斜拉懸吊組合橋梁體系研究課件

匯報(bào)內(nèi)容1.引言2.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線3.主要研究成果4.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)5.項(xiàng)目工作情況匯報(bào)內(nèi)容1.引言11.

引言

岳陽(yáng)洞庭湖二橋是杭瑞國(guó)家高速公路臨湘至岳陽(yáng)公路的控制工程。根據(jù)特殊的建設(shè)條件，岳陽(yáng)洞庭湖二橋初步設(shè)計(jì)推薦采用1800m斜拉-懸吊組合橋梁方案。斜拉懸吊組合橋梁是在斜拉橋和懸索橋的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型纜索承重橋梁，它把懸索橋和斜拉橋這兩種橋型結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，較大程度的提高了大跨度橋梁的跨越能力，自身的剛度以及橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，具有較好的結(jié)構(gòu)性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前尚沒(méi)有真正意義上實(shí)施的現(xiàn)代化斜拉-懸吊組合橋梁，因此，為確保岳陽(yáng)洞庭湖二橋的順利實(shí)施，有必要針對(duì)此新型橋型方案的結(jié)構(gòu)體系、受力性能、抗風(fēng)性能、成橋狀態(tài)、施工方案、疲勞性能等進(jìn)行系統(tǒng)研究。1.1研究背景1.引言岳陽(yáng)洞庭湖二橋是杭瑞國(guó)家高速公路臨湘至岳陽(yáng)21.2項(xiàng)目概況岳陽(yáng)洞庭湖二橋斜拉-懸吊組合橋梁跨徑組成：（50＋3×60＋80+1800＋80＋3×60+50）m

1.2項(xiàng)目概況岳陽(yáng)洞庭湖二橋斜拉-懸吊組合橋梁跨徑組成：31.2項(xiàng)目概況1.2項(xiàng)目概況41.3斜拉-懸吊組合橋梁的發(fā)展斜拉—懸吊組合橋梁最初在19世紀(jì)初由法國(guó)工程師提出羅勃林體系——布魯克林大橋（1883）

迪辛格體系——德國(guó)易北河（1938）序號(hào)橋名所在地橋跨布置狀況1Brooklyn橋美國(guó)286m+486m+286m1883年建成2漢堡易北河橋德國(guó)主跨753m方案設(shè)計(jì)3大貝爾特橋丹麥400m+1500m+400m方案設(shè)計(jì)4直布羅陀海峽橋摩洛哥2000m+5000m+5000m+2000m方案設(shè)計(jì)5MessinaStrait橋意大利主跨3300m方案設(shè)計(jì)6Beauharnois橋加固加拿大54.48m+176.78m+54.48m1988年完成加固7Salazar橋加固葡萄牙483m+1014m+483m，公鐵兩用1992年完成加固8廣東伶仃洋東橋中國(guó)319m+1400m+319m方案設(shè)計(jì)9大連灣跨海大橋中國(guó)263m+800m+263m方案設(shè)計(jì)10輕津海峽橋日本2000m+4000m+4000m+2000m方案設(shè)計(jì)1.3斜拉-懸吊組合橋梁的發(fā)展斜拉—懸吊組合橋梁最初在1951.4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活載撓度小，剛度大。靜力性能與同跨徑的懸索橋相比動(dòng)力性能基頻高，顫振臨界風(fēng)速高，抗風(fēng)性能好。經(jīng)濟(jì)性

跨徑越大越能體現(xiàn)斜拉-懸吊組合橋梁優(yōu)越性。與懸索橋相比，斜拉-懸吊組合橋梁的懸吊長(zhǎng)度顯著減小，可大大降低主纜的鋼材用量和錨碇規(guī)模，降低了錨碇施工的困難和風(fēng)險(xiǎn)。斜拉段的部分加勁梁可使用混凝土梁，充分利用混凝土的抗壓強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。1.4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活載撓度小，剛度大。靜力性能與同跨徑的懸索橋62.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈斜拉-懸吊組合橋梁由斜拉子體系和懸吊子體系組成，兩個(gè)子體系的結(jié)構(gòu)剛度不同。如何處理兩體系間的剛度匹配，實(shí)現(xiàn)剛度的平順過(guò)渡或結(jié)合，降低其不利影響，是斜拉-懸吊組合橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。⒉斜拉-懸吊組合橋梁的兩體系間存在相互影響，結(jié)構(gòu)行為更為復(fù)雜，成橋恒載階段的受力狀態(tài)設(shè)計(jì)不同于斜拉橋結(jié)構(gòu)和懸索橋結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)和施工過(guò)程來(lái)選擇斜拉索的張拉力和吊索的無(wú)應(yīng)力安裝長(zhǎng)度，確定結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)，盡量降低兩體系間的相互影響。⒊在斜拉懸吊過(guò)渡區(qū)附近的加勁梁內(nèi)力和變形同時(shí)受到斜拉子體系和懸吊子體系的影響，各種荷載作用下受力復(fù)雜，安全性需進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)，過(guò)渡區(qū)附近的吊索和斜拉索因體系剛度差異會(huì)產(chǎn)生較高的交變內(nèi)力幅，需要分析研究其疲勞安全性能。⒋斜拉橋和懸索橋的施工方法不同，如何協(xié)調(diào)斜拉-懸吊組合橋梁中兩子體系的施工，并評(píng)估其施工過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制的可行性，保證兩種結(jié)構(gòu)體系均勻過(guò)渡，從而實(shí)現(xiàn)合理的成橋目標(biāo)，需要進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)算。關(guān)鍵技術(shù)2.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈斜拉-懸吊組合橋梁由斜拉子體72.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈定性分析了斜拉-懸吊組合橋梁的結(jié)構(gòu)行為和受力特征。⒉對(duì)斜拉-懸吊組合橋梁的若干關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了比較分析，用于確定合理的結(jié)構(gòu)布置和合理的橋型方案。⒊確定了斜拉-懸吊組合橋梁合理成橋狀態(tài)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法步驟，得到較合理的斜拉-懸吊組合橋梁成橋內(nèi)力狀態(tài)。⒋對(duì)洞庭湖二橋的斜拉-懸吊組合橋梁方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析，驗(yàn)算了主要構(gòu)件的受力、位移等。

