大跨度桥梁非线性分析的论文[推荐阅读]

第一篇：大跨度桥梁非线性分析的论文

摘要：本文在前人研究的基础上提出了统一的颤振和抖振分析方法。该方法以非线性有限元的直接积分法为基础，在研究中具体解决了随机风速场的模拟、耦合自激力的时域计算和统一的颤抖振时程分析流程等关键问题，考虑了结构的几何非线性和有效攻角效应。本文的研究纠正了过去时程分析方法不能同时处理颤振和抖振的理论缺陷。本文还通过所编制的软件的计算实例验证了方法的正确性和可行性。

关键词：桥梁非线性颤振抖振时程分析

一、前言

时程分析方法是桥梁风工程中的主要方法之一。过去的非线性时域分析方法都局限于抖振。其基本流程是首先模拟桥梁风场的脉动风速时程，根据脉动风速计算抖振力和自激力，然后将抖振力和自激力的计算编入非线性有限元程序中，最后再运用这样的程序进行计算。在这个流程中，非线性有限元程序是比较成熟的，但在脉动风速模拟和自激力的计算方面都还存在着对分析有重要影响的缺陷。由于时域中耦合自激力的计算比较困难，过去的时程分析中都没有考虑耦合的自激力，因此，这样的分析方法不能用来分析耦合颤振[2]。

本文在此对时程分析方法进行了改进。首先是改进了模拟随机风场的谐波合成法，提高了模拟的效率。然后本文实现了时域中耦合自激力的计算，从而在时域中实现了比较完善的风荷载计算。利用这样的风荷载，本文在时域中统一了抖振和颤振的分析方法。在时域中实现了耦合颤抖振和颤振分析。根据这一方法，本文运用可视化编程技术，编制了大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析的有限元程序Nbuffet，并对程序进行了验证。最后本文对江阴长江大桥进行了非线性颤振和抖振分析，得出了一些有益的结论。

二、脉动风送的模拟

要进行抖振时程分析就必须首先模拟作用在桥梁上的脉动风速时程。本文采用经作者改进的谐波合成系列中的一种方法，大大提高了模拟效率，为在后文进行颤振时程分析中不断变换风速计算节约了时间。作用在大跨度桥梁上脉动风速可视为一维多变量随机过程。众所周知，用谐波合成法模拟一维多变量随机过程需要计算互谱密度矩阵的Cholesky分解。该分解通常采用迭代法求借，计算最大，常常影响模拟的规模的效率。本文作者利用桥梁上各点的互谱密度近似相等的特点，导出了显式的分解公式，并且采用了FFT技术，从而极大地提高了模拟效率。

三、风荷载计算

引起桥梁风振的荷载可以分为静力风荷载、抖振力和自激力。其中静力荷载按常规静力三分力系数计算，抖振力常按Scanlan的准定常理论计算。

自激力的计算一直是研究得较多的课题之一。传统频域抖振和颤振分析方法中的自激力都采用Scanlan提出的气动导数的线性表达式。由于该表达式是频域和时域的混合表达式，不能在时域中求解。为了在时域中顺利计算耦合自激力，Lin提出了一种用单位脉冲响应函数表达的统一自激力表达式[4]。本文按Lin的理论计算耦合自激力。Lin的理论基于二自由度耦合。然而，三自由度耦合对结构振动的影响最近也引起了一些学者的关注。虽然并非所有的自由度之间都具有耦合特性，但从理论和形式完备的角度出发，本文将Lin的理论从二自由度推广到三自由度，成功地实现了时域内三自由度耦合自激力的计算。

用脉冲响应函数表达的自激力适合于任意形式的振动，也适用于正余弦振动（颤振）。根据在正余弦振动形式下，脉冲响应函数表达的自激力与气动导数表达的自激力相等价的关系，Lin导出了用脉冲响应函数表达的自激力的具体表达形式。

四、统一的额报和抖报时域分析方法

在传统的步域分析方法中，抖振和颜振是通过完全不同的方法来分析的。其中，抖振分析用的是基于随机振动理论的响应谱方法，颤振分析用的是与特征值问题有关的半逆解法或复模态解法。风振时程分析的初衷是为了解决非线性情况下的抖振响应计算。但是颤振分析中所需要的计算自激力的公式在抖振时程分析中都要用到，所以从理论上讲，利用计算抖振时程分析的方法同样可以在时域中计算颤振。实际上，抖振和颤振并不是完全独立的。在任何风速之下，桥梁都受到抖振力和自激力的作用。当风速较低时，自激力很小，不起控制作用，桥梁的振动就体现为抖振。当风速增加到一定程度时，自激力逐渐发散，并控制桥梁的运动，桥梁就发生了颤振。因此，只要正确地描述了抖振力和自激力，运用时程分析这一仿真的分析方法，就可以算出一定风速之下桥梁的真实运动状态。如果表现为随机振动，则说明是抖振，我们就可以得到响应时程统计指标。如果是发散振动，就说明桥梁发生了颤振。只要不断进行搜索计算，我们就能在时域中找到桥梁的颤振临界风速。

根据以上设想，本文设计并首次成功地实现了时域中统一的颤振和抖振分析算法。

流程中，耦合自激力的计算是个关键。过去的一些抖振时程分析方法中常只近似考虑非耦合的自激力。而大跨度桥梁的颤振发散大多是受耦合自激力控制的，因此，过去的抖振时程分析方法不能用于计算颤振的原因就在于此。颤振发散的判断依据也是关键之一。考虑到结构在接近颤振临界状态时，振动形式逐渐从随机振动过渡到谐波发散振动，其振幅将逐渐增大，相应振动的阻尼将逐渐减小。因此，本文先通过位移时程曲线观察振幅的变化规律，当结构的振动明显过渡为谐波振动时，则根据计算结构的阻尼系统，当阻尼系统为负时，则认为结构进入颤振临界状态。计算实例表明，这种判断方法与其他方法计算得到的结果一致。

五、非线性颤振和抖振时程分析的程序设计

除了在时域中统一颤振和抖振分析方法以外，本文研究时程分析方法的目的还在于分析不同非线性因素对桥梁颤振和抖振响应的影响。与大跨度桥梁抖振和颤振有关的非线性现象主要有：

（1）几何非线性，包括平均风荷载引起的位移：由于大跨度桥梁相对细长，几何非线性现象不能忽视；

（2）有效攻角效应：由平均风荷载引起的位移使风对桥梁的攻角发生变化，从而使静力三分力系统和气动导数发生变化，因此附加攻角对桥梁的影响不能忽视。

根据以上分析流程并考虑这些非线性因素，借鉴一些通用有限元程序的理论和源代码[5]，本文作者编制了大跨度桥梁颤振和抖振分析程序Nbuffet。该程序以FortranPowerStation（FPS）4。0为平台，采用Fortran90语言编程。作者运用了FPS的Windows编程技术，使Nbuffet成为一个基于Windows95／NT平台具有丰富的交互式功能的实用程序。

由于目前非线性有限元技术相对比较成熟，该部分在理论上不是本文的重点，因此这里不再详述。

六、实例分析

在以上理论的基础上，本文作者编制了相应计算机程序Nbuffet。该程序考虑了结构的几何非线性和气动非线性（有效攻角引起的三分力和气动导数等变化），以便可以考虑这些非线性对结构风振行为的影响。本文作者在程序中采用鱼骨架式模型建立大跨度桥梁模型，采用杆梁的切线刚度矩阵和Newton—Raphson方法并引入平衡迭代来处理结构几何非线性。运用所编制的程序，本文分析了江阴长江大桥主桥的非线性颤振和抖振行为。

江阴长江大桥主跨1385m，是我国目前在建的跨度最大的桥梁。丰文运用Nbuffet程序，分析了该桥不同参数下的颤振和抖振响应，并与用其他方法得到的结果进行了比较。结果显示，本文建立的统一的颤振和抖振分析方法在理论上和实践上都是成功的。本文所编制的Nbuffet程序也是实用可靠的。以下分别是运用传统频域分析方法、风洞模型试验和本文的方法分析得出的一些结果对比情况。限于篇幅所限。从结果对比可以看出本文的计算结果与频域分析方法、风洞模型试验的结果基本吻合。本文的主要目的是建立一套时域内颤振和抖振统一分析的方法和流程。从比较结果来看，这种方法和流程是成功的。

从比较结果中还可以得到以下一些现象：

（1）本文竖向响应略小于风洞试验结果，本文的扭转结果又略大于风洞试验结果。考虑到目前的风振试验和分析方法体系都尚未达到比较精确的程度，这些误差可能来源于试验、频域、时域三者之间的模型误差。

（2）素流对该桥的颤振临界风速没有影响，即考虑抖振项的参与不影响该桥额振临界风速。

（3）只有气动导纳因素对抖振结果影响显著。可见，几何非线性和有效三分力及有效气动导数对悬索桥的影响可能要到更大的跨度才能表现出来。

七、结语

大跨度桥梁在非线性情况下的颤振和抖振分析是目前桥梁风工程研究的热点之一。本文着重提出了时域中统一的颤振和抖振方法，同时解决了脉动风速的高效率模拟、结构几何非线性和气动非线性的处理方法。在此基础上，本文编制了计算程序Nbuffet并用该程序分析了江阴长江大桥非线性颤振和抖振响应。结果表明本文提出的方法及所编制的程序在理论和实践上都是正确的。

