大跨度桥梁理论

一、多多罗大桥有哪些技术特点，增加中跨的可行性原因，并说明斜拉桥按目前水平可做多大？

答：

1、多多罗大桥技术特点：

①采用混合梁技术。中间墩支撑着中间梁。边跨外端采用预应力混凝土梁，通过和钢梁连接来支撑其他边跨和

中跨，从而形成混合梁体系。这些边跨设计为短小的沉重的，并且具有足够的刚度，来支撑长但轻的中跨，并维持足够的刚度。

②斜拉索在两个主塔间形成多扇面线性，在倒Y形塔顶单锚点，从而提高梁的抗扭刚度。

③塔和梁的组合形状，特殊设计的索面，以及空气动力稳定性来保证结构的独立性。

④在安装梁时水中没有设置临时墩。在悬臂前端采用运输起重机从海面上将梁体直接吊起。这个工作依赖于边

梁和塔处主梁之间的平衡。

2、增加中跨的可行性原因：

斜拉桥优点：

①当中跨达到1300m时，在经济效益和结构特点方面斜拉桥和悬索桥没有明显差异。

②当斜拉桥中跨达到1000m时，非线性影响不大。这说明常规的中跨500m斜拉桥和1000m斜拉桥相差不大。

③悬索桥需要锚碇。因此大跨度的斜拉桥比悬索桥要经济。

可行性

A建造1300米的跨径斜拉桥没有任何构造上和经济上的问题,所以可以适当增加斜拉桥的跨径.

B中间跨在1000米以下的斜拉桥的截面内力和位移没有非线性增加的趋势,这预示着传统的斜拉桥中跨达到500米的设计是可能的.

C1300米以下的悬索桥和斜拉桥的结构、经济特性没有明显的差异

①斜拉桥存在轴力。

②从500m到2000米，悬索桥的竖向弯矩大于斜拉桥。

③700m处主轴的水平弯矩二者相同，之后悬索桥较高。

④竖向挠度在1100m时二者相同，1100m以下悬索桥较高，1100m以上斜拉桥较高。

⑤700m以下二者的水平挠度相同，之后斜拉桥较高。

⑥总用钢量在1500m以下时基本相当。

3、斜拉桥按目前水平可以做多大

通过索的制作方法的改进，锚碇和挖掘方式的进步，结构分析功能的进一步提高，以及对结构体系更多的认识，实验的研究和技术的进步，以我们现在的水平，建造2000m级别的斜拉桥已经不存在技术问题。有的学者研究发现，按照现在的技术水平，修建4000m的斜拉桥也是可行的。

