大跨径斜拉桥、悬索桥施工技术探讨.docx
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1、大跨径斜拉桥、悬索桥施工技术探讨摘要:7月11日凌晨,江苏盐城境内328省道通榆河桥发生坍塌;7月14日上午,建成不到12年的武夷山公馆大桥轰然倒塌;7月15日凌晨,钱江三桥引桥 桥面发生塌陷事故,出现一个长二十米,宽一点五米的缺口。有网民为如今的“桥脆脆”树立了一批“桥坚强”榜样:赵州桥建于隋朝大 业期间,至今1400年;钱塘江大桥,74年;武汉长江大桥,54年;南京长江大 桥,43年;哈尔滨松花江大桥,110年;宁波奉化江上灵桥,75年.关键字:斜拉一悬索桥、箱梁、技术要求 正文:中新网杭州7月15日电(记者江耘)7月15日凌晨2时许,浙江杭州 钱塘江三桥北向南离滨江转盘不到800米处右侧
2、车道部分桥面突然塌落,一辆满 载钢板的货车从桥面坠落,又将下闸道砸塌,有司机受伤钱江三桥(西兴大桥),位于杭州钱江四桥(复兴大桥X庆春路过江隧道之 间,总长5700米,主桥1280米,南北高架引桥4420米,双向6车道。主桥 桥型为双独塔等跨单索面预应力混凝土斜拉桥,其主墩上两座矩形索塔高百米, 平行的15对拉索呈竖琴状。这是浙江省首座具有世界先进水平的现代斜拉索桥 梁。钱江三桥的设计与施工中创造了中国桥梁建筑史上多项之最。日流量6万辆。 大桥建成后成为连接杭州老城区和滨江、萧山两个新区以及萧山机场的重要通道 之一,减轻了钱江一、二桥压力。1993年奠基。1997年1月28日,钱江三桥通车。2
3、005年10月6日,钱江三桥开始进行第一次大修,为期9个月。这是自1997 年1月建成通车后9年来进行的首次大修。此次三桥维修主要是主桥(不含二侧 引桥),包括桥面系改造、索力调整及景观改造等。2006年5月16日零时起,钱 江三桥再次进行封闭式施工,着重在桥体加固、景观照明等方面进行维护和改善。 从此以后三桥禁止外地大货车、半挂车通行。钱江三桥建成准备验收时,几批专家都不愿签字,导致三桥一度验收受挫。在杭州民间,钱江三桥一度以腐败工程著称。施工质量差和养护、管理不周到是导致桥梁脆弱最主要的原因。在忐忑与猜测中运行了 13年之后,横亘钱塘江南北的西兴大桥(即钱江三 桥)“终于出事” 了。斜拉桥
4、由上文我们可以知道钱江三桥是一座大跨径预应力混凝土斜拉桥,所以我们 先来了解一下什么是斜拉桥。杭州湾大桥南航道A型独塔斜拉桥斜拉桥又称斜张桥,是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由 承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代 替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小,降低建筑高度,减轻了 结构重量,节省了材料。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。造桥原理:桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车,而是其自重,主 要是主梁。斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉索和塔 柱三部分组成。斜拉桥是一种自锚式体系,斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承
5、 在墩台上外,还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜 拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。斜拉桥以一个索塔为例,索塔的两侧是 对称的斜拉索,通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。现在假设索塔两侧只有两根 斜拉索,左右对称各一条,这两根斜拉索受到主梁的重力作用,对索塔产生两个 对称的沿着斜拉索方向的拉力,根据受力分析,左边的力可以分解为水平向向左 的一个力和竖直向下的一个力;同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和 竖直向下的一个力;由于这两个力是对称的,所以水平向左和水平向右的两个力 互相抵消了,最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力,这样,力又传 给索塔下面的桥墩了。斜拉
6、索数量再多,道理也是一样的。之所以要很多条,那 是为了分散主梁给斜拉索的力而已。现在已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有 H形、倒Y形、A形、钻石形等。斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头 为主。钢绞线斜拉索目前在汕头石大桥采用。钢绞线用于斜拉索,无疑使施工操 作简单化,但外包PE的工艺还有待研究。斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。近年来,开始出现自锚和部分地锚相结合 的斜拉桥,(自锚式斜拉一悬索协作体系桥是一种崭新的桥型,该桥型具有受力合 理,抗风性能好,施工安全、工程造价低及对不良地质条件适应性好等优点)如西 班牙的鲁纳(Luna)桥,