在此基础上，我们就可以在时域中增加考虑各种非线性因素对结构进行分析从而寻找结构对这些因素的敏感性；我们也可以根据时程计算来进行非线性的振动控制。而这些研究工作在频域范围内是难以开展的。如果与CFD技术相结合，将可望实现从参数识别到结构宏观计算和控制的全过程分析。从而达到与风洞试验互为补充的目的。

应该说，尽管以上方法和程序是成功的，但是更重要的是要利用这种方法对所关心的桥梁进行各种用过去的方法所不能进行的全过程参数分析，从而得到更具有普遍规律性的结论。因此，大量的实例计算和总结是必要的。

第二篇：大跨度桥梁结构选型调研报告

大跨度桥梁结构选型调研报告

摘 要: 大跨度桥梁形式多样,有斜拉桥、悬索桥、拱桥、悬臂桁架桥及其他的一些新型的桥式,如全索桥、索托桥、斜拉—悬吊混合体系桥、索桁桥等等。其中,悬索桥和斜拉桥是大跨径桥梁发展的主流。本文针对大跨度桥梁结构选型和设计这一问题做了综合性的总结和归纳。

关键词: 大跨度桥梁;斜拉桥;悬索桥;桥梁造型设计;1 引 言 世纪90 年代以来, 随着世界经济和科学技术的高速发展, 大跨度桥梁的建设出现了前所未有的高潮。目前, 悬索桥的最大跨径已经达到1 991m , 斜拉桥的最大跨径达到890 m。随着桥梁跨径的逐步增大, 桥梁结构的柔性化趋势日趋明显, 桥梁结构的安全性、行车舒适性、架设方便性等一系列问题开始变得愈来愈突出。如何更好地解决伴随着桥梁跨径长大化而出现的这些问题, 成为21世纪世界桥梁工作者共同面对的挑战。本文简要回顾了大跨度桥梁的发展历史, 对现有大跨度桥梁建设的成就与问题进行了系统的分析, 在此基础上, 提出了有关大跨度桥梁设计的一些新构想, 希望对未来桥梁设计的发展有所帮助。2 现代斜拉桥的发展与演变 2.1 早期的斜拉桥

斜拉桥由索塔、拉索、主梁三部分组成。从历史上看, 影响斜拉桥发展的技术因素主要有三个第一, 力学分析手段的进步。第二, 材料性能的改进。第三, 施工技术的发展。从力学分析的角度讲, 斜拉桥属于多次超静定体系, 在没有电子计算机帮助的条件下, 手工进行力学分析相当复杂。现存的早期斜拉桥中, 较有代表性的是1867 年建造的新加坡Cavenagh 桥和1874 年建造的伦敦Albert桥。二十世纪五、六十年代, 斜拉桥获得了较快的发展。1955 年, 瑞典建成了主跨183m 的Stromsund桥;1959 年, 联邦德国建成了主跨302 m 的Severin桥。早期建造的斜拉桥有两个比较显著的特点: 一是单柱式索塔比较多;二是斜拉索很少2.2 密束斜拉体系的出现

随着有限元技术的发展和计算机技术的普及, 高次超静定结构的力学分析开始变得简单易行。1967 年, 联邦德国建成了主跨280m 的Friedrich2E2bert 桥, 从此拉开了密束体系斜拉桥建设的序幕。通过将导入拉索的预应力分布式地传递给主梁, 可显著减小梁中的弯矩, 并且易于采用悬臂法进行施工。因此, 密束体系斜拉桥的出现加速了斜拉桥跨度, 特别是预应力混凝土斜拉桥跨度的迅速增长。1986 年, 加拿大建成了主跨465 m 的An2nacis 桥;1991 年, 挪威建成了主跨530 m 的Skaron2sundet 桥。

二十世纪九十年代, 世界斜拉桥的建设进入了一个鼎盛时期。1993 年, 中国建成了跨度位居当时世界第一的主跨602 m 的上海杨浦大桥;1995 年,法国建成了主跨856 m 的Normandy 大桥;1999 年, 日本建成了跨度位居世界第一的主跨890m 的多多罗大桥。九十年代的大跨度斜拉桥建设有两个特点: 一是大部分出现在中国;二是倒Y 型和分离式倒Y型(有文献称之为钻石型)索塔被广泛采用。倒Y型和分离式倒Y型索塔的广泛使用, 既有技术方面的原因, 也有审美习惯和技术传统的影响, 下文将对此做具体的分析。2.3 斜拉桥索塔的造型与选择

索塔的形态可以多种多样, 需要指出的是, 索塔的形态通常和斜拉索的配置密切相关。如果采用单索面, 则通常会选用单柱塔或倒Y型塔。单柱塔可能存在的问题主要有两点: 一是从人体工程学的角度看, 如果桥面不是太宽的话, 单柱塔相对宽大的塔柱会对汽车驾驶员的运动视线产生一些阻断,给人某种程度的压迫感。二是从建筑美学的角度看, 由于单柱塔上塔柱和下桥墩的剖面尺寸有时相差悬殊, 给人以整体不协调的感觉.单索面的使用通常有两个前提条件: 一是主梁(桥身)要有固定拉索的中央分割带;二是主梁本身要有比较大的抗扭刚度。虽然采用单索面的日本鹤见翼大桥, 其主梁跨度达到了510 m , 但对于大多数桥梁设计师来说, 在设计大跨度斜拉桥时, 处于技术和心理感受两方面的考虑, 他们通常更倾向于选择双索面布置。和单索面桥构造上最接近的是双侧单索面桥, 即在桥面的两侧各布置一根互不相连的塔柱, 每根塔柱独立张拉出一面索。象荷兰的Waal 大桥这样采用双根单柱桥塔的斜拉桥实际上并不多见, 原因有技术方面的, 也有心理感受方面的。从技术的角度看, 由于垂直索面的结构刚度相对比较弱, 风载作用下存在发生振动发散的可能。从心理学的角度看, 设计师通常更倾向于结构在横桥向存在某种形式上的连接。一方面是出于结构受力方面的考虑, 另一方面是出于寻找视觉上的支撑, 两种因素汇合起来的结果, 使设计师们更倾向于用横梁将两根独立的单柱联接在一起, 以形成垂直于桥面纵轴的框架型桥塔支撑体系。当横梁在塔顶将两根独立的单柱联接在一起时, 便形成了门型桥塔。而当横梁在塔的中部将两根独立的单柱联接在一起时, 便形成了H 型桥塔。将门型桥塔的塔柱向内侧倾斜至极限,可形成倒V 型桥塔;将H 型桥塔的塔柱向内侧倾斜至极限, 则形成了倒A 桥塔。究竟是什么原因促使设计师纷纷将塔柱向内倾斜? 塔柱向内倾斜的直接好处是什么? 不利之处在哪里? 有什么办法能够平衡兼顾, 扬长避短。加斜拉索的最初目的是给主梁提供一个竖向支撑, 从而减小主梁由于重力荷载而产生的竖向弯矩和变形, 使主梁在跨度增加的同时, 并不显著增加梁的内力和变形。仅从抵抗重力荷载的角度考虑, 索平面应尽可能地和主梁平面垂直, 以保证斜拉索在沿桥向(纵向)铅垂面上的投影, 和水平面的夹角最大。因此, 单柱塔、双根单柱塔、门型塔和H 型塔是该条件下比较合适的塔型选择。但实际面对的问题是, 主梁除了要承受竖向重力荷载外, 还必须承受横向风荷载等其它方向的荷载, 并且横向风荷载的影响程度随主梁跨度的增加迅速增长。从力学分析的角度看, 要有效地抵抗横向风荷载, 索平面应和主梁平面保持比较适当(注意, 不是最大)的夹角, 以保证索力在横桥方向上的投影, 有比较合适的大小。因此, 此时的最优塔型,应当是适度扁平的倒V 型或倒A 型桥塔。随着桥面宽度的增大, 相对扁平的倒V 型和倒A 型桥塔, 会使桥墩基础的占用空间增大。比较简单的解决办法有两种: 一是在增大塔柱陡度的同时增大索力;二是将柱塔在主梁以下向内收缩间距, 形成所谓的钻石型塔身。显然, 抵抗竖向重力荷载和抵抗横向风荷载对最优塔型的要求存在一些矛盾。另外, 大跨度斜拉桥还需要考虑抗扭曲的问题。综合几个方面的因素, 人们发明了一种最简单和最直接的解决办法, 即在倒V 型(包括钻石型)桥塔的顶部向上增加一根垂直立柱, 并将斜拉索锚固在新增加的垂直立柱上。倒V 型桥塔加垂直立柱形成的新塔型, 就是目前在大跨度斜拉桥建设中广

泛采用的倒Y型桥塔

当桥梁跨度比较大的时候(500 m～600 m 以上), 倒Y型桥塔中的垂直立柱会变得比较粗, 结果使桥塔沿桥向和横桥向的风阻大大增加。降低桥塔风阻的最简单、也是最实用的办法之一, 是将倒Y型桥塔中的垂直立柱横桥向压扁、沿桥向镂空,也就是将立柱变成横桥向的比较细长的H 型或日型框架, 由此形成的桥梁塔型, 本文称之为分离式倒Y型桥塔。事实上, 倒A 型桥塔也可以归类为分离式倒Y型桥塔。

当桥梁跨度低于500 m 时, 同样可以采用分离式倒Y型桥塔。分离式倒Y型桥塔近年来得到广泛采用的原因主要有以下几点: 一是桥塔本身的造型比较美观;二是对桥面宽度变化的适应能力比较强;三是垂直立柱分离使正桥向原先存在的索面空间闭合状态被打破, 由此形成的开放式视觉空间,可以有效降低倾斜索面对行车人视觉可能产生的压迫感。

