大跨度斜拉橋技術淺析
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，結構體系的組成有承壓的塔，
受拉的索和承彎的粱體，屬于混合懸索結構。由于拉索的抗拉能力使其能夠設計為超大跨度的形式，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。有著減小梁體內彎矩，降低建筑高度，減輕結構自重，節(jié)省材料等優(yōu)點。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的諾曼底橋和日本的多多羅橋。中國的大跨度斜拉橋從1997年主跨為590米的徐浦大橋開始，也逐步快速的買進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，斜拉橋的建設水平已經比以往大有提高，各種技術措施都在飛速發(fā)展，為建設好斜拉橋有著不可替代的貢獻，在日益成熟的技術中，筆者相信往后的斜拉橋更將會成為橋梁中的帝王。
2．斜拉橋的抗震設計技術
抗震永遠是土木建筑中一個永恒的重要問題，尤其是伴隨著2008年汶川和2010年的玉樹地震的發(fā)生，抗震對于我國所有建筑行業(yè)來說變成一個越來越重要的技術措施，由于風荷載的存在，橋梁上的抗震顯得更為重要，目前橋梁的抗震設計方法主要有延性設計和減震隔震設計。
延性設計理論是指它可以利用能力保護構件的塑性變形來抵震，產生形變期間會減少地震產生的能量，減小地震所帶來的的傷害；此外，塑性鉸可以使結構的周期增長，也可以減小地震時帶來的慣性力．，而周期較短的橋梁結構一般采用減震隔震設計，但大地震來臨時，這些抗震設計往往顯得微不足道，即便增大結構主振型的周期，來使結構周期分布在地震能量較小的范圍內，或者通過能量守恒來減小地震能量，但碰到超大跨度的橋梁或周期較大橋梁，這些抗震設計往往顯得疲軟，所以必須有更合理的設計來作用于這些頂尖橋梁建筑。
3．斜拉橋增大跨徑的技術
從主跨1018米的香港昂船洲大橋到主跨1088米的蘇通大橋，中國的斜拉橋歷史已經早已突破的iooo米的大關，這為島嶼和沿海城市之間的連接奠定了堅實的基礎。人類的本能就是永遠的前進，有沒有可能再增大斜拉橋的跨徑也就成為了現(xiàn)代斜拉橋設計上一個重要的問題，不僅僅限于中國，任何國家都在研究盡可能的增加斜拉橋的跨進，其實，斜拉橋的跨徑在300―lOOOm是最合適的，與懸索橋相比，在此跨境范圍內斜拉橋就有了較明顯的優(yōu)勢。德國著名橋梁專家F.leonhardt認為，即使跨徑1400m的斜拉橋也比同等跨徑懸索橋的高強鋼絲節(jié)省二分之一，其造價低30%左右，然而跨徑的增加會帶來什么問題，它又沒有極限？我們又會如何去克服？
實際上增大跨徑的首要問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的高強的材料作為主粱，或者使用某些技術措施，主要案例有丹麥J．Cimsing的部分地錨法，法國J．Muller的雙拉法或雙錨法，美國Yah Xiao的兩端張拉法，日本Hisanori Otauka的固定張拉法，中國周念先的端錨法等，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措施一文，里面對各種方法的探討非常詳細，在此不一一贅述。
4．斜拉橋施工控制技術
施工控制是大跨度斜拉橋結構施工的一個難點和關鍵技術，基本包括了整個上部結構施工的全過程，從結構計算分析到構件的預制到現(xiàn)場安裝控制等各個環(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方法有最小二乘法、卡爾曼濾波法、無應力長度法和自適應控制法等，而現(xiàn)今國內的施工控制技術大部分還都是使用自適應控制法，然而大跨度斜拉橋結構明顯的非線性效應，其受力特點可能產生負面影響，因此以前一些受忽略的控制對象的部位或因素要引起我們的重視。
為了嚴格控制節(jié)段預制或制造尺寸和各安裝階段的幾何目標線形。國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，除了施工嚴格必須遵守所有預先制定的步驟和程序，精確測定所有參數(shù)，依照絕對固定線形和尺寸來建造的方法外，有關部門還可以根據(jù)相關的幾何線形密切配合，根據(jù)情況安裝下一個節(jié)段，當全橋完成后，再通過調整所有的斜拉索，將建造的全橋線形矯正到與目標線形相吻合，同時還需注意避免設計中沒有考慮到的意外荷載對結構的影響。第一種方法還是又風險的，第一，萬一產生偏差的話原因就很難確定，如果要頻繁更改線形又會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，在施工過程中可以大大的消除偏差。不過如何預測與時間效率有關的顯現(xiàn)成了幾何控制法尚需解決的問題。
筆者認為幾何控制法不失為當今往后的一種好的施工控制技術，其更新效率，獲取信息的能力，準確的預測性和嚴謹?shù)暮藢嵭远贾档梦覀円辉嚕缓竽壳皣鴥冗€很少采用該種方法，也許是因為控制，計算精度達不到要求等因素，只希望在將來，該種控制方法能成為建設大跨度斜拉橋的主流，甚至是與其他方法結合以產生新的控制方法來提高我國的大跨度斜拉橋的建設水平。
5．結語
大跨度斜拉橋正處在飛速發(fā)展的時代，其需要考慮到的問題往往不只這些，本文只是略提一二，希望以后我國的橋梁事業(yè)更加發(fā)達，設計技術更加完美，早日成為世界頂尖，將大部分技術發(fā)揚光大。
參考文獻
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