桥梁抗风与抗震

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本课程的主要内容1长大桥的风振2中小桥的地震动3长大桥设计的景观考虑（待定）主要内容抗风与抗震的必要性1）大跨桥梁的轻柔化2）中小桥梁的刚硬化本课程目的1认识桥梁的风、地震的重要性2了解基本的风、地震引起桥梁振动3中小桥梁的地震问题的应对4大跨桥梁主要风振问题应对措施我国桥梁工程的技术1中国国家现代化2现有桥梁工程技术成就3既有桥梁工程的问题4桥梁技术问题5管理体制问题中国桥梁工程的成就1经过改革开放30年来学习和跟踪的努力，2中国桥梁界已走出了一条自主建设的成功之路3中国赶上了世界现代桥梁前进的步伐，在建设规模和跨度上已名列前茅中国桥梁工程的问题(五条)1.中国桥梁工程的新技术a创新是设计的灵魂，中国缺少创新的激励机制b盲目追求大跨和多少“之最”。国外的创新技术都是首先在中小跨度桥梁中实现的，通过改进，再逐步推广到大跨度桥梁c中国的设计文件华而不实，对创新理念的说明不够d创新低俗化，甚至成了“创新泡沫”,一座桥梁可能有250项创新成果我们在引进和应用中有局部的改进，但原创技术很少。所用的技术大都是发达国家在上一世纪60-70年代高潮中所发明和创造的。e创新必须有技术储备，即有“投入、队伍和时间”三要素,设计单位要尽快培养一支高水平的研发中心2.工程质量问题a过于匆忙的设计周期带来遗憾和隐患b不合理造价造成层层分包、偷工减料甚至使用伪劣材料c施工装备落后，依靠大量民工作业d“中国建筑平均寿命仅28年”，“中国桥梁可能不到30年就要出现维修的高潮”(香港同行评论)e如泵送混凝土造成早期收缩裂缝,不用防腐的面层配筋,梁桥跨中下挠，各向异性钢桥面的疲劳裂缝等隐患追求工期，盲目赶工(政绩工程)，缺少严格的监理制度3.桥梁经济问题a不耐久的桥梁是最大的浪费和不经济b不合理的通航要求和盲目追求跨度第一的浮夸心态,造成不经济的大跨度桥梁得以频频实施c缺少公平、公正的设计竞赛制度，不重视桥梁的经济性原则d材料工业的落后，缺少使用高性能材料的动力，使经济指标落后,由于桥梁耐久性差，造成日后维护费用的增加，从全寿命的观点看并不经济4.桥梁美学问题a由于在低级航道上盲目追求大跨,失去了最重要“比例美”b缺少和建筑师的合作交流，不重视景观价值和美学考虑 c材料等级落后，造成“肥梁胖柱”，使造型缺少美感d创新动力不足,相互模仿抄袭,造成“千桥一面”、“千箱一面”e不注意主桥和引桥梁高的协调,造成突变,失去“和谐美”不注意局部的线条和阴影处理,使造型显得呆板、笨拙.5管理问题（管理层问题）a长官意志b不规范的业主行为20世纪最美丽的桥梁1瑞士萨尔基那山谷桥2美国旧金山金门大桥3法国东纳大桥4德国克西汉姆跨线桥5法国奥利机场跨线桥6土耳其博斯布鲁斯大桥7瑞士桑尼伯格大桥8法国诺曼底大桥未来桥梁规划中国大桥计划已完成的：长江口越江工程/杭州湾跨海工程/舟山连岛工程。进行中：港珠澳跨海工程（伶仃洋大桥）计划中：渤海海峡通道工程琼州海峡跨海工程台湾海峡跨海工程世界桥梁计划：白令海峡直布罗陀海峡中国大桥计划----琼州海峡工程l海南将建琼州海峡跨海大桥总投资1400亿元l2010-01-0915:37:00　来源:中国新闻网(北京)　：中国计划投资1400亿建琼州海峡跨海大桥，有关专家正在就两个桥位选址方案进行比较筛选，争取在2012年开工建设，2020年建成通车。l中新社湛江一月九日电（2010）题：千年征服琼州海峡梦跨海工程投资逾一千四百亿l跨海大桥分上下两层，其中铁路桥为四线，客专时速160，货运列车时速120，汽车时速100，工程总投资约1400多亿元人民币。中国的三大海峡之一，东西长度约80公里，南北平均宽度近30公里，平均水深44米。l广东省从一九九四年开始已经对建设跨海通道进行了一系列的专题研究，去年三月，中国交通运输部、铁道部和广东、海南两省首次举行会谈，明确琼州海峡跨海大桥为公路铁路两用通道。跨海大桥建成后，驾车跨越琼州海峡只需二十分钟，列车通行也将压缩在十分钟以内。目前，该项目的规划研究已全面完成并通过评审，有关专家正在就两个桥位选址方案进行比较筛选，争取在2012年开工建设，2020年建成通车。