文档介绍：双塔斜拉桥合理成桥状态及结构体系分析
-->第一章绪论
斜拉桥的发展概述
斜拉桥结构经历了多年的发展,仍然散发着新的活力。数百年之前,关于斜拉桥的初步设想和实践开始出现在人类的工程活动中。在亚洲,老挝和爪哇都曾发现过斜拉结构的人行桥,这种斜拉结构通常用藤条和竹子架设。十八世纪初,两座斜拉桥发生倒塌,来自法国的工程师 Navier 对事故原因进行调查分析后认为此次倒塌事故是由超载引起,并认为在力学性能方面悬索桥优越于斜拉桥[1]。这一结论致使斜拉桥在相当长的时期内被业内工程师们所忽视而发展十分缓慢[2]。
1955 年,第一座现代化的大跨径斜拉桥建成并投入使用。二战结束后,工程师 Dischinger 设计建成了位于瑞典主跨径为 姆桑德桥。该桥全部采用斜拉式结构,以钢板梁为主梁,采用横梁在中间进行连接,利用双塔式结构,每塔使用两对高强度的钢丝拉索,梁上索距为 35m 左右,塔高 28m 为跨径的 1/,梁高 为跨径的 1/56。以现代的标准来衡量,这座桥在细节上仍然存在着一些不足,例如索塔造型设计缺乏美感,桥面采用分离式混凝土梁等。但是该桥在桥梁结构上开创了工程界的新纪元,创造出一种前所未有的桥型结构。
二十世纪中叶,结构理论体系的进步和数值分析技术不断成熟,使大跨径斜拉桥得到发展。自二十世纪七十年代开始,斜拉桥的实际工程应用进入快速发展的阶段。到二十世纪九十年代,斜拉桥的跨径达到悬索桥适应的特大跨径的范围之内,且其建造数量也不断攀升。斜拉桥跨径不断刷新的世界纪录是其不断发展的重要标志[3][4]。斜拉桥跨径纪录在上世纪七十到八十年代更新缓慢,自九十年代开始,斜拉桥跨境纪录不断刷新,斜拉桥在工程界的复兴和在工程实践中的辉煌曾被认为是二十世纪下半叶[5]桥梁界最重要的事,斜拉桥主跨跨径世界纪录见表 。
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斜拉桥的结构特点与发展趋势
斜拉桥的结构特点
斜拉桥是一种由受弯为主的构件梁、受压为主的构件塔以及索组成的结构。此桥型的工作原理主要是利用斜拉索对主梁起到中间弹性支撑的作用,从而将主梁上出现的最大弯矩降低,这样便可相应减轻主梁的自重,进而将斜拉桥主梁的跨径提高,其中斜拉索会对桥塔和主梁进行连接。斜拉桥作为一种应用较广的桥梁形式,同时具有大跨径梁式桥和悬索桥的特点[7],受力情况如图 所示:
目前对于大跨径斜拉桥来说,尤其是跨海超大跨斜拉桥,其发展面临着诸多技术问题的挑战,主要表现在如下方面:
(1) 超大跨径斜拉桥的结构体系及此类桥型力学性能存在较多问题若斜拉桥跨度超过 2000 米,在进行桥梁设计时需要解决较多的特殊力学问题。例如:连续多跨斜拉桥的刚度问题;风荷载作用下空气静力扭转发散和侧向弯扭屈问题;超大跨斜拉桥的面内屈稳定问题以及主梁侧向变形以及颤振稳定性问题等。
(2) 高强、轻质、耐腐蚀性高的材料有待开发
为了将超大跨径斜拉桥结构的自重减轻以提高其跨域能力,对于高强、轻质、耐腐蚀性高的高性能材料的开发和研制显得十分重要。发展推广强度高、性能好、耐腐蚀的混凝土材料是减少基础、桥塔以及桥墩尺寸和造价的需要,也是超跨斜拉桥发展的需要。除此之外,有一种纤维加劲塑料即 FRP,将此种材料应用于超大跨径斜拉桥是桥梁工程今后发展的一个新方向。
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