从拓扑关系看, 分离式倒Y型桥塔可根据变形路径的不同, 退化演变为倒Y型、H 型和门型桥塔中的任何一种。换句话说, 从分离式倒Y型塔型出发进行结构拓扑优化, 可以发现目前已知常用塔型中的最优塔型。

斜拉桥的跨度最大能够达到多少是人们非常关心的一个话题。在正面回答这个问题之前, 我们先分析一下影响斜拉桥跨度急速增大的因素主要有哪些。显然, 有技术方面的因素, 也有经济和美学方面的因素。事实上, 正是多因素的复合限制了斜拉桥跨度的急速增大。从力学的角度看, 斜拉桥跨度急速增大带来的主要问题是: 第一, 由于斜拉索索力的水平分量需由主梁中的内力来平衡, 随着斜拉桥跨度的增加, 塔处主梁根部的压应力急剧增大,因此, 主梁的抗压稳定性将成为制约斜拉桥跨度急速增大的一个主要因素。第二, 长柔的拉索比较容易发生独立索振动, 加稳定索和抗风阻尼器虽在一定程度上可以缓解这一问题, 但因此付出的经济代价是否值得则有待商榷。从经济学和美学的角度看, 限制斜拉桥跨度急速增大的主要因素是: 第一, 斜拉索的最小倾斜角有一个合理的下限, 这个下限值大致在20 度左右。第二, 斜拉桥索塔的高度有一个合理的上限, 这个上限值大致在300 m～350 m左右。综合这两个因素, 我们估计斜拉桥最大可以接受的跨度应当在1 250 m～1 500 m 左右。3 现代悬索桥的发展与演变 3.1大跨度悬索桥的出现与流行

悬索桥通常由主塔、主缆、吊索、加劲梁、锚碇五部分组成。悬索桥自古就有, 但近代意义上的大跨度悬索桥则出现在十九世纪中叶。1855 年, J1A1 Roebling 建成了世界首座跨度为250 m 的铁路悬索桥。1883 年, 美国布鲁克林桥的跨度达到了486m。1931 年, 乔治·华盛顿大桥的跨度首次超过1000 m。1937 年, 跨度1 280 m 的金门大桥在美国建成。1981 年, 英国建造了跨度1 410 m 的亨伯桥。1998 年, 日本明石海峡大桥的跨度接近2 千米, 达到1 991 m。

悬索桥跨度的不断增大一方面来源于材料科技和建造技术的进步, 但最主要的原因恐怕直接来源于设计思想的根本性转变。

在近代悬索桥的发展历史上, 曾经出现过3 次比较大的设计思想变革。第一次变革出现在二十世纪初。1888 年, Me2len 提出了考虑载荷引起的变形对结构内力计算影响的挠度理论, 奠定了近代悬索桥设计的理论基础。挠度理论发现, 悬索桥的整体刚度主要由主缆的重力刚度构成, 加劲梁自身的刚度对结构整体刚度的贡献不大。因此, 随着桥梁跨度的增加, 加劲梁的高度可基本维持不变。1909 年, 采用挠度理论设计的曼哈顿桥在美国建成。

第二次变革出现在二十世纪四十年代。1940年, 美国建成了塔科玛桥。4 个月之后, 在19m·s-1的风速下, 发生剧烈弯扭振动而坍塌。塔科玛桥坍塌的事故导致了两个积极的结果: 第一, 人们开始重新审视挠度理论, 发现加劲梁保持必要的刚度, 特别是抗扭刚度十分必要。第二, 桥梁的抗风设计, 或者说桥梁的抗风稳定性问题开始引起人们的高度重视。试验发现, 风引起的扭转或弯扭耦合模态的发散性振动是导致塔科玛桥坍塌的主要原因。为加强结构的抗扭刚度, 加劲梁的高度开始出现大幅反弹, 普遍达到7 m～12 m。桁架式加劲梁几乎成了大跨桥加劲梁的固定做法。

第三次变革出现在二十世纪六十年代。塔科玛旧桥坍塌事件对桥梁设计思想的影响, 在北美和在欧洲是完全不同的。美国人的做法是采用桁架式加劲梁解决减小风阻的问题, 并将加劲梁的高度大幅增加以提高断面的抗扭刚度。英国人则认为, 改善桥梁气动稳定性的合理方式, 应当是采用合理的加劲梁剖面形式, 主要通过降低风阻和控制气流分离的办法减小扭矩, 通过将横剖面闭合的办法增加箱梁的抗扭刚度。1966 年, 英国人的设计思想在塞文桥中得以实现。当时, 塞文桥988 m的跨度虽然并不起眼, 但它首次采用的流线型扁平钢箱梁设计却使整个桥梁界产生了强烈的震撼。塔科玛旧桥垮桥事件后, 对于大跨悬索桥, 桁架式加劲梁曾被认为是最有效的加劲梁形式, 这一看法由于塞文桥的出现而开始受到人们的质疑。塞文桥的设计思想, 在土耳其的博斯普鲁斯I 桥上得以再次展现。1981 年, 英国人建造了跨度1 410 m的亨伯桥。亨伯桥不仅从美国的维拉扎诺海峡桥(, 跨度1 298 m , 建于1964 年)那里夺走了跨径世界第一的宝座, 而且在造型上的特征异常鲜明: 一是桥塔很矮, 只有155 m。二是边跨比很小, 且左右不对称(分别为0120 和0138)。

塞文桥的著名并不在于它的跨度是否曾经达到过世界第一, 而在于它首创了一个全新的设计理念。唯其如此, 著名德国桥梁设计师F1 Leonhardt认为, 塞文桥的出现标志着现代悬索桥设计风格的开始[4 ]。3.2索桥主塔的造型与选择

现代悬索桥的主塔形式主要有三种: 第一种是使用水平杆件将两根塔柱相连的刚架式;第二种是使用水平横杆和交叉斜杆将两根塔柱相连的桁架式;第三种是路面以上为刚架, 加劲梁下用交叉斜杆连接的混合式。在悬索桥(同样适用于斜拉桥)桥塔的设计中, 有几点是需要仔细处理的: 第一, 要合理安排下、中、上三个塔段的高度分割比例。依据美学原则, 类似甘蔗的节, 按由短到长顺序设置的塔段高度给人以稳重、流畅的感觉。如果做到下短上长有困难, 则应逐步减小上层塔柱的截面尺寸。第二, 如果桥面以上塔柱的高度低于桥面以下塔柱高度的2 倍,则桥面以上的塔柱间应使用单横梁。强度不够时可将顶部横梁的高度加大, 横梁下缘做成拱型曲面。第三, 桥上、桥下的塔段设计风格应当尽可能地和谐。适度的变化是允许的,只要构造上蕴涵的内在节奏和韵律不遭到破坏。第四, 需要仔细安排塔柱剖面尺寸、横梁剖面尺寸和塔高间的相对比例关系, 不要使塔柱和横梁显得过于笨重, 给人以不舒服的沉重感。

塔型设计是一门综合性的艺术, 是结构工程学和建筑美学的有机结合。塔型设计同时又是一门个性化的艺术, 她的身上不可避免地镌刻着建筑传统和设计师个人风格的烙印。前者要求塔型构造除了本身各部分之间应相互协调之外, 还必须和加劲梁的设计风格相协调。而两者的综合则可以解释一些令人费解的现象。

伊藤学发现了一个有趣的现象: 日本的大跨悬索桥比较多地采用了桁架式的塔型设计, 而欧美的同类桥梁则比较多地采用了刚架式的塔型设计。比较典型的有桁架式的日本明石海峡大桥和刚架式的美国金门大桥等。伊藤学认为,造成这一现象的主要原因是, 日本的地震和强风等横向荷载比较大, 采用桁架式的塔型设计比较经济。我们认为, 日本明石海峡大桥和美国金门大桥设计风格上的差异更多地源于设计传统和设计师的个人风格, 而不是源于地理上的差异。日本人的确喜欢使用交叉桁架式的塔型, 如日本的关门桥、南、北备赞濑户大桥、因岛大桥等, 但未必源于地理环境上的差异。第一, 金门大桥的桥位位于著名的加利福尼亚强地震带上, 并且和明石海峡大桥一样, 曾经遭受过强地震的洗礼。第二, 欧洲和美国也都有一些桁架式塔型的大跨度悬索桥, 如葡萄牙里斯本的塔古斯河桥、美国的奥克兰海湾桥、英国苏格兰福斯湾公路大桥(图15)等。第三, 日本人采用刚架式塔型的大跨度悬索桥也不少, 如日本的来岛大桥、大岛大桥、东京港彩虹桥、下津井濑户大桥等。还有一个有趣的现象: 美国人设计的桥塔比较刚劲, 而英国人设计的桥塔则比较纤柔。我们对这一现象的解释是: 美国人设计的这些桥梁采用了高度7m～12 m 的高大的桁架式加劲梁, 无论从美学还是从力学的角度看, 桥塔都应该设计得比较刚劲。而英国人设计的这些桥梁采用了高度为310 m～415 m的扁平的钢箱梁, 无论从美学还是从力学的角度看, 桥塔都应该设计得比较纤柔。事实上, 由英国人设计的香港青马大桥, 由于加劲梁的高度为717m , 其桥塔同样设计得刚劲有力(图17)。因此,对桥梁设计而言, 体现设计师的个人风格和魅力固然重要, 但桥型设计和桥梁的内在功能及与周边环境的关系保持协调则更为重要。我们的看法是, 如果采用扁平的钢箱梁为加劲梁, 则桥塔造型以采用刚架式为宜.4 结语

