五1400m協(xié)作體系探索

1、五、1400m協(xié)作系統(tǒng)的研究.五、1400m協(xié)作系統(tǒng)的研究.6/6五、1400m協(xié)作系統(tǒng)的研究.五、1400m協(xié)作系統(tǒng)的研究（廣東伶仃洋大橋設(shè)計）-42-五、大跨徑單主纜斜拉懸索協(xié)作系統(tǒng)橋的研究金成棣陸宗林同濟大學跟著我國高等級公路的興建，將在大江大河甚至海峽上修筑一大量大跨徑甚至超大跨徑的橋梁。過去懸索橋型幾乎占有了整個大跨徑橋梁領(lǐng)域。近半個世紀來，因為現(xiàn)代斜拉橋的流行，它的受荷傳力更加直接，不需要巨大的錨碇設(shè)備，亦可采納無支架的懸臂法施工，比同跨徑的懸索橋要經(jīng)濟得多，在一般的大跨徑方面已逐漸代替懸索橋了。法國主跨856m的Normande橋已經(jīng)建成通車，日本主跨890m的Tatara橋明年

2、也將建成。按RSual的計算，當跨徑為10001500m時斜拉橋的造價比同跨徑的懸索橋低15左右，即便跨徑增大到2000m，前者還比后者低8。但是跟著跨徑的增大斜拉橋在設(shè)計、結(jié)構(gòu)和施工工藝方面也產(chǎn)生了好多新的課題，如：）拉索長度增添后，索自重惹起的非線性問題不可以忽略，致使拉索使用效率降低；）橋道梁內(nèi)的軸壓力增大，使它的截面大增，如改用混凝土橋道則又增大了自重和索力，同時巨大的軸壓力和更長的跨度要考慮橋道結(jié)構(gòu)的縱向屈曲堅固問題；）塔的“有效高度”將打破200m，增添了施工的難度；4）橋道結(jié)構(gòu)一般都采納懸臂法施工，懸臂長了，施工難度大增，Nornande橋和Tatara橋均在邊跨設(shè)置了不一樣樣數(shù)

3、目的協(xié)助橋墩，并先建好邊跨的橋道結(jié)構(gòu)，此后再謹言慎行“只顧一端”的采納懸臂法施工中跨橋道，工期都比較長。有基于此，近來幾年建成或在建的跨徑超出1000m的特大跨徑橋梁仍都采納懸索橋型，1）日本主跨l990m的AkashiKaikyo橋；2）丹麥主跨l624m的Storebealt橋；3）我國香港地域主跨1377m的青馬大橋；4）挪威主跨1325m的Handangerfjord橋；5）瑞典主跨1210m的HogaKusten橋。其他，主跨為1385m的江陰長江公路大橋，將于明年建成通車。擬議中主跨為3300m的Messina海峽橋和主跨達5000m的Gibraltar海峽橋更是以懸索橋為主要研究

4、和介紹橋型。盡人皆知，懸索橋的主纜在幾何構(gòu)成上屬幾何可變系統(tǒng)，依賴重力剛度來保持線形，加勁梁斷面設(shè)計一般由四分點加載工況控制。如何改變懸索橋幾何可變的屬性，設(shè)計者提出了各樣結(jié)構(gòu)舉措，但見效都不甚理想。斜拉橋因為索、塔、梁三者構(gòu)成了湊近幾何不變系統(tǒng)，所以，變形、整體剛度大，對加勁梁的剛度要求比懸索橋低，可將加勁梁設(shè)計得很小。如何充散發(fā)揮二種系統(tǒng)的長處，是大家都關(guān)懷的課題。-43-斜拉橋的合用性(剛度較大)和經(jīng)濟性吸引人們的研究擴大它應(yīng)用范圍的可能性。好多專家學者提出的各樣斜拉索和懸索聯(lián)合作用的橋型，斜拉懸索協(xié)作系統(tǒng)橋就是此中一個主要的方面。早在1885年Reobling設(shè)計并建成和使用迄今的美國

5、紐約Brooklyn橋采納斜拉索來提升懸索橋的剛度，應(yīng)是近代對這類協(xié)作系統(tǒng)初次成功的試一試。此后雖有好多有名專家，如德國Dischinger，美國Steinman及丹麥Gimzin等提出過各樣不一樣樣形式協(xié)作系統(tǒng)方案的構(gòu)想，但遺憾的是迄今還沒有建成一座新的大跨徑的協(xié)作系統(tǒng)橋。在上海楊浦大橋可行性研究階段，筆者曾提出了斜拉橋及懸索橋協(xié)作的方案。懸索橋部分采納斜吊桿的假想，從力學分析來看，這類系統(tǒng)可以戰(zhàn)勝二種系統(tǒng)本來的一些弊端。在設(shè)計特大跨徑橋梁時，采納協(xié)作系統(tǒng)可以在壓縮塔高、降低梁高、防范過于平展的斜拉索、減少懸索主纜的拉力和施工難度及增添施工工作面的方面獲取利處。4.H.Herzog為土耳其設(shè)

