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桥梁设计创新实践
同济大学林长川
內容提要
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,以造和材料创新来提
高桥梁的质量和耐久性
关鍵词
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索锚头塔柱稳定杆自润滑
时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。近年米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”り的现象。这是发展带来的问题,随省我国桥梁建设队
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。笔者退体后,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氏的作用。
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?,2000年设计,2002年竣工
图1空间预应力奈桥
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13cn,高跨比为1/1600,上部结构用钢量88kg/mn2。
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?,塔柱采用钢管混凝士撑杆。
3)创新要点和应用:
空预应力索桥即所谓的“拉拉桥”。全桥
除4根撑杄外,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
于在上下左石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
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
验实测活戡满载跨中绕度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
高桥梁的整体恻度,从而提高颤振稳定性,达到
A主统
丁桥血
D抗风纸
提高抗风稳定性、简化加幼梁构造的综合效果:
G主缆、桥面系索I主姚、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
I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?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米提高结构抗扭网刚
度和扭转振动频率的想法?,但尚尤实践先例,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,造价昂贵的桁架梁,流线型箱梁,甚
至分离式双箱梁。
2.刚性索悬索桥
1)工程实例
江苏常州广化桥,1998年设计,199年竣工。
2)结构构造:
刚性索悬索桥采用为自锚体系,塔、梁固结。上部结构由主缆、斜吊村、主梁、桥面系和塔
柱组成(图3)。主缆及斜吊杆均采用配有力索的钢管砼结构。主缆力索分为统长索与节间索炳种。
统长索中跨销固于两塔顶,边跨锚固于塔顶和主梁端部。统长索又分为恒载索和预应力索两种
恒载索承担恒载缆力,米用光面钢铰线,挤備備固。预应力索为活载力索,采用尢粘结钢线,
夹片错错固。节间索用以平衡结点两侧缆力差,一端为固定端,采用挤压错,错固于结点上:另
一端为张拉端,采用夹片错铺固于塔顶。斜吊杆力索采用粗钢筋,上.端锚固在主缆节点上,下端
钻固于主梁底部。
3)创新要点和应用
该桥是国内最早设计的削性索自锚式悬索桥。这种桥梁是在总结悬索桥和预应力砼桁架桥优
快点的基础上,创新设计的一种新桥型。
悬索桥的主纰对于恒载是完全合理的结构形式,它可以用合理的线形来适应恒载的分布情况
对于大跨度悬索桥,由于主缆中存在很大的拉力,只需稍微调整线形,就能应付活载对荷载分布