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示罡安
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大跨径悬索桥设计施工与养护管理技术交流观摩会悬索桥发展展望及精细化的技术考虑主报告人 :

一二年九月本汇报材料编写背景自 1995 年 12 月国内第一座现代悬索桥汕头海湾大桥建成通车, 到

1 大跨径悬索桥设计施工与养护管理技术交流观摩会悬索桥发展展望及精细化的技术考虑主报告人 : 泰州大桥总设计师杨进大师副报告人 : 泰州大桥上部结构设计项目负责人南京长江四桥设计审核负责人万田保二一二年九月本汇报材料编写背景自 1995 年 12 月国内第一座现代悬索桥汕头海湾大桥建成通车, 到 2012 年湖南矮寨大桥泰州长江公路大桥三塔悬索桥通车, 乃至南京长江第四大桥建成, 国内悬索桥经历了学会建成规模化多样化发展过程, 我们可能面临的发展方向是什么? 杨进大师主持设计了自汕头海湾大桥至泰州长江大桥的多座不同类型的悬索桥, 同时见证了国内悬索桥发展兴旺过程, 受邀参加本交流会, 但因其他原因未能出席, 指导了本汇报材料的编写! 1

2 报告内容 1. 悬索桥发展展望 1.1 向大跨度发展 1. 2 向多个主跨发展 1. 3 组合结构是重要发展方向 1. 4 公铁两用悬索桥技术合理性分析 2. 悬索桥精细化建设 2.1 国内建成众多大跨悬索桥后需要精细化考虑 2.2 锚碇及主缆锚固系统耐久性 2.3 主缆耐久性 2.4 吊索的耐久性 2.5 主梁加劲梁的耐久性悬索桥支座伸缩缝的耐久性 2.7 主缆钢丝受力均匀是重要保障 1. 悬索桥发展展望 1.1 向大跨度发展报告内容向大跨度发展的必要性 ; 向大跨度发展的可行性 ; 主跨 3300m 的意大利墨西拿大桥 ; 主跨 1700m 的武汉杨泗港大桥 ; 博士普鲁士三桥投标方案 ; 土耳其 IZMIT 海湾大桥投标方案 ; 1. 2 向多个主跨发展悬索桥向多个主跨发展的必要性 ; 泰州长江公路大桥三塔悬索桥主要技术路线 1. 3 组合结构是重要发展方向斜拉悬吊组合结构的优势 ; 某组合结构方案的技术合理性分析 1. 4 公铁两用悬索桥技术合理性分析国内外已建成多座公路铁路两用悬索桥 ; 大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 ; 建设大跨度铁路悬索桥的必要性 2

服务于航运行业可持续发展的要求 : 如桥位附近码头锚地设施, 还有横驶区, 桥型方案要大跨覆盖 1.

3 1.1 向大跨度发展向大跨度发展的必要性 1 通航净空的要求 : 如琼州海峡跨海通道要求的通航净空为 : 单孔双向 2650mx81m, 单孔单项 1270x81m, 考虑基础尺寸后, 跨度必须在 2750m 和 1340m 以上, 不得不重点研究悬索桥 ; 2 减轻对河床演变影响的要求 : 如泰州长江公路大桥河道分析报告认为桥位区河床基本稳定 ; 3 服务于航运行业可持续发展的要求 : 如桥位附近码头锚地设施, 还有横驶区, 桥型方案要大跨覆盖 1.1 向大跨度发展向大跨度发展的必要性如泰州桥桥址地处弯道, 附近有横驶区, 有锚地码头, 整个区段被定性为基本稳定 3

1.1 向大跨度发展 1.1.2 向大跨度发展的可行性悬索桥本身适合作为大跨度桥梁, 因为具有以下结构优势 : 1 由高强度钢丝编织而成的主缆是受拉结构, 没有受压失稳的问题 ; 主缆全长范围内受力均匀没有截面削弱 ; 2

没有刚度折减问题, 风振问题不突出 ; 上述有利条件为悬索桥适合做大跨度桥梁创造了基本条件悬索桥向更大跨发展的技术支持条件还包括 : 分析技术的发展综合性能更好的材料 ( 特别是主缆钢丝 ), 抗风实验技术,