二、大跨度斜拉桥设计包括哪些方面，每方面各有哪些要点？

答：

1、结构体系：

①锚定方式；②混合梁的选择；③梁的截面是否符合空气动力学；④约束方法和约束条件；⑤纵向的弹性节点

支座设计；⑥塔高设计；⑦景观设计。

2、抗风设计：

①全桥模型风洞实验；②结构体系的空气动力稳定性；③包含地形的全桥模型风洞实验；④塔在施工工程中施

工机械的空气动力学稳定性；⑤索的颤动的控制。

3、抗震设计

①全桥系统的抗震；②长周期的地震的观测与分析。

4、结构极限承载力设计

①稳定性分析(整体稳定性分析、局部稳定性分析)；②抗疲劳设计

5、基础设计

①持力层的选择；②抗震设计；③抗倾覆，抗滑；④基底承载力计算。

6、索塔设计：①受力分析；②景观设计

7、斜拉索设计：①斜拉索外形的美学设计；②抗弯曲疲劳研究；③PE护套上压有凹坑的斜拉索的基本特性研究

8、主梁设计：①主梁抗疲劳设计；②钢板层抗疲劳设计；③拉索锚固点的细部设计；④钢梁和混凝土梁的连接方法设计；⑤方便主梁内外检修的交通工具的设计

三、明石海峡大桥的技术特点以及从可行性研究到设计的过程。对我们有何启示？

答：

1、明石海峡大桥技术特点：

①被设计为主跨跨度最大，总长度最大的悬索桥。

②2个主墩设置在深海和高强度洋流的地方，采用下沉围堰法建造为扩大基础。通过新的抗震设计方法使所有

的基础设计为可以承受严重的地震。另外采用低热水泥，和多种混合的混凝土。

③主塔达到297m，风的作用较大。要求能够精确地控制施工过程。

④主缆采用PPWS方法施工，使用的材料为高强电镀钢丝，强度提高到1800N/mm2。

⑤大桥加劲梁为桁架式，可以不影响通航。其空气动力学稳定性经过了反复验证。

2、设计过程

①1970年前的历史：

早在19世纪80年代就有了建造跨越Seto内陆海的大桥的设想；到1889年5月，一个议员首次提出了建造内陆海大桥的方案，该方案并没有技术支持。

1940年，Chujiro Haraguchi基于对金门大桥的研究，提出建造连接Tokushima和Kobe的大桥，但二战的炮火暂停了这个计划。

1955年5月悲剧的发生导致了政府重新考虑建造方案。

在1959年，MOC开始研究，并讲他们的研究结果提供给JSCE。

在1967年，JSCE发布了工程技术的报告，并提交给MOC和JNR。

1970年7月1日，该项目通过法规正式确立。

②1970年后的历史：

初步研究：进行了抗风设计，制定了抗风标准；进行抗震设计，稳定性设计；列车走行性研究；大规模水下基础研究；海上作业平台的开发；海底开挖方法的研究；船只安全设置；社会经济研究。

施工准备

恢复施工做的准备

桥梁的设计方案从公铁两用桥变更为公路桥。

③神户地震后：

桥梁中心线有轻微的倾斜，2、3号墩之间距离和3号墩和4号桥台距离分别伸长了0.8和0.3m。1号桥台和4号桥台之间的距离扩大了1.1m，使缆的线性比设计值上升了接近1.3m。

3、启示：

①大跨度桥梁的设计和施工过程长期的、艰辛的。

②根据时代条件的不同，桥梁的设计方案可能会经过多次修改和完善。

③经济、交通、自然、以及战争等人为因素都对桥梁的设计有巨大影响。

四、大跨度桥梁设计包括

1、自然条件：

①地形地貌的影响

②风力的作用：需要按照150年重现期反算来确定抗风标准。

③地震：根据当地一定范围内地震历史来确定抗震标准。

④跨海大桥还要考虑海洋因素。浪高，流速等要考虑在内。

⑤地质条件：选择持力层，进行基础设计。

2、社会与环境因素：

①经济条件：桥的造价应小于它所带来的经济效益。

②社会条件：周边环境的规划直接影响引桥的展开方式。

③环境条件：进行环保评价，确定其对周边环境的影响。

交通(航运、车流量)状况;渔业要求;土地利用情况;城市化状况;人口数量

五、明石海峡大桥的总体设计

1、在综合考虑了海峡的宽度以及2个桥墩的位置之后，通过方案比选，讲桥梁跨度最终定为1990m，在神户地震

后变为1991m。

2、主墩最终决定设置为直接基础，具有圆形截面，采用沉箱施工法。考虑到当地海底的沙石环境，改进了挖掘和基础放置的方法。

3、边跨长度最终确定为960m，这样使得两边的锚碇容易放置。2个基础由于所处地质环境的不同，二者具有截然不同的特征。其中1号桥台是当时世界上最大的基础。

4、新的抗震设计方法的发展和应用，使明石海峡大桥经受住了神户地震的考验。

5、低热水泥的发展和广泛应用。对于不同下部结构，采用几种不同的混合方式，以达到要求的强度和质量。

6、主塔采用钢制成。阻尼器在施工当中被装到塔上，采用高强螺栓连接不同的部分。并采取相应的防腐措施。

7、主缆采用高强钢丝，每根主缆由290束，每束有127丝，钢丝采用1800N/mm2。在缆中设置除湿机，防止锈蚀。

8、采用桁架加筋梁。它具有较好的空气动力稳定性，并且便于施工。改进的施工方法由于不影响航运而在日本得到推广。

9、景观方面：强调其可靠性，前瞻性，并考虑到了光影效果。

10、该桥成为当时世界上最大跨度的悬索桥。其结构体系为三跨双角钢桁架加筋梁悬索桥，索跨为960+1991+960。

六、明石海峡大桥的技术进步体现在哪里？

答：

1、用大型边界层的风洞实验来进行抗风设计；

2、抗洋流的沉箱锚固系统：

采用停泊处的绞盘来提供巨大的拉力，通过大直径的钢丝的快速连接、沉重的下沉物和控制系统来进行快速而可靠的施工。

3、低热水泥和各种混凝土的使用：

在锚碇和墩的制作方面采用低热水泥，避免了水化热的问题。

4、主缆采用的高强钢丝，减少钢丝股数，减少主缆自重，造价更节省。

5、主缆当中使用除湿机防止锈蚀：

对现有的桥梁的缆索的所处的环境进行调查；通过流动的除湿空气来检测抗锈系统；采用了一种适用于明石海峡大桥的新防锈系统：开发了一种新的防锈系统-干燥气体注入系统。即主缆外套一个密封套，然后注入干燥气体。为了增强气密性和防止水入浸，传统的钢束外套上又加了一层橡皮套。

6、各种场地测试系统。

对挖掘以及塔的架设过程中始终通过测试系统进行监控，保证了施工精度。