大跨度斜拉橋技術(shù)淺析
2018-04-02
1．斜拉橋的概述
斜拉橋又稱為斜張橋，其主梁被若干拉索直接拉在橋塔上，結(jié)構(gòu)體系的組成有承壓的塔，
受拉的索和承彎的粱體，屬于混合懸索結(jié)構(gòu)。由于拉索的抗拉能力使其能夠設(shè)計(jì)為超大跨度的形式，斜拉橋也可肴作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。有著減小梁體內(nèi)彎矩，降低建筑高度，減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。斜拉橋主要由索塔、主粱、斜拉索組成，在橋梁中或有舉足輕重的地位。
斜拉橋是近期發(fā)展較快的一種橋梁，特大跨度的斜拉橋更是在90年代迅速發(fā)展，其早期的代表有法國(guó)的諾曼底橋和日本的多多羅橋。中國(guó)的大跨度斜拉橋從1997年主跨為590米的徐浦大橋開(kāi)始，也逐步快速的買進(jìn)了世界頂尖水平的軌道，2008年主跨1088米的蘇通大橋更是位居世界第一，斜拉橋的建設(shè)水平已經(jīng)比以往大有提高，各種技術(shù)措施都在飛速發(fā)展，為建設(shè)好斜拉橋有著不可替代的貢獻(xiàn)，在日益成熟的技術(shù)中，筆者相信往后的斜拉橋更將會(huì)成為橋梁中的帝王。
2．斜拉橋的抗震設(shè)計(jì)技術(shù)
抗震永遠(yuǎn)是土木建筑中一個(gè)永恒的重要問(wèn)題，尤其是伴隨著2008年汶川和2010年的玉樹(shù)地震的發(fā)生，抗震對(duì)于我國(guó)所有建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)變成一個(gè)越來(lái)越重要的技術(shù)措施，由于風(fēng)荷載的存在，橋梁上的抗震顯得更為重要，目前橋梁的抗震設(shè)計(jì)方法主要有延性設(shè)計(jì)和減震隔震設(shè)計(jì)。
延性設(shè)計(jì)理論是指它可以利用能力保護(hù)構(gòu)件的塑性變形來(lái)抵震，產(chǎn)生形變期間會(huì)減少地震產(chǎn)生的能量，減小地震所帶來(lái)的的傷害；此外，塑性鉸可以使結(jié)構(gòu)的周期增長(zhǎng)，也可以減小地震時(shí)帶來(lái)的慣性力．，而周期較短的橋梁結(jié)構(gòu)一般采用減震隔震設(shè)計(jì)，但大地震來(lái)臨時(shí)，這些抗震設(shè)計(jì)往往顯得微不足道，即便增大結(jié)構(gòu)主振型的周期，來(lái)使結(jié)構(gòu)周期分布在地震能量較小的范圍內(nèi)，或者通過(guò)能量守恒來(lái)減小地震能量，但碰到超大跨度的橋梁或周期較大橋梁，這些抗震設(shè)計(jì)往往顯得疲軟，所以必須有更合理的設(shè)計(jì)來(lái)作用于這些頂尖橋梁建筑。
3．斜拉橋增大跨徑的技術(shù)
從主跨1018米的香港昂船洲大橋到主跨1088米的蘇通大橋，中國(guó)的斜拉橋歷史已經(jīng)早已突破的iooo米的大關(guān)，這為島嶼和沿海城市之間的連接奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。人類的本能就是永遠(yuǎn)的前進(jìn)，有沒(méi)有可能再增大斜拉橋的跨徑也就成為了現(xiàn)代斜拉橋設(shè)計(jì)上一個(gè)重要的問(wèn)題，不僅僅限于中國(guó)，任何國(guó)家都在研究盡可能的增加斜拉橋的跨進(jìn)，其實(shí)，斜拉橋的跨徑在300―lOOOm是最合適的，與懸索橋相比，在此跨境范圍內(nèi)斜拉橋就有了較明顯的優(yōu)勢(shì)。德國(guó)著名橋梁專家F.leonhardt認(rèn)為，即使跨徑1400m的斜拉橋也比同等跨徑懸索橋的高強(qiáng)鋼絲節(jié)省二分之一，其造價(jià)低30%左右，然而跨徑的增加會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題，它又沒(méi)有極限？我們又會(huì)如何去克服？