4 1.1 向大跨度发展向大跨度发展的可行性悬索桥本身适合作为大跨度桥梁, 因为具有以下结构优势 : 1 由高强度钢丝编织而成的主缆是受拉结构, 没有受压失稳的问题 ; 主缆全长范围内受力均匀没有截面削弱 ; 2 主梁称之为加劲梁, 基本不受轴向力, 主梁的受力与跨度没有必然联系 ; 3 主塔纵向受到主缆强劲的约束, 稳定问题不突出, 高度选择的范围大 ; 4 锚碇可以设计成重力式结构, 可以比较方便的适应工程规模变化 ; 5 吊索是竖直拉索, 没有刚度折减问题, 风振问题不突出 ; 上述有利条件为悬索桥适合做大跨度桥梁创造了基本条件悬索桥向更大跨发展的技术支持条件还包括 : 分析技术的发展综合性能更好的材料 ( 特别是主缆钢丝 ), 抗风实验技术, 需要研究抗风性能更好的加劲梁形式 1.1 向大跨度发展主跨 3300m 的意大利墨西拿大桥公铁两用悬索桥 1 世界最大跨度桥梁, 主跨 3300 米, 通行两线载重铁路 ( 每线 5000 吨 ) 和六车道高速公路 ; 2 研究工作已进行 30 年, 已完成概念设计 ; 4

5 向大跨度发展主跨1700m的武汉杨泗港大桥双层公路悬索桥方案主缆直径约 100cm 1.1 向大跨度发展博士普鲁士三桥公铁两用悬索桥博斯普鲁斯海峡为南北走向是欧亚大陆分界线北连黑海南接马尔马拉海与地中海连通博斯普鲁斯海峡全长约30km 著名的博士普鲁士一桥二桥均为大跨度悬索桥 5

6 桥院投方案:主跨1438m 公铁两用悬索桥1.1 向大跨度发展桥院悬标方案:主跨1550m 向大跨度发展博士普鲁士三桥公铁两用悬索桥大公路车道数 : 双向 8 车道设计速度 120k /h 铁路正线数目 :2 线设计速度 : 客车 160km/h, 货车 80km/h 设计荷载 :UIC71 标设计速度 :120km/h 土耳其 IZMIT 海湾大桥大三跨公路索桥投6

1.2 向多个主跨发展 1.2.1 悬索桥向多个主跨发展的必要性 1 宽阔的海域, 水深在 40~50m 以上, 必须采用较大跨度

7 1.2 向多个主跨发展悬索桥向多个主跨发展的必要性 1 宽阔的海域, 水深在 40~50m 以上, 必须采用较大跨度减少基础的数量, 以其降低造价方便施工 ; 琼州海峡跨海通道三塔悬索桥方案 1.2 向多个主跨发展悬索桥向多个主跨发展的必要性 2 长江下游岸线资源宝贵, 采用具有连续大跨的多塔悬索桥, 无疑对于保护岸线资源, 为航运和码头的建设留出更大的空间, 其经济技术意义超出单纯基于桥型方案经济性的比较 ; 3 有些桥址区具有中部水深相对浅, 两侧水深反而深的特点, 为在水面中央设置主塔提供了极佳的条件 7

1.2 向多个主跨发展 1.2.1 悬索桥向多个主跨发展的必要性 4 武汉鹦鹉洲大桥本身具有中部水深较浅的特征 ; 为保障通航进行河道整治, 在河道中间设纵向鱼脊坝, 方便设置中塔 5 安徽马鞍山大桥河面宽阔, 深水区摆动幅度大, 随之航道位置摆动幅度大, 必须连续大跨 1.

8 1.2 向多个主跨发展悬索桥向多个主跨发展的必要性 4 武汉鹦鹉洲大桥本身具有中部水深较浅的特征 ; 为保障通航进行河道整治, 在河道中间设纵向鱼脊坝, 方便设置中塔 5 安徽马鞍山大桥河面宽阔, 深水区摆动幅度大, 随之航道位置摆动幅度大, 必须连续大跨 1.2 向多个主跨发展悬索桥向多个主跨发展的必要性 6 巨大的经济性 : 以泰州长江大桥三塔悬索桥为例, 与主跨 2160m 的特大跨度悬索桥相比, 在其中间支起一个中塔作为主缆的支点, 主缆和主梁的跨度减小一半, 随之主缆锚碇主塔的负载减小一半主塔的负载减小, 工程造价得以大幅度降低 ; 8

