桥台发展变化

1几篇桥梁论文2008-12-0811:42:01AM几篇桥梁论文更多相关内容请访问CAD家园论坛○结构设计——选型分析1.1.轻型桥台：桩框式桥台（图、说明）ll工程背景桥梁墩台轻型化是近代国内外桥梁工程界的主要研究课题。各国桥梁建设的迅速发展，不仅反映在上部结构的新颖造型上，还反映在下部结构的轻型化和合理化上。五十年代以来，桥墩和梁桥桥台的轻型化取得进展，出现了埋置式和钢筋混凝土薄壁台。在拱桥方面，由于存在强大的水平推力，仍多用重力式U台，后来也出现了适用于中小跨径和浅基础的八字形，背撑式和靠背框架式桥台，还有空腹式和齿槛式桥台。用于深基础的有组合式桥台，这里，桩基以承受竖向力为主，水平推力则主要由后座基底摩阻力及台后土侧压力来平衡。在地基土质较差时，后座基础还得适当处理，因此不是实际意义上的轻型桥台。福建省沿海地区多属基岩深埋的淤泥软土地质，山区也存在不少断层坡积的不良地质条件，桩基的使用是第一选择。但长期以来，桩基仅作为基础看待，而不是作为桩结构物体系的一个主要承力构件。为配合自重轻，造型美观的刚架拱等新桥型设计，经力学构思和分析计算，提出拱桥桩框式轻型桥台结构的设计方案。ll设计原则①传递荷载路径最短结构的主要作用在于支承荷载，并把它传递到地基。因此，结构设计的主要任务之一就是考虑如何使传力路径尽可能短，越是简捷，效率越高，材料就越省。有时传递荷载走弯路是难以避免的，如简支梁横向受载。②各构件截面应力图面积最大如果结构所有构件相对于材料截面的应力图总面积最大，则材料将得到充分利用，如桁架杆，工字梁等。因而，要节省材料，降低造价，势必采用合理结构和合理构件截面。③按结构受力特点选择材料结构所用材料不同，其力学性能也就不同，有时差异甚大．高强钢耐拉、省材却容易失稳；混凝土耐压却怕拉；钢筋混凝土，预应力混凝土普适性好，但属复合性材料，需要考虑不同材料的性能，计算也更复杂；还有些材料性能虽好，价格却无法接受。因此，材料的力学性能与使用场合设计要求以及技术经济指标相一致。④发挥结构体系的整体功能高次超静定结构使结构受力范围大，有利2于内力削峰和平缓变形。还应减少不必要的开口和局部承力，使之合理受力．⑤挖掘主要受力构件的潜力主要受力构件成本高，不宜多。合理设计应注意发挥其在不同场合、不同结构体系中的力学性能，以达到节省材料的目的。ll桩框结构体系桩框式轻型桥台充分考虑桩框结构体系整体承载（尤其承受水平荷载）能力，在新的计算体系中，分析在拱上部结构荷载和土抗力作用下，桩、框架、承台梁、土的相互作用。该结构体系的主要构造如下：①空间框架由压杆（斜撑梁），拉杆（联系梁）和前后排桩组成的带三角框的平面框架是桥台的主要部分，横向由前后承台梁和横隔板联结，前后承台梁又作为薄壁台身和耳墙的基础，形成一个空间框架。②前后承台梁由块状承台改变成梁状承台，大大减少了圬工数量。后承台梁作为深埋的地基梁，同时起到施加土侧压力的后挡板作用．前承台梁上设拱座，如果受桩距限制，横向桩数少于拱座，承台梁成为斜弯曲的连续梁。显然，如果拱座与桩—一对应，传力路径会更短。承台梁的设计还要考虑薄壁台身的横向作用。③柔性桩纵向前后两排桩间距较大，群桩效应主要考虑横向桩距而定。作为桩结构物的桩，布筋多，柔性大，不仅具有将上部结构的荷重传递给地基基础的机能，还具有同其它结构构件完全相同的功能．桩顶与拉压杆和承台梁刚结，形成空间框架的一部分，等代固端桩长由桩的局部分析决定。采用线弹性地基反力法计算。④前挡土板由于前承台梁高出地面，需在桩间设置挡土板以挡住台后填上。除作台前装饰外，可利用深埋挡土板的台前后静土压力差，抵抗拱脚的水平推力。⑤薄壁台身前承台梁上的薄壁台身类似梁桥薄壁桥台的台身，用以挡住台后填土，支持两端的耳墙，并将部分竖向荷载传递给桩基。台帽与刚架拱弦杆锚栓连结，作为对台身的支撑，视为一次超静定。但可偏安全地取单宽悬臂梁验算。⑥超常耳墙为使桥台轻型化，原U台的侧墙简化为两侧的超常耳墙，墙顶长度大大超过梁桥埋置式桥台的耳墙。