實(shí)際上增大跨徑的首要問(wèn)題就是靠主梁軸向力的克服，減小主粱軸向力的方法可以采用輕質(zhì)的高強(qiáng)的材料作為主粱，或者使用某些技術(shù)措施，主要案例有丹麥J．Cimsing的部分地錨法，法國(guó)J．Muller的雙拉法或雙錨法，美國(guó)Yah Xiao的兩端張拉法，日本Hisanori Otauka的固定張拉法，中國(guó)周念先的端錨法等，這些方法都可以減小主粱的軸向力，具體的優(yōu)劣勢(shì)可以參考王伯惠教授發(fā)表在2003年2月2期的《公路》中一斜拉橋增大跨徑的技術(shù)措施一文，里面對(duì)各種方法的探討非常詳細(xì)，在此不一一贅述。
4．斜拉橋施工控制技術(shù)
施工控制是大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)施工的一個(gè)難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，基本包括了整個(gè)上部結(jié)構(gòu)施工的全過(guò)程，從結(jié)構(gòu)計(jì)算分析到構(gòu)件的預(yù)制到現(xiàn)場(chǎng)安裝控制等各個(gè)環(huán)節(jié)都成了施工控制中必不可少的因素。目前世界上斜拉橋最常用的施工控制技術(shù)方法有最小二乘法、卡爾曼濾波法、無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度法和自適應(yīng)控制法等，而現(xiàn)今國(guó)內(nèi)的施工控制技術(shù)大部分還都是使用自適應(yīng)控制法，然而大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)明顯的非線性效應(yīng)，其受力特點(diǎn)可能產(chǎn)生負(fù)面影響，因此以前一些受忽略的控制對(duì)象的部位或因素要引起我們的重視。
為了嚴(yán)格控制節(jié)段預(yù)制或制造尺寸和各安裝階段的幾何目標(biāo)線形。國(guó)外的工程師們提出了幾何控制的概念，幾何控制的方法又有兩種情況，除了施工嚴(yán)格必須遵守所有預(yù)先制定的步驟和程序，精確測(cè)定所有參數(shù)，依照絕對(duì)固定線形和尺寸來(lái)建造的方法外，有關(guān)部門還可以根據(jù)相關(guān)的幾何線形密切配合，根據(jù)情況安裝下一個(gè)節(jié)段，當(dāng)全橋完成后，再通過(guò)調(diào)整所有的斜拉索，將建造的全橋線形矯正到與目標(biāo)線形相吻合，同時(shí)還需注意避免設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮到的意外荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。第一種方法還是又風(fēng)險(xiǎn)的，第一，萬(wàn)一產(chǎn)生偏差的話原因就很難確定，如果要頻繁更改線形又會(huì)影響施工的精度和施工規(guī)定。而第二種的余地就很大，不像第一種一樣死板，在施工過(guò)程中可以大大的消除偏差。不過(guò)如何預(yù)測(cè)與時(shí)間效率有關(guān)的顯現(xiàn)成了幾何控制法尚需解決的問(wèn)題。
筆者認(rèn)為幾何控制法不失為當(dāng)今往后的一種好的施工控制技術(shù)，其更新效率，獲取信息的能力，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)性和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮藢?shí)性都值得我們一試，然后目前國(guó)內(nèi)還很少采用該種方法，也許是因?yàn)榭刂?，?jì)算精度達(dá)不到要求等因素，只希望在將來(lái)，該種控制方法能成為建設(shè)大跨度斜拉橋的主流，甚至是與其他方法結(jié)合以產(chǎn)生新的控制方法來(lái)提高我國(guó)的大跨度斜拉橋的建設(shè)水平。
5．結(jié)語(yǔ)
大跨度斜拉橋正處在飛速發(fā)展的時(shí)代，其需要考慮到的問(wèn)題往往不只這些，本文只是略提一二，希望以后我國(guó)的橋梁事業(yè)更加發(fā)達(dá)，設(shè)計(jì)技術(shù)更加完美，早日成為世界頂尖，將大部分技術(shù)發(fā)揚(yáng)光大。
參考文獻(xiàn)
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