5.對(duì)斜拉-懸吊組合橋梁的施工過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算分析，討論了斜拉-懸吊組合橋梁方案的施工可實(shí)施性。

6.針對(duì)疲勞問(wèn)題較突出的斜拉索、吊索和加勁梁，采用不同的疲勞荷載進(jìn)行驗(yàn)算，討論了大跨度橋梁整體疲勞驗(yàn)算荷載選擇的方法和可行性。技術(shù)路線2.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈定性分析了斜拉-懸吊組合橋梁8與同跨徑的懸索橋方案進(jìn)行比較分析：組合橋梁縱向位移僅為常規(guī)單跨懸索橋的15%，而縱向基頻提高了3.46倍；在活載作用下，組合橋梁的豎向位移僅為常規(guī)單跨懸索橋的60%。在百年橫風(fēng)作用下，組合橋梁的橫向位移僅為常規(guī)單跨懸索橋的61%。組合橋梁扭轉(zhuǎn)頻率比常規(guī)單跨懸索橋扭轉(zhuǎn)頻率高約20.7%3主要研究成果3.1結(jié)構(gòu)受力特征——結(jié)構(gòu)剛度活載豎向撓度/m與同跨徑的懸索橋方案進(jìn)行比較分析：3主要研究成果3.193.1結(jié)構(gòu)受力特征

過(guò)渡區(qū)吊索和斜拉索影響線相反，吊索與斜拉索共同分擔(dān)活載，有利于減小變形，提高結(jié)構(gòu)活載剛度。（過(guò)渡區(qū)吊索、斜拉索應(yīng)力幅較大的表現(xiàn)）在過(guò)渡區(qū)段，加勁梁的影響區(qū)沒(méi)有明顯變化，一定程度上說(shuō)明兩體系間剛度過(guò)渡是比較均勻的。（加勁梁不存在剛度變化過(guò)快的問(wèn)題）活載影響線3.1結(jié)構(gòu)受力特征過(guò)渡區(qū)吊索和斜拉索影響線相反，吊103.1結(jié)構(gòu)受力特征

主纜或斜拉索溫度變化對(duì)端吊索和最長(zhǎng)斜拉索的內(nèi)力影響最大。主纜溫升時(shí)，斜拉索的內(nèi)力增加，吊索內(nèi)力減小；斜拉索溫升時(shí)，斜拉索的內(nèi)力減小，吊索內(nèi)力增加；系統(tǒng)整體溫度變化時(shí)，斜拉索、吊索的內(nèi)力會(huì)因?yàn)樯鲜鲆蛩氐木C合作用而抵消一部分。主纜升溫引起斜拉索和吊索的內(nèi)力增量/kN斜拉索升溫引起斜拉索和吊索的內(nèi)力增量/kN溫度影響3.1結(jié)構(gòu)受力特征主纜或斜拉索溫度變化對(duì)端吊索和最長(zhǎng)斜拉索11

鋼混結(jié)合面位置

吊索縱向布置橋塔中心線1#、2#斜拉索之間最長(zhǎng)斜拉索附件

矢跨比

吊跨比1/9；1/9.5；1/10；1/10.5；1/111.0；0.67；0.57；0.49

吊索剛度

加勁梁剛度平行鋼絲；鋼絲繩；E=5.0*10000MPa原設(shè)計(jì)剛度；5倍原設(shè)計(jì)剛度；10原設(shè)計(jì)剛度3.2參數(shù)影響分析鋼混結(jié)合面位置吊索縱向布置橋塔中心線矢跨比吊跨比1/121/9

1/9.51/101/10.51/113.2參數(shù)影響分析

矢跨比越小，纜力就越大，重力剛度就越大，活載作用下加勁梁的撓度就越小，但工程造價(jià)就越高（塔高降低，但主纜用量增加，錨碇規(guī)模變大）。矢跨比為1/9及1/10主橋主纜的內(nèi)力、主梁的剛度具有較為良好的效果，結(jié)合本橋的景觀考慮，本橋推薦采用1/10矢跨比。

矢跨比比選1/91/9.53.2參數(shù)影響分析矢跨比越小，纜力就越133.2參數(shù)影響分析

吊跨比比選

懸索橋活載作用下跨中1/4處撓度最大，從提高結(jié)構(gòu)剛度上考慮，將搭接區(qū)段設(shè)置在跨中1/4附近是相對(duì)合理的。當(dāng)?shù)蹩绫炔捎?.57時(shí)，主纜內(nèi)力、吊索與斜拉索應(yīng)力幅以及全橋剛度等較為協(xié)調(diào)，同時(shí)主纜用量與錨碇規(guī)模能夠得到相對(duì)較好的控制。經(jīng)綜合比較，本橋吊跨比推薦采用0.57。Ls/L1.00.670.570.493.2參數(shù)影響分析吊跨比比選懸索橋活載作用下跨中1/4143.2參數(shù)影響分析吊索活載內(nèi)力幅/kN斜拉索活載內(nèi)力幅

通過(guò)多種方案的比選，在斜拉段交叉設(shè)置三根吊索（方案1）即能降低長(zhǎng)吊索內(nèi)力幅，也可以降低最長(zhǎng)斜拉索內(nèi)力幅，故吊索縱向布置方案推薦方案1。

