600º>767862-3º74>78>64成桥状态颤振检验风速[56]涡激三共振三响应三测试三结果钢箱三梁悬三索桥三方案三抗涡三振性三能相三对较三差，三但振三幅较三小，三满足三规范三的要三求。三在试三验过三程中三，斜三拉-悬吊三协作三体系三方案三和钢三桁梁三悬索三桥方三案均三未出三现明三显的三涡振三现象三。抗风三研究直接三编索三法可三行性三研究研究三目的岳阳洞庭三湖二三桥其三主缆三架设三质量三要求三高，三工期三要求三紧、三施工三难度三大，三结合三其主三缆设三计，三提出三了直三接编三索法三，该三工法三结合AS法与PP三WS法的三优点三，在三达到三精度三要求三的前三提下三，将三提高三工作三效率三，节三约经三济成三本。施工工法AS法PPWS法直接编索法制作直接在桥上纺丝工厂预制索股现场编索，直接架设，无需卷盘运输只考虑钢丝原料运输需要在工厂及施工现场各设大型起重设备，托盘、运输工具等，并且运输安全性低只考虑钢丝原料运输，不需要运输用盘具，不受起重吨位的限制架设费工、费时，受风的影响大省工、省时、受风影响小省工、省时、受风影响小，无需大型起吊设备等设备锚固面积单根索股钢丝数量多，索股锚固系统少，锚固面积小由于运输、架设制约，索股锚固系统较多，锚固面积较大索股规格可大可小，索股锚固系统较、锚固面积选择大架设施工期若采用5mm×127丝×169股，送丝速度最快4m/s，约10-12月若采用5mm×127丝×169股，牵引速度最快40m/min，约4-5月若采用5mm×127丝×169股，，编索及牵引速度最快40m/min，约4-5月主要三研究三成果根据三直接三编索三法的三工艺三特点三，制三定了三详细三可行三的索三股制三作工三艺流三程和三直接三编索三法工三艺设三备分三布。直接三编索三法结三合AS法与PP三WS法的三优点三，具三有较三强的三可操三作性三与经三济性三，下三一阶三段将三进一三步研三究，三并与PP三WS法进三行比三选。直接三编索三法可三行性三研究直接三编索三法制三作工三艺流三程图直接三编索三法工三艺设三备分三布简三图方案三比选方案斜拉-悬吊协作体系（Ⅰ）钢箱梁悬索桥（Ⅱ）钢桁梁悬索桥（Ⅲ）结构刚度静力刚度活载下挠(m)2.6173.307(1.26)3.738(1.43)活载梁端水平位移(m)0.1120.603(5.38)0.821(7.33)横向位移(m)1.8923.102(1.64)10.966(5.8)动力刚度一阶侧弯(HZ)0.0580.043(0.74)0.04(0.69)一阶竖弯(HZ)0.1150.0806(0.7)0.0751(0.65)一阶扭转(HZ)0.2340.21(0.9)0.195(0.83)在桥三梁运三营活三载下三，斜三拉-悬吊三协作三体系三方案三的位三移比三其余三两个三方案三小得三多，三其静三力刚三度有三明显三优势三。钢三箱梁三方案三与钢三桁梁三方案三相比三，钢