潜浮式索张桥的设计研究

论文摘要

琼州海峡东西长约80km,南北最窄处宽约18km,是我国三大海峡之一,仅次于渤海海峡和台湾海峡。琼州海峡跨海通道十分重要,它是海南经济持续发展的生命线,是维护我南海诸岛领土、领空、领海主权的战略通道;它不仅仅只是一个交通问题,同时还涉及到能源、国防、科技、对外开放、综合利用等政治、经济诸多领域,是一项增强我国综合国力、推动经济腾飞的重大工程。本文介绍了国内、外的已建、在建和计划建设的各项跨海工程,通过对这些大型的跨海工程项目的介绍,讨论了现有的跨海通道形式——跨海大桥、海底隧道以及现处于研究阶段的水下悬浮隧道。此后,本文以琼州海峡的具体实际情况为背景,结合水下悬浮隧道、沉管隧道和悬索桥的各自优点,并克服其不足,构建出了本文中新的跨海通道形式——潜浮式倒悬索跨海大桥。该桥型具有单孔跨径大(可达5000m)、不受恶劣气候影响、稳定性好等优点。在广泛查阅各类相关资料的基础上,对琼州海峡的自然地理环境进行了深刻地分析,其内容主要包括了琼州海峡的地形地貌、气象情况、地层、地质构造以及该地区的地震和火山等。在此基础之上,示出了多条可供琼州海峡跨海通道选择的线路,为新桥型的选线工作做好了充分的准备。本文主要研究了新桥型的设计方法和理论,对其上、下部结构分别进行了讨论。上部结构中,主要对其主梁密封舱截面、桥梁支座、梁段的连接以及倒悬索系统进行了初步的设计,并对成桥状态下的大桥主梁密封舱截面利用有限元软件进行了应力计算和分析,从而对主梁密封舱截面在成桥阶段的应力分布情况有了基本的了解,并由此得出有益于新桥型设计的结论;在下部结构中,经过对多种桥梁基础的研究,最后为新桥型选用了沉井基础、桩基础和设置基础,并针对本桥对各类基础做出了初步设计。紧接着,本文还对新桥型的施工方法进行了一定的探讨,向大家陈述了如何在我国现有的具体条件和施工能力的情况下修建潜浮式倒悬索跨海大桥的方法。此外,本文还参照现有的长大隧道,对新桥型的通风系统设计、照明系统设计和防火救援的措施进行了研究。最后则阐述了建设琼州海峡跨海工程的重要性和急迫性以及新桥型对于琼州海峡跨海工程的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 世界跨海工程介绍
• 1.1.1 国外跨海工程介绍
• 1.1.2 我国六大跨海工程现况
• 1.2 国外跨海通道发展展望
• 1.3 我国跨海通道发展展望
• 1.4 现有跨海通道介绍
• 1.4.1 跨海大桥
• 1.4.2 海底隧道
• 1.4.3 水下悬浮隧道
• 1.5 潜浮式倒悬索跨海大桥
• 1.5.1 潜浮式倒悬索跨海大桥简介
• 1.5.2 研究现状及发展水平
• 1.5.3 本桥梁现实存在的主要问题
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 桥梁建设环境及选线研究
• 2.1 经济环境
• 2.2 海南岛的现状
• 2.3 琼州海峡的自然条件
• 2.3.1 琼州海峡地形地貌
• 2.3.2 气象状况
• 2.3.3 地层状况
• 2.3.4 地质构造
• 2.3.5 不良地质及特殊岩土
• 2.3.6 水文地质条件
• 2.3.7 地震及火山
• 2.4 桥梁选线研究
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 桥梁的各条线位
• 第3章 潜浮式倒悬索跨海大桥设计与施工
• 3.1 桥梁结构设计的初步分析
• 3.2 荷载与随机荷载组合
• 3.3 桥梁上部结构设计
• 3.3.1 梁体密封舱及支座
• 3.3.2 密封舱接头
• 3.3.3 主缆和拉杆
• 3.4 桥梁下部结构设计
• 3.4.1 潜浮式倒悬索跨海大桥基础的选型研究
• 3.4.2 潜浮式倒悬索跨海大桥基础设计方法及理论
• 3.4.3 潜浮式倒悬索跨海大桥基础设计估算
• 3.5 潜浮式倒悬索跨海大桥施工技术
• 3.5.1 概述
• 3.5.2 基础与桥墩施工
• 3.5.3 索系与主梁施工
• 3.5.4 潜浮式倒悬索跨海大桥的施工难点
• 第4章 主梁断面应力分析与形状设计优化
• 4.1 平面应变问题
• 4.1.1 问题的描述
• 4.1.2 关于平面应变问题的分析
• 4.1.3 平面应变问题的基本方程
• 4.2 利用有限元软件进行应力计算分析
• 4.2.1 实体模型的建立
• 4.2.2 有限元模型的计算分析
• 4.2.3 分析结论和截面优化
• 第5章 潜浮式倒悬索跨海大桥附属系统设计
• 5.1 通风系统设计
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 设计原则和方法
• 5.1.3 设计实例
• 5.2 照明系统设计
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 视觉特点
• 5.2.3 隧道照明设计的一般规定
• 5.2.4 入口段照明
• 5.2.5 中间段照明
• 5.2.6 出口段照明
• 5.2.7 过渡段照明
• 5.3 火灾的防治及救援
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 火灾的分类
• 5.3.3 火灾发生原因
• 5.3.4 火灾特点
• 5.3.5 火灾的预防及救援措施
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 6.2.1 更大的桥梁单孔跨度
• 6.2.2 比悬浮隧道更佳的稳定性
• 6.2.3 比跨海桥梁更好的运营效果
• 6.2.4 更少的深水基础，更稀疏的倒悬索系统
• 6.2.5 较低的深水基础和桥梁墩柱的建筑高度
• 6.2.6 地震作用和流固耦合问题
• 6.2.7 桥梁防腐问题
• 6.2.8 桥梁设计技术
• 6.2.9 桥梁施工技术
• 6.2.10 桥梁通风系统
• 参考文献
• 致谢
• 附录