人类已开始向跨海工程挑战。世界上宽度在100km以内的海峡有20多处。独立于大陆之外，具有开发价值的近海岛屿无数。它们将是21世纪人类用桥梁去征服的目标。

21世纪桥梁将实现大跨、轻质、灵敏的国际桥梁发展新目标，意大利与西西里岛之间墨的西拿海峡大桥，主跨3300米悬索桥，其使用寿命200年。高强度铝合金、玻璃钢、碳纤维等太空材料将取代当代的桥梁钢、混凝土，成为桥梁建筑的主体材料，从而实现轻质目标；不同类型轻质材料组合拼装的各类新型斜拉桥、悬索桥、轻质拱桥将一跨而过大川巨流或小海湾，实现1500米以上大跨目标；桥梁上装配的计算机系统、传感器系统将可以感知风力、气温等天气状况，同时可以随时得到并反映出大桥的承载情况、交通状况。综观大跨径桥梁的发展趋势，可以看到世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。

参考文献

[1].周先念, 周世忠.21 世纪特大跨桥梁的展望[A].中国公路学会桥梁与结构工程学会2000 年桥梁学术讨论会论文集[C].北京: 人民交通出版社, 2000 , 13 —18.[2].周世忠.悬索桥的总体设计[A].江阴长江公路大桥工程建设论文集[C].北京: 人民交通出版社, 2000 , 95 —100.[3].Leonhardt F.Bridges Aesthetics and Design [M].MIT Press , 1984 [4].伊藤学.桥梁造型[M].北京: 人民交通出版社, 1998.[5].盛洪飞.桥梁建筑美学[M].北京: 人民交通出版社, 1999.[6].董 聪.现代结构系统可靠性理论及其应用[M].北京: 科学出版社, 2001.

第三篇：大跨度桥梁的发展趋势调研报告..

大跨度桥梁的发展趋势调研报告

前言：

根据《公路桥梁设计规范》规定：单跨跨径大于40m即为大桥，一般认为单跨跨径大于100m的桥梁即为大跨度桥梁。随着世界经济的快速发展，大跨径桥梁的建设在20世纪末进入了一个高潮时期。众所周知，大跨径桥梁建设反映了一个国家的综合实力和科学技术的发展水平。近百年来。特别是本世纪30年代以来，世界上大跨径桥梁建设发展十分迅速。不同桥型大跨径桥梁的发展，日益被各国桥梁界人士所关注。我国进入90年代以来，出现了建造大跨径桥梁的高潮。进入21世纪的中国必将迎来更大规模的大跨径桥梁建设时期。随着我国城市建设和高等级公路、道路建设的发展，修建大跨径城市桥梁也将成为必然的趋势。城市大跨径桥梁，除考虑运输、航运、地理、地质、水文、环境等因素外，还有区别于跨越一般江河大跨径桥梁的特殊因素。因此应研究城市大跨径桥梁的特点和发展趋势，积极探索我国城市大跨径桥梁发展的有效途径，以推动桥梁建设事业的更大发展。

关键词：大跨度桥梁 结构形式 跨度 历史 现状 发展

1.大跨度桥梁类型

大跨度桥梁在现今世界发展十分迅速。桥梁的发展史就是桥梁跨度不断增长的历史，也是桥型不断丰富的历史。大跨度桥梁可分为：斜拉桥、悬索桥、连续钢构、连续梁桥和拱桥。

1.1板式桥

板式桥（如图1.1）是公路桥梁中量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可以采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构；可做成实心和空心，就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中，广泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原区高速公路上的中、小跨径桥梁，特别受到欢迎，从而可以减低路堤填土高度，少占耕地和节省土方工程量。

实心板一般用于跨径13m以下的板桥。因为板高较矮，挖空量很小，空心折模不便，可做成钢筋混凝土实心板，立模现浇或预制拼装均可。空心板用于等于或大于13m跨径，一般采用先张或后张预应力混凝土结构。先张法用钢绞线和冷拔钢丝；后张法可用单根钢绞线、多根钢绞线群锚或扁锚，立模现浇或预制拼装。成孔采用胶囊、折装式模板或一次性成孔材料如预制薄壁混凝土管或其他材料。

钢筋混凝土和预应力混凝土板桥，其发展趋势为：采用高标号混凝土，为了保证使用性能尽可能采用预应力混凝土结构；预应力方式和锚具多样化；预应力钢材一般采用钢绞线。板桥跨径可做到25m，目前有建成35～40m跨径的桥梁。在我看来跨径太大，用材料不省，板高矮、刚度小，预应力度偏大，上拱高，预应力度偏小，可能出现下挠；若采用预制安装，横向连接不强，使用时容易出现桥面纵向开裂等问题。由于吊装能力增大，预制空心板幅宽有加大趋势，1.5m左右板宽是合适的。

图1.1 板式桥 1.2梁式桥

1.2.1简支T型梁桥

80年代以来，我国公路上修建了几座具有代表性的预应力混凝上简支T型梁桥（如图1.2.1），如河南的郑州、开封黄河公路桥，浙江省的飞云江大桥等，其跨径达到62m，吊装重220t。

T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了，从16m到5Om跨径，都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。预应力体系采用钢绞线群锚，在工地预制，吊装架设。其发展趋势为：采用高强、低松弛钢绞线群锚：混凝土标号40～60号；T形梁的翼缘板加宽，25m是合适的；吊装重量增加；为了减少接缝，改善行车，采用工型梁，现浇梁端横梁湿接头和桥面，在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束，形成比桥面连续更进一步的“准连续“结构。预应力混凝土T形梁有结构简单，受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大等优点。其最大跨径以不超过50m为宜，再加大跨径不论从受力、构造、经济上都不合理了。大于50m跨径以选择箱形截面为宜。

图1.2.1 简支T型梁桥

1.2.2连续箱形梁桥

箱形截面（如图1.2.2）能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。因为嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大；箱梁有较大的抗扭刚度，因此，箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥；箱梁容许有最大细长度；应力值σg+p较低，重心轴不偏一边，同T形梁相比徐变变形较小。

箱梁截面有单箱单室、单箱双室（或多室），早期为矩形箱，逐渐发展成斜腰板的梯形箱。箱梁桥可以是变高度，也可以是等高度。从美观上看，有较大主孔和边孔的三跨箱梁桥，用变高度箱梁是较美观的；多跨桥（三跨以上）用等高箱梁具有较好的外观效果。

由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土40～60号；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。

图1.2.2 箱形截面

1.2.3连续刚构桥

连续刚构可以多跨相连，也可以将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系（如图1.2.3）。一联内无缝，改善了行车条件；梁、墩固结，不设支座；合理选择梁与墩的刚度，可以减小梁跨中弯矩，从而可以减小梁的建筑高度。所以，连续刚构保持了T形刚构和连续梁的优点。连续刚构桥适合于大跨径、高墩。高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性；墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。由于连续刚构受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝土桥时，优先考虑这种桥形。当然，桥墩较矮时，这种桥型受到限制。

图1.2.3 连续刚构桥

1.3钢筋混凝土拱桥

拱桥（如图1.3）在我国有悠久历史，属我国传统项目，也是大跨径桥梁形式之一。石拱桥由于自重大，在料加工费时费工，大跨石拱桥修建少了。山区道路上的中、小桥涵，因地制宜，采用石拱桥（涵）还是合适的。大跨径拱桥多采用钢筋混凝土箱拱、劲性骨架拱和钢管混凝土拱。

钢筋混凝土拱桥的跨径，一直落后于国外，主要原因是受施工方法的限制。我国桥梁工作者都一直在探索，寻求安全、经济、适用的方法。根据近年的实践，常用的拱桥施工方法有：（1）主支架现浇；（2）预制梁段缆索吊装；（3）预制块件悬臂安装；（4）半拱转体法；（5）刚性或半刚性骨架法。

钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，但是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用，特别是崇山峻岭的我国西南地区。

图1.3 钢筋混凝土拱桥

1.4 斜拉桥

斜拉桥（如图1.4)是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。现在已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。

斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。近年来，开始出现自锚和部分地锚相结合的斜拉桥，如西班牙的鲁纳（Luna）桥，主桥440m；我国湖北郧县桥，主跨414m。地锚体系把悬索桥的地锚特点融于斜拉桥中，可以使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条件，灵活多样，节省费用。斜拉桥的施工方法：混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装；钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板，工厂焊接成段，现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接，一是螺栓，二是全焊，三是栓焊结合。斜拉桥发展趋势：跨径会超过10O0m；结构类型多样化、轻型化；加强斜拉索防腐保护的研究；注意索力调整、施工观测与控制及斜拉桥动力问题的研究。

图1.4 斜拉桥 1.5 悬索桥

悬索桥（如图1.5）是特大跨径桥梁的主要形式之一，可以说是跨千米以上桥梁的唯一桥型（从目前已建成桥梁来看说是唯一桥型）。但从发展趋势上看，斜拉桥具有明显优势。但根据地形、地质条件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在千米以内，也可以同斜拉桥竞争。根据理论分析，就目前的建材水平，悬索桥的最大跨径可达到3500m左右。已建成的日本明石海峡大桥，主跨已达1990m。正在计划中的意大利墨西拿海峡大桥，设计方案之一是悬索桥，其主跨3500m。当然还有规划中更大跨径的悬索桥。