7、主桥440m;我国湖北郧县桥,主跨414m。地锚体系 把悬索桥的地锚特点融于斜拉桥中,可以使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条 件,灵活多样,节省费用。斜拉桥的施工方法:混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇 筑和预制拼装;钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板,工厂焊接成段,现 场吊装架设。钢箱与钢箱的连接,一是螺栓,二是全焊,三是栓焊结合。斜拉桥发展趋势:跨径会超过1000m ;结构类型多样化、轻型化;加强斜拉 索防腐保护的研究;注意索力调整、施工观测与控制及斜拉桥动力问题的研究。斜拉桥、悬索桥、斜拉一悬索桥的比选一般说,斜拉桥跨径3001000m是合适的,在这一跨径范围,斜拉桥与悬 索桥相比,斜拉桥有较
8、明显优势。德国著名桥梁专家F.leonhardt认为,即使跨径 1400m的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝节省二分之一,其造价低30% 左右。对于2001500m(甚至更大)跨径范围的桥梁,缆索承重桥都极具竞争力, 对于主跨超过500m的特大跨径桥梁,更是缆索承重桥的天下。斜拉桥与悬索桥 都具有卓越的跨越能力和高耸的桥塔,宏伟壮观,富于冲击力、震撼力和标志效 用是2种桥型的审美特点。就视觉印象而言,如果说悬索桥妩媚纤巧,斜拉桥则 是刚强有力。而斜拉一悬索协作体系桥将其合二为一,可以说是刚柔并济。当然 在施工方面也各有各的优缺点。斜拉桥的施工方法:混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装;钢箱
9、和混 合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板,工厂焊接成段,现场吊装架设。钢箱与钢箱 的连接,一是螺栓,二是全焊,三是栓焊结合。斜拉桥的钢索一般采用自锚体系, 自锚式悬索桥体系转换施工方法:自锚式悬索桥体系转换是指实现桥梁主缆与加 劲梁的连接、形成自锚体系的过程。本发明提供两种体系转换方法:一是整体顶 升加劲梁,在无应力的状态下安装吊索、杆,精确调整吊索、杆长度后,解除加 劲梁的支架支撑,使加劲梁悬吊在主缆上。二是先安装吊索、杆,再分批分阶段 张拉吊索、杆,将加劲梁从支架支承转化为主缆悬吊。方法一进行体系转换其优 点是一般不需要对吊杆进行张拉的设备,缺点是对于吊杆需要调整时难度较大, 同时需要较多的起
10、顶设备材料;而采用方法二进行体系转换则相反,具体施工时 应根据桥梁特点及要求,结合技术经济比较确定合适方案。目前斜拉一悬索协作体系桥梁主要停留在方案设计阶段。所提出的方案,均 为地锚体系,需要庞大的锚碇,特别是在海上,施工难度大,工程造价高。自锚 式斜拉一悬索协作体系桥不仅可以避免上述问题,而且经济性能好,对地形和地 质状况适应性强。自锚式斜拉一悬索协作体系桥是一种新型的缆索承重桥梁,由 主缆、斜拉索、吊杆、加劲梁、桥塔及基础等几个主要部分组成。缆索在恒载作 用下具有很大的初始张拉力,对后续结构形状提供强大的“重力刚度”,这是缆 索承重桥跨径得以不断增大、加劲梁高跨比得以减小的根本原因。白锚式
11、斜拉一 悬索协作体系桥加劲梁、桥塔还承受主缆和斜拉索传来的巨大的轴向压力,加劲 梁和桥塔在恒载作用下,以轴向受压为主,在活载作用下,以压弯为主,因此在 结构分析时要计入压弯耦合效应影响。以大连跨海大桥的设计方案为例:规划建设的大连跨海大桥位于大连市主城 区与开发区之问,考虑大连湾内船舶等级和航空安全的需要,在大连港航道,通 航孔桥主跨为800 m。该工程规模庞大,桥梁工程长达1016 km,主通航孔桥下 净高至少需要53 m,受大连机场航线高度限制,考虑航空安全需要,桥梁的最高 点标高不得超过海平面174 m,即在满足通航孔最低净高53 m的要求下,桥面以 上桥塔高度不能大于121 m。若没有
12、净空和航空的限制要求,在主跨1000 m左右 的桥型选择中,斜拉桥和悬索桥都是可行的方案。但是结合大连跨海大桥的具体 情况和要求,上述2种方案不适用,因此提出能够满足使用要求且经济美观的自 锚式斜拉一悬索协作体系桥方案,该方案相比斜拉桥方案:降低了塔高,满 足航空要求。斜拉桥塔高按常用值160 m计,可减少到115 m左右,大大降低桥 塔的施工难度,对整个桥梁的抗风及地震响应十分有利。 减小了跨中位置的 拉索长度,降低了超长拉索垂度效应对结构的不利影响。减小了斜拉桥悬臂 施工中的悬臂长度,提高了施工过程中的稳定性,同时提高了施工进度。悬索桥无论从设计还是施工上都是成熟的方案,但是主跨在1 00
13、0 m内时悬 索桥的造价相对较高,且要在深海中修建庞大昂贵的锚碇,施工难度大、工期长, 从经济性上考虑不是最佳方案。同样,若采用地锚式斜拉一悬索协作体系方案, 即使能减小锚碇规模,也需要在深海中修建庞大昂贵的锚碇,相比传统悬索桥优 势不明显。该桥主跨为800 m,自锚式斜拉一悬索协作体系桥方案是能够满足设 计要求的,其相比悬索桥方案: 避免了在深海中修建庞大昂贵的锚碇。 不 必全部用钢梁,占全桥70%以上的斜拉桥部分可用混凝土主梁代替,降低了工 程造价。在静力性能方面,由于斜拉桥具有比悬索桥大得多的刚度,因而协 作体系跨中活载挠度皆比悬索桥小,刚度性能好,并且斜拉桥部分增强了悬索部 分加劲梁吊
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