方案1方案2方案3方案4方案6方案5

過(guò)渡區(qū)吊索布置3.2參數(shù)影響分析吊索活載內(nèi)力幅/kN斜拉索活載內(nèi)力幅153.2參數(shù)影響分析

加勁梁剛度

提高加勁梁剛度對(duì)降低端吊索的內(nèi)力幅有一定的影響。為提高加勁梁剛度，可考慮增大鋼加勁梁截面或斜拉索區(qū)段的加勁梁采用混凝土箱梁。如果斜拉索區(qū)段的加勁梁采用混凝土箱梁，施工和施工控制難度大。故本橋斜拉區(qū)段的加勁梁采用鋼加勁梁，并可適當(dāng)增加截面面積，以降低端吊索的內(nèi)力幅。

為考察斜拉段鋼加勁梁剛度對(duì)其受力，以及對(duì)斜拉索、吊索的影響，考慮如下三種方案：方案1：斜拉段鋼加勁梁原設(shè)計(jì)剛度方案2：斜拉段鋼加勁梁剛度增大5倍方案3：斜拉段鋼加勁梁剛度增大10倍

3.2參數(shù)影響分析加勁梁剛度提高加勁梁剛度對(duì)降低163.2參數(shù)影響分析

鋼混結(jié)合段位置綜合考慮設(shè)計(jì)、施工、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移等，推薦方案一。

方案一：在索塔中心線附近方案二：在中跨第1、2根斜拉索之間方案三：在跨中最長(zhǎng)斜拉索附近3.2參數(shù)影響分析鋼混結(jié)合段位置綜合考慮設(shè)計(jì)、施工、結(jié)構(gòu)173.2參數(shù)影響分析

方案2中鋼絲繩吊索彈模減小了42.5%，相應(yīng)活載內(nèi)力幅降低12.2%。即降低吊索彈?？梢詼p小吊索的活載內(nèi)力幅。降低吊索的彈性模量，可以減小吊索內(nèi)力幅，斜拉索內(nèi)力幅則略有增加。鋼絲繩吊索的彈性模量比平行鋼絲的彈性模量低得多，故本橋推薦采用鋼絲繩吊索。方案1：吊索彈模E=2.0×105MPa,平行鋼絲方案2：吊索彈模E=1.15×105MPa,鋼絲繩方案3：吊索彈模E=5.0×104MPa

吊索剛度3.2參數(shù)影響分析方案2中鋼絲繩吊索彈模減小了42.183.3合理成橋狀態(tài)原則上應(yīng)盡可能減小斜拉體系和懸吊體系的相互影響，包括主塔和過(guò)渡區(qū)附近的加勁梁局部彎矩和剪力；主塔兩側(cè)的斜拉索內(nèi)力水平分量應(yīng)平衡；中跨鋼箱梁彎矩分布應(yīng)相對(duì)均勻，絕對(duì)值盡可能?。贿吙缁炷料淞簽檫吙缧崩魈峁╁^固約束作用，其彎矩分布不作為優(yōu)化目標(biāo)，其抗彎能力通過(guò)后期預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；在確定主梁和主塔受彎狀態(tài)后，利用“橋梁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力非線性分析系統(tǒng)BNLAS”確定最終的主纜成橋線形和恒載內(nèi)力。

合理成橋狀態(tài)的優(yōu)化目標(biāo)和原則3.3合理成橋狀態(tài)原則上應(yīng)盡可能減小斜拉體系和懸吊體系的相193.3合理成橋狀態(tài)

使用剛性支撐連續(xù)梁法，計(jì)算一次成橋階段中跨加勁梁的豎向支撐反力，用于計(jì)算相應(yīng)斜拉索張拉力和吊索內(nèi)力；根據(jù)中、邊跨斜拉索內(nèi)力水平分量平衡的原則，計(jì)算邊跨斜拉索索力；根據(jù)吊索內(nèi)力計(jì)算成橋階段主纜幾何線形；重復(fù)進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整斜拉索力和主纜線形，得到相對(duì)合理的一次成橋階段的內(nèi)力狀態(tài)。根據(jù)橋梁的施工方案，在上一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行倒拆分析，得到橋梁合攏前的內(nèi)力狀態(tài)；分析體系轉(zhuǎn)換對(duì)成橋狀態(tài)的影響，調(diào)整斜拉索張拉力、吊索長(zhǎng)度、主纜線形，得到符合實(shí)際情況的成橋狀態(tài)。

合理成橋狀態(tài)確定的方法3.3合理成橋狀態(tài)使用剛性支撐連續(xù)梁法，計(jì)算一次成橋階段203.3合理成橋狀態(tài)斜拉索內(nèi)力分布吊索內(nèi)力分布/kN

合理成橋狀態(tài)3.3合理成橋狀態(tài)斜拉索內(nèi)力分布吊索內(nèi)力分布/kN合21鋼加勁梁最大應(yīng)力139MPa跨中主纜安全系數(shù)2.41>2.2吊索安全系數(shù)4.3>4.0邊跨主纜安全系數(shù)2.23>2.23.4整體結(jié)構(gòu)分析

總體靜力計(jì)算分析鋼加勁梁最大應(yīng)力139MPa跨中主纜安全系數(shù)2.41>2.222表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位：m位置荷載豎向位移梁端L/8處L/4處3/8L處跨中處水平位移活載0.0830.4870.3690.0070.112-0.511-1.837-2.611-2.592-0.099溫升-0.33-0.792-1.099-1.204-0.266溫降0.4441.0181.3671.4850.318