图1.5 悬索桥

2.大跨度桥梁历史现状及发展趋势

2.1 梁桥历史起源

世界上的第一座桥究竟出自何处、谁人之手，已无法考证。因为自从有了道路之后，当人们遇到河流、沟壑阻碍时，就会想到要采用某种方式跨越障碍。最初的桥可能只是架在小河沟两岸或河中礁石上的一根树干、一块石板。后来在此基础上出现了最早的木桥和石桥。石拱桥──我国河北省赵县城南5里有一座拱形大石桥，这就是举世闻名的赵州桥，它也是世界上现存最古老的石拱桥之一。这座桥是隋朝工匠李春、李通等建造的，距今已近1400年。它造型美观，结构别致。像这样的桥，欧洲19世纪中叶才发现，比我国晚1200余年。

铁桥──1779年，英国的亚伯拉罕─达比在英格兰中部科布鲁克代尔建造了世界上第一座铁桥。这座横跨塞汶河的铁桥，使用5列铸铁肋构成30米长的单跨半圆拱。桥的铸件有不少精巧的构想。

悬索桥──原始悬索桥柔软易弯，不利于车辆行走。现代悬索以钢缆悬挂加肋的桥板，已解决了这个问题。西文第一座水平桥面的悬索桥设计，见于1595年奥地利主教瓦兰佐奥的著作中。该设计把铁杆连在一起构成悬索。1801年芬利首先在美国宾夕法尼亚州的雅各溪上建造了悬索桥，桥长21米。

1803年，法国率先建造钢丝缆索桥。塞昆建造了几座跨度长达90多米的桥。维克发明了在桥上用一根根钢丝构成缆索。而不必把沉重的钢丝缆索吊到桥塔项上。

钢筋混凝土桥──世界上第一座钢筋混凝土桥是1899年建于苏格兰连芬南的混凝土高架桥，每拱跨度为15米。21个桥拱顶上各有一铰链，使墩基可以移动。工程师梅拉特最早懂得三铰链作用，他于1901年在瑞士建成首座三铰拱桥，是细长的钢筋混凝土桥。预应力混凝土桥──第二次世界大战后，制出高强度钢材，佛莱辛奈将其应用于桥梁设计中。他于1948年至1950年间在法国马恩河上先后建造了5座预应力混凝土桥，分别位于爱斯勃利、安奈、特里巴度士、查吉斯和尤西。各桥采用平拱，远较过去的桥拱平坦得多。公元35年东汉光武帝时，在今宜昌和宜都之间，出现了架设在长江上的第一座浮桥。建于1706年的沪定铁索桥跨长约100米，宽约2．8米，由13条锚固于两岸的铁链组成,1935年中国工农红军长征途中经渡此桥，由此更加闻名。

灌县的安澜竹索桥建于1803年，是世界上最著名的竹索桥，全长34O余米，分8孔，最大跨径约61m，全桥由细竹蔑编粗五寸的24根竹索组成，其中桥面索和扶挡索各半。

在秦汉时期，我国已广泛修建石粱桥。世界上现在是保存着的最长、工程最艰巨的石粱桥，就是我国于1053一1059年在福建泉州建造的万安桥，也称洛阳桥，此桥长达800米，共47孔，位于“波涛汹涌，水深不可址”的海口江面上。此桥以磐石铺遍桥位底，是近代筏形基础的开端，并且独具匠心地用养殖海生牡蛎的方法胶固桥基使成整体，此也是世界上绝无仅有的造桥方法，近千年前就能在这种艰难复杂的水文条件下建成如此的长桥，实是中华桥梁史上一次勇敢的突破。

1240年建造的福建潭州虎渡桥，也是最令人惊奇的一座粱式大桥，此桥总长约335m，某些石粱长达23．7m，沿宽度用三根石粱组成，每根宽1．7m，高1．9m，重达200多吨，该桥一直保存至今”历史记载，这些巨大石梁桥是利用潮水涨落浮运建设的，足见我国古代加工和安装桥梁的技术何等高超。

2.2 大跨桥梁的现状

在世界经济全球化的推动下，沟通洲际之间，国家之间和本土与岛之间以及跨海湾工程显得越来越迫切在20世纪桥梁工程取得了大发展的基础上，人们更能畅想21世纪的宏伟蓝图。就中国来说，国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及琼州海峡工程。其中难度最大的有渤海湾跨海工程，海峡宽57公里，建成后将成为世界上最长的桥梁；琼州海峡跨海工程，海峡宽20公里，水深40米，海床以下130米深未见基岩，常年受到台风、海浪频繁袭击。此外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。在世界上，正在建设的著名大桥有土耳其伊兹米特海湾大桥（悬索桥，主跨1668米）、希腊里海安蒂雷翁桥（多跨斜拉桥，主跨286+3×560+286米）；已获批准修建的意大利与西西里岛之间墨西拿海峡大桥，主跨3300米悬索桥，其使用寿命均按200年标准设计，主塔高376米，桥面宽60米，主缆直径1.24米，估计造价45亿美元。在西班牙与摩洛哥之间，跨直布罗陀海峡也提出了一个修建大跨度悬索桥的方案，其中包含2个5000米的连续中跨及2个2000米的边跨，基础深度约300米。另一个方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉桥，其基础深度约300米，较高的一个塔高达1250米，较低的一个塔高达850米。2.2.1悬索桥

悬索桥一般在特大跨径桥梁范围占统治地位。人们将不断研究悬索桥主索的取材、制作架设、锚固和防护、选择主索跨比、初始拉力、荷载分布以及如何调整和解决施工各阶段索形和桥面预拱度等设计和施工中诸多问题，以使建桥技术达到新的水平。悬索桥的新形式仍在不断探索中，如美国式（采用竖直吊杆及桁架加劲梁）、英国式（采用矮扁平翼状钢箱加劲梁及三角形的斜吊杆）、丹麦式（亦称混合式，即用竖吊杆和钢箱加劲梁）及其他形式的悬索桥（如带斜拉索桥）等，以期丰富悬索桥的内容和形关。着力研究高强、轻质新型材料。倘若人类在新型材料的研究上取得突破，不仅连接欧洲和非洲间的直布罗陀特大桥（L＝5000m，水深450m）将成为现实，而且权威专家预言建造主跨L＝8000m的跨海峡悬索桥的理想也是可以实现的。2.2.2斜拉桥

今后斜拉桥在结构体系上仍以飘浮式或半飘浮式为主，主要的目的是为了抵抗温度及地震。主梁采用的材料上，混凝土斜拉桥仍将是斜拉桥的主要形式；对超大跨径的斜拉桥，叠合梁和复合桥面系统显示出极大的优越性。塔和索的形式也随着斜拉桥跨径的增加而取得新的进展。譬如将不断采用双塔对称、单塔不对称、多塔多跨等形式以满足桥梁的功能，取得与环境的协调的效果；为解决随着斜拉桥跨径增大、索的钢束的重度也愈大、刚度在降低的矛盾，将采取增加辅助索等方式。在结构分析方面将考虑结构的初始内力等，并对动静力的分析也将更加深入；权威专家认为，随着世界建桥技术的理论水平、材料水平和工艺水平的不断发展，21世纪建造跨度在1600m的斜拉桥将成为现实。

2.2.3拱桥

随着拱桥的无支架施工方法的应用和发展，拱桥在跨径200～500m是有竞争力的，我国的云南、贵州和四川3省及重庆直辖市等，将因地制宜地建造更多的拱桥，我国建造拱桥的前景将是极为广阔的。拱圈将向着轻型化的方向发展，且一些大跨径拱桥在施工阶段采用钢-混凝土组合杆件，或钢管混凝土合龙后再浇筑拱圈，可大大减轻吊装重量。因此，带有钢管的半刚性骨架很可能成为特大跨径拱桥最有前途的施工方法。多孔连拱的长拱桥，作为经济桥型之一，将会得到极大的发展。因为拱圈的轻型化，减少了对下部构造的要求，使连拱结合采用桩基柔性墩成为可能。中承拱、系杆拱有更多采用的趋势。在平原地区通航河流上，往往考虑采用中承拱桥，可达到降低桥高的效果。这种桥型矢跨比大，可减少推力；且造型美观，造价也较低，将为城镇起到增添景色的作用。

2.2.4预应力混凝土梁式桥

连续梁桥结构在40～60m范围，将继续占绝对优势。顶推法、移动模架法、逐孔架设法等施工方法将更加成熟。预应力混凝土连续梁将更广泛地应用于城市桥梁，而且，为充分利用城市空间，并改善城市桥梁交通的分道行驶，将不断采用双层桥面的形式以及钢筋混凝土结合梁的形式。在预应力钢筋布置方面，国内外将趋于使用大吨位钢束和张拉锚固体系；将更广泛地应用部分预应力筋、预弯预应力筋、双预应力筋、体外布筋等预应力新技术。在一切适宜的桥址，更多地设计和修建连续刚桥这种结构体系。通过墩梁的固结，以尽可能不采用养护和调换不易的大吨位支座。不断加强高强轻质材料的研究和应用，以达到减小结构尺寸和自重，加大桥跨、降低建筑高度和造价等功能；同时充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面等，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。随着高速公路和城市立交桥的发展，越来越要求路线顺畅、行车舒适，必然会出现斜桥、弯桥、坡桥和异型桥，在需要大幅度降低梁高、增大净空时，将更广泛采用双预应力和预弯预应力梁。

