大跨径连续刚构桥的设计

伸臂木梁桥
中国古代桥梁——石梁桥
清朝的一座双孔石梁桥。
中国古代桥梁——多跨桥
公元前三百多年建于陕西省蓝田县蓝峪水上的蓝桥，多跨木梁木柱桥的一个代 表。
古桥挖掘遗址。
中国古代桥梁——浮桥
《诗经〃大雅〃大明》第一次记叙周文王娶妻，在渭河上造了座专供帝王使用 的浮桥。长江、黄河上曾设过近二十座浮桥。第一座黄河浮桥建于公元前541 年临晋关附近，是秦景公的母弟，怕被景公杀害，乘车逃奔晋国途中所建。第 一座长江浮桥是公元35年东汉光武帝建造的，桥址在宜昌至宜都之间的江上。
中国现代桥梁——梁式桥
连续箱梁桥（等截面、变截面） 现浇连续箱梁
中国现代桥梁——梁式桥
变截面连续箱梁
中国现代桥梁——拱桥
拱式桥： 按结构分为上承式、中承式、下承式；
按材料分为钢管混凝土、钢箱、圬工、钢筋混凝土
上承式钢筋混凝土板拱
中国现代桥梁——拱桥
中承式钢箱拱桥
中国现代桥梁——拱桥
中承式钢管混凝土系杆拱桥
斜拉桥：单塔、双塔、多塔； 单索面、双索面、多索面
单塔单索面
中国现代桥梁——斜拉桥
单塔双索面
中国现代桥梁——斜拉桥
双塔单索面之一
中国现代桥梁——斜拉桥
双塔单索面之二
中国现代桥梁——斜拉桥
双塔双索面
中国现代桥梁——斜拉桥
双塔双索面
中国现代桥梁——斜拉桥
多塔双索面
中国现代桥梁——斜拉桥
多塔单索面（法国米约大桥）
大跨径连续刚构桥的设计
在洛溪大桥建成之前，大跨径预应力梁式桥只有T型刚构和连续梁 两种桥型，他们都存在一定的缺点，与连续刚构比较其优缺点如下。
大跨径连Biblioteka Baidu刚构桥的设计
大跨径连续刚构桥采用双柱式桥墩的优点 现将双柱式墩抗弯、抗扭、抗推刚度与单柱式墩对比如下。为便于对比采 用实心矩形截面，设单柱式墩截面尺寸为B×2H，双柱式墩为B×H，墩高均 为L。 1、抗推刚度 对单柱式桥墩，其顺桥向抗推刚度为：
中国古代桥梁——桥梁故事
信如尾生
中国古代桥梁——桥梁故事
张翼德喝断当阳桥
长坂坡位于当阳市玉阳镇西南，在长坂坡和当阳市之间有一座桥，叫当阳桥。 东汉建安十三年（208年），曹操追击刘备至此，张飞手绰蛇矛，立马桥上， 大喝曰：“燕人张翼德在此，谁敢来决一死战。”声如巨雷，竟使桥断水回，吓 得曹操旋马而走，夏侯杰当场毙命，众将亦一起往西奔逃，弃枪丢盔者不计其 数。
解放初期的桥梁
1957年建成通车的武汉长江大桥，苏联专家援助。
解放初期的桥梁
解放后，桥梁建筑事业取得巨大的成就，1968年南京长江大桥胜利建成，标志 着我国桥梁建设事业达到了先进的水平。
一座里程碑式的桥梁
南浦大桥，中国人自主建设大跨径桥梁的序幕。
南浦大桥竣工通车于1991年12月1日，总长8346米，主桥长846米，跨径423米， 通航净高46米，桥下可通行5.5万吨巨轮。呈“H”形的主桥塔高150米，上有邓 小平同志亲笔书写的“南浦大桥”四个大字。主桥设有6条机动车道，桥面总宽 为30.35米，两侧各设2米宽的人行道。
大桥是在整个下部基础已建成的基础上进行优化设计，在无法改变下部结 构尺寸，墩身高度仅11米（为跨径的1/17.3）的情况下，采取如下措施：
（1）计入桩基的柔度影响； （2）利用边跨合拢前后的刚度变化进行加卸载。
大跨径连续刚构桥的设计
边跨现浇段施工工艺的改进 连续梁桥和连续刚构桥一般边中跨比值采用0.6，这样能保证边墩支座有 足够的压力，同时配束计算时比较容易通过。
单孔跨径Lk（米）
Lk>150 40≤L≤150 20≤L<40 5≤L<20 Lk<5
中国现代桥梁——梁式桥
装配式钢筋（预应力）混凝土简支或连续空心板
中国现代桥梁——梁式桥
中国现代桥梁——梁式桥
装配式预应力混凝土简支或连续箱梁（小箱梁）
中国现代桥梁——梁式桥
中国现代桥梁——梁式桥
装配式预应力混凝土简支或连续T梁
拱桥始建于东汉中期，其形式之多，造型之美，为世界少有。
中国古代桥梁——拱桥
中国古代桥梁——拱桥
中国古代桥梁——拱桥
中国古代桥梁——拱桥
中国古代桥梁——拱桥