9 1.2 向多个主跨发展悬索桥向多个主跨发展的必要性 7 技术上的合理性 : 同样以泰州桥为例, 因为跨度的减小, 保障抗风颤振稳定性无需采用特殊措施, 加劲梁的选型简单而抗风安全更加有保障 ; 桥址区两岸覆盖层为淤泥质亚粘土粉砂细砂, 承载力不高, 主缆拉力的减小降低了锚碇建造的难度 1.2 向多个主跨发展悬索桥向多个主跨发展的必要性 7 对航空限高的适应性 : 温州瓯江北口桥位于瓯江出海口, 规划码头岸线预留, 不宜在水中大量设置桥墩 ; 同时, 临近温州机场, 塔高受到严格限制结论 : 在多塔悬索桥技术获得突破的时代, 该桥型的确是悬索桥重要的发展方向 ; 另一方面, 需要具有合适的条件, 不宜勉为其难 9

1.2 向多个主跨发展 1.2.2 泰州长江公路大桥三塔悬索桥主要技术路线作为世界上首座大跨度三塔悬索桥,

研究表明 : 虽然都是以悬索为主要受力结构的桥梁, 三塔悬索桥与两塔悬索桥体系上存在根本差异, 如下 : 1 主缆与主塔间约束关系不同,

2 泰州长江公路大桥三塔悬索桥主要技术路线解决技术问题的目标 : 1 桥跨竖向刚度合适, 加载跨的竖向挠度得到有效控制 ; 2

10 1.2 向多个主跨发展泰州长江公路大桥三塔悬索桥主要技术路线作为世界上首座大跨度三塔悬索桥, 泰州长江公路大桥设计中系统分析了三塔悬索桥的特点, 笔者作为主要执笔人撰写了泰州长江公路大桥三塔悬索桥结构行为研究报告, 以及该桥的设计计算补充规定, 研究表明 : 虽然都是以悬索为主要受力结构的桥梁, 三塔悬索桥与两塔悬索桥体系上存在根本差异, 如下 : 1 主缆与主塔间约束关系不同, 即主缆对中塔塔顶的约束较弱 ; 2 加载工况不同, 理论上会出现一个主跨满载一个主跨空载的极端工况 ; 3 习惯用来反映桥跨结构刚度的挠跨比 ( 挠度 / 跨度 ) 的物理意义不同 1.2 向多个主跨发展泰州长江公路大桥三塔悬索桥主要技术路线解决技术问题的目标 : 1 桥跨竖向刚度合适, 加载跨的竖向挠度得到有效控制 ; 2 主缆与鞍座间抗滑移问题得到较好的解决 ; 3 中主塔本身的强度安全有充分保障, 中主塔在服务期内不因疲劳而损坏 4 中塔的稳定性满足规范要求, 包括纵向与横向稳定 ; 5 中主鞍座与中塔间的连接不难实现 ; 6 中塔及中塔基础工程规模较小上述目标相互制约, 必须予以统筹考虑协调解决设计中主要从中塔和中塔基础的选型与设计两个方面予以解决, 采用了纵向人字形钢塔和大型水中沉井基础特别需要指出的是 : 采取这些措施后, 该桥实际的抗滑移安全裕量足够大, 完全满足相关规范的要求 10

1.3 组合结构是重要发展方向 1.3.1 斜拉悬吊组合结构的优势 1 与同等跨度悬索桥对比 : 因悬吊区长度减小,

抗风稳动性大为改善, 对海上桥梁具有现实意义 2 与斜拉桥桥型对比跨越能力显著增强 ; 可以避免超长斜拉索的的运输架设

11 1.3 组合结构是重要发展方向斜拉悬吊组合结构的优势 1 与同等跨度悬索桥对比 : 因悬吊区长度减小, 主缆截面减小, 锚碇工程量相应减少 ; 如斜拉段区采用预应力混凝土主梁, 可节省主梁用钢量 ; 结构刚度有所增加, 抗风稳动性大为改善, 对海上桥梁具有现实意义 2 与斜拉桥桥型对比跨越能力显著增强 ; 可以避免超长斜拉索的的运输架设减振问题塔高有所减小 1.3 组合结构是重要发展方向斜拉悬吊组合结构的优势 3 需要解决的关键技术问题主要是过渡段在体系刚度上存在突变, 反映在该处主梁斜拉索吊索受力比较复杂 ; 受力分析方面, 目前已有手段较为准确分析过渡区结构的恒载活载内力, 施工阶段的控制也有可行技术主跨 1650m 组合结构方案 ( 西堠门大桥投标方案 ) 11

