大跨径悬索桥静风稳定性分析

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1、长安人学硕士学位论文第1章绪论1．1现代悬索桥发展概述悬索桥，是以主缆索受拉为主要承重构件的桥梁结构，因其具有跨越能力大、受力合理、最能发挥材料强度等特点，同时还以其整体造型流畅美观和施工安全快捷等优势而倍受青睐【l】。现代悬索桥发源于美国，1883年在纽约建成的主跨为486m的布鲁克林(Brooklyn)桥，被认为是现代悬索桥的起点。真正跨度较大且采用空中编丝成缆(AirSpinning，简称AS)法施工的悬索桥首先是1903年建成的主跨为488m的威廉姆斯堡(Williamsburg)桥，其次是1909年在相同城市建成的主跨为448m的曼哈顿(Manhatt

2、an)桥。两者的加劲梁均采用钢桁梁，前者设计以弹性理论为主，后者首次采用了Melan教授于1888年提出的挠度理论。随着挠度理论进入实用阶段，悬索桥开始了向长大化方向的发展。1931年美国建成跨度首次突破千米的乔治·华盛顿(GeorgeWashington)桥，其主跨为1066m，1937年又建成举世闻名的金f-J(GoldenGate)大桥，其主跨为1280m。1964年建成主跨1298m的维拉扎诺海峡桥(VcrrazanoNarrowsBridge)，此桥的世界桥梁第一大跨度的纪录曾保持了17年之久【2，3，41。现代悬索桥在欧洲也得到了发展并有所创新。法国

3、于1959年建成主跨为608m的坦卡维尔桥。英国在1964年与1966年先后建成主跨为1006m的福斯(Forth)公路桥与主跨为988m的塞文(Severn)桥。塞文桥首次采用钢箱梁与斜吊索，标志着英国流派的形成。葡萄牙也于1966年在其首都里斯本建成主跨为1013m的4月25日大桥。1981年英国建成主跨1410m的恒伯尔(Humber)桥，刷新了当时世界桥梁第一大跨度纪录。丹麦于1970年建成主跨600m的小贝尔特桥，此桥为继塞文桥之后，第二座采用流线型扁平箱梁的悬索桥。土耳其于1973年建成主跨1074m的博斯普鲁斯海峡第一大桥，1988年建成主跨为10

4、90m的博斯普鲁斯海峡第二大桥【5】。日本悬索桥主要是从本州四国联络桥的修建开始的。到上世纪80年代末为止，日本在本四连络线的初期建设中已经建成6座大跨度的悬索桥，其中包括1988年建成的主跨1100m南备赞大桥。1998年日本又建成主跨1990m的明石海峡大桥，是当今建成的最大跨度悬索桥。我国现代悬索桥起步较晚，但发展迅速，尤其是20世纪90年代以来，我国的悬索桥建设取得了突飞猛进的发展。主跨415m的西藏达孜桥、主跨450m的丰都长江大桥、第一章绪论主跨452m的汕头海湾大桥、主跨888m的虎门大桥、主跨900m的西陵峡长江大桥、主跨960m的宜昌长江大桥等

5、相继建成，填补了我国现代悬索桥的空白，并使我国跨进了掌握现代大跨度悬索桥建筑技术的行列。目前三跨连续全漂浮体系加劲梁的厦门海沧大桥(230+648+230m)、主跨1385m的江阴长江大桥、主跨1490m的江苏润扬大桥的先后建成，标志着我国在悬索桥的设计、施工和科研等方面迈上了新台阶，有的甚至进入了国际先进行列。当前，正在建设和规划的还有主跨1176米的湖南矮寨悬索桥，青岛海湾大桥(主跨1653m)、琼州海峡大桥(主跨1600m)和香港青龙大桥(主跨1418m)等。我国的内河众多、海岸线漫长，21世纪将是修建大跨度悬索桥的全盛时期【6】。1．2悬索桥的结构形式及

6、受力特点悬索桥是由主缆、加劲梁、索塔、鞍座、吊索、锚碇等构件组成的柔性悬吊体系，其主要构造如图1．1所示[7,8,9,10】。图1．1悬索桥主要构造图主缆是主要承重构件，主要承受拉力作用。主缆不仅可以通过自身弹性变形，而且可以通过几何形状的改变来影响体系平衡，表现出大位移几何非线性的力学特性，这是悬索桥区别于其他桥梁结构的重要特征之一。主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续荷载提供强大的“重力刚度”，重力刚度的大小主要由恒载大小和主缆的矢跨比决定，这也是悬索桥跨径得以不断增大、加劲梁高跨比得以减小的原因。加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，

7、主要承受弯曲内力。大跨度悬索桥的加劲梁往往采用节段吊装而后焊接的施工方法，由于吊索间距较小，其弯曲内力主要来自结构的二期恒载和活载。由于悬索桥的刚度主要体现在重力刚度上，增加主梁的刚度，并不能大幅度提高整体的竖向刚度。随着跨度的增大，加劲梁的功能退化为将活载传至主缆，其自身抗弯刚度对结构的影响也逐渐减小。大跨度悬索桥的加劲梁，除了满足桥面行车功能外，还应满足结构抗扭、空气稳定性及横向受力的要求。2长安大学硕十学位论文索塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，在恒载作用下，主缆中、边跨的水平分力相等，塔以轴向受压为主；在活载作用下，索塔发生变形，以压弯为主，呈梁柱构

8、件特征。由于主塔的水平抗