在汽車(chē)活載作用下主梁最大上撓0.511m，最大下?lián)?.611m，撓跨比1/688，小于1/300的規(guī)范要求。在運(yùn)營(yíng)縱風(fēng)、百年縱風(fēng)、制動(dòng)力作用下，梁端縱向位移分別為0.014m、0.028m、0.029m。在百年橫風(fēng)作用下，主梁的最大橫向位移為1.892m，主梁的橫向撓跨比為1/951，主梁橫向剛度較大，滿足規(guī)范要求。3.4整體結(jié)構(gòu)分析

總體靜力計(jì)算分析表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位23一階正對(duì)稱(chēng)側(cè)彎，頻率0.0576HZ一階反對(duì)稱(chēng)豎彎，頻率0.1191HZ一階正對(duì)稱(chēng)豎彎，頻率0.1216HZ一階正對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)，頻率0.2349HZ扭彎比＝0.2349/0.1216＝1.93。3.4整體結(jié)構(gòu)分析

動(dòng)力特性一階正對(duì)稱(chēng)側(cè)彎，頻率0.0576HZ一階反對(duì)稱(chēng)豎彎，頻率024表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位：m3.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析

施工工序表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位25表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位：m3.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析

吊索與斜拉索特征吊索施工階段內(nèi)力變化特征斜拉索施工階段內(nèi)力變化

吊索：施工過(guò)程中吊索最小安全系數(shù)2.6，參照《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（報(bào)批稿），鋼絲繩吊索在換索過(guò)程安全系數(shù)需大于2.5；斜拉索：施工過(guò)程中各斜拉索的安全系數(shù)最小值為3.9。表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位263.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析

加勁梁3.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析加勁梁27

由于斜拉段和懸吊段之間存在的剛度差異，使得斜拉懸吊過(guò)渡區(qū)段加勁梁、吊索、斜拉索的內(nèi)力幅相對(duì)較大，應(yīng)當(dāng)對(duì)過(guò)渡區(qū)的加勁梁、吊索、斜拉索的疲勞應(yīng)力進(jìn)行總體控制驗(yàn)算。國(guó)內(nèi)疲勞檢算的加載次數(shù)為200萬(wàn)次，最長(zhǎng)斜拉索、端吊索的設(shè)計(jì)使用壽命一般為20年，平均每年10萬(wàn)次，平均每天274.9次，即便按每天24h行車(chē)計(jì)算，每小時(shí)出現(xiàn)的工況為11.4次。如此頻繁的工況，自然不宜采用與強(qiáng)度驗(yàn)算相同的荷載，而應(yīng)選擇對(duì)斜拉索、端吊索的設(shè)計(jì)不利的加載、但經(jīng)常出現(xiàn)的工況。3.6主要構(gòu)件疲勞應(yīng)力幅

概述由于斜拉段和懸吊段之間存在的剛度差異，使得斜拉懸吊過(guò)渡區(qū)283.6主要構(gòu)件疲勞應(yīng)力幅

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范均沒(méi)有針對(duì)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)控制的疲勞加載規(guī)定。本報(bào)告根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，選取了三個(gè)疲勞荷載加載模式對(duì)組合橋梁斜拉索和吊索進(jìn)行了疲勞應(yīng)力幅驗(yàn)算。模式I：《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（征求意見(jiàn)稿）疲勞荷載模型I；模式Ⅱ：按強(qiáng)度加載模式選用的6車(chē)道偏載；模式Ⅲ：參照泰州長(zhǎng)江大橋的加載模式選用2車(chē)道加載，且考慮了9.875m的偏載。本報(bào)告認(rèn)為岳陽(yáng)洞庭湖二橋采用加載模式I的加載模式對(duì)斜拉索、吊索及加勁梁的總體疲勞應(yīng)力進(jìn)行控制是適合的。

加載模式3.6主要構(gòu)件疲勞應(yīng)力幅國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范均沒(méi)有針對(duì)結(jié)構(gòu)29

在各疲勞荷載加載工況下，斜拉索的應(yīng)力幅小于250MPa，吊索的應(yīng)力幅小于150MPa，加勁梁的最大應(yīng)力幅為65MPa。在推薦的疲勞加載荷載（疲勞荷載I）下，斜拉索的應(yīng)力幅為78Mpa，吊索的應(yīng)力幅為57Mpa，加勁梁的疲勞應(yīng)力幅為24Mpa。3.6主要構(gòu)件疲勞應(yīng)力幅

主要構(gòu)件最大疲勞應(yīng)力幅/MPa構(gòu)件模式I疲勞荷載I模式Ⅱ6車(chē)道偏載模式Ⅲ2車(chē)道偏載斜拉索#4878.1209.5168.9#4774.7201.1162.2#4679.1213.5172.2#4564.7172.0138.7吊索#156.8144.7116.6#240.699.079.9#334.382.466.4#429.270.356.6加勁梁23.565.139.2在各疲勞荷載加載工況下，斜拉索的應(yīng)力幅小于250MPa，303.7動(dòng)力特性參數(shù)分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)和Selberg公式，可知鋼箱單跨吊方案的顫振臨界風(fēng)速為57.1m/s，而組合橋梁顫振臨界風(fēng)速為64.6m/s，較前者高13.1%?？梢?jiàn)大跨度組合橋梁在抗風(fēng)穩(wěn)定性方面較懸索橋方案具有明顯優(yōu)越性。3.7動(dòng)力特性參數(shù)分析根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)和Selb31

