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世界斜拉桥发展现状和趋势定稿
世界斜拉桥发展演变和未来趋势
中铁二十局 李建军
为了解决高速公路跨越通航的海峡和江、河、湖、泊以及高深峡谷的矛盾,现代公路桥梁正朝着大跨径、更轻巧的方向发展。斜拉桥因其本身所具有的特性便成为了一种解决上述矛盾最为常用的结构。斜拉桥主要由主梁、缆索以及支承缆索的索塔等部分组成,属于组合体系的桥梁。通过桥塔上多条斜向拉索的支承,斜拉桥结构可以跨越相对宽阔的峡谷、通航海峡、河流等障碍物。中交永江公司承建的重庆三环高速公路永江段在跨越长江的设计方案中也是综合河道航运等要求,以斜拉桥的方式跨越长江。
为了让大家了解斜拉桥的知识,近期搜集了一些有关斜拉桥方面的资料,编撰汇集以期能够使大家对斜拉桥的历史和发展有一定的认识。
一.斜拉桥发展演变史
斜拉桥源于吊索桥,很早以前,人们就掌握了从塔架上悬吊斜拉索来支撑梁的知识。我国是世界上最早有吊桥的国家之一,迄今已有4 000 多年的历史。三里之城,七里之郭,作为城堡军事防御体系的重要组成部分,我国古代城郭主门外围均设有护城河和吊桥,桥的外端用绳索系在城墙塔架上。每当有紧急情况时关闭城门,拉动绳索把桥吊起来,切断通往城门口的道路。在这种体系结构里,斜拉索并不承担桥的荷载,主要是通过柔性拉索传递人力,起吊或放下桥面。
1617 年,意大利威尼斯工程师弗兰第阿斯(Ver2antius) 建造了一座用斜拉铁链支承木制桥面的桥梁体系,这是欧洲最早记载的斜拉桥。在世界桥梁界,大家公认是德国工程师最早发展了斜拉桥的早期工艺和技术,如:正交异性板、钢箱梁、斜拉索预应力工艺和施工方法,并因此对斜拉桥在全球应用和发展起到了促进作用。斜拉桥虽然l7世纪就有,但当时受科技水平的限制,缺乏可靠的理论分析方法和技术,这种结构体系没有得到很大的发展。18世纪初修建的两座斜拉桥的倒塌事件,又使得这种结构体系一直没有得到重视和发展。直到1938年德国工程师Dishinger重新认识到了斜拉桥的优越性,并对其进行了研究,1956年由他设计的瑞典Str?msund桥拉开了现代斜拉桥的序幕。该桥跨径74.7m+182m+74.7m,塔是门型框架,拉索辐射形布置,加劲梁由两片板梁组成。
1957年德国Düsseldorf建成Theodor Heuss桥,跨径是108m+260m+108m,钢塔高41m,横向独立不设横梁,拉索竖琴式布置,索距36m,钢梁高3.12m。
1959年德国建成Severvin桥,跨径302m,正交异性钢桥面板的钢箱梁,塔采用A形,钢索呈放射形,结构为漂浮式,它为桥的抗震提出有效措施,是世界上第一座非对称式钢斜拉桥。
1962年在委内瑞拉建成Maracaibo桥为第一座混凝土斜拉桥,主跨235m, A形塔,预应力刚性索,混凝土加劲梁,主要为带挂孔的悬臂体系。
20世纪60年代初期,结构分析有了新突破,采用电子计算机分析超静定结构,采用密索体系斜拉桥,从而避免了疏索体系斜拉桥主梁重而配筋多的缺点。
1967年德国波恩建成Friedrich Ebert桥,跨径280m,单索面的密索体系,它可使锚固点集中力减小,使应力分布均匀,充分发挥了材料的潜在性能,且易于悬臂施工,为以后许多斜拉桥作出了典范。
1969年德国在Düsseldof建成Knie桥,跨径320m,塔采用无横系梁的刚塔,索采用竖琴式布置,桥面中孔是钢结构,边孔采取混凝土梁结构。
1971年德国在莱茵
河上建成Kurtschmacher桥,
跨径287m,首次采用
295根φ7mm的平行索、
HAIM锚。这种锚具有
高抗疲劳能力,采用A
形塔,边孔梁用混凝土
材料砌筑,并设有辅助
墩。德国工程师的工作为世界斜拉桥发展奠定了基础,法国的Nomandy(诺曼底)桥、日本的Tatara(多多罗)桥,均可看到德国斜拉桥的构思。
斜拉桥在国外的迅速发展同样促使了我国斜拉桥的发展,1975年四川省云阳县建造了首座斜拉桥,跨径76m,为预应力混凝土公路斜拉桥,开始了中国斜拉桥的建造历史。
20世纪70年代后,预应力斜拉桥在全球大量兴建。1977年法国建成Brotonne桥(布鲁东纳桥),跨径320m,单索面密索,墩身采用柔性结构。钢索与梁的锚固点设计,有独到之处,整桥为混凝土结构,此桥曾被评为世界最美桥梁之一。
1978年在美国建成了P-K(Pasco Kennewick)桥,其跨径是299m,双索面密索体系,塔为门形,钢索呈放射形,预制拼装桥面体系,桥面材料为混凝土。
以上两座桥的建成,树立了混凝土斜拉桥设计的典范, 因我国混凝土价格比较便宜,国内现有的施工技术及预应力工艺比较接近,因此混凝土斜拉桥在国内得到迅速发展。
1980年广西建成了红水河铁路斜拉桥,跨径96
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