悬索桥的现状与展望

桥梁结构分析悬索桥构造索塔锚碇缆索吊杆桥面系索塔吊杆缆索锚碇桥面系汇报提纲一.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——第四次发展高峰鲁克林大桥明石海峡桥西堠门大桥•（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：BrooklynBridge），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。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一、悬索桥的发展旧金山的象征•（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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。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SeawaySkyway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、悬索桥的发展维拉扎诺海峡桥•（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。一、悬索桥的发展博斯普鲁斯海峡第一大桥•（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。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6一、悬索桥的发展恒伯尔桥桥塔采用由横梁联系的钢筋混凝土空心双塔柱恒伯尔桥•（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)一、悬索桥的发展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。序号桥名主跨长/m国家竣工日期1明石海峡大桥1991日本19982西堠门大桥1650中国20093大伯尔特桥1624丹麦19964润扬长江公路大桥1490中国20055南京长江四桥1418中国20126亨伯尔桥1410英国19817江阴长江公路大桥1385中国19998香港青马桥1377中国19979维拉扎诺桥1298.5美国196410金门桥1280美国193710阳逻长江大桥1280中国2007世界前十名悬索桥一览表序号桥名主跨长/m国家竣工日期1明石海峡大桥1991日本19982西堠门大桥1650中国20093大伯尔特桥1624丹麦19964润扬长江公路大桥1490中国20055南京长江四桥1418中国20126亨伯尔桥1410英国19817江阴长江公路大桥1385中国19998香港青马桥1377中国19979维拉扎诺桥1298.5美国196410金门桥1280美国193710阳逻长江大桥1280中国2007世界前十名悬索桥一览表中国主跨500m以上悬索桥序号桥名跨径(m)结构型式竣工年地理位置1虎门二桥坭洲水道桥688+1680双塔双跨钢箱梁2018广东2舟山西堠门大桥578+1650+485单跨双铰箱梁2009浙江3润扬长江公路大桥1490单跨双铰箱梁2005江苏省4南京长江四桥1418双塔三跨钢箱梁2012江苏省5江阴长江公路大桥1385单跨双铰箱梁1999江苏省6青马大桥1377单跨双铰钢桁梁1997香港7武汉阳逻长江公路大桥1280单跨钢箱梁2007湖北8虎门二桥大沙水道桥1200单跨钢箱梁广东9吉首矮寨大桥1176单跨钢桁架梁湖南10广州黄埔珠江大桥1108单跨钢箱梁2008广东11镇胜高速关岭坝陵河大桥1088单跨钢桁架梁2007贵州12泰州长江公路大桥1080+1080三塔双跨钢箱梁江苏省13马鞍山长江公路大桥左汊桥1080+1080三塔双跨钢箱梁安徽14宜昌长江公路大桥246.255+960+246.255单跨双铰箱梁2001湖北省15西陵长江大桥225+900+255单跨双铰箱梁1996湖北省16沪蓉西巴东四渡河大桥900单跨钢桁架梁桥面距谷底560m湖北17虎门大桥302+888+348.5单跨双铰箱梁1997广东省18张花高速澧水特大桥200+856+190单跨钢桁架叠合梁悬索桥湖南19武汉鹦鹉洲长江大桥225+850+850+225三塔四跨钢箱梁悬索桥湖北20陕西葫芦河大桥160+700+200钢箱梁2008陕西21厦门海沧大桥230+648+230三跨连续钢箱梁1999福建省22镇胜高速关岭北盘江公路大桥636单跨双铰钢桁加劲梁悬索桥贵州23重庆鱼嘴长江大桥180+616+205单跨钢箱梁2008重庆市24重庆鹅公岩长江大桥210+600+210三跨连续钢箱梁2000重庆市25重庆万州长江二桥289＋580＋289单跨双铰钢桁架加劲梁2004重庆市26重庆忠县长江大桥560单跨双铰钢管桁梁重庆市27达孜大桥500单跨双铰砼板梁1984西藏•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。鲁克林大桥明石海峡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•（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、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。•（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。二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。日本明石海峡大桥•（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。二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。日本明石海峡大桥•（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600m以下的悬索桥，对于跨度大于600m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。二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。日本明石海峡大桥•（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）耐久性分析理论二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。日本明石海峡大桥•（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。二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。日本明石海峡大桥•（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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、CFD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。二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。•（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•（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（三）二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。日本明石海峡大桥•（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（三）新材料技术钢管混凝土和钢纤维结构工程材料应用：碳纤维作为预应力筋材，矮寨大桥大跨径的悬索桥缆索系统：研发了Φ5.0毫米系列1860兆帕高强镀锌钢丝，为悬索桥的跨越能力提供支撑二、悬索桥的设计与材料技术加劲梁为扁平钢箱，分段运至桥下后吊装焊接就位。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）上部结构的施工技术•（二）下部结构的施工技术三、悬索桥的施工技术技术南京长江四桥西堠门大桥（一）上部结构的施工技术2大技术难题:•(1)钢主缆材料强度的利用率和经济性急剧降低，•(2)抗风