耳墙与台身和承台梁顶固结，协同台身挡土。在台内和锥坡填土未到位前，墙根的应力按三角形悬臂梁（板）验算，用纯三次式应力函数可求得弹性力学解。两侧锥坡，围挡墙作为桥台的附属结构。ll分析方法与构造措施桩框式轻型台作为空间框架形式受力，发挥高次超静定结构体系的整体力学性能。但桥台作为纵向对称的结构，且以纵向受力为主，因此，可在纵向取半结构，甚至分片取平面框架体系分析，以简化计算。两侧的平面框架应考虑耳墙作用，土压力和拱推力按分配荷载施加台后在前承台梁至联系梁下1m范围内计算静土压力；台后在薄壁台身一段偏安全地按主动上压力计算；台前地面以下须计反向静土压力。由于实际桥梁工程中，桩顶容许水平位移仅为0.5～1.0cm，故为安全起见，计算中不考虑被动土压力。为确保轻型桥台的安全，可采用一系列构造措施，留有计算外的安全储备。由于框架的整体作用，前桩分配荷载略少于后桩，但前排桩顶水平位移却略大与后排桩顶水平位移。对于某实际工程计算，最大水平位移为0.76cm，均在安全3范围内。这是由于在桩框式桥台中，三角框架不仅稳定性好，传力合理，还嵌固了桩顶，产生了反向的桩顶弯矩，减少了桩顶水平位移量。参考文献：陈燊，陈焕景.桩框式桥台设计的力学原理.福州大学学报，No.2,19982.2.美、英式吊桥与混凝土悬索桥（照片、说明）现代悬索桥，国际上称吊桥（SuspensionBridge），通常由上部结构（包括钢缆、塔、加劲梁及吊杆）和下部结构（包括支承塔的桥墩、锚固钢缆的锚碇、锚台）组成。加劲梁（包括行车和行人的桥面系）就悬吊在钢缆（也称大缆或主索）上，钢缆两端用锚碇固定。锚碇用大体积混凝土做成，或置于地面或深埋于地下，有时利用桥两端的山崖锚固钢缆，也有将钢缆锚固于桥台的沉井基础之内（称为锚台），还有将钢缆锚固于加劲桥面系（称为自锚）。通常还建造两个高塔给钢缆提供中间支承，塔、墩多为固结，甚至融为一体。于是悬索桥的承重主要通过钢缆及其支承锚固系统传递给大地，因此，悬索桥的跨越能力特别大，跨径超1000米的桥型非悬索桥莫属，跨径在600米上下也颇具竞争力。悬索桥的发展可追溯到远古时代。根据史书记载，古代悬索桥起源于我国西部山区深壑的溜索，利用自然高差溜索过人。虽是单索，却是以索承载的实际意义上的桥。以后发展为多索，侧索攀扶，平行索面上铺板形成悬链线形的桥面，即可通过人畜。山区盛产藤条、竹篾，便是初期造悬索桥的好材料，只是不耐久。随着铁器时代的到来才逐渐被铁链索所取代而流传下来。但悬链线形桥面不便行车，于是多索系统被古人分成两组，分置两侧再垂挂若干吊索，悬吊起一个较为水平的桥面系（包括边梁和桥面板），发展为古代的悬索桥。此时中国走在前面。有文献记载，早在公元前50年（汉宣帝甘露４年），我国**就出现了跨长百米的铁索桥。著名的《科学技术史》作者李约瑟认为，南美的古索桥是在公元前７世纪的前哥伦布时代，由中国人传播到那里的。在欧洲波兰，1734年出现了西方第一座临时性的铁索桥，1741年英国才建成欧洲第一座永久性铁索桥（Tees河桥，跨度21.34米，使用了61年），而且这一切是受西方传教士从中国传回的两本书的启发所进行的尝试，比中国落后1800年。历史的成就值得中国人骄傲。进入19世纪后，经历文艺复兴和资产阶级革命的欧洲，特别是英国，修建了不少跨度稍大于中国古桥的悬索桥。独立后的美国也紧随其后修建了一批铁索桥，并出现了铜丝、铁丝缆索桥。随着大城市的兴起，美国人在纽约市东河上花了40年时间完成几座跨度在450～490米的钢缆悬索桥。这些桥梁的成功使美国的建桥技术突飞猛进，在本世纪30年代，又相继建成跨度超千米的华盛顿桥（主跨1067米）和金门桥（主跨1280米，保持跨度纪录27年）（照片）。但不幸的是1940年11月７日上午，位于华盛顿州刚建成不到四个月的主跨853米，居当时世界第三位的旧塔科马海峡（TakomaNarrows）悬索桥在19米／秒（相当4于八级大风）的风速下，全桥进入剧烈的扭转振荡后被摧毁。