論證了新型橋型方案的可行性，為方案可實(shí)施性提供了技術(shù)支撐，是新型斜拉-懸吊組合橋梁的一次大膽的嘗試，為技術(shù)進(jìn)步和能夠?yàn)轭?lèi)似研究提供借鑒。研究分析了斜拉-懸吊組合橋梁剛度性能、活載影響線、溫度影響，系統(tǒng)研究了斜拉-懸吊組合橋梁的力學(xué)性能；首次對(duì)斜拉-懸吊組合橋梁的矢跨比、吊跨比、過(guò)渡區(qū)吊索布置方式、加勁梁剛度、吊索彈性模量等進(jìn)行了參數(shù)研究，為合理的結(jié)構(gòu)布置奠定了基礎(chǔ)；擬定了合理成橋狀態(tài)的實(shí)施步驟，制定了施工工序，驗(yàn)證了方案的可實(shí)施性；收集、調(diào)研了目前總體疲勞的荷載模型計(jì)算方法，經(jīng)初步論證，確定了岳陽(yáng)洞庭湖二橋的疲勞荷載模型。研究了疲勞控制的主要構(gòu)件的應(yīng)力幅，確定了合理構(gòu)造，保證了結(jié)構(gòu)總體疲勞滿足相關(guān)要求。4主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

論證了新型橋型方案的可行性，為方案可實(shí)施性提供了技術(shù)支撐，325項(xiàng)目工作情況

項(xiàng)目起止年限2010.1-2011.2完成單位橋梁勘察設(shè)計(jì)處項(xiàng)目負(fù)責(zé)人崔劍峰、劉榕項(xiàng)目主要參加人結(jié)構(gòu)優(yōu)化比選：崔劍峰、劉榕、廖建宏、王甜、劉海波。結(jié)構(gòu)分析：張晉瑞、戴小東、朱朝銀、李程、楊勇祥、鄒德強(qiáng)。資料分析、報(bào)告編制：劉榕、廖建宏、崔劍峰、趙金和、劉海波。5項(xiàng)目工作情況項(xiàng)目起止年限2010.1-2011.2完成3310項(xiàng)目工作情況

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)決算表收入支出科目計(jì)劃數(shù)

（萬(wàn)元）科目金額（萬(wàn)元）合計(jì)100

合計(jì)81.63院科技開(kāi)發(fā)費(fèi)100差費(fèi)2.13住宿費(fèi)2.07應(yīng)酬費(fèi)0.72辦公費(fèi)1.49民工費(fèi)7.66

材料費(fèi)5.69

其它3.36

車(chē)耗費(fèi)10.46

工資48.0510項(xiàng)目工作情況項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)決算表收入支34謝謝大家！謝謝大家！35匯報(bào)內(nèi)容1.引言2.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線3.主要研究成果4.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)5.項(xiàng)目工作情況匯報(bào)內(nèi)容1.引言361.

引言

岳陽(yáng)洞庭湖二橋是杭瑞國(guó)家高速公路臨湘至岳陽(yáng)公路的控制工程。根據(jù)特殊的建設(shè)條件，岳陽(yáng)洞庭湖二橋初步設(shè)計(jì)推薦采用1800m斜拉-懸吊組合橋梁方案。斜拉懸吊組合橋梁是在斜拉橋和懸索橋的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型纜索承重橋梁，它把懸索橋和斜拉橋這兩種橋型結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，較大程度的提高了大跨度橋梁的跨越能力，自身的剛度以及橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，具有較好的結(jié)構(gòu)性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前尚沒(méi)有真正意義上實(shí)施的現(xiàn)代化斜拉-懸吊組合橋梁，因此，為確保岳陽(yáng)洞庭湖二橋的順利實(shí)施，有必要針對(duì)此新型橋型方案的結(jié)構(gòu)體系、受力性能、抗風(fēng)性能、成橋狀態(tài)、施工方案、疲勞性能等進(jìn)行系統(tǒng)研究。1.1研究背景1.引言岳陽(yáng)洞庭湖二橋是杭瑞國(guó)家高速公路臨湘至岳陽(yáng)371.2項(xiàng)目概況岳陽(yáng)洞庭湖二橋斜拉-懸吊組合橋梁跨徑組成：（50＋3×60＋80+1800＋80＋3×60+50）m

1.2項(xiàng)目概況岳陽(yáng)洞庭湖二橋斜拉-懸吊組合橋梁跨徑組成：381.2項(xiàng)目概況1.2項(xiàng)目概況391.3斜拉-懸吊組合橋梁的發(fā)展斜拉—懸吊組合橋梁最初在19世紀(jì)初由法國(guó)工程師提出羅勃林體系——布魯克林大橋（1883）

迪辛格體系——德國(guó)易北河（1938）序號(hào)橋名所在地橋跨布置狀況1Brooklyn橋美國(guó)286m+486m+286m1883年建成2漢堡易北河橋德國(guó)主跨753m方案設(shè)計(jì)3大貝爾特橋丹麥400m+1500m+400m方案設(shè)計(jì)4直布羅陀海峽橋摩洛哥2000m+5000m+5000m+2000m方案設(shè)計(jì)5MessinaStrait橋意大利主跨3300m方案設(shè)計(jì)6Beauharnois橋加固加拿大54.48m+176.78m+54.48m1988年完成加固7Salazar橋加固葡萄牙483m+1014m+483m，公鐵兩用1992年完成加固8廣東伶仃洋東橋中國(guó)319m+1400m+319m方案設(shè)計(jì)9大連灣跨海大橋中國(guó)263m+800m+263m方案設(shè)計(jì)10輕津海峽橋日本2000m+4000m+4000m+2000m方案設(shè)計(jì)1.3斜拉-懸吊組合橋梁的發(fā)展斜拉—懸吊組合橋梁最初在19401.4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活載撓度小，剛度大。靜力性能與同跨徑的懸索橋相比動(dòng)力性能基頻高，顫振臨界風(fēng)速高，抗風(fēng)性能好。經(jīng)濟(jì)性

