5000米级单叶双曲面空间缆索琼州海峡悬索桥科研报告(东南大学徐文平)幻灯片.ppt

5000米单叶双曲面空间缆索悬索桥研究 徐 文 平 东南大学土木工程学院 （江苏自然科学基金：BK2012755） 2016年12月20 日本明石海峡大桥 目前，世界上掀起了一股跨海连岛大桥的建设热潮，为了满足2艘50万吨级的轮船通航要求，为了避免修建花费巨大的深海深水基础，需修建3000～5000米跨径的海峡大桥。 （主桥跨径1991米） 直布罗陀海峡 正在酝酿中的跨海连岛工程海峡大桥 中国：琼州海峡大桥 渤海湾大桥 台湾海峡工程 日本：津轻海峡大桥 伊势湾大桥 纪淡海峡大桥 丰予海峡大桥 东京湾大桥 世界：直布罗陀海峡大桥 墨西拿海峡大桥 白令海峡工程 琼州海峡 （林同炎方案） 5000米级直布罗陀海峡大桥 （混合双悬臂组合体系方案） 墨西拿海峡 3300米级意大利墨西拿海峡大桥方案 （双主缆公路铁路两用桥 ） 墨西拿海峡大桥 （采用三箱流线型截面） 美国塔科玛悬索桥风毁灾难 传统的竖向平行的缆索体系悬索桥结构 竖向：采用高强钢丝，可达到6000米跨径 水平：主缆异向抖动，抗风稳定性差 （随着悬索桥跨径的不断增大，结构更趋于轻柔） （结构空间刚度差，对风的作用更加敏感。） Gordon Rose 的空间索网体系白令海峡大桥方案 改善大跨度悬索桥抗风稳定性能的措施 2.控制结构振动特性 3.改善断面气动性能 1.提高系统整体刚度 Menn 提出的空间斜拉索面斜拉--悬索体系 带面外斜拉索塔的斜拉--悬索组合体系 该体系中传统框架式桥塔由带面外斜拉索塔的倒Y 形塔柱代替，中央塔柱通过斜拉索支撑面外斜拉索塔，面外斜拉索塔再通过斜拉索支撑加劲梁。 中央塔柱、面外斜拉索塔和加劲梁通过斜拉索相连，组成了一个稳定的空间体系。 单叶双曲面直纹曲面 单叶双曲面 广州电视塔 单叶双曲面是典型的二次直纹曲面，其曲面可以由两族直线构成，二次直纹曲面在建筑上有着重要应用价值。 常常用它来构成建筑物的骨架，应用直纹曲面建造的建筑物，具有优良的力学性能，施工工艺简单。 单叶双曲面方程： 空间索网状的藤网悬索桥 西藏墨脱县藤网桥 单叶双曲面空间索网桥的想法起源于西藏墨脱县藤网桥，藤网桥通常以8～12根环状排列的藤索为主索，以等间距排列的藤环为主藤环，再以细藤缠绕成一根巨大的空心藤桶。 张拉集成体系桥 Tor Vergata张拉集成体系桥 张力集成体系具有预应力提供刚度、形成应力回路、自平衡、自锁和自支承、自适应等特点。 张拉集成体系桥的刚度是拉索和压杆单元之间自应力平衡的结果，大大提高了桥梁的气动性能和抗震性能。 索网桥梁概念可能是桥梁工程的一次突破，也给桥梁设计、施工带来巨大挑战。 5000米级琼州海峡大桥结构设计方案 基于张拉集成结构体系的设计理念，借鉴西藏墨脱藤网桥，利用单叶双曲面的直纹性，改革传统悬索桥的竖向平行缆索体系，将粗重的集中缆索，改为分散的空间钢丝缆索，多股钢丝缆索空间交叉布置，配置椭圆形钢结构加强环圈梁，形成单叶双曲面空间缆索体系悬索桥。 （单叶双曲面空间缆索体系悬索桥） （2012年江苏省自然基金项目BK2012755） 单叶双曲面空间索网体系悬索桥研究内容 研究内容： 1、制作15米单叶双曲面空间缆索悬索桥的试验模型 2、进行竖向堆载试验、水平荷载试验、移动荷载试验和模态试验 3、单叶双曲面空间索网悬索桥结构受力特性的有限元分析研究 5、单叶双曲面空间缆索悬索桥静风稳定性和动风颤振稳定性研究 4. 进行5000米级琼州海峡空间缆索悬索桥方案设计 以5000m跨径的琼州海峡大桥为背景，拟采用试验研究和有限元计算相结合的手段，深入开展单叶双曲面空间缆索体系悬索桥的静动力结构特性、抗风稳定性和经济适用性等的研究。 1、提出单叶双曲面空间缆索大跨径悬索桥的新桥型 2、开展单叶双曲面空间缆索悬索桥抗风稳定分析性究 3. 进行4000～5000米跨径空间缆索体系公铁两用悬索桥可行性研究 创新点： 6、关于CFRP空间缆索体系悬索桥有限元模型的分析研究 7、关于跨中区域设置刚性中央扣的分析讨论。 对比试验 单叶双曲面空间缆索体系悬索桥 平行缆索悬索桥 5000米级琼州海峡大桥空间缆索布置方法 单叶双曲面空间缆索三角形布索的24索方案 （空间扭转角120°，外端与中腰椭圆的直径比为1:0.5） 三角形布索方法是利用椭圆内接外切三角形方法多次来回布置缆索，可以是6的倍数布置缆索。 (椭圆离心率可任意) 5000米级琼州海峡大桥空间缆索布置方法 单叶双曲面空间缆索的五角星形布索的20索方案 （空间扭转角144°，外端与中腰椭圆的直径比为1: