桥梁设计创新实践2-桥梁设计创新实践文档.pdfVIP

桥梁设计创新实践 同济大学 林长川 内容提要 本文整理总结了笔者退休前后所从事的桥梁设计创新实践工作，包括桥梁结构、构造 材料和设计方法的创新，以结构创新来创造新颖、独特的结构美，以构造和材料创新来提 高桥梁的质量和耐久性。 关键词 空间预应力索桥 刚性索悬索桥 斜拱造型 拱形悬臂梁桥 预应力钢管砼桁架 钢绞线 缆索、索夹和结点 装配式基础 拉索双锚锚固体系 外置式吊索锚头 塔柱稳定杆 自润滑 耐候钢支座 钢管灌浆料砼 缆索部分支承桥梁 创新是一个民族进步的灵魂，也是科学技术发展的灵魂。作为结构技术与工艺高度集中的桥 梁，更是应该在不断创新中求得发展。近年来我国桥梁以空前的规模飞速发展着，无论是建造数 量还是施工速度都已超过发达国家的水平。但是，也正是由于发展速度快而带来繁重的设计和施 工任务，使得有关方面无暇顾及更加精心地进行设计和施工，因此出现了桥梁建设中存在的“美 观不足，设计创新不足和施工质量不足”[1] 的现象。这是发展带来的问题，随着我国桥梁建设队 伍的不断成熟和壮大，以及业主对桥梁美观和质量需求的不断增长，这些不足现象将会很快得以 克服。要有效克服这些不足，首先应该依靠设计上的创新。桥梁设计的创新需要胆大、心细、艺 高以及对事业的奉献精神。笔者退休后，利用充裕的时间以及所积累的设计、科研和施工经验， 专心致力于这方面的工作，以结构创新来创造新颖、独特的结构美，以构造和材料创新来提高桥 梁的质量和耐久性。现将其整理总结成本文，以期在桥梁创新实践中起到抛砖引玉的作用。 一.结构创新 1．空间预应力索桥 1) 工程实例： 浙江平湖九龙山通天桥 [2]，2000 年设计，2002 年竣工。 图 1 空间预应力索桥 - 1 - 2) 结构构造： 通天桥是一座跨越海峡的人行桥，位于海峡风口，风大、浪急，海底深达 30 余米，主跨跨度 208m，宽度 3m，宽跨比为 1/70，桥面结构高度仅 13cm，高跨比为 1/1600，上部结构用钢量 88kg/m2 。 该桥由承重缆、桥面缆和抗风缆，以及联系三种缆索的横向系杆组成空间索系（图 1），各种 缆索都施加了预张力，桥面铺拉板网，塔柱采用钢管混凝土撑杆。 3) 创新要点和应用： 空间预应力索桥即所谓的 “拉拉桥”。全桥 除 4 根撑杆外，均由拉索组成，充分发挥高强度 钢丝强度高的特点，使结构减轻，用料节省。由 于在上下左右各个方向的拉索中施加了预张力， 外载所产生的负张力，抵消了部分预张力，克服 了因结构重量轻带来“重力刚度”不足的问题， 使桥梁的竖向和水平刚度大为提高。竣工荷载试 验实测活载满载跨中绕度 82.9cm ，为跨径的 1/250。 图2 空间索系 本桥利用空间预应力缆索系统（图 2 ）来提 A主缆 J桥面缆 D抗风缆 高桥梁的整体刚度，从而提高颤振稳定性，达到 提高抗风稳定性、简化加劲梁构造的综合效果： G主缆、桥面系索 I主缆、抗风缆系索 ①采用空间主缆提高桥梁的整体刚度；②设置水 H桥面、抗风缆系索 L东、西主缆系索 平和横向的辅助索提高结构抗扭刚度和扭转振 动频率，从而提高桥梁颤振稳定性；③在缆索中施加预应力，以“拉力刚度”来弥补小跨度悬索 桥主缆重力刚度不足的问题；④使用拉板网做桥面，以减少风阻。 本桥采用空间缆索抗风只是出于朴素的灵感，为应对特殊环境被逼出来的就事论事之举。天 下智谋往往所见略同，此举之前一、两年就有人提出过使用水平和横向辅助索来提高结构抗扭刚 度和扭转振动频率的想法[3] ，但尚无实践先例，人们的大部分注意力还是集中在改善加劲梁断面 的气动性能上，使得悬索桥的加劲梁不得不使用构造复杂，造价昂贵的桁架