曲线斜拉桥应用的展望

曲 线 斜 拉 桥 应 用 的 展 望

当今世界上,斜拉桥已经被广泛地应用,有钢的,预应力的,结合梁的;跨度最大已接近1000m。但作为斜拉桥式的一个分支曲线斜拉桥应用就不很广泛。一则因为将曲线形主梁与斜拉桥式相结合,还有许多值得深入研究的课题,二则此种桥形只是在一些特殊的场合应用,如两岸接线的要求桥梁必须布置在曲线上且跨度相对较大,或者与周围环境相溶合必须修建曲线型斜拉桥等等。

随着对曲线斜拉桥的深入研究,道路建设的需要,对桥梁功能更高地要求,桥梁美学的要求,与周围环境相溶合的更高要求,曲线斜拉桥的应用前途是广阔的。

一、世界上已建成的曲线斜拉桥及其特点

世界上已建成的曲线斜拉桥,数量不多,见表1。但每座桥梁都有它自身的特点。笔者根据收集的资料选择几座有特色的曲线斜拉桥简介如下:

1.新上平井大桥

该桥在日本首都高速葛饰江户川线上,因该桥与两岸接线正好成S形曲线相接,故采用了S形曲线斜拉桥的桥型。桥梁立面及平面布置图见图1。

道路规格:第2种第2级 设计时速:60km/h

桥 宽:23.5m(4车道) 平面线形:S形反向回旋曲线 最小曲线半径231m

坡 度:纵断面-0.3~1.1%,横断面-8.0~8.0% 桥 长:455m 活 荷 重:TL-20 风 荷 重:V10=43m/sec 地震荷重:水平震度=0.33

构造形式:主梁4跨连续曲线3室箱梁 主塔、独塔、单索面、辐射型索 设计中研究了如下特殊问题: (1)非线性分析 (2)抗震分析及对策

(3)桥塔基础根部模型试验,承载力试验

(4)风洞试验、抗风稳定性分析及对策,施工期主梁及主梁架设时抗风稳定性及防振对策。

2.Sunniberg桥

因计划在瑞士的Klosters城附近修建一个辅助道路与周围的旅游环境有许多冲突,最终考虑到大量的环境因素,将计划改成大部份修建隧道而被通过。

在高速公路直接进入Gotschna隧道前,在河上修建一座长526m的桥,该桥横穿山谷,因此,需要有很高的美学要求,与周围的风景相匹配,因而选择了一个高墩曲线多跨斜拉桥。该桥的立面、平面、主梁断面及桥塔布置见图2。

桥梁建成后,与周围环境的溶合见彩图,确实具有很高的美学品味,桥梁的修建给本来就很美丽的景点增加了更绚丽的色彩和构图。

3.唐柜新桥

该桥建于日本唐柜地区北神户线陡峭的山坡处,山坡最大斜度40°,斜面有滑坡现象,治理与加固困难,故而选择环绕山坡修建三跨曲线斜拉桥(见图3)。

道路规格:第2种第2级,设计时速60km/h 构造形式:3跨连续拱背PC箱梁曲线斜拉桥 桥 长:东线260m,西线285m

道路线形:纵向坡度4.0%,横向坡度-2.0%~5.0%

桥梁设计采用与一般斜拉桥同样的程序进行设计。进行空间三维立体分析,计算模型采用三维鱼刺型。抗震分析采用时程分析法;考虑非线性影响。

该桥建成后,具有新颖的特色,与周围环境溶合一体,被称之为绿色通道,采用部分斜拉桥结构,具有创新特色。

二、推广、应用曲线斜拉桥应研究解决的问题

1.应建立三维空间计算模型,进行分析计算,并有完整的活荷载加载程序。

2.应考虑施加的轴向力,或者预应力对主梁结构的影响。

笔者认为对于曲线斜拉桥应细致考虑主梁轴向力的影响,称之为“张弓力”,轴向力的大小可随竖向活荷载的变化、温度、收缩、徐变和其它外来因素的变化而变化,因而对被称之为“弓”的主梁内力产生影响,此种影响有利无利,会不会危及结构的安全都是应深入研究的问题。