2 某主跨1680m组合结构方案的技术合理性分析下图为我国南方某主跨1680m组合结构的投标方案其方案构思依据 ① 优越的抗风稳定性

12 组合结构是重要发展方向某主跨1680m组合结构方案的技术合理性分析下图为我国南方某主跨1680m组合结构的投标方案其方案构思依据 ① 优越的抗风稳定性桥址区风大要求的桥梁结构跨度大抗风稳定性成为控制因素 ② 减轻风敏感性桥址区刮风天数多组合结构斜拉区采用混凝土主梁有效降低了风致振动的敏感性 1.3 组合结构是重要发展方向某主跨1680m组合结构方案的技术合理性分析 ③ 技术措施采用斜拉索与吊索重叠一段长度为避免视觉上零乱和梁上锚固交叉斜拉索锚固在分体式钢梁中间腹板上吊索在外侧 12

13 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性国内外已建成多座公路铁路两用悬索桥国内外已建成诸多公路铁路两用悬索桥, 铁路多搭载旅客列车, 墨西拿大桥列车按 UIC 荷载设计, 可以通行货车右图日本濑户大桥 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性国内外已建成多座公路铁路两用悬索桥右图为香港青马大桥 13

1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性 1.4.2 大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 1 一般认识 : 与公路桥相比, 铁路桥具有荷载大速度高列车直接冲击桥跨结构等技术难点, 公铁两用桥梁则同时兼备公路桥与铁路桥的特点, 要同时满足不同特点的行驶要求以合福铁路铜陵公铁两用大桥为例说明 : 两线客运专线 :6.4t/m,350Km/h 两线 Ⅰ 级干线 :8.

14 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 1 一般认识 : 与公路桥相比, 铁路桥具有荷载大速度高列车直接冲击桥跨结构等技术难点, 公铁两用桥梁则同时兼备公路桥与铁路桥的特点, 要同时满足不同特点的行驶要求以合福铁路铜陵公铁两用大桥为例说明 : 两线客运专线 :6.4t/m,350Km/h 两线 Ⅰ 级干线 :8.2t/m,120Km/h 6 车道高速公路 :3.47t/m,120Km/h 四线铁路荷载 2x6.4+2x8.2=29.2t/m, 2=29 2t/m, 相当于公路六车道的倍, 客运专线速度相当于公路 3 倍桥梁的功能在于承载和通行, 体现在承载能力和通行速度方面铁路悬索桥设计难度高于公路悬索桥, 但并没有不可克服的障碍, 可以从已建成的铁路悬索桥得到验证 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 2 基于满足强度要求 : 一般认为, 强度方面, 悬索桥满足铁路行驶并无困难以两线载重铁路总计吨考虑, 对大跨度悬索桥主缆吊索受拉结构而言, 与恒载拉力相比份额仍不算大对于加劲梁, 大跨度悬索桥除连续支点或主塔连续通过处的其他区域, 主梁弯矩均匀, 加劲梁满足受弯要求不难满足主塔锚碇都是总体受力结构, 由恒载与活载共同作用控制 14

1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性 1.4.2 大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 3 基于满足刚度要求传统的以挠跨比作为刚度控制指标, 对大跨度悬索桥则不合适对大跨度悬索桥, 挠跨比物理意义不清晰对挠跨比的规定本质上是梁端的转角

4% 代入, 则 v/l 1/785 大跨悬索桥梁端转角与挠跨比之间不存在对应关系梁端转角直接关系行车安全和行车舒适度, 同时梁端转角与悬索桥跨度没有对应关系, 这一点很重要 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性 1.4.2