中国大桥计划-台湾海峡连岛l最小宽度为130km,大部水深小于80米，平均水深约60米。l隧道全长约125公里至150公里，其造价估计介于4000亿到5000亿元l设想：l北线：平潭岛东澳村－新竹市南寮，全线约126公里，是三个方案中最短路线。跨海线路为100公里左右，水深50-60米，但不超过80米，为浅海地区，为跨越海峡的桥梁工程提供了实施可能。l中线：莆田南日岛－台中市。l南线：厦门市－嘉义县，经小金门、金门至澎湖岛，然后穿越澎湖水道，连接至台湾，全线约174公里。l由于经费庞大；l工程困难度（宽幅过大、地震带等）世界大桥计划-直布罗陀海峡l概况：l全长约90公里。该峡最窄处仅13公里，其西面入峡处最宽，达43公里；最浅处水深301米，最深处水深1181米，平均深度约375米； l设想：l直布罗陀海峡通道的计划早在1970年代末提出。1979年6月，西班牙和摩洛哥两国国王在摩洛哥的非斯会晤，达成了协议，研究通道可行与否。1980年10月，双方签署了相关的科技合作协定。l现况l直布罗陀南北长约4.6公里，东西宽约1.2公里，面积大约5.8平方公里，是一块三角形岩石地区。人口总数3万左右，其中直布罗陀当地人口约两万，英国人约5000，摩洛哥人约3000，有印度人、葡萄牙人和西班牙人等。这里既无河流和泉水，也无耕地，居民所需蔬菜、粮食和淡水全靠外部供应。世界大桥计划-白令海峡海峡宽约35-86km，深度在30-50m之间。连接了楚科奇海（北冰洋的一部分）和白令海（太平洋的一部分）。它的名字来自丹麦探险家的维他斯·白令。白令海峡正中间有代奥米德群岛。在冰河时期，白令海的水面降低，白令海峡成为一个白令海陆桥。考古学家们认为，美洲印第安人的祖先是一些亚洲来的猎人，跟着兽群到了北美洲之后定居。设想：林同炎曾于1986年提出建造一座跨白令海峡的大桥，连接美国的阿拉斯加和俄国的西伯利亚，称为国际和平大桥。也有人提出一个通白令海峡的隧道。但是两边都是荒凉无人的地带，很难收回建造的成本。但俄罗斯已经决定修筑长约104公里，造价约600亿英镑的海底隧道。1996年，铁道建筑刊登了原武汉长江大桥设计师，俄罗斯的谢尔盖.西.林博士遗作，关于白令海峡桥的设想。桥梁跨径是400-500，不必做大跨径悬索桥。2009年国际统一和平基金会，白令海峡概念设计竞赛。主要是和平公园设计抗风与抗震对于桥梁工程师意义1）意识到不同种类桥梁的潜在问题（长大桥的风，地震，中小桥梁的地震，裂缝，混凝土徐变）2）简单技术问题的理解（风越大，桥梁越危险？内地桥梁不存在风的问题？地震时桥梁不能倒塌？）桥梁抗风主要内容1风工程2自然风特性3桥梁结构风工程风工程的重要性1）财产损失2）人员伤亡风工程研究内容1建筑结构风工程2桥梁结构风工程3车辆空气动力学4环境污染与扩散风工程研究方法风洞试验，CFD，实地观测风工程研究内容1、建筑结构风工程（艾菲尔铁塔）2、桥梁结构风工程（Tay桥，塔科马桥）3、车辆空气动力学（汽车的外形）4、环境污染与扩散（环境的空气污染物）5、农作物的倒伏6、其他结构物（广告牌，塑料大棚，煤堆帐篷）城市雕塑等建筑结构风工程内容：静风荷载动力问题舒适度其他（通风问题，啸叫） 桥梁结构风工程-----研究内容：静力问题动力问题其他（拉索，桥塔，行车安全）分类现象作用机制静力作用静（阵）风载引起的内力和变形平均风的静风压产生的阻力、升力和扭转力矩作用（紊流风的背景分量）静力不稳定扭转发散静（扭转）力矩作用横向屈曲静阻力作用动力作用抖振（紊流风的惯性分量）限幅振动紊流风作用自激振动涡激共振漩涡脱落引起的涡激力作用驰振单自由度发散振动自激力的气动负阻尼效应－阻尼驱动扭转颤振古典耦合振动二自由度自激力的气动刚度驱动静风作用1静风失稳2静力风荷载3侧向变形风工程研究方法1风洞试验2.CFD数值模拟（ComputationalFluidDynamics）3实地观测风洞试验l风洞的分类l风洞：在按一定要求设计的管道内,产生可控制气流进行气动力实验的设备l按风速分：极低速低速亚音速跨音速超音速(<3m/s)(0.4M)(0.8M)(1.2M)(5.0M)l按工作方式分：回流式(闭口式开口式)直流式(吸入式吹出式)l按工作面积分：试验段当量直径(风工程用风洞)大型(d>4m)中型(1.5m