在强大冲击力作用下，吊索崩断，半跨桥面坠落水中。这座以宽11.9米、高2.45米的中承式板梁加劲，并作了充分静力抗风设计的悬索桥在较低风速下损毁的事故，不能不使全世界桥梁工程师震惊，也使现代悬索桥的发展暂时搁浅。经过桥梁工程师和空气动力学专家联手调查，进行了至今长达半个世纪之久的桥梁抗风研究，使认识不断深化，在20世纪后50年间未再发生类似塔科马桥的风毁事故，使桥梁界恢复了信心。实际上，在初步找到问题症结所在之后，美国的现代大跨悬索桥建设在50年代就又蓬勃发展起来了。1950年重建了塔科马桥，跨度不变，只改用气动稳定性较好的钢桁架加劲梁（高跨比为1:85，宽跨比为1:47）。1964年在纽约市南边，建成了跨度1298米、设12条车道的韦拉扎诺悬索桥，再一次刷新了世界跨度纪录，并形成了以钢桁架加劲大跨悬索桥的美国风格。60年代以后，美国较少修建悬索桥。尽管如此，当今拥有最多悬索桥的国家仍属美国。美国悬索桥一般有如下特点：①绝大部分为三跨地锚式。②铆接或栓接的钢结构主塔。③竖直吊索（杆）。④绝大部分采用非连续的钢桁架加劲梁。⑤钢筋混凝土公路桥面。⑥主缆采用空中编缆法制造架设。英国在60年代以后引进美国技术，于1964年建成跨径1006米的福斯公路悬索桥，并做出两点改进：钢主塔采用具有加劲肋条的大型钢板焊接而成，以减少用钢量；桥面板采用钢正交异性板（而不是钢筋混凝土板）以减轻恒载。1966年建成的塞文桥结合抗风研究成果，推出流线型扁平全焊连续钢箱代替美国式悬索桥中的高大钢桁架加劲梁，减少用钢量又获取良好的抗风性能；另外还采用斜吊索，以提高全桥刚度和结构阻尼，但给吊索、钢箱带来的疲劳损坏却是始料不及的。尽管如此，塞文桥首创了英国式悬索桥。70年代，土耳其也修建了类似的大跨悬索桥。1981年英国建成当时世界第一大跨度（主跨1410米）的恒比尔悬索桥，把英国式悬索桥发展推向颠峰。它除了沿用流线型扁平钢箱和斜吊索外，两边跨不对称，桥塔改用混凝土浇筑。几十年来，美、英两种悬索桥流派相互竞争，相互促进，极大影响和推动了世界悬索桥技术的发展。堪称现代悬索桥之乡的，起步虽晚，但对美英风格兼收并蓄，发展很快。悬索桥的发展主要是通过本州四国联络桥的修建开始的。本四联络线中有22座大桥，其中11座是悬索桥。1962年先建成主跨367米的若户桥，70年代又建成主跨712米的关门桥和主跨465米的平户桥，积累了丰富的建桥经验。而后，在80年代的本四联络桥中继续建成５座主跨为770～1100米的悬索桥。仅1986年就建成主跨940米的下津井大桥、主跨990米的北备赞大桥和主跨1100米的南备赞大桥等３座悬索桥。令世人瞩目的明石海峡大桥（主跨达1990米）于1998年通车，写下了20世纪的悬索桥跨度世界纪录。在本四联络线上，修建大跨的公、铁两用悬索桥，接受了美国模式。因为桁架加劲梁易于布置成双层桥面，使公、铁分层通过。改进之处在于采用连续桁架梁，5即在桥墩处不设伸缩缝，并采用正交异性板代替预应力混凝土板。在公铁两用桥的实践中，还采用缓冲梁来解决铁路对桥面伸缩量和转角的要求。对用钢箱梁加劲的英国模式也作过尝试性的实践，如1987年建成的白鸟桥（主跨720米）和1988年建成的大岛桥（主跨560米）。悬索桥还有一个共同特点，即主缆的制造和架设基本上用预制绳股法代替空中编缆法。20世纪70年代，丹麦充分吸收美国式和英国式悬索桥的优点，形成了独特的丹麦悬索桥风格，其主要特点是：采用竖直吊杆、流线型扁平钢箱梁加劲，既保存了钢箱梁的抗风优点，又避免使用有争议的斜吊杆。由于结构合理，用钢量省，造价低，丹麦式悬索桥显示了强劲的发展势头，接连建造了几座主跨上千米的超级桥，1997年大贝尔特桥以主跨1624米打破恒比尔桥保持了16年的跨度世界纪录，独领风骚一年之久。但它对中国现代悬索桥的影响不可低估。我国主跨888米的虎门大桥，主跨1385米的江阴长江公路桥和主跨1377米的香港青马大桥均借鉴了丹麦式悬索桥风格。截至解放