跨徑越大越能體現(xiàn)斜拉-懸吊組合橋梁優(yōu)越性。與懸索橋相比，斜拉-懸吊組合橋梁的懸吊長(zhǎng)度顯著減小，可大大降低主纜的鋼材用量和錨碇規(guī)模，降低了錨碇施工的困難和風(fēng)險(xiǎn)。斜拉段的部分加勁梁可使用混凝土梁，充分利用混凝土的抗壓強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。1.4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活載撓度小，剛度大。靜力性能與同跨徑的懸索橋412.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈斜拉-懸吊組合橋梁由斜拉子體系和懸吊子體系組成，兩個(gè)子體系的結(jié)構(gòu)剛度不同。如何處理兩體系間的剛度匹配，實(shí)現(xiàn)剛度的平順過(guò)渡或結(jié)合，降低其不利影響，是斜拉-懸吊組合橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。⒉斜拉-懸吊組合橋梁的兩體系間存在相互影響，結(jié)構(gòu)行為更為復(fù)雜，成橋恒載階段的受力狀態(tài)設(shè)計(jì)不同于斜拉橋結(jié)構(gòu)和懸索橋結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)和施工過(guò)程來(lái)選擇斜拉索的張拉力和吊索的無(wú)應(yīng)力安裝長(zhǎng)度，確定結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)，盡量降低兩體系間的相互影響。⒊在斜拉懸吊過(guò)渡區(qū)附近的加勁梁內(nèi)力和變形同時(shí)受到斜拉子體系和懸吊子體系的影響，各種荷載作用下受力復(fù)雜，安全性需進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)，過(guò)渡區(qū)附近的吊索和斜拉索因體系剛度差異會(huì)產(chǎn)生較高的交變內(nèi)力幅，需要分析研究其疲勞安全性能。⒋斜拉橋和懸索橋的施工方法不同，如何協(xié)調(diào)斜拉-懸吊組合橋梁中兩子體系的施工，并評(píng)估其施工過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制的可行性，保證兩種結(jié)構(gòu)體系均勻過(guò)渡，從而實(shí)現(xiàn)合理的成橋目標(biāo)，需要進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)算。關(guān)鍵技術(shù)2.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈斜拉-懸吊組合橋梁由斜拉子體422.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈定性分析了斜拉-懸吊組合橋梁的結(jié)構(gòu)行為和受力特征。⒉對(duì)斜拉-懸吊組合橋梁的若干關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了比較分析，用于確定合理的結(jié)構(gòu)布置和合理的橋型方案。⒊確定了斜拉-懸吊組合橋梁合理成橋狀態(tài)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法步驟，得到較合理的斜拉-懸吊組合橋梁成橋內(nèi)力狀態(tài)。⒋對(duì)洞庭湖二橋的斜拉-懸吊組合橋梁方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析，驗(yàn)算了主要構(gòu)件的受力、位移等。

5.對(duì)斜拉-懸吊組合橋梁的施工過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算分析，討論了斜拉-懸吊組合橋梁方案的施工可實(shí)施性。

6.針對(duì)疲勞問(wèn)題較突出的斜拉索、吊索和加勁梁，采用不同的疲勞荷載進(jìn)行驗(yàn)算，討論了大跨度橋梁整體疲勞驗(yàn)算荷載選擇的方法和可行性。技術(shù)路線2.關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線⒈定性分析了斜拉-懸吊組合橋梁43與同跨徑的懸索橋方案進(jìn)行比較分析：組合橋梁縱向位移僅為常規(guī)單跨懸索橋的15%，而縱向基頻提高了3.46倍；在活載作用下，組合橋梁的豎向位移僅為常規(guī)單跨懸索橋的60%。在百年橫風(fēng)作用下，組合橋梁的橫向位移僅為常規(guī)單跨懸索橋的61%。組合橋梁扭轉(zhuǎn)頻率比常規(guī)單跨懸索橋扭轉(zhuǎn)頻率高約20.7%3主要研究成果3.1結(jié)構(gòu)受力特征——結(jié)構(gòu)剛度活載豎向撓度/m與同跨徑的懸索橋方案進(jìn)行比較分析：3主要研究成果3.1443.1結(jié)構(gòu)受力特征

過(guò)渡區(qū)吊索和斜拉索影響線相反，吊索與斜拉索共同分擔(dān)活載，有利于減小變形，提高結(jié)構(gòu)活載剛度。（過(guò)渡區(qū)吊索、斜拉索應(yīng)力幅較大的表現(xiàn)）在過(guò)渡區(qū)段，加勁梁的影響區(qū)沒(méi)有明顯變化，一定程度上說(shuō)明兩體系間剛度過(guò)渡是比較均勻的。（加勁梁不存在剛度變化過(guò)快的問(wèn)題）活載影響線3.1結(jié)構(gòu)受力特征過(guò)渡區(qū)吊索和斜拉索影響線相反，吊453.1結(jié)構(gòu)受力特征

主纜或斜拉索溫度變化對(duì)端吊索和最長(zhǎng)斜拉索的內(nèi)力影響最大。主纜溫升時(shí)，斜拉索的內(nèi)力增加，吊索內(nèi)力減?。恍崩鳒厣龝r(shí)，斜拉索的內(nèi)力減小，吊索內(nèi)力增加；系統(tǒng)整體溫度變化時(shí)，斜拉索、吊索的內(nèi)力會(huì)因?yàn)樯鲜鲆蛩氐木C合作用而抵消一部分。主纜升溫引起斜拉索和吊索的內(nèi)力增量/kN斜拉索升溫引起斜拉索和吊索的內(nèi)力增量/kN溫度影響3.1結(jié)構(gòu)受力特征主纜或斜拉索溫度變化對(duì)端吊索和最長(zhǎng)斜拉索46

