悬索桥的现状与展望

明石海峡桥
鲁克林大桥
西堠门大桥
汇报提纲
一.悬索桥的发展 二. 悬索桥的设计与材料技术 三. 悬索桥的施工技术 四. 悬索桥的评估、监测、养护技术 五. 未来悬索桥发展趋势
二、悬索桥的设计与材料技术
• （一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论 挠度理论 有限位移理论
加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
美国国家历史地标
。
一、悬索桥的发展
• （一）1930年前后美国的悬索 桥——第一次发展高峰
20世纪20年代美国各地建成较多 的小跨度城市悬索桥。 20世纪30年代是美国修建大跨度 悬索桥的最兴旺时期
• 1931年，第一座突破千米的悬索 桥—主跨1006米的美国纽约华盛 顿桥 • 1937年，主跨1280米的悬索桥， 美国旧金山金门大桥
桥梁结构分析
悬索桥构造
索塔 锚碇 缆索 吊杆 桥面系
缆索
锚碇 吊杆
索塔
桥面系
汇 报 提 纲
一.悬索桥的发展 二. 悬索桥的设计与材料技术 三. 悬索桥的施工技术 四. 悬索桥的评估、监测、养护技术 五. 未来悬索桥发展趋势
一、悬索桥的发展
一、1930年前后美国的悬索桥——第一次发展高峰 二、20世纪40年代悬索桥发展史上的挫折——塔科马桥的风毁 三、20世纪50年代悬索桥发展的复杂局面——风洞试验的兴起 四、20世纪60年代欧美的悬索桥——第二次发展高峰 五、20世纪70年代－80年代的欧洲与日本的悬索桥——第三次发展高峰 六、20世纪90年代以亚洲为主的悬索桥——第四次发展高峰
2008 2007
2001 1996 1997
2008 1999 2008 2000 2004 1984
• 进入二十世纪以来，悬索桥进入了一个朝低高度主梁、高强度材 料和大跨径方向发展的阶段，加劲梁以桁架为主，梁的高跨比在 1/150左右。 • 二战后，悬索桥进入了新的发展时期，欧洲各国采用了抗风性能 好的薄壁箱形截面加劲梁。
世界前十名悬索桥一览表
序号 1 桥名 明石海峡大桥 主跨长/m 1991 国家 日本 竣工日期 1998
2
3 4 5 6 7 8 9 10 10
西堠门大桥
大伯尔特桥 润扬长江公路大桥 南京长江四桥 亨伯尔桥 江阴长江公路大桥 香港青马桥 维拉扎诺桥 金门桥 阳逻长江大桥
1650
1624 1490 1418 1410 1385 1377 1298.5 1280 1280
欧洲与日本的悬索桥——第三次 发展高峰
1970年丹麦建成主跨为600m 的小贝尔特桥，1973年又在 土耳其伊斯坦布尔建成主跨 为1074m的博斯普鲁斯海峡 第一大桥。 1981年英国建成当时世界第 一大跨度（1410m）的恒伯 尔桥，目前在南京四桥 1418m之后，位居第6
恒伯尔桥桥塔采用由横梁联系的钢筋混凝土空心双塔柱
加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
日本明石海峡大桥
二、悬索桥的设计与材料技术
• （一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论 挠度理论 有限位移理论
挠度理论的简化, 使它的应用范围限制在 600 m以下的悬索桥，对于跨度大于600 m 的悬索桥 悬索桥的每根构件作为研究对象，适于大 跨径 该方法是适合于电算的有限元方法，全面 考虑大位移引起的悬索桥几何非线性因素， 计算结果比挠度理论精确。
日本明石海峡大桥
二、悬索桥的设计与材料技术
• （一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论 挠度理论 有限位移理论
（二）悬索桥设计理论的新发展
（1）抗震理论
是结构抗震设计的未来发展方向，是21世纪桥梁抗震 设计的大潮流
。
加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
日本明石海峡大桥
二、悬索桥的设计与材料技术
一、悬索桥的发展
• （四）20世纪60年代欧美的悬索桥— —第二次发展高峰
•
进入60年代后，美国