3.曲线斜拉桥的非线性效应,与直线主梁的斜拉桥有何差别,应如何在设计中考虑其影响。

4.曲线斜拉桥的动力分析,抗震分析及对策,抗风分析及对策,都应仔细研究。

5.关键部位的局部应力分析和对策,必要的模型试验。 6.风洞试验及成果应用等。

7.建立在三维空间模型基础上的曲线斜拉桥静、动力及施工监控完整的计算机软件的开发。

上述问题的研究成果,加上细节的处理必将推动曲线斜拉桥广泛地应用。

三、结语与致谢

综上所述,曲线斜拉桥在世界各地应用已取得一些有效成果。

进一步研究和计算机软件的开发成功,将推动曲线斜拉桥,在线路布置有这样的需求时,在与周围环境有特殊要求时,在桥梁美学有这样的要求时,得到广泛地应用。

本文撰写时得到方秦汉院士、周璞教授级高工、裴若娟教授的指导与帮助。特此致谢!

参 考 文 献

1.S字形曲线斜张桥上部工的设计(上)(下),高桥敏等。日本,桥梁与基础,84-4,P25~33,85-5,P31~40

2.S字形曲线斜张桥上部工的制作和施工计画,森本男等。日本,桥梁与基础,86-1,P21~26

3.S字形曲线斜张桥上部工的施工管理,森本男等。日本,桥梁与基础,86-12,P1~8

4.猫罗溪桥的设计与施工,日本,桥梁与基础,2001年10月号P2~8

5.曲线斜拉桥的实桥实验、模型试验及结构分析,孙传洲编译,国外桥梁,2001年第1期P15~23

6.Structural Engineering International,1999(1)P57~62

7.曲线斜拉桥的动力反应,喻远良等,国外桥梁2000年第4期P24~30 8.Engineering Structures,1999.21,P1015~1027

9.边流大桥的设计与施工,今井博志等,日本,桥梁与基础2001-9,P2~9 10.Structural Engineering International 1/97,P6~8 11.Band 76,Juni 2001,P295~301

12.Stuctural Engineering International 1/2001,P52~58 13.日本《土木技术》2002年1月号P106~116 14.桥梁与基础,日本,1993年3月号P2~9 15.桥梁与基础,日本,1998年3月号P13~20

世界上已建成的曲线斜拉桥

曲 线 斜 拉 桥 应 用 的 展 望

当今世界上,斜拉桥已经被广泛地应用,有钢的,预应力的,结合梁的;跨度最大已接近1000m。但作为斜拉桥式的一个分支曲线斜拉桥应用就不很广泛。一则因为将曲线形主梁与斜拉桥式相结合,还有许多值得深入研究的课题,二则此种桥形只是在一些特殊的场合应用,如两岸接线的要求桥梁必须布置在曲线上且跨度相对较大,或者与周围环境相溶合必须修建曲线型斜拉桥等等。

随着对曲线斜拉桥的深入研究,道路建设的需要,对桥梁功能更高地要求,桥梁美学的要求,与周围环境相溶合的更高要求,曲线斜拉桥的应用前途是广阔的。

一、世界上已建成的曲线斜拉桥及其特点

世界上已建成的曲线斜拉桥,数量不多,见表1。但每座桥梁都有它自身的特点。笔者根据收集的资料选择几座有特色的曲线斜拉桥简介如下:

1.新上平井大桥

该桥在日本首都高速葛饰江户川线上,因该桥与两岸接线正好成S形曲线相接,故采用了S形曲线斜拉桥的桥型。桥梁立面及平面布置图见图1。

道路规格:第2种第2级 设计时速:60km/h

桥 宽:23.5m(4车道) 平面线形:S形反向回旋曲线 最小曲线半径231m

坡 度:纵断面-0.3~1.1%,横断面-8.0~8.0% 桥 长:455m 活 荷 重:TL-20 风 荷 重:V10=43m/sec 地震荷重:水平震度=0.33

构造形式:主梁4跨连续曲线3室箱梁 主塔、独塔、单索面、辐射型索 设计中研究了如下特殊问题: (1)非线性分析 (2)抗震分析及对策

(3)桥塔基础根部模型试验,承载力试验

(4)风洞试验、抗风稳定性分析及对策,施工期主梁及主梁架设时抗风稳定性及防振对策。

2.Sunniberg桥

因计划在瑞士的Klosters城附近修建一个辅助道路与周围的旅游环境有许多冲突,最终考虑到大量的环境因素,将计划改成大部份修建隧道而被通过。

在高速公路直接进入Gotschna隧道前,在河上修建一座长526m的桥,该桥横穿山谷,因此,需要有很高的美学要求,与周围的风景相匹配,因而选择了一个高墩曲线多跨斜拉桥。该桥的立面、平面、主梁断面及桥塔布置见图2。

