减少桥梁构件的桥梁设计实例.pdf

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资源描述
减少桥梁构件的桥梁设计实例项梁
减少桥梁构件的桥梁设计实例
编译项梁
(中交第二航务工程局有限公司技术中心,湖北武汉430040)
摘要:桥梁的初步设计是以力的优化为手段,达到减少结构构件和将构件尺寸降到最小的目标。介绍以此为设计理念的4
座桥梁。瑞士格里姆瑟尔湖上单跨352m的无缝板梁斜拉桥,桥塔髙75m,桥面板宽10.9m,厚1.2m,2个轻微向内倾斜的
斜拉素面承担全桥重量,并提供桥面板的抗扭刚度。阿拉伯联合酋长国阿布扎比的独塔斜拉桥,跨径布置为205m+205m,
塔高118m,桥塔为纺锤形,在主梁横向中间位置沿道路平曲线布置单索面扇形斜拉索。阿拉伯联合酋长国阿布扎比的170
m上承式拱桥,宽42.1m,钢拱架高117m,倾斜的2个外斜拉索面承担由曲线梁的恒荷载所产生的扭矩,主梁悬吊在从拱
中间垂直下来的斜拉索面上。美国布法罗市尼亚加拉河上的和平桥为三塔斜拉桥,跨径布置为(114+245+268+137)m,桥
面宽20m,每个桥塔由2个针状塔肢组成,斜拉索布置为竖琴形,设计中通过一系列的塔肢与主梁刚性连接系统解决多塔斜
拉桥纵向稳定问题。
关键词:桥梁;斜拉桥;拱桥;优化;内力;设计
中图分类号:U442.54;U448.27;U448.22文献标志码:A
文章编号:1671-7767(2015)03-0001-04
1概述
m的斜拉桥,双倒Y形桥塔,塔高75m(见图1),柔
桥梁设计的艺术在于根据具体情况到达预期的细的桥面板总宽为10.9m,厚度为1.2m,由2个轻
设计目标,同时平衡经济和美学,而且也必须满足交微向内倾斜的斜拉索面承担重量,并提供桥面板的
通荷载和净空、地形和地貌、先进的技术等功能要抗扭刚度。2个斜拉索面顶端沿上塔柱布置,底端
求。最终的设计必须符合环境要求,使桥梁作为
的江侧沿桥面布置,岸侧集中锚固在附近的岩石上。
个整体,在视觉上令人赏心悦目。
该桥的外在特点在于柔细的主粱和桥塔,其形
在桥梁设计中,减少结构构件最简单的方法是状简单,此外还有斜拉索的半扇形布置和像水晶
使原始结构形状具有艺术特性。遵循这种方法,提样的混凝土地锚。该桥的结构设计中通过减少结构
出4个即将建设的具有里程碑意义的桥梁概念设构件来满足结构的功能需求和环境要求。
计:350m单跨无缝板梁斜拉桥、“纺锤形”独塔斜拉
由于该桥位于海拔2000m的瑞士阿尔卑斯山
桥、上承式拱桥(主梁为横向曲线梁)和三塔斜拉桥上,需要对3个重要环境因素对结构的影响进行详
(塔粱固结)
细调查
在上述桥梁设计中,通过优化结构内力达到减
(1)格里姆瑟尔?霍斯皮斯市附近的气象站可
少结构构件和减小构件尺寸的目标。以下介绍上述测量风速,但桥位在一个谷底,标高低于气象站,因
4座桥梁设计特点。
此风速也应低于气象站实测值,可将测量数据换算
得到桥位处的风速值。结果显示,桥位处主要是来
2瑞士格里姆瑟尔湖上的斜拉桥
自沿着桥轴线方向的南北向风,垂直于桥轴线方向
由于计划提高瑞士格里姆瑟尔大坝和湖面标的东西向风影响相对较小,在南北方向上最大风速
高,因此需重新规划穿越格里姆瑟尔山的道路。靠达到57m/s,设计风力约为2kN/m2(50年的重现
近格里姆瑟尔?霍斯皮斯( Grimsel Hospiz)市的道期)。主梁截面是根据空气动力学原理设计的。尽
路需要横穿宽度超过300m的人工湖,初步研究结管风在垂直于主梁方向的作用相对较弱,但主梁上
果表明,在湖上建造单跨桥梁是较好的选择。
的空气动力特性研究表明,沿着主梁边缘的风嘴构
2005年, Christian Menn设计了一个单跨352造对提高主梁抗风稳定性效果明显,此外,已证实为
收日期:2014-I1-19
填译者筒介:项梁(1985-),男,工程师,2008年毕业于华中科技大学土木工程专业,工学学士,2011年毕业于华中科技大学桥梁与隐道工程
专业,工学硬士(E-mail:393313210@qq.com)。
世界桥2015,43(3)
连接。结构分析表明,跨中最初设计的铰接是不必
要的,因为结构本身可以抵抗无缝主梁截面温差
(-20℃和+30℃)的伸缩量。为了克服主梁内部
应力,对接中跨2段主梁时的温度应为5℃左右。
(3)第3个环境因素考虑的是冻雨在斜拉索上
(a)效果图
积累形成冰柱,以及斜拉索上结冰。冰柱现象并不
352m
重要,因为冰柱会在其自身重量作用下掉落。但当


温度从0℃降到-10℃,过冷的雾气环绕在斜拉索
周围将导致斜拉索上结冰,因此在设计中需考虑斜
拉索上形成10cm厚的冰売(斜拉索上对应的附加
(b)立面
荷载为0.5kN/m)。
考虑以上影响因素的作用后,在设计活荷载作
用下,优化后的主梁最大竖向变形控制为跨度的
1/450,而最大水平偏转在风的作用下控制为跨度的
1/400
(c)横截面
3阿拉伯联合酋长国阿布扎比的斜拉桥
阿拉伯联合酋长国阿布扎比的阿尔-索瓦(A
Sowah)岛项目由阿布扎比金融中心、低密度住宅和
一些作为办公场所和零售区域的高层建筑群组成,
在岛的每个方向上由3车道道路连接离岸岛和大
陆,道路转弯半径为1000m。
2008年,由 Christian Menn提出了独塔斜拉桥
(d)三维模型
设计,塔高118m,跨径布置为205m+205m(见图
图1瑞士格里姆瑟尔湖上的斜拉桥
2)。该桥设计中最大的挑战在于需克服主梁平面曲
了抵抗外侧弯矩,最初设计的逐步减小桥面板宽度率导致的扭转力矩。
到接近临界值是没有必要的,从而可以对结构进一
该斜拉桥的特点是纺锤形桥塔、在主梁横向中
步简化。
间位置沿道路平曲线布置的单索面扇形斜拉索。回
(2)主梁为钢一混结合梁结构,固结在桥塔底顾 Christian Menn设计的列尼?扎金彭加山大桥
部的承台上。施工时,从每个桥塔处开始按顺序架( Leonard P. Zakim Bunker Hill Bridge)(已于2002
设主梁,直到跨中,跨中的2段主梁采用无缝半刚性年在波土顿建成通车), Christian Men在研究大型
(a)效果图
(b)桥塔
(c)斜拉索梁上锚固构造
图2阿拉伯联合酋长国阿布扎比的斜拉桥
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