2.3 大跨桥梁的发展趋势

2.3.1向更长、更大、更柔的方向发展

研究大跨度桥梁在气动、地震和行车动力作用下其结构的安全和稳定性，拟将截面做成适应气动要求的各种流线型加劲梁，以增大特大跨度桥梁的刚度；采用以斜缆为主的空间网状承重体系；采用悬索加斜拉的混合体系；采用轻型而刚度大的复合材料做加劲梁，采用自重轻、强度高的碳纤维材料做主缆。2.3.2新材料的开发和应用

新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点，研究超高强硅粉和聚合物混凝土、高强双相钢丝纤维增强混凝土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁用的钢和混凝土。

2.3.3在设计阶段采用高度发展的计算机

计算机作为辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。

2.3.4桥梁建成交付费用

使用后将通过自动监测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行，一旦发生故障或损伤，将自动报告损伤部位和养护对策。

2.3.5重视桥梁美学及环境保护

桥梁是人类最杰出的建筑之一，闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥等这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品，成为陆地、江河、海洋和天空的景观，成为城市标志性建筑。宏伟壮观的澳大利亚悉尼港桥与现代化别具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。因此，21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，重视环境保护，达到人文景观同环境景观的完美结合。

3.大跨度桥梁实例

3.1杭州湾跨海大桥

杭州湾跨海大桥（如图3.1）全长36公里，其中桥长35.7公里，双向六车道高速公路，设计时速100km。总投资约107亿元，设计使用寿命100年以上。大桥设北、南两个通航孔。北通航孔桥为主跨448m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准35000吨；南通航孔桥为单塔单索面钢箱梁斜拉桥，通航标准3000吨。大桥两岸连接线工程总长84.4公里，投资52.1亿元。其中北连接线29.1公里，投资额17.8亿元；南岸接线55.3公里，投资额34.3亿元。大桥和两岸连接线总投资约140亿元，实际建设工期43个月。

大桥的结构为双塔钢筋混凝土斜拉桥，双向6车道，设计时速100公里，设计使用寿命100年，建设期限5年。建成后，宁波杭州湾大桥将成为世界上最长、工程

图3.1 杭州湾跨海大桥

量最大的世界第一跨海大桥。大桥设南、北两个航道，其中北航道桥为主跨448米的钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准为3.5万吨级轮船；南航道桥为主跨318米的A型单塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准为3000吨级轮船。其余引桥采用30米至80米不等的预应力混凝土连续箱梁结构。非通航孔分北、中、南引桥3大块，其中海上部分桥梁长32公里。

大桥36公里的长度，使之超过了美国切萨皮克海湾桥和巴林道堤桥等世界名桥，而成为目前世界上已建成或在建中的最长的跨海大桥。据初步核定，大桥共需要钢材76.9万吨，水泥129.1万吨，石油沥青1.16万吨，木材1.91万立方米，混凝土240万立方米，各类桩基7000余根，为国内特大型桥梁之最。南滩涂50米＊16米箱梁采用整孔预制，大型平板车梁上运梁的工艺，开创了国内外重型梁运架的新纪录。水中区引桥70米＊16米箱梁采用整孔制、运、架一体化方案，单片梁重达2180吨，为国内第一。水中区引桥打入钢管桩直径1.5-1.6米,桩长约80米,总数超过4000根,其钢管桩工程规模全国建桥史上第一。

3.2金门大桥

早在1872年就讨论过要在金门海峡修建一座大桥的想法，但是直到1937年才在海峡上修了一座悬索桥。金门大桥（如图3.2）横跨南北，将旧金山市与Marin县连结起来。花费四年多时间修建的这座桥是世界上最漂亮的结构之一。它已不是世界上最长的悬索桥，但它却是最著名的。金门大桥的巨大桥塔高227米，每根钢索重6412公吨，由27000根钢丝绞成。1933年1月始建，1937年5月首次建成通车。

金门大桥桥身的颜色为国际橘，因建筑师艾尔文·莫罗认为此色既和周边环境协调，又可使大桥在金门海峡常见的大雾中显得更醒目。由于这座大桥新颖的结构和超凡脱俗的外观，所以它被国际桥梁工程界广泛认为是美的典范，更被美国建筑工程师协会评为现代的世界奇迹之一。它也是世界上最上镜的大桥之一。

图3.2 金门大桥

4．结语

桥梁建筑对于具有卓越才能和自信心的工程师来说是一项既吸引人又富有挑战性的艰巨任务。桥梁建筑的重要意义不仅仅是满足于交通，还在于桥梁一旦胜利建成，它将会使人们感到无限的快乐和极大的满足。桥梁建筑能使人产生一种激情，在建桥人的一生中总是那样的清新绮丽，那样的朝气蓬勃，那样富有激励性。回顾20世纪桥梁工程的成就，技术发展起了决定性作用，特别是20世纪末期发展速度更快，必然对21世纪的发展打下了良好的基础。中国在建设特大桥梁上有广阔的市场，在无数设计师的共同努力下，一定会创造更辉煌的成就。

参考文献

［1］刘夏平《桥梁工程》 2005年科学出版社

［2］周念先 《21世纪斜张桥的展望》 1998年江苏交通工程第四期

［3］项海帆 《21世纪世界桥梁工程的展望》 2000年土木工程学报第33卷第3期 ［4］陈秉玲 《国内外大跨径桥梁发展概况.城市道路与防洪》 1997.2第2期 ［5］穆祥纯

《城市大跨径桥梁设计有关问题的探讨》 第十三届全国桥梁结构学术大会论文集

第四篇：非线性动力学数据分析

时间序列分析读书报告与数据分析

刘愉

200921210001

时间序列分析是利用观测数据建模，揭示系统规律，预测系统演化的方法。根据系统是否线性，时间序列分析的方法可分为线性时间序列分析和非线性时间序列分析。

一、时间序列分析涉及的基本概念

对于一个动力系统，我们可以用方程表示其对应的模型，如有限差分方程、微分方

1、测量

程等。如果用Xt或X(t)表示所关心系统变量的列向量，则系统的变化规律可表示成

Xt1f(Xt)或

dXdtF(X)

其中X可以是单变量，也可以是向量，F是函数向量。通过这类方程，我们可以研究系统的演化，如固定点、周期、混沌等。

在实际研究中，很多时候并不确定研究对象数据何种模型，我们得到的是某类模型（用Xt或X(t)表示）的若干观测值（用Dt或D(t)表示），构成观测的某个时间序列，我们要做的是根据一系列观测的数据，探索系统的演化规律，预测未来时间的数据或系统状态。

2、噪声

测量值和系统真实值之间不可避免的存在一些误差，称为测量误差。其来源主要有三个方面：系统偏差（测量过程中的偏差，如指标定义是否准确反映了关心的变量）、测量误差（测量过程中数据的随机波动）和动态噪音（外界的干扰等）。高斯白噪声是一类非常常见且经典的噪声。所谓白噪声是指任意时刻的噪声水平完全独立于其他时刻噪声。高斯白噪声即分布服从高斯分布的白噪声。这类噪声实际体现了观测数据在理论值（或真实值）周围的随机游走，它可以被如下概率分布刻画：

p(x)dx1222exp(xM)22dx

（1）

其中M和均为常数，分别代表均值和标准差。

3、均值和标准差

最简单常用的描述时间序列的方法是用均值和标准差表示序列的整体水平和波动情况。（1）均值

如果M是系统真实的平均水平，我们用观测的时间序列估计M的真实水平方法是：认为N个采样值的水平是系统水平的真实反映，那么最能代表这些观测值（离所有观测值最近）的Mest即可作为M的估计。于是定义Dt与Mest的偏离为(DtMest),所以，使下面E最小的M的估计值即为所求：

N22E(Dtt1Mest)

（2）

1/11 经过求道计算，得到

M1NNestDtt

1（3）

即样本的均值即为系统真是均值的估计值。

（2）标准差

标准差代表了系统在均值两侧的波动情况。对时间样本有：

VtDtMest

（4）

为了分析所有时间上平均的波动情况，我们也可以尝试对波动取平均，即：

1NNt1(DtMest1)NNt1DtMest0

（5）我们发现，这样平均的结果是正负波动抵消了，波动的平均恒为零，为了避免这种情况，改用波动的平方的平均水平代替，即

21NNVtt121NN(Mestt1Dt)

（6）

2即为标准差。（3）均值的标准误差

我们用Mest估计M，存在一定偏差或不确定性，即：

MestMuncertainty

（7）

实际上，这种不确定性来自每次测量偏差的平均，通常每次测量偏差是服从高斯分布的，所以平均的不确定性计算得：

N

（8）

我们称之为均值的标准误差。

二、线性时间序列分析方法及模型举例

对于线性时间序列，主要的分析方法有：均值和标准差、线性相关分析和功率谱分析。

1、均值和标准差分析前面已经讲过；

例：模型一（模型本身是确定的（无外界干扰等随机波动），观测序列是真实值加上高斯白噪声；）

有限差分方程系统：xt1Axt，其平稳状态为xtA/(1)M；观测时间序列DtxtWt，其中，Wt 独立的服从均值为0，标准差为的高斯分布。从系统的差分方程我们可以看到，系统本身不受外界干扰，是确定性模型。所以观测得到时间序列的波动完全来自于测量过程。