1960年于纽约的圣•劳伦斯河上 建成跨度655m的Seaway Skyway 桥 1961年接着在纽约的东河上建成 跨度为549m的Throngs-Neck桥 1964年又再显身手于纽约海湾建 成主跨超过金门大桥18m的维拉 扎诺海峡桥（1298.5m），此桥 的世界桥梁第一大跨度记录曾保 持了17年之久，一直到1981年才 被英国的主跨为1410m的恒伯尔 桥打破 目前维拉扎诺海峡桥在香港青马 桥（1377) 之后 ，第九位 英国主跨988m的塞文桥为代表
• （一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论 挠度理论 弹性理论过分强调加劲梁刚度的
作用, 使梁高过大, 外形显得笨重, 在跨度上也难以有很大提高。在悬索 桥的建造中, 人们开始认识到主缆重 力刚度的作用。1888年, 在维也纳由 米兰提出了挠度理论, 挠度理论以加劲梁整体和主缆索整体 为研究对象，考虑悬索竖向变形对内 力的影响 忽略挠度理论中活载引起的主缆水平 分力与竖向位移之间的非线性关系。 计算结果：加劲梁弯距较弹性理论结 果要小。
成立了塔科马桥的事故调查委 员会，经过利用风洞进行三维模 型试验，肯定了无衰减的反复力 逐渐累积起来以后可以发生极度 的共振乃至破坏 1950年按原有跨度重建塔科马新 桥 塔科马新桥的设计，悬索桥的模 型风洞试验从此在设计中成为必 要的手段 美国还重新检查了一些在30年代 所建悬索桥的抗风能力。
加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
日本明石海峡大桥
二、悬索桥的设计与材料技术
• （一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论 挠度理论 有限位移理论
（二）悬索桥设计理论的新发展
（1）抗震理论 （2）抗风理论。 （3）耐久性分析理论
加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
恒伯尔桥
一、悬索桥的发展
• （六）20世纪90年代以亚洲为主
的悬索桥——第四次发展高峰
1997年，丹麦大伯尔特桥桥, 主 跨1624米悬索桥(3) 1997年，中国香港青马大桥, 主 跨1377米, 是当时最大跨度公铁 二用悬索桥(7) 1998年，日本明石海峡大桥，主 跨1991米，是世界最大跨度悬索 桥(1) 1999年，中国江阴长江大桥，主 跨1385米，中国第一座超千米悬 索桥(8)
加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
二、悬索桥的设计与材料技术
（一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论 挠度理论 有限位移理论
（二）悬索桥设计理论的新发展
（1）抗震理论 （2）抗风理论。 （3）耐久性分析理论
材料方面主要集中在大气环境中混凝土的碳化和钢筋 的锈蚀问题研究； 在构件方面主要集中在锈蚀钢筋混凝土构件的受力性 能研究； 在结构方面主要集中在调查、评估等方法研究 研究热点包括耐久性计算机数值模拟分析系统、耐久 性基础研究、基于全寿命的混凝土桥梁设计方法
二、悬索桥的设计与材料技术
• （一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论
• 不考虑结构体系变形对内力的影 响，按普通的结构力学方法计算 ，计算结构偏大。这种方法只适 用于跨度小于200m且加劲梁的高 度为跨径的1/40左右时的悬索桥 。
加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
日本明石海峡大桥
二、悬索桥的设计与材料技术
明石海峡桥
鲁克林大桥
西堠门大桥
一、悬索桥的发展
• （一）1930年前后美国的悬索 桥——第一次发展高峰
鲁克林大桥（英语：Brooklyn Bridge），是美国最老的悬索桥之一， 主跨486m，其1,825米长的桥面横跨 东河连接美国纽约州纽约市的曼.哈 顿与布鲁克林。在1883年完工时是世 界上最长的悬索桥以及第一座使用由 钢铁制成的悬索的桥梁。
维拉扎诺海峡桥
一、悬索桥的发展
• （五）20世纪70年代－80年代的
欧洲与日本的悬索桥——第三次 发展高峰
1970年丹麦建成主跨为600m的小 贝尔特桥，1973年又在土耳其伊 斯坦布尔建成主跨为1074m的博 斯普鲁斯海峡第一大桥。
