大跨度拱桥的发展与现状ppt课件.ppt

,1,一.,内容简介,大跨度拱桥的发展,世 界 拱 桥 的 发 展 概 述,二.,三.,四.,五.,各 类 大 跨 度 拱 桥,大 跨 度 拱 桥 的 轻 型 化 和 多 样 化,施 工 方 法 的 发 展,典 型 桥 的 设 计 与 施 工,2,世界拱桥发展概述,一,美 国 贝永桥 L=504m 1931,澳大利亚 悉尼港桥 L=503m 1932,巴拿马 塔歇尔桥 L=344m 1962,加拿大 曼港桥 L=366m 1964,加拿大 拉比奥莱特桥 L=335m 1967,美 国 费里芝特桥 L=383m 1973,美 国 新河桥 L=518m 1977,美 国 罗斯福湖桥 L=329m 1990,中 国 丫髻沙大桥 L=360m 2000,世界十大钢拱桥,中 国 卢浦大桥 L=550m 2003,3,世界拱桥发展概述,一,瑞 典 桑多桥 L=264m 1943,葡萄牙 阿拉比达桥 L=270m 1963,巴 西 友谊桥 L=290m 1964,澳大利亚 格莱兹维尔乔治 L=305m 1964,南斯拉夫 克尔克一桥 L=390m 1980,南 非 勃劳克兰斯桥 L=272m 1983,法 国 沙托布里扬桥 L=261m 1991,中 国 江界河 L=330m 1995,中 国 邕宁邕江大桥 L=312m 1996,世界十大混凝土拱桥,中 国 万县长江大桥 L=420m 1997,4,世界拱桥发展概述（续）,一,钢筋混凝土拱桥,采用支架法施工跨度最大的拱桥,最大跨度混凝土桁架拱桥,采用转体施工法跨度最大的拱桥,采用缆索吊装法施工跨度最大的拱桥,四川宜宾马鸣溪大桥 L150m 1979年,四川攀枝花市宝鼎大桥 L170m 1982年,广州丫髻沙大桥 L360m 2000年,贵州江界河大桥 L330m 1995年,5,世界拱桥发展概述（续）,一,世界上最大跨度钢管混凝土拱桥,世界上最大跨度钢拱桥,世界最大跨度的石拱桥,世界上跨度最大的钢筋混凝土拱桥（采用钢管混凝土拱桁结构作为劲性骨架）,四川万县大桥 L420m 1997年,山西晋城丹河大桥 L146m 2001年,重庆巫山长江大桥 L460m 建设中,上海卢浦大桥 L550m 建设中,6,世界拱桥发展概述（续）,一,我国公路拱桥的四个发展阶段,第一阶段是50年代到60年代中，绝大多数是中小拱桥,第二阶段是60年代中到70年代，主导桥型低配筋双曲拱桥,第三阶段是70年代末到80年代，主导桥型是大中跨预制钢筋混凝土箱（肋）型拱桥,第四阶段是90年代以后，主导桥型是桁拱桥、劲性骨架混凝土肋拱桥和钢管混凝土拱桥,这时期，国外钢筋混凝土拱桥的最大跨径已达390m（克尔克I桥）,而钢拱桥的最大跨径已达518m（新河桥）。,该时期，我国建的许多拱桥的跨度已居世界同类拱桥前列。,back,7,各类大跨度拱桥,二,拱结构即使是圬工拱，就强度而论，目前拱跨未达到材料强度和构造条件极限,早在三、四十年代，国外钢筋混凝土拱桥跨度已超过250m,代表作品：主跨503.6米的贝永桥 Bayonne Bridge,主跨503米澳大利亚悉尼桥 Sydney Harbor Bridge,主跨260米的瑞典桥桑多桥 Sand Bridge(钢筋混凝土拱桥),8,各类大跨度拱桥（续）,二,六十年代后，国外时兴无支架锚拉悬臂法施工，其中不少是200m以上的拱跨,代表作品：主跨383m的弗里芝特桥 Fremont Bridge,主跨518m的新河桥 New River Bridge,主跨305m的克莱兹维尔桥 Gladesville Bridge,主跨390m的克尔克桥 KrKI(East Span),9,各类大跨度拱桥（续）,二,据论证：这还不到未来拱跨的一半,代表作品：山西丹河大桥,贵州江界河大桥,四川万县长江大桥,广州丫髻沙大桥,上海卢浦大桥,九十年代后，我国拱桥的跨度也在不断的提高,back,10,大跨度拱桥的轻型化和多样化,三,大跨度拱桥的轻型化,拱圈的轻型化,可减轻对吊装能力的需求，节省上、下部构造工程量，节省造价。,拱圈的轻型化，对设计和施工也提出了更严格的要求。,（1） 设计中应考虑大变形理论，用挠度理论或非线性有限元理论来计算内力。,Japan Bridge (France),11,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,（2） 施工中的稳定问题,拱圈轻型化后，施工阶段稳定性是关键性技术问题，应对各步骤的实际结构，考虑几何非线性和物理非线性的影响，计算每步骤的稳定系数，保证施工万无一失。,系杆拱、中承拱有较多采用的趋势,系杆拱由于是无推力结构，对墩台要求较低，整个桥型结构简便、轻巧，桥面视野开阔，广泛用于地质较差的软土地区。