对于上述模型，可以通过均值、方差的估计即可估计模型、作出预测。

2、线性相关分析

2/11 这种分析方法用于研究时间上相关的序列，即后一时刻的值完全或部分由前一时刻的或前几个时刻的值决定。在模型一中，我们假设Wt之间是独立的；当这种假设不成立时，取另一种极端，即后一时刻完全取决于前一时刻的值：

Vt1f(Vt)

（9）

我们以简单的线性函数为例：

Vt1Vt

（10）

如果结合完全独立的情形与式（10），则有以下情况：

Vt1VtW

（11）

ρ在-1到1之间取值，ρ越接近0，数据间越不相关；ρ接近1，表示线性正相关；ρ接近-1，表示线性负相关

通过时间序列的一系列观测值Dt减去均值得到Vt，我们可以通过以下公式计算相关系数，estt1N1Vt1VtVtVtt1N

1（12）

例：模型二（模型本身有不确定因素（外界干扰），观测序列是真实值加上高斯白噪声）

受外界因素影响的有限差分方程：xt1Axtvt，引入的vt是外界干扰造成的系统本身的波动，测量过程仍然像Model One一样，DtxtWt，这是如果做Vt1对Vt的变化图（见课本figure 6.7），发现二者之间有强烈的线性关系。对于这类模型，我们即可用线性相关分析来建模、预测。

如果将线性相关加以推广，可以得到自相关函数，它反映的是Vt与Vtk之间的关系：

R(k)t1NkVtkVtVtVtt1Nk

（13）

3、功率谱分析（1）傅里叶变换

对线性系统，一个信号可以分解成为不同频率的正弦波。

（a）频率为ω的正弦输入，它的输出也是同频率的正弦信号，但是幅度和相位可能发生改变。输出正弦波的振幅与输入正弦波的振幅满足：

Aoutput()G()Ainput()

（14）

输出相位相对输入相位在每个频率上有固定的偏移，即：

()output()input()3/11

（15）G()称为系统的增益，它在不同频率上通常不一样。()称为相移，在不同的频率成分通常相移也不同。

（b）线性叠加的输入的输出结果等于各个输入分别输入时的输出的叠加。把一个信号分解成不同频率正弦信号的方法即傅里叶变换。

特殊的，输入为白噪声时，Ainput()是一个与噪声标准差成正比的常数，与频率无关，即白噪声可以认为是所有不同频率成分信号之和，所以称之为“白”。（c）传输函数

如果已知输入和输出，可以得到：

G()Aoutput()Ainput()

()outp()inpu()utt

（16）

（16）中两个函数成为出传输函数，可以用于描述系统特性。

（d）功率谱

如果我们不能准确得到输入信号，但是我们知道或假设它是白噪声。则Ainput()就是常数，进而有：

G()constAoutput()

（17）

G()的平方称为功率谱。功率谱包含了与自相关函数完全一样的信息。事实上，功率谱就是自相关函数的傅里叶变换。尽管它们蕴含的信息是一样的，但不同形式使它们在分析数据时又具有各自的优势。所以有时使用功率谱来分析数据比用自相关函数更有优势。

三、非线性时间序列分析方法及模型

前面列举了一系列线性时间序列的分析方法，但是对于非线性系统，存在一种特殊的状态，即混沌状态，对于混沌状态的时间序列，我们无法用线性的分析方法区分。

例：第一章的有限差分方程：

xt1xt(1xt)

（18）

Dtxt

（19）

观测值即使不引入噪声，其时间序列也在不断波动，当=4时，系统进入混沌状态，用线性自相关函数分析，如图6.14，发现我们无法区分这个非线性模型与模型一。

我们需要探索一些分析非线性时间序列的方法。对于非线性时间序列分析，主要包括两部：重构系统动态模型和系统特征的刻画。

1、系统动态模型的重构：

（1）对于有限差分方程——构建return map

Return map 是观测值Dt1关于Dt的图像（回归曲线），反映的是xt1与xt的关系。（2）对于微分方程——重构相平面

一维高阶微分方程可以转化为多维一阶微分方程组，以二阶微分方程为例，4/11

dxdt22bx

（20）

转化为两个一阶微分方程组：

dxydtdybxdt

（21）

要做变量x与y的相平面，首先要做如下离散化和近似： 观测值D0,D1,，将x关于t的导数近似为：

dx(t)dtx(th)x(t)hdDtdtDthDthlimh0

（22）

其中h只能取整数，最小取1，事实上，h去较大值也可以得到合适得结果。重建相平面实际是做DthDthdxdt关于Dt的图，有时候，只可以只做Dth关于Dt的图。

dydt对于更一般的微分方程：

f(x,y),g(x,y)

（23）

虽然情况更复杂，但也可以通过这种方法重建相平面，图6.17-6.19可以说明这一过程的合理性。

（3）嵌入时间序列

对于更高维的时间序列（p维），需要用嵌入时间序列的方法构建相平面（相空间），p维的的嵌入时间序列构成如下：

Dt(Dt,Dth,Dt2h,,Dt(p1)h)

（24）

其中p是嵌入维数，h是嵌入延迟。

经过上述三种方法，可以基本得到模型的基本特征。

2、系统特征的描述：

在模型重构后，可以通过拟合等方式对系统特征做进一步刻画。

四、混沌时间序列的刻画

混沌定义：bounded, deterministic dynamics that are aperiodic and display sensitive dependence on initial conditions.根据定义中体现的混沌系统的特征，用时间序列分析的方法研究。

1、有界

有界的定义是当时间趋于无穷时，系统永远保持在有限空间内运动。这个定义直接用于时间序列分析并不是很有效，因为测量的时间序列是时间上是有限的，变化范围也是一定的。

在时间序列分析中可以用另一种方法研究系统是否有界——稳态，即时间序列在演化过程中是否体现了相同的行为特性。相似的行为可以用均值和方差衡量。一种常用的衡量方法是将时间序列等分（三分、四分或十分等等），计算每段的均值和方差是否相近或统

5/11 计意义上可以认为相同。

如果一个时间序列是分平稳的，我们可以通过对时间序列做一些变换使之平稳，如一阶差分或后一时刻与前一时刻相除等。

2、非周期

混沌的系统是非周期的，由于噪声因素，即使周期的序列也可能出现非周期，那么如何判定时间序列是否存在周期呢？对于一维时间序列或p维的嵌入时间序列 Dt，我们定义时间i和j的测量值之间的距离定义为：

i,j|DiDj|

（25）

严格的周期T定义是当|ij|nT,n0,1,2,时，i,j0，对于有噪声的时间序列，我们定义一个距离r，当i,jr时，我们就在坐标(i, j)处打点，我们将这样做出的图成为recurrence plots，它可以看出重建的轨线如何重复自身的演化。（图6.26和图6.27是r取不同值时的图，都可以看出系统的周期，图6.28和6.29是混沌的情形）。对于混沌的时间序列，图的形状可能和r的选取有关，于是定义出这样一个correlation integral：

C(r)numberoftimes|DiDj|rN(N1)

（26）

这是一个对于混沌系统很重要的指标，它的重要意义不在于某个r处C(r)的取值，而在于C(r)如何随r变化。

（1）对周期序列，r微小的变化不会引起C(r)明显的变化；

（2）对混沌序列，r微小的变化会使C(r)明显增大，即打点明显增多；（3）对于白噪声，r微小变化时C(r)增大更快。

事实上，C(r)与分形维数密切相关，取一点做参考点，随着r增加，距离参考点r范围内的点与rv成正比，其中v是系统，所以有：

C(r)Arv

（27）

A是比例常数，两边取log得到：

logC(r)vlogrlogA

（28）

所以，只要对log C(r)与log r拟合，即可推算出维数。用相关维数可以分析混沌时间序列的吸引子，当嵌入时间维数p≥2v+1时，可以重构出系统吸引子，有时候p≥v也足够了。

3、确定性

如果已知t时刻的值，在预测下一时刻值过程中没有随机因素，那么系统就是确定的，如模型一；如果混入了随机因素（外界干扰），则系统是不确定的。但是，在观测时间序列中，噪声是不可避免的，如果预测是完美的，就成系统完全确定，如果预测是好的但不完美，就说系统有一个确定成分。

假设观测数据最后时刻是T，我们可以用一下方法预测T+1时刻的值：（1）产生嵌入时间序列Dt；（2）找到时间T的嵌入点列：

DT(DT,DTh,,DT(p1)h)

6/11 找到其他的嵌入时间序列中与DT最接近的点Da；

（3）基于系统的确定性，Da+1可以看做是由Da预测出来的，所以将Da+1作为是T+1时刻的预测值，记PT+1。

另一种预测方法是用与DT最接近的K个点Dai的下一时刻Dai1的平均值作为T+1时刻的预测值，即：

T11KKDa（29）

ii1既然是预测，一定有预测误差，衡量预测误差，通常是将观测数据分为两半，用前一半数据预测后一半数据，后一半数据测量值与预测值比较，衡量预测误差，即：

1TT(Di1TkPTk)（30）

ε越小，说明预测越好，至于ε小到什么程度算预测足够好，可以与最差的预测（如所有观测值序列的平均值，丧失了所有时间信息，只保留了系统的平均水平）的误差做比较，lazy1TT(DTkk1Plazy)