中国古代桥梁——拱桥
中国古代桥梁——拱桥
河北赵县的赵州桥是世界上第一座采用弓形拱的敞肩拱桥，欧洲在赵州桥建成 七百余年后才采用弓形拱。
大跨径连续刚构桥的设计
大跨径连续刚构桥的设计细节
大跨径连续刚构桥设计最需要注意的三点： ① 在悬臂施工时，在顶板预应力张拉的时候，尽量使悬臂端抬头 ，即以箱梁底板的拉应力控制短暂状况的设计； ② 需要控制除收缩徐变之外的恒载挠度，尽量将其控制在不小于 L/4000； ③ 主拉应力的控制需考虑横向的影响，即考虑箱梁内外至少5℃的 温差。
大跨径连续刚构桥的设计
1997年7月1日建成通车的虎门大桥辅航道桥，是世界上跨径最大的全预应力 混凝土连续刚构桥梁，跨径组合为150+270+150米。
大跨径连续刚构桥的设计
1998年建成通车的广东华南大桥，是我国著名的矮墩大跨径刚构桥梁，其跨 径组合为110+190+110米，墩高仅有11米，为跨径的1/17.3。
大跨径连续刚构桥的设计
大跨径连续刚构桥配索之痛 通常配索：顶、底板索，下弯索、弯起索和连续索。
洛溪桥：取消了弯起索，象征性的配了点下弯索。
虎门大桥辅航道桥：只采用顶、底板索。
大跨径连续刚构桥的设计
大跨径连续刚构桥构造优化之痛 考虑到预应力混凝土梁式桥跨径在150~300米范围内时，结构自重产生的弯 矩占总弯矩的70%~90%，其有效的承载能力仅为10%~30%，大部分承载能力被自
（3）为了减少预应力材料的使用，在悬臂浇筑时是以悬臂段箱梁下缘的压
应力进行控制，过渡的节约了预应力钢束的用量，导致合拢后中跨上拱过小。 加固维修手段： 普遍采用了增大腹板厚度和增加体外连续钢束的办法。
大跨径连续刚构桥的设计
低墩连续刚构的奇迹
连续刚构的墩高在通常设计条件下应不小于L/8。而跨径190米的华南
中国现代桥梁——桥梁构成
桥梁的构成
桥梁基本构成：上部结构、 支座、下部结构、附属工程。
中国现代桥梁——桥梁的分类
桥梁涵洞的分类
特大、大、中、小桥及涵洞按单孔跨径或多孔跨径总长分类规定如下：
桥梁涵洞分类
桥涵分类
特大桥 大桥 中桥 小桥 涵洞
多孔跨径总长L（m）
L>1000 100≤L≤1000 30<L<100 8≤L≤30 ——
Jb分别为1.167BH3 、4.167BH3、9.167BH3、16.167BH3
其中Jb分别为Ja的1.75、6.25、13.75、24.25倍，因此双柱式墩能有效的保 证特大跨径桥梁在悬臂施工时的安全性。
大跨径连续刚构桥的设计
3、抗扭 设单柱式墩和双柱式墩在横桥向 受到扭矩Mt之后产生的扭角为θ ， 分析如下： （1）单柱式墩 单柱式墩受扭后产生的角度， 墩顶也产生相应的角度，从而只 产生抵抗扭矩M〞T。 （2）双柱式墩 双柱式墩除各柱分别向单柱墩一样扭转外，同时各柱还产生横桥向的位移，因 此其抗扭能力由两部分组成，一是柱身扭转产生的抵抗扭矩M〞Tb，二是由于柱身 横桥向位移产生的横桥向水平力Qb，由此产生抵抗扭矩M′Tb=Qb×2r。 抵抗扭矩的总和为：MTb= M′Tb+2M〞Tb= 2r Qb+2M〞Tb 式中2r Qb远大于2M〞Tb，是双柱墩的主要抵抗扭矩，它与r成正比。由此可见 双柱式墩的横向抗扭能力远大于单柱式墩，因此能保证特大跨径的横向抗风要求 。
（3）箱梁根部底板厚度由L/150发展到L/190~L/210,跨中箱梁底板厚度由32 厘米发展到25厘米。 （4）箱梁根部腹板厚度由L/257发展到L/345~L/450。虎门大桥辅航道270米 连续刚构根部腹板厚度仅60厘米，为跨径的L/450。 （5）箱梁顶板横向悬臂长度最大已达到5.5米。广东金沙大桥。
中国现代桥梁——拱桥
中承式钢箱系杆拱桥
中国现代桥梁——拱桥
下承式钢管混凝土系杆拱
中国现代桥梁——拱桥
中承式钢桁架拱
中国现代桥梁——刚架桥
刚架桥：连续刚构桥、斜腿刚构桥
1）T型刚构
中国现代桥梁——刚架桥
2）连续刚构
中国现代桥梁——刚架桥
3）框架结构
中国现代桥梁——刚架桥
4）斜腿刚构
中国现代桥梁——斜拉桥