鋼混結(jié)合面位置

吊索縱向布置橋塔中心線1#、2#斜拉索之間最長(zhǎng)斜拉索附件

矢跨比

吊跨比1/9；1/9.5；1/10；1/10.5；1/111.0；0.67；0.57；0.49

吊索剛度

加勁梁剛度平行鋼絲；鋼絲繩；E=5.0*10000MPa原設(shè)計(jì)剛度；5倍原設(shè)計(jì)剛度；10原設(shè)計(jì)剛度3.2參數(shù)影響分析鋼混結(jié)合面位置吊索縱向布置橋塔中心線矢跨比吊跨比1/471/9

1/9.51/101/10.51/113.2參數(shù)影響分析

矢跨比越小，纜力就越大，重力剛度就越大，活載作用下加勁梁的撓度就越小，但工程造價(jià)就越高（塔高降低，但主纜用量增加，錨碇規(guī)模變大）。矢跨比為1/9及1/10主橋主纜的內(nèi)力、主梁的剛度具有較為良好的效果，結(jié)合本橋的景觀考慮，本橋推薦采用1/10矢跨比。

矢跨比比選1/91/9.53.2參數(shù)影響分析矢跨比越小，纜力就越483.2參數(shù)影響分析

吊跨比比選

懸索橋活載作用下跨中1/4處撓度最大，從提高結(jié)構(gòu)剛度上考慮，將搭接區(qū)段設(shè)置在跨中1/4附近是相對(duì)合理的。當(dāng)?shù)蹩绫炔捎?.57時(shí)，主纜內(nèi)力、吊索與斜拉索應(yīng)力幅以及全橋剛度等較為協(xié)調(diào)，同時(shí)主纜用量與錨碇規(guī)模能夠得到相對(duì)較好的控制。經(jīng)綜合比較，本橋吊跨比推薦采用0.57。Ls/L1.00.670.570.493.2參數(shù)影響分析吊跨比比選懸索橋活載作用下跨中1/4493.2參數(shù)影響分析吊索活載內(nèi)力幅/kN斜拉索活載內(nèi)力幅

通過(guò)多種方案的比選，在斜拉段交叉設(shè)置三根吊索（方案1）即能降低長(zhǎng)吊索內(nèi)力幅，也可以降低最長(zhǎng)斜拉索內(nèi)力幅，故吊索縱向布置方案推薦方案1。

方案1方案2方案3方案4方案6方案5

過(guò)渡區(qū)吊索布置3.2參數(shù)影響分析吊索活載內(nèi)力幅/kN斜拉索活載內(nèi)力幅503.2參數(shù)影響分析

加勁梁剛度

提高加勁梁剛度對(duì)降低端吊索的內(nèi)力幅有一定的影響。為提高加勁梁剛度，可考慮增大鋼加勁梁截面或斜拉索區(qū)段的加勁梁采用混凝土箱梁。如果斜拉索區(qū)段的加勁梁采用混凝土箱梁，施工和施工控制難度大。故本橋斜拉區(qū)段的加勁梁采用鋼加勁梁，并可適當(dāng)增加截面面積，以降低端吊索的內(nèi)力幅。

為考察斜拉段鋼加勁梁剛度對(duì)其受力，以及對(duì)斜拉索、吊索的影響，考慮如下三種方案：方案1：斜拉段鋼加勁梁原設(shè)計(jì)剛度方案2：斜拉段鋼加勁梁剛度增大5倍方案3：斜拉段鋼加勁梁剛度增大10倍

3.2參數(shù)影響分析加勁梁剛度提高加勁梁剛度對(duì)降低513.2參數(shù)影響分析

鋼混結(jié)合段位置綜合考慮設(shè)計(jì)、施工、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移等，推薦方案一。

方案一：在索塔中心線附近方案二：在中跨第1、2根斜拉索之間方案三：在跨中最長(zhǎng)斜拉索附近3.2參數(shù)影響分析鋼混結(jié)合段位置綜合考慮設(shè)計(jì)、施工、結(jié)構(gòu)523.2參數(shù)影響分析

方案2中鋼絲繩吊索彈模減小了42.5%，相應(yīng)活載內(nèi)力幅降低12.2%。即降低吊索彈?？梢詼p小吊索的活載內(nèi)力幅。降低吊索的彈性模量，可以減小吊索內(nèi)力幅，斜拉索內(nèi)力幅則略有增加。鋼絲繩吊索的彈性模量比平行鋼絲的彈性模量低得多，故本橋推薦采用鋼絲繩吊索。方案1：吊索彈模E=2.0×105MPa,平行鋼絲方案2：吊索彈模E=1.15×105MPa,鋼絲繩方案3：吊索彈模E=5.0×104MPa

吊索剛度3.2參數(shù)影響分析方案2中鋼絲繩吊索彈模減小了42.533.3合理成橋狀態(tài)原則上應(yīng)盡可能減小斜拉體系和懸吊體系的相互影響，包括主塔和過(guò)渡區(qū)附近的加勁梁局部彎矩和剪力；主塔兩側(cè)的斜拉索內(nèi)力水平分量應(yīng)平衡；中跨鋼箱梁彎矩分布應(yīng)相對(duì)均勻，絕對(duì)值盡可能??；邊跨混凝土箱梁為邊跨斜拉索提供錨固約束作用，其彎矩分布不作為優(yōu)化目標(biāo)，其抗彎能力通過(guò)后期預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；在確定主梁和主塔受彎狀態(tài)后，利用“橋梁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力非線性分析系統(tǒng)BNLAS”確定最終的主纜成橋線形和恒載內(nèi)力。

