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。

② 2 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JNF。

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。