（2）对于跨径在120米~270米的刚构，边跨现浇段长 度在11.8~14.5之间，施工时可采用导梁法浇筑，这种措施 在设计和施工中是完全可行的。
大跨径连续刚构桥的设计
双薄壁墩无承台设计的实践 无承台设计的实践，杜绝了水上施工必须设置施工围堰的繁琐工艺，其 特点是： （1）桩与墩身直接相接； （2）桩顶设置在施工水位以上1.0米，确保干施工； （3）为了美观在墩底四周设置裙板，且裙板伸入最低水位以下0.5米。 目前已经在70~120米连续刚构上进行了实践，取得了比较好的效果。
但是这样设置的缺点是导致边跨有较长的现浇段，如洛溪大桥，为了将边
墩置于岸上，边中跨比值采用0.61，使边跨现浇段长达22米，不得不使用落 地式满堂支架现浇，使施工难度骤增。特别是在超高墩的情况下，施工难度 几乎达到了施工单位的极限。
大跨径连续刚构桥的设计
解决方案： 边中跨比采用0.54~0.55，此时边墩支座还有相当的向下 正压力，而不出现负反力。 （1）对于主跨小于等于120米的刚构，边跨现浇段长度在 5.8~7.0之间，施工时可将挂篮前推浇筑边跨现浇段。
对双柱式桥墩，其顺桥向抗推刚度为：
由式（1）和式（2）可见双柱墩的抗推刚度仅为单柱墩的1/4，因此双 柱墩的连续刚构能有效的较小温度、混凝土收缩徐变和顺桥向地震的影响。
大跨径连续刚构桥的设计
2、抗弯刚度 单柱式墩的顺桥向惯性矩为：
双柱式墩的顺桥向惯性矩为：
令r=1H、2H、3H、4H带入（4）式得：
中国现代桥梁——斜拉桥
多索面
中国现代桥梁——斜拉桥
多索面
中国现代桥梁——斜拉桥
矮塔斜拉桥
中国现代桥梁——悬索桥
悬索桥：自锚式、地锚式
单塔自锚式悬索桥
中国现代桥梁——悬索桥
双塔自锚式混凝土梁悬索桥
中国现代桥梁——悬索桥
双塔自锚式钢箱梁悬索桥
中国现代桥梁——悬索桥
三索面自锚式悬索桥
中国现代桥梁——悬索桥
辽宁北四达集团 夏宏光
目 录
第一篇 中国古代桥梁
第二篇
第三篇 第三篇
解放初期的桥梁
中国现代桥梁 大跨径连续刚构桥的设计
中国古代桥梁——独木桥
桥梁在我们国家有着悠久的历史，在原始社会，我国就有了独木桥和数根圆木 排拼而成的木梁桥。
中国古代桥梁——木梁桥
早在战国时期，单跨和多跨的木、石梁桥已普遍在黄河流域及其他地区建 造。 灞桥、洛阳桥、安平桥、虎渡桥、绍兴八字桥、阴平桥、程阳桥等是木、 石梁桥的代表。
地锚式悬索桥
中国现代桥梁——悬索桥
中国现代桥梁——悬索桥
大跨径连续刚构桥的设计
大跨径连续刚构桥的发展 1984年开工建设，1988年建成通车的洛溪大桥是我国第一座现代意义的大跨 径连续刚构桥，跨径组合为65+125+180+110米，一举超过我国之前最大跨径的梁 式桥——沙洋大桥，其跨径为111米，当时的材料水平和设计能力，达到111米已 经是相当不容易了。大吨位群锚代替弗氏锚，设计理论的突破，设计人员的勇气。
大跨径连续刚构桥的设计
大跨径连续刚构桥腹板开裂、中跨下挠之痛 第一批设计的大跨径连续刚构在建成通车10~15年的期间内，除广东洛溪大 桥外几乎全部出现了腹板斜裂缝、中跨下挠的病害。
病害原因分析：
（1）汽车超载； （2）对主应力的控制过于乐观，腹板厚度过小，过度依赖竖向预应力； （3）对收缩徐变认识不足（04规范通过对挠度的限制修正了这一问题）；
古代木浮桥
现代军用梁浮桥
中国古代桥梁——吊桥
吊桥首创于我国，吊索由藤索、竹索发展到铁链。在唐朝中期，就有了铁链吊 桥，比西方早八百年以上。
藤索吊桥
中国古代桥梁——吊桥
藤索吊桥
中国古代桥梁——吊桥
四川灌县的珠浦桥是竹索桥的代表
中国古代桥梁——吊桥
铁索桥
中国古代桥梁——拱桥
重消耗掉，设计界开始考虑优化上部构造，减轻结构自重。
（1）箱梁根部梁高由L/18发展到L/20。广州华南大桥主桥主跨190米，箱梁 根部梁高为9.5米。 （2）跨中腹板厚度由50厘米发展到35~40厘米。虎门大桥辅航道桥主跨为
270米，跨中腹板厚度仅40厘米；广州华南大桥主跨跨中腹板厚度仅35厘米。