15 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 3 基于满足刚度要求传统的以挠跨比作为刚度控制指标, 对大跨度悬索桥则不合适对大跨度悬索桥, 挠跨比物理意义不清晰对挠跨比的规定本质上是梁端的转角假定简支梁均布荷载作用下挠曲线方程 y=v*sin(πx/l), tanθ=(v*π/l)*cos(πx/l) 梁端 x=0,tanθ=v*π/l, 以 θ 0.4% 代入, 则 v/l 1/785 大跨悬索桥梁端转角与挠跨比之间不存在对应关系梁端转角直接关系行车安全和行车舒适度, 同时梁端转角与悬索桥跨度没有对应关系, 这一点很重要 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 3 基于满足刚度要求基于车桥耦合振动的动力响应, 活载和温度变形引起的挠度曲线切线角的变化率进行规定, 不把结构自振频率作为强制性指标先进的车桥耦合动力分析用于保障舒适度和行车安全性 ; 分别对加劲梁静态曲线和加载状态的挠度曲线做适当要求, 随加劲梁变形的轨道动态不平顺指标保障轨道稳定性线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值 15

1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性 1.4.2 大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 3 基于满足刚度要求 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性 1.4.2 大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 4 大跨度悬索桥适合通行铁路的综合分析如前所述 : 以梁端转角车桥耦合分析得出的动力响应随加劲梁挠曲变形形成的轨道平顺度指标作为结构刚度的指标,

16 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 3 基于满足刚度要求 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性大跨度悬索桥适合通行铁路的认识 4 大跨度悬索桥适合通行铁路的综合分析如前所述 : 以梁端转角车桥耦合分析得出的动力响应随加劲梁挠曲变形形成的轨道平顺度指标作为结构刚度的指标, 从本质上反应结构刚度对行车功能的满足程度设计合理的大跨度悬索桥满足这些要求是比较容易做到的, 因为结构上具有独特优势, 体现在 : 大跨度悬索桥恒载重, 遏制振动的质量大, 可有效降低振动加速度 ; 可以通过合理设置临近梁端的加劲梁跨度, 有效控制梁端转角 ; 大跨度悬索桥虽然挠跨比可能较大, 但挠度曲线平顺性好, 挠度曲线的曲率半径大, 不会形成短波的不平顺, 容易满足轨道平顺性指标 16

1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性 1.4.3 建设大跨度铁路悬索桥的必要性铁路运输具有运量大速度快能耗低占地少适合长距离运输的特点, 近年来得以快速发展, 在沿海长江下游建设大跨度铁路悬索桥已经是迫切的需要淮扬镇铁路五峰山长江大桥

3 主缆耐久性 2.3.1 主缆耐久性的重要性 ;2.3.2 主缆易损性 ; 2.3.3 主缆检查维护标准 2.4 吊索的耐久性 2.4.1 悬索桥吊索工作环境 ~ 二次应力 ; 2.4.2 悬索桥吊索工作环境 ~ 积水积沙 ;2.4.3 悬索桥吊索腐蚀与强度损失的关系 ; 2.

17 1.4 公铁两用悬索桥的技术合理性建设大跨度铁路悬索桥的必要性铁路运输具有运量大速度快能耗低占地少适合长距离运输的特点, 近年来得以快速发展, 在沿海长江下游建设大跨度铁路悬索桥已经是迫切的需要淮扬镇铁路五峰山长江大桥温州瓯江北口桥已进入实施阶段, 琼州海峡跨海通道要建设公铁两用通道, 公铁两用悬索桥是重要的考虑方案报告内容 2.1 国内建成众多大跨悬索桥后需要精细化考虑 2.2 锚碇及主缆锚固系统耐久性重要性 ; 工作环境 2.3 主缆耐久性主缆耐久性的重要性 ;2.3.2 主缆易损性 ; 主缆检查维护标准 2.4 吊索的耐久性悬索桥吊索工作环境 ~ 二次应力 ; 悬索桥吊索工作环境 ~ 积水积沙 ;2.4.3 悬索桥吊索腐蚀与强度损失的关系 ; 悬索桥吊索因腐蚀而降低服务寿命 ; 2.5 主梁加劲梁耐久性正交异性桥面板耐久性 ; 加劲梁受风影响的耐久性 ; 2.6 悬索桥支座伸缩缝的耐久性 2.7 主缆钢丝受力均匀是耐久性的重要保障 17