,Campo Volantin Bridge (Spain),12,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,Haneda Sky-Arch Bridge Tokyo City, Japan,La Barqueta Bridge (Spain),主拱圈的横向变化,吊索的变化,13,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,Alameda Bridge (Spain),Europe Bridge (France),主拱圈的侧向变化,14,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,Zaragoza Bowstring Bridge (Spain),Bach de Roda-Felipe II Bridge (Spain),西班牙的几 座代表作,15,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,Garde-Adhemar Viaduct (France),Smithfield Bridge (U.S.A),变异的拱圈,16,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,Mosteiro Bridge (Brazil),17,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,Gateshead Millennium Bridge,曲线拱桥,18,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,网状拱Network Arch,1963年建成的世界上第一座Network Arch (Steinkjer, Norway Span:60m),世界上最细长的拱桥(Bolstadstraumen Bridge Span:84),19,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,网状拱Network Arch,Kishiwada Bridge (Japan),Shinhamadera Bridge (Japan),Fehmarnsund Bridge (Germany),Terashima (Japan),Nagara Bridge (Japan),20,大跨度拱桥的轻型化和多样化（续）,三,大跨度拱桥的多样化,Garde-Adhemar Viaduct (France),Leonardos Bridge (Norway),back,21,施工方法的发展,四,施工方法是大跨径拱桥最关键的技术，尤其是无支架施工技术的使用使拱桥更具有竞争能力。,悬臂扣挂法,国外绝大多数采用多段悬浇。且多用于单跨，节段长46.5m。跨径最大的是272m的南非Bloukrans桥，分61段，每段5.2m。最近建成的法国Rance河桥，跨径26lm，采用多段拼装，利用已建成的主拱部分自锚扣挂。 我国常采用35段悬拼，个别多到9段，泛用于多孔。,南非Bloukrans桥,法国Rance河桥,22,施工方法的发展（续）,四,国外最早使用该施工方法的是跨径170m日本外津桥。跨径390m的南斯拉夫KrK桥和跨径116m的日本赤谷川铁路拱桥也是采用此法施工。 我国用悬臂桁架法施工的预应力桁式组合拱，采用悬拼预制节段或预制杆件(跨径特大时)。跨径330m的贵州江界河桥采用钢人字桅杆进行悬拼，最大吊重已达120t。,悬臂桁架法,日本外津桥,江界河桥,23,施工方法的发展（续）,四,国外竖转施工的拱桥，最大的是跨径150m德国Argentobel桥，我国用竖转方法修建的有跨径60m的四川杨家沟桥和三滩沟桥。 我国的水平转体施工已由平衡重转体发展到无平衡重以至双箱对称同步转体。无平衡重双箱对称同步转体施工最大的拱桥是跨径200m的重庆涪陵乌江大桥。该施工法不仅用于箱形拱，而且用于刚架拱和桁架拱桥。,转体施工法,涪陵乌江大桥,24,施工方法的发展（续）,四,国外用劲性骨架法修建的最大拱桥，是跨径2l0m西班牙Esla桥。 我国采用半劲性骨架法修建的最大拱桥是跨径240m四川宜宾金沙江大桥；采用劲性骨架法修建的最大拱桥是跨径420m的万县长江大桥和跨径312m的广西邕宁邕江大桥。,劲性骨架和半劲性骨架法,万县长江大桥,邕宁邕江大桥,25,施工方法的发展（续）,四,组合施工法,这是由上述方法组合的无支架施工方法。,悬臂扣挂和刚性骨架组合法 跨径204m的日本宇佐川桥，两侧各50m用悬浇扣挂，中间100m用刚性骨架。,悬臂桁架和刚性骨架组合法 跨径235m的日本别府明矾桥，两侧各82.5m用悬臂桁架分段悬浇施工，其他桁架杆件采用临时杆件，中间80m用刚性骨架合拢。