合理成橋狀態(tài)的優(yōu)化目標(biāo)和原則3.3合理成橋狀態(tài)原則上應(yīng)盡可能減小斜拉體系和懸吊體系的相543.3合理成橋狀態(tài)

使用剛性支撐連續(xù)梁法，計(jì)算一次成橋階段中跨加勁梁的豎向支撐反力，用于計(jì)算相應(yīng)斜拉索張拉力和吊索內(nèi)力；根據(jù)中、邊跨斜拉索內(nèi)力水平分量平衡的原則，計(jì)算邊跨斜拉索索力；根據(jù)吊索內(nèi)力計(jì)算成橋階段主纜幾何線形；重復(fù)進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整斜拉索力和主纜線形，得到相對(duì)合理的一次成橋階段的內(nèi)力狀態(tài)。根據(jù)橋梁的施工方案，在上一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行倒拆分析，得到橋梁合攏前的內(nèi)力狀態(tài)；分析體系轉(zhuǎn)換對(duì)成橋狀態(tài)的影響，調(diào)整斜拉索張拉力、吊索長(zhǎng)度、主纜線形，得到符合實(shí)際情況的成橋狀態(tài)。

合理成橋狀態(tài)確定的方法3.3合理成橋狀態(tài)使用剛性支撐連續(xù)梁法，計(jì)算一次成橋階段553.3合理成橋狀態(tài)斜拉索內(nèi)力分布吊索內(nèi)力分布/kN

合理成橋狀態(tài)3.3合理成橋狀態(tài)斜拉索內(nèi)力分布吊索內(nèi)力分布/kN合56鋼加勁梁最大應(yīng)力139MPa跨中主纜安全系數(shù)2.41>2.2吊索安全系數(shù)4.3>4.0邊跨主纜安全系數(shù)2.23>2.23.4整體結(jié)構(gòu)分析

總體靜力計(jì)算分析鋼加勁梁最大應(yīng)力139MPa跨中主纜安全系數(shù)2.41>2.257表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位：m位置荷載豎向位移梁端L/8處L/4處3/8L處跨中處水平位移活載0.0830.4870.3690.0070.112-0.511-1.837-2.611-2.592-0.099溫升-0.33-0.792-1.099-1.204-0.266溫降0.4441.0181.3671.4850.318

在汽車(chē)活載作用下主梁最大上撓0.511m，最大下?lián)?.611m，撓跨比1/688，小于1/300的規(guī)范要求。在運(yùn)營(yíng)縱風(fēng)、百年縱風(fēng)、制動(dòng)力作用下，梁端縱向位移分別為0.014m、0.028m、0.029m。在百年橫風(fēng)作用下，主梁的最大橫向位移為1.892m，主梁的橫向撓跨比為1/951，主梁橫向剛度較大，滿足規(guī)范要求。3.4整體結(jié)構(gòu)分析

總體靜力計(jì)算分析表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位58一階正對(duì)稱(chēng)側(cè)彎，頻率0.0576HZ一階反對(duì)稱(chēng)豎彎，頻率0.1191HZ一階正對(duì)稱(chēng)豎彎，頻率0.1216HZ一階正對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)，頻率0.2349HZ扭彎比＝0.2349/0.1216＝1.93。3.4整體結(jié)構(gòu)分析

動(dòng)力特性一階正對(duì)稱(chēng)側(cè)彎，頻率0.0576HZ一階反對(duì)稱(chēng)豎彎，頻率059表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位：m3.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析

施工工序表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位60表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位：m3.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析

吊索與斜拉索特征吊索施工階段內(nèi)力變化特征斜拉索施工階段內(nèi)力變化

吊索：施工過(guò)程中吊索最小安全系數(shù)2.6，參照《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（報(bào)批稿），鋼絲繩吊索在換索過(guò)程安全系數(shù)需大于2.5；斜拉索：施工過(guò)程中各斜拉索的安全系數(shù)最小值為3.9。表6?7鋼箱梁主要節(jié)點(diǎn)位移單位613.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析

加勁梁3.5施工過(guò)程結(jié)構(gòu)分析加勁梁62

由于斜拉段和懸吊段之間存在的剛度差異，使得斜拉懸吊過(guò)渡區(qū)段加勁梁、吊索、斜拉索的內(nèi)力幅相對(duì)較大，應(yīng)當(dāng)對(duì)過(guò)渡區(qū)的加勁梁、吊索、斜拉索的疲勞應(yīng)力進(jìn)行總體控制驗(yàn)算。國(guó)內(nèi)疲勞檢算的加載次數(shù)為200萬(wàn)次，最長(zhǎng)斜拉索、端吊索的設(shè)計(jì)使用壽命一般為20年，平均每年10萬(wàn)次，平均每天274.9次，即便按每天24h行車(chē)計(jì)算，每小時(shí)出現(xiàn)的工況為11.4次。如此頻繁的工況，自然不宜采用與強(qiáng)度驗(yàn)算相同的荷載，而應(yīng)選擇對(duì)斜拉索、端吊索的設(shè)計(jì)不利的加載、但經(jīng)常出現(xiàn)的工況。3.6主要構(gòu)件疲勞應(yīng)力幅

概述由于斜拉段和懸吊段之間存在的剛度差異，使得斜拉懸吊過(guò)渡區(qū)633.6主要構(gòu)件疲勞應(yīng)力幅

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范均沒(méi)有針對(duì)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)控制的疲勞加載規(guī)定。本報(bào)告根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，選取了三個(gè)疲勞荷載加載模式對(duì)組合橋梁斜拉索和