18 2.1 国内建成众多大跨悬索桥后需要精细化考虑基于国内已建成悬索桥的分析摘自项海帆院士在中国悬索桥的梦想热潮和误区一段话 2.1 国内建成众多大跨悬索桥后需要精细化考虑到了 2010 年代, 国内悬索桥建设成绩大致概括如下 : 1 到今年年底, 中国境内共建成跨度超过 1000m 的悬索桥 10 座, 位居世界第一 ; 还有多座跨度超过 1000m 的悬索桥正在建设之中 2 中国建设的悬索桥形式多样, 有各种不同的结构形式, 其内容丰富程度超过其他任何国家 3 中国已建成一座跨度为 2x1080m 的三塔悬索桥泰州长江大桥 ; 还有两座大型三塔悬索桥正在建设之中 4 中国建设大型悬索桥依靠国内力量建设完成, 包括设计施工材料供应工业制造 5 支撑悬索桥建设的相关产业如缆索制造大型钢结构制造高耸混凝土主塔施工等多项技术处于世界领先水平 18

19 2.1 国内建成众多大跨悬索桥后需要精细化考虑结论 : 中国悬索桥从设计施工制造处于世界领先水平! 在经历了学会自主建成规模化形成产业全面发展之后, 下一步需要向精细化发展, 精细化建设精细化管养! 1 设计施工方面 : 把适用放在更加重要的位置强本简末 ; 更加重视耐久性, 更加人性化, 设计出精致的桥梁, 同时具有更好的经济性 2 管养方面 : 通过系统研究制定行业性的管养标准, 吸收国外管养规范鉴于悬索桥主缆和吊索都是含碳量高的冷拔钢丝, 主缆锚固系统具有无法更换不便检查特征, 吊索及主梁受风振车振影响本报告把结构耐久性作为精细化重要着力点 2.2 锚碇及主缆锚固系统耐久性重要性 1 锚杆锚固主缆, 在大桥服务期内无法更换 ; 其埋置于混凝土内部的区域无法检查无法实施二次防护 ; 2 锚杆的检查维护是世界性难题 ; 工作环境 3 锚碇大体积混凝土不可避免出现微细温度裂纹, 尽管我们可以采取多种措施, 如降低入模温度布设水管双掺配比这些温度裂纹不一定影响锚碇作为刚体基础本身受力安全, 但是渗水是可以预见的国内多座悬索桥出现用于主缆锚固结构防腐的防护材料渗漏, 表明锚碇的确存在微细裂纹 19

20 2.2 锚碇及主缆锚固系统耐久性国内多座悬索桥出现用于主缆锚固结构防腐的防护材料渗漏, 表明锚碇的确存在微细裂纹 2.2 锚碇及主缆锚固系统耐久性日本修建的大跨度悬索桥采用预制平行束股法架设主缆, 锚固主缆的锚杆采用焊接结构钢制成工型断面或箱型断面, 与预制束股的锚头连接国内建成的第一座悬索桥汕头海湾大桥和第二座悬索桥西陵长江大桥借鉴了日本经验, 第三座虎门大桥均采用结构钢锚杆锚固主缆束股锚杆与锚碇混凝土隔离, 主缆束股拉力经由锚杆传递至后锚梁 20

2.2 锚碇及主缆锚固系统耐久性香港青马大桥采用预应力钢绞线代替结构钢锚杆, 目的在于节省结构钢材, 方便架设之后, 国内多座悬索桥采用钢绞线锚固国内有的悬索桥检查发现预应力孔道压浆不密实, 孔道前端充满了水, 大桥建成后有水分流出, 根本原因在于砂浆凝固过程中, 水分向上积集发现压浆问题后, 国内润扬桥泰州桥采用真空压浆, 目的在于提高压浆密实度, 防止水分积集