,明矾桥,26,施工方法的发展,四,拱架施工法,湖南省用单层贝雷拱架建成跨径133m的缆子湾沅水大桥。,转体与钢混凝土刚性骨架组合法(也称为合成拱圈法)。 跨径82m的城址桥(日本)，另一座为跨径58m的旭桥(日本) 。 我国竖转施工的四川每家沟桥，钢混凝土刚性骨架由很薄的混凝土底扳、腹板及钢筋网架顶板组成。平转的有跨径130m的江西太白杨，骨架底板为钢筋混凝土，顶板角隅为两条钢管混凝土，其他为型钢。,旭桥,back,27,典型桥的设计与施工,五,卢浦大桥是黄浦江上的又一座大跨度桥梁。主跨550m，矢高100m，矢跨比1/5.5，主桥全长750m，双向六车道，通航净空48m，。采用钢拱梁组合体系，是世界第一跨度的中承式系杆拱桥。主要受力的钢拱肋宛如两道巨大的彩虹，以“一”字撑连接在一起。全桥巨大的水平推力由16根421束7的高强钢绞线承担。跨中桥面宽42m，通过112根吊杆悬挂在拱肋上。,卢浦大桥,工程概况,28,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥,总体施工工艺,“三角区”施工,主要包括钢拱座安装；斜撑及大、小立柱安装；边跨拱肋安装；锚碇、端横梁安装；河跨拱肋安装、河跨桥面安装、岸跨桥面施工。,29,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥,总体施工工艺,主跨拱肋施工,主要包括临时塔施工；拱上吊机安装，最大起吊能力400t，最大提升高度110m，采用1000t浮吊整体吊装；主跨拱肋标准段施工 。,30,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥,总体施工工艺,主跨拱肋施工(吊装合龙段),31,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥,总体施工工艺,主跨桥面系施工,主要是指桥面以上水平索安装、吊杆安装、桥面安装、桥面以下水平索安装以及在桥面吊装过程中的水平索张拉和临时索拆除的相互体系转换。在拱肋合拢后，先安装张拉部分水平索，再吊装桥面，并逐步拆除临时索。水平索安装张拉、桥面加劲梁吊装和临时索拆除同步交叉进行。,32,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥设计优化(同济大学提出),通过体系研究，发现组成拱桥的三大主要构件存在如下问题：拱肋a.拱肋恒载弯曲应力偏高；b.矢跨比偏小，拱内轴向力较大。,纵梁设计采用全断面闭口钢箱梁，其纵梁正应力偏低。除造型要求外，均不要求采用全断面闭口箱梁。,水平拉索水平拉索在温度升高时存在预应力卸载现象，而且拉索截面积愈大，预应力卸载现象愈严重，导致拱脚推力大幅增加。,33,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥设计优化,三大构件的问题带来的其它问题有：,34,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥设计优化,为了提高结构安全度，降低工程造价，使结构更加合理，我们提出了对结构进行优化的途径，如下图所示。,35,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥设计优化,拱肋a.调整矢跨比，是减少拱肋轴向力和基础水平推力的有效措施。b.选择合理拱轴线是降低拱肋弯曲应力、提高拱的安全度的有效措施。因此提出了在悬链线（或二次抛物线）基础上叠加高次曲线或采用满足曲率半径一阶连续的三次样曲线作为设计拱轴线。c.在优化拱轴线以降低拱肋恒载弯曲应力基础上优化拱肋截面。,36,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥设计优化,纵梁a.采用刚拱柔梁结构形式，纵梁成为承受局部荷载的二次结构。b.可以采用两种纵梁结构形式：一种是交叉梁格系，吊索直接连接钢横梁顶部；第二种是在目前全断面闭口箱梁基础上去掉Z2底板，按受力要求增加Z5板的厚度，横梁下缘改成工字形截面。,37,典型桥的设计与施工（续）,五,卢浦大桥设计优化,纵向水平索在卢浦大桥中，水平缆索中活载应力占总应力的比例很小，仅与体外预应力索相仿。国内外体外预应力索的安全系数取值一般在1.7左右，考虑到卢浦大桥的规模及结构重要性，建议纵向索安全系数可以比体外索高一些，实际取值可以是1.82.0。经过以上优化，不仅提高了结构的安全度，还可以节约材料费3000万左右。,back,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,