6、計了一座中跨達2000m的Izmit海峽大橋。他采納了協(xié)作系統(tǒng)(圖1)。據(jù)他的詳盡計算，混凝土斜拉橋部分與鋼懸索橋部分，每單位橋面造價之比竟達1:1.92。從圖l中可見它實質(zhì)上是座主跨在跨中“分開”的雙塔雙索面斜拉橋，在中央“插入”了僅有中央一段橋面結(jié)構(gòu)的雙懸索單跨懸索橋，二者共用一雙對兩種橋型(橋跨)高度均適合的橋塔。懸索橋的主索只承受中央一段橋面結(jié)構(gòu)的恒載及活載，主纜的索力大為減小。它的“跨徑”比江陰長江大橋大1.44倍，但它承載跨中800m橋面的四根主纜的鋼材斷面積僅為江陰長江大橋主纜的75(已考慮了兩橋用材不一的強度和面積換算)。主纜錨碇的體積相應(yīng)減小，就易于建筑，這對在地質(zhì)條件欠佳的

7、橋位修筑大跨徑橋梁是有很大現(xiàn)實經(jīng)濟意義的。分析了斜拉懸索協(xié)作系統(tǒng)的傳力特點此后，建議對這類很有發(fā)展前程橋型在整體部署作以下改良，將可獲取更多的經(jīng)濟效益。1）聯(lián)合橋位的地形特點，邊跨斜拉橋的長度不用與中跨斜拉橋部分相等，可多設(shè)協(xié)助墩。這樣可減少長懸臂施工的難度和橋面結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)角度。2）處于邊跨的懸索直索仍宜以其較經(jīng)濟的傾角(25o28o)。設(shè)置錨碇，錨碇體不用與斜拉部分的橋臺合一。3）為求橋道結(jié)構(gòu)型式的協(xié)調(diào)，宜采納扁平箱形結(jié)構(gòu)。斜拉部分可采納鋼筋混凝土、預應(yīng)力混凝土或混凝土板與鋼箱梁聯(lián)合式。它們在縱向亦可構(gòu)成混淆式。至于懸索橋部分則仍以采納全鋼箱形斷面為宜。）橋塔采納大跨徑斜拉橋常用的倒Y型。它

8、使斜拉索形成空間索面，更有益于提升橋道結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。）采納倒Y型橋塔即可在塔頂中央只架設(shè)一根纜索。它不參加承受活載橫向散布等的傳力作用，用材可更節(jié)儉。此時由橋面結(jié)構(gòu)的抗扭剛度來承受因活載偏載產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)內(nèi)力，并經(jīng)過空間索面的斜拉橋區(qū)段傳到塔根。）相應(yīng)的斜拉橋橋面在塔根橫梁處要設(shè)置支座，不宜設(shè)計成飛揚狀態(tài)。）吊索在不影響橋面凈空段可部署成橫橋向的人字形，以增大懸索橋面的抗扭剛度，并可與斜拉懸臂端的斜拉索有段重復部署，以-44-改良兩種橋型在連結(jié)處的變形連續(xù)性。跨中部分在分開帶內(nèi)設(shè)置垂直或斜的吊桿。我們依據(jù)上述構(gòu)想，曾對某橋初擬了中跨為1440m單懸索面的協(xié)作系統(tǒng)橋型方案。因為該橋有較嚴格的航空凈

9、空限制，塔高不可以高于192m，而橋下通航凈空又高達62m，所以，懸索橋的矢跨比極為平展，建橋條件特別苛刻?，F(xiàn)將該方案的幾個主要尺寸、參數(shù)確實定分述于后，為有興趣于斜拉懸索協(xié)作系統(tǒng)橋型研究的同行們供給一點商討素材(圖2)。1）塔高與分段中跨L=1440m，f/L=1/12.5，主纜矢高f=115.2m，塔高H=192m。斜拉橋區(qū)段：邊索斜率取1/2，主跨斜拉索區(qū)段長度取250m，邊跨參照地形取200m。懸索橋區(qū)段：中跨長度為940m，邊跨取250m。2）橋面結(jié)構(gòu)型式4.5m。中跨懸索橋區(qū)段為全鋼箱梁，斜拉橋區(qū)段為鋼筋混凝土橋面板與鋼箱殼為外形尺寸一致的、帶風嘴的扁平箱形斷面，箱梁高的組合箱梁；

10、邊跨斜拉橋區(qū)段為鋼筋混凝土（預應(yīng)力混凝土)箱梁。3）主纜預計部署單纜索面，纜索自重：80kN/m；橋面恒載及活載強度：226.9kN/m，最大索力：單索面協(xié)作系統(tǒng)N1=628410kN，如改為雙索面協(xié)作系統(tǒng)N2=2362510kN=725020kN=1.116N。）高強鋼絲用量比較斜拉索2900t單索面協(xié)作系統(tǒng)纜索16210t，共計Wl=19110t雙索面協(xié)作系統(tǒng)纜索18280t，共計W2=21180t=1.118Wl(鋼絲強度為1600MPa，安全系數(shù)取K=2.5)）吊索部署形式主跨中段300m，為直吊索，邊段250m為空間雙索面斜拉索，隨后為120m橫向人字形吊索(與斜拉索搭接30m)，余下195m為斜吊索(單索面)。6）單邊偏愛活載產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)附帶變形預計(按單索面考慮)0.01970.019714.750.29m扭轉(zhuǎn)剛度Jd=13.24m4G=8.1e7MPa扭轉(zhuǎn)角度筆者以為：1）斜拉橋與懸索橋的協(xié)作系統(tǒng)是一種各展其長、改良大跨度橋梁的合理形式(亦只有在大