博斯普鲁斯海峡第一大桥
一、悬索桥的发展
• （五）20世纪70年代－80年代的
旧金山的象征
一、悬索桥的发展
• （二）20世纪40年代悬索桥发展史上 的挫折——塔科马桥的风毁
1940年，美国华盛顿州 塔科马 悬索桥 此桥的加劲梁不是钢桁梁而是下 承式钢板梁。由于加劲梁断面抗 风稳定性差，在建成当年的11月 7日近中午的时候被风吹断
一、悬索桥的发展
• （三）20世纪50年代悬索桥发展的复 杂局面——风洞试验的兴起
大伯尔特桥加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。
世界前十名悬索桥一览表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 桥名 明石海峡大桥 西堠门大桥 大伯尔特桥 润扬长江公路大桥 南京长江四桥 亨伯尔桥 江阴长江公路大桥 香港青马桥 维拉扎诺桥 金门桥 阳逻长江大桥 主跨长/m 1991 1650 1624 1490 1418 1410 1385 1377 1298.5 1280 1280 国家 日本 中国 丹麦 中国 中国 英国 中国 中国 美国 美国 中国 竣工日期 1998 2009 1996 2005 2012 1981 1999 1997 1964 1937 2007
中国
丹麦 中国 中国 英国 中国 中国 美国 美国 中国
2009
1996 2005 2012 1981 1999 1997 1964 1937 2007
中国主跨500m以上悬索桥
序号 桥名 跨径(m) 1 虎门二桥坭洲水道桥 688+1680 578+1650+485 2 舟山西堠门大桥 3 润扬长江公路大桥 1490 4 南京长江四桥 1418 5 江阴长江公路大桥 1385 6 青马大桥 1377 7 武汉阳逻长江公路大桥 1280 8 虎门二桥大沙水道桥 1200 9 吉首矮寨大桥 1176 10 广州黄埔珠江大桥 1108 11 镇胜高速关岭坝陵河大桥 1088 12 泰州长江公路大桥 1080+1080 13 马鞍山长江公路大桥左汊桥 1080+1080 14 宜昌长江公路大桥 246.255+960+246.255 15 西陵长江大桥 225+900+255 16 沪蓉西巴东四渡河大桥 900 17 虎门大桥 302+888+348.5 18 张花高速澧水特大桥 200+856+190 19 武汉鹦鹉洲长江大桥 225+850+850+225 20 陕西葫芦河大桥 160+700+200 21 厦门海沧大桥 230+648+230 22 镇胜高速关岭北盘江公路大桥 636 23 重庆鱼嘴长江大桥 180+616+205 24 重庆鹅公岩长江大桥 210+600+210 25 重庆万州长江二桥 289＋580＋289 26 重庆忠县长江大桥 560 27 达孜大桥 500 结构型式 双塔双跨钢箱梁 单跨双铰箱梁 单跨双铰箱梁 双塔三跨钢箱梁 单跨双铰箱梁 单跨双铰钢桁梁 单跨钢箱梁 单跨钢箱梁 单跨钢桁架梁 单跨钢箱梁 单跨钢桁架梁 三塔双跨钢箱梁 三塔双跨钢箱梁 单跨双铰箱梁 单跨双铰箱梁 单跨钢桁架梁 桥面距谷底560m 单跨双铰箱梁 单跨钢桁架叠合梁悬索桥 三塔四跨钢箱梁悬索桥 钢箱梁 三跨连续钢箱梁 单跨双铰钢桁加劲梁悬索桥 单跨钢箱梁 三跨连续钢箱梁 单跨双铰钢桁架加劲梁 单跨双铰钢管桁梁 单跨双铰砼板梁 竣工年 2018 2009 2005 2012 1999 1997 2007 地理位置 广东 浙江 江苏省 江苏省 江苏省 香港 湖北 广东 湖南 广东 贵州 江苏省 安徽 湖北省 湖北省 湖北 广东省 湖南 湖北 陕西 福建省 贵州 重庆市 重庆市 重庆市 重庆市 西藏
（一）悬索桥计算方法的发展
弹性理论 挠度理论 有限位移理论
Hale Waihona Puke Baidu
（二）悬索桥设计理论的新发展
（1）抗震理论 （2）抗风理论
桥梁抗风设计数值化和精细化是现代桥梁防灾 减灾技术的热点问题之一，主要通过理论分析、C F D数值模拟手段，对桥梁风振机理及流体-同体耦合作 用进行更深的研究，进一步提高和完善CFD技术，建 立“数值风洞”和“桥梁抗风虚拟现实”技术，实现 “全物理、全系统、三维、高分辨率、高逼真”的桥 梁结构气动弹性数值模拟。