桥梁建成后,与周围环境的溶合见彩图,确实具有很高的美学品味,桥梁的修建给本来就很美丽的景点增加了更绚丽的色彩和构图。

3.唐柜新桥

该桥建于日本唐柜地区北神户线陡峭的山坡处,山坡最大斜度40°,斜面有滑坡现象,治理与加固困难,故而选择环绕山坡修建三跨曲线斜拉桥(见图3)。

道路规格:第2种第2级,设计时速60km/h 构造形式:3跨连续拱背PC箱梁曲线斜拉桥 桥 长:东线260m,西线285m

道路线形:纵向坡度4.0%,横向坡度-2.0%~5.0%

桥梁设计采用与一般斜拉桥同样的程序进行设计。进行空间三维立体分析,计算模型采用三维鱼刺型。抗震分析采用时程分析法;考虑非线性影响。

该桥建成后,具有新颖的特色,与周围环境溶合一体,被称之为绿色通道,采用部分斜拉桥结构,具有创新特色。

二、推广、应用曲线斜拉桥应研究解决的问题

1.应建立三维空间计算模型,进行分析计算,并有完整的活荷载加载程序。

2.应考虑施加的轴向力,或者预应力对主梁结构的影响。

笔者认为对于曲线斜拉桥应细致考虑主梁轴向力的影响,称之为“张弓力”,轴向力的大小可随竖向活荷载的变化、温度、收缩、徐变和其它外来因素的变化而变化,因而对被称之为“弓”的主梁内力产生影响,此种影响有利无利,会不会危及结构的安全都是应深入研究的问题。

3.曲线斜拉桥的非线性效应,与直线主梁的斜拉桥有何差别,应如何在设计中考虑其影响。

4.曲线斜拉桥的动力分析,抗震分析及对策,抗风分析及对策,都应仔细研究。

5.关键部位的局部应力分析和对策,必要的模型试验。 6.风洞试验及成果应用等。

7.建立在三维空间模型基础上的曲线斜拉桥静、动力及施工监控完整的计算机软件的开发。

上述问题的研究成果,加上细节的处理必将推动曲线斜拉桥广泛地应用。

三、结语与致谢

综上所述,曲线斜拉桥在世界各地应用已取得一些有效成果。

进一步研究和计算机软件的开发成功,将推动曲线斜拉桥,在线路布置有这样的需求时,在与周围环境有特殊要求时,在桥梁美学有这样的要求时,得到广泛地应用。

本文撰写时得到方秦汉院士、周璞教授级高工、裴若娟教授的指导与帮助。特此致谢!

参 考 文 献

1.S字形曲线斜张桥上部工的设计(上)(下),高桥敏等。日本,桥梁与基础,84-4,P25~33,85-5,P31~40

2.S字形曲线斜张桥上部工的制作和施工计画,森本男等。日本,桥梁与基础,86-1,P21~26

3.S字形曲线斜张桥上部工的施工管理,森本男等。日本,桥梁与基础,86-12,P1~8

4.猫罗溪桥的设计与施工,日本,桥梁与基础,2001年10月号P2~8

5.曲线斜拉桥的实桥实验、模型试验及结构分析,孙传洲编译,国外桥梁,2001年第1期P15~23

6.Structural Engineering International,1999(1)P57~62

7.曲线斜拉桥的动力反应,喻远良等,国外桥梁2000年第4期P24~30 8.Engineering Structures,1999.21,P1015~1027

9.边流大桥的设计与施工,今井博志等,日本,桥梁与基础2001-9,P2~9 10.Structural Engineering International 1/97,P6~8 11.Band 76,Juni 2001,P295~301

12.Stuctural Engineering International 1/2001,P52~58 13.日本《土木技术》2002年1月号P106~116 14.桥梁与基础,日本,1993年3月号P2~9 15.桥梁与基础,日本,1998年3月号P13~20

世界上已建成的曲线斜拉桥


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