21 2.2 锚碇及主缆锚固系统耐久性香港青马大桥采用预应力钢绞线代替结构钢锚杆, 目的在于节省结构钢材, 方便架设之后, 国内多座悬索桥采用钢绞线锚固国内有的悬索桥检查发现预应力孔道压浆不密实, 孔道前端充满了水, 大桥建成后有水分流出, 根本原因在于砂浆凝固过程中, 水分向上积集发现压浆问题后, 国内润扬桥泰州桥采用真空压浆, 目的在于提高压浆密实度, 防止水分积集保障悬索桥主缆系统的耐久性是悬索桥安全使用的前提, 无论何种锚固系统, 必须具有 100 年的使用寿命 2.3 主缆耐久性主缆耐久性的重要性 1 基于重要性悬索桥能够实现大跨度, 本质上是基于高强度钢丝构成的悬索桥受力结构, 主缆是最重要的承载结构 2 基于受力特点主缆为从锚碇到锚碇通长结构, 只要一个截面因腐蚀受到损坏, 主缆即告失效, 适用水桶理论 ; 主缆不同部位存在二次应力, 二次应力大小与多种因素有关并随主缆截面增大而增大 ; 主缆的更换实属不易, 一般为不可更换 3 基于悬索桥发展方向悬索桥向大跨发展, 越来越成为交通生命线工程, 对可靠度要求更高 ; 铁路桥梁更有必要保持持续不间断服务结论 : 悬索桥索结构耐久性的重要性应得到充分的关注 21

22 2.3 主缆耐久性主缆易损性主缆基本上可以说是不可更换构件, 主缆在设计寿命内的安全耐久至关重要主缆是易损构件 2.3 主缆耐久性主缆易损性 1 主缆钢丝直径 mm, 周长与面积的比值大, 对腐蚀相当敏感 ; 2 经过冷拔的高碳钢丝更容易形成腐蚀电池 3 钢丝冷拔过程中晶粒滑移, 之后酸洗出现氢原子渗入 ; 4 主缆在不同部位存在二次应力 ; 5 主缆内长期处于潮湿环境等都是形成腐蚀的重要因素 22

2.3 主缆耐久性 2.3.2 主缆易损性国内外大跨径悬索桥主缆均存在不同程度的腐蚀英国 FORTH

Research Program) 召开了悬索桥主缆维护专题研讨会, 制定了评判维护标准, 报告编号 534

23 2.3 主缆耐久性主缆易损性国内外大跨径悬索桥主缆均存在不同程度的腐蚀英国 FORTH 桥主缆检查发现腐蚀与断丝 2.3 主缆耐久性主缆易损性美国 NCHRP(The National Cooperative Highway Research Program) 召开了悬索桥主缆维护专题研讨会, 制定了评判维护标准, 报告编号 534 该标准将主缆钢丝锈蚀分为四类第一阶段 : 镀锌保留金属光泽, 钢丝表面只有少量随机不连续的锈点 ; 第二阶段 : 镀锌层灰暗, 钢丝全长残留锌层腐蚀物, 氧化铁尚未出现 ; 第三阶段 : 镀锌全面腐蚀, 钢丝全长多处出现氧化铁 ; 第四阶段 : 镀锌层基本没有, 铁锈在全长范围连续出现 23

24 2.3 主缆耐久性主缆检查维护标准美国 NCHRP(The National Cooperative Highway Research Program) 悬索桥平行钢丝主缆检查与强度评估指南 2.4 吊索的耐久性悬索桥吊索工作环境二次应力是主要特征吊索二次应力的来源 1 吊索上端锚固于索夹下端锚固于加劲梁, 锚固位置存在刚度突变 ;2 不论平行钢丝吊索还是钢丝绳吊索, 钢丝之间没有产生相对滑动存在整体截面的抗弯刚度 ;3 主梁与主缆纵向位移不同步, 吊索上下端错动, 在锚头处形成弯折 ;4 吊索的风振与车振影响 24

2.4 吊索的耐久性 2.4.2 悬索桥吊索工作环境积水积沙 1 本身由直径为 3mm 或 5mm 钢丝编制而成 ; 2 端部刚度突变,

25 2.4 吊索的耐久性悬索桥吊索工作环境积水积沙 1 本身由直径为 3mm 或 5mm 钢丝编制而成 ; 2 端部刚度突变, 风振和车振引起二次应力 3 端部积聚水砂和其他赃物, 引起腐蚀 4 部分悬索桥吊索下端检查不便 2.4 吊索的耐久性悬索桥吊索腐蚀与强度损失的关系日本大鸣门桥部分吊索锚固区腐蚀相当明显外观检查表明, 大多数吊索非锚固区腐蚀程度不高于 1% 然而, 锚固区域吊索因腐蚀截面减少最多达 9% 截取吊索对应不同腐蚀程度的 4 个不同区段进行拉伸试验, 试验结果表明断面腐蚀率为 9% 的吊索截面强度损失达到 23% 25

2.4 吊索的耐久性 2.4.4 悬索桥吊索因腐蚀而降低服务寿命基于拉伸试验预测吊索强度安全系数表明锚固区域吊索只要 20 30 年强度安全系数就会下降至要求水平以下, 据此, 本四公团决定全面调查并开发新的技术, 保障大桥耐久性

26 2.4 吊索的耐久性悬索桥吊索因腐蚀而降低服务寿命基于拉伸试验预测吊索强度安全系数表明锚固区域吊索只要年强度安全系数就会下降至要求水平以下, 据此, 本四公团决定全面调查并开发新的技术, 保障大桥耐久性考虑到日本包括大鸣门桥在内多数悬索桥在短吊索处设置了斜扣索降低短吊索的弯折, 若非如此, 吊索的寿命还会更低 2.5 主梁加劲梁耐久性正交异性桥面板耐久性英国在 SEVEN 桥的研究过程中, 发现扁平钢箱梁作大跨悬索桥加劲梁的诸多优势 : 优良的抗风颤振稳定性较小的静风阻力较小的建筑高度较小的恒载较少的材料用量 ; 特别是正交异性桥面板既是主梁结构又兼作桥面板, 较之前钢桁梁配混凝土桥面板结构, 恒载得以大幅度减轻, 对大跨径悬索桥的经济意义不言而喻时至今日, 对于单层桥面的悬索桥, 扁平钢箱梁仍然是大跨度悬索桥加劲梁的重要选项 ; 正交异性桥面板本身的耐久性, 以及其上路面结构的耐久性在国内是业界特别关注的问题还有人认为, 大跨径悬索桥较之斜拉桥, 这些耐久性问题更加突出 26

27 2.5 主梁加劲梁耐久性加劲梁受风影响的耐久性 1 美国 Tacoma 旧桥在 1940 年因风致振动发生颤振破坏之前, 在有风的天气出现显著的振动 2 大跨径悬索桥加劲梁截面通常不受抗弯能力控制, 设计比较轻巧, 对风的敏感性大 ; 跨海湾悬索桥有风天数多, 风致涡激振动是加劲梁耐久性的重要影响因素 2.6 悬索桥支座伸缩缝的耐久性 1 悬索桥主梁纵向位移特征与拱桥类似, 悬索桥在竖向荷载作用下会出现显著的纵向位移, 纵向位移的量值与结构重力刚度支承体系 ( 如有无中央扣 ) 活载级别相关加劲梁纵向位移的加载关系 27

28 2.6 悬索桥支座伸缩缝的耐久性 2 梁端纵向移动频繁而快速由上图看出, 随车辆在桥上行驶, 梁端频繁移动对于滑动支座, 滑动面容易因耐久性不够而损坏 ; 伸缩缝则因为零件多且松散, 适应这样的快速变位实在不容易 2.7 主缆钢丝受力均匀是耐久性的重要保障悬索桥主缆在与鞍座索夹连接处, 以及锚固位置都存在量值不菲的二次应力 :1 主缆各钢丝各丝股之间由于摩擦力的存在, 不会产生相对滑动, 事实上主缆截面存在整体的抗弯刚度, 在索夹处受集中荷载才生弯折, 形成弯曲次应力 ;2 主缆在鞍座出口处受弯折形成次应力 ; 28

29 2.7 主缆钢丝受力均匀是耐久性的重要保障 3 主缆在鞍槽内受鞍槽底面和侧面的挤压, 会形成纵向应力 4 空中编丝法形成的主缆在鞋跟锚固位置的二次应力往往相当大诚挚感谢与会的各位代表! 2012 年 9 月 6 日南京 29

关于2015年度国家科学技术奖励推荐项目的公示

关于2015年度国家科学技术奖励推荐项目的公示一项目名称 2018 年国家科技进步奖提名项目公示二提名者及提名意见提名者 : 公路学会提名意见 : 我单位认真审阅了项目推荐书及附件材料, 确认全部材料真实有效该项目针对复杂通航水域大跨度三塔悬索桥缆索结构体系中塔结构施工控制及建造装备等方面关键技术开展研究, 并在大型桥梁工程上应用, 解决了美国日本及欧洲桥梁界提出并探索多年未攻克的技术难题项目研究历时 12 年, 首创了中塔刚度控制