（31）

当PlazyMest时，lazy其实就是时间序列的方差σ，所以用

22即可衡量预测误差的大小，比值越小越好。

4、对初值的敏感性

混沌系统的另一重要特征就是对初值敏感，衡量系统对初值的敏感性可以用Lyapunov指数，其计算步骤可以如下概括：

（1）在给定初值后，经迭代产生序列x0,x1,,xn1（2）计算每点处的斜率（3）计算李氏指数：

1n1t0dfnxt dx（4）当给定两个初始值x0，y0时，n步迭代后的值xn和yn的差距约为：

n1xnynt0dfdxxt|x0y0|

五、混沌和非线性的检测

混沌是一种复杂的现象，判定一个时间序列是否来自对非线性系统或混沌系统的观测，更严格的方法是假设检验。

1、零假设：数据来自线性系统

7/11 xt1a0xta1xt1a2xt2ap1xt(p1)vt

2、构造检验统计量：在零假设条件下用观测时间序列计算统计量，常用的三种统计量有：非线性系统的预测方差、李氏指数、相关维数等，当然还有一些其他的统计量也可以用来假设检验。

3、假设检验：在零假设下观测时间序列得到的检测统计量如果落在拒绝域内，则认为系统为非线性的或混沌的，否则接受原假设，认为是线性系统。

六、实例数据分析

P4.txt、TP8.txt是2个时间序列信号的数据文件，该数据的采样率是500Hz。试实现：

1、在时间轴上显示原始数据波形；

2、求每个信号的功率谱，在频率轴上显示结果，并对结果进行简单地讨论；

3、求每个信号的自相关函数，在时间轴显示结果，并对结果进行简单地讨论；

4、求2个信号的互相关函数，在时间轴显示结果，并对结果进行简单地讨论。分析结果：

1、时间轴上数据波形：

从时间序列上看，两组数据基本维持在一个平衡水平，但是都存在尖峰，从时间序列看不出更丰富的信息，需要用其他方法进一步分析。

2、功率谱：

功率谱的计算有两种方式：

（1）计算时间序列的自相关函数，再对自相关函数做傅里叶变换的幅度谱；（2）时间序列傅里叶变换的幅度谱的平方除以点数N。这里采用的第一种方法，结果如下图：

8/11

从两个时间序列的功率谱看，能量主要集中在了低频部分，高频部分能量分布极少，为了更清晰的看能量在低频的分布，我们截取0-20Hz部分的频率谱，如下图：

从图上可以看出，两个时间序列的低频成分中能量最大的频率大概都在1.7Hz左右，TP8的能量分布更集中，P4还有较多能量分布在0.5Hz左右。

3、自相关函数：

自相关函数反映的是t时刻与前t-k时刻记录值的关系，如果信号本身是周期的，其自相关函数保持与时间序列相同的周期，从下面两个序列的自相关函数图中，数据没有周期现象，而且相关函数随k增大很快降到0.2一下，并在-0.2和0.2之间震荡，TP8震荡的频率更高。

9/11

截取前1000个点，进一步观察：

从上图可以更好的体现出相关系数的变化，而且可以看出两个时间序列变化的一致性，TP8比P4相关程度衰减得更快。为了更好的研究两组数据的相关性，我们下面将做两组数据的相关函数。

4、两组数据的互相关函数：

10/11

截取两侧各500个点观察：

上图反映了两个时间序列数据的相关性，在k=0时，互相关函数最大，所以两个时间序列是同步的。

11/11

第五篇：大跨度钢结构施工安全措施

大跨度钢结构的施工安全

大跨度空间结构施工中,高空作业量多,施工难度大，结构的施工质量尤为重要,并且施工人员的安全防护要求特别高。

高处作业的一般要求

(1）

进行高空作业的各工种和现场人员必须遵守本规程，从事高空作业的人员，必须定期检查，患有下列疾病,不宜从事高空作业:高血压、低血压、心脏病、贫血病、颠病.(2）

高处作业者必须使用安全帽、安全带、穿软底鞋,登高前严禁喝酒，并清楚鞋底泥沙和油垢。

（3)

脚手板、脚手架、栈道、斜边、梯子、吊蓝、挂板等高处作业设备，必须搭设稳固，材质优良，巡回检查使用情况.（4）

高处作业的设备，不许有翘头板、空头板、断裂板、露头钉、朝天钉、空缺挡、折断等缺陷，施工中的“五口”应设围栏及盖板，在“五口”处不得放置落下的料具.(5)

斜道、斜跳板及操作平台上除钉有或焊有防滑条或涂上防滑漆外，应及时清扫上面的泥沙和油垢。

(6）

必须使用梯子登高,不准从模板或脚手架外登高，不允许用起重机吊人员。

(7)

传送工具和材料应用绳索系送，禁止抛掷，禁止从高处向下推掷料具。

（8）

脚手架和起重设备上空及附近空间,如有高压线，应按安全距离控制,脚手架上所有的电线和电器设备应绝缘良好，以防止漏电。

(9）

六级强风和雨雪天及夜间，一般应停止高处作业，如需进行高处作业，则应制定相应的防护措施。

（10)

钢结构吊装前，应进行安全防护设施的逐项检查和验收，验收合格后，方可进行高处作业。

悬空作业安全

（1）悬空作业处应有牢固的立足之处,并必须视具体情况，配置防护栏杆、栏网或其他安全设施。

（2)悬空作业所使用的索具、脚手架、吊蓝、平台等设备，需经过技术验证或鉴定才能使用。

（3)钢结构的吊装，构件应尽可能在地面组装,并搭设临时高空设施，以利于高空固定，点焊、螺栓连接等工序。拆卸时的安全措施，也应一并考虑.高空吊装大型构件前，也应搭设悬空作业中所需的安全设施.（4）进行预应力张拉时，应搭设站立操作人员和设置张拉设备用的牢固可靠的脚手架或操作平台.预应力张拉区域标示明显的安全标志，禁止非操作人员进入.(5)悬空作业人员，必须佩戴好安全帽、安全带等。

攀登作业安全

（1）

现场登高应借助建筑结构或脚手架上的登高设施,进行登高作业时，也可使用梯子或其他登高设施。

（2）

柱、梁和滑轨等构件吊装所需要、的直爬梯及其他用于登高用的拉攀件，应在构件施工图或说明内作出规定,攀登用具在结构构造上，必须牢固可靠.(3)

梯脚底部应垫实，不得垫高使用，梯子上端应有固定措施。

（4）

钢柱安装登高时，应使用钢挂梯或设置在钢柱上的爬梯.（5)

登高安装钢梁或轨道时,应视钢梁高度,在两端设置挂梯或搭设钢管脚手架.（6)

在网架或网壳上、下弦登高操作时,应视跨度大小在两端及跨中设置攀登时上下的梯架。

交叉作业安全

（1）

结构安装过程各工种进行上下立体交叉作业时，不得在同一垂直方向上操作，下层作业的位置,必须处于依上层高度确定的可能坠落范围半径之处，不符合以上条件时，应设置安全防护层.（2)

脚手架边缘、上层结构边缘，严禁堆放拆下的构件。

（3）

施工高度较大时，凡人员进出的通道口均应搭设安全防护棚.（4）

由于上方施工可能坠落物件或处于起重机扒杆回转范围之内的通道,在其受影响范围内，必须搭设顶部能防止穿透的双曾保护廊.结构焊接安全

1、防止触电

（1)

电焊机外壳，必须接地良好,其电源的装拆应由电工进行.（2）

电焊机设备单独开关,开关应放在防雨的匣箱内，拉合匣时，应戴手套,侧向操作.（3)

焊钳与把线必须绝缘良好,连接牢固,更换焊条应戴手套.潮湿地点，应站在绝缘胶板或木板上。

（4）

严禁在带压力的容器或管道上施焊，焊接带电的设备必须先切断电源，(5）

贮存过易燃易爆、有毒物品的容器或管道,必须先清楚干净,并将排气孔口打开。

(6)

焊接预热工件时,应有石棉匝布或挡板等隔热措施。

(7）

把线、地线禁止与刚丝绳接触，更不得用钢丝绳或机电设备代替零线.所有地线接头，必须连接牢固。

(8）

更换场地移动把线时，应切断电源,并不得手持把线爬高攀登.（9)

雷雨时，不得进行露天焊接作业。

(10)更换焊条时一定要戴皮手套，不要赤手操作。带电情况下，为了安全，焊钳不得夹在腋下去搬被焊工作件或将焊接电缆挂在脖子上。

(11)下列操作,必须在切断电源后才能进行：

a）

改变焊接接头时;

b）

更换焊件需要改变二次回路时;

c）

更换保险装置时;

d）

焊机发生故障需进行检修时；

e）

转移工作地点搬动焊机时；

f)

工作完毕或临时离开现场时。

2、防止爆炸

防止爆炸主要发生在气割过程中,由于要用到乙炔瓶，所以储存和使用乙炔瓶注意以下几方面问题：

（1)乙炔瓶储库的设计和建造，应符合建筑设计防火规范中乙炔站设计规范的有关规定.(2)储存间应有专人管理，在醒目的地方应设置标志。

（3)严禁与氯气瓶、氧气瓶及易燃物品同间储存.(4)储存间与明火或散发火花地点的距离，不得小于15m,且不应设地下室或半地下室。

(5)储存间应有良好的通风、降温等设施，要避免阳光直射，要保证运输畅通，在其附近应设置有消防栓和干粉。

(6)乙炔瓶储存时,一般要保持竖立位置,并应有防止倾倒的措施。

(7）使用乙炔瓶的现场，储存量不得超过5瓶，超过5瓶但不得超过20瓶，应在现场或车间内用非燃烧体或难燃体隔墙分库;储存量不超过40瓶的乙炔库房，可与耐火等级不低于二级的生产厂房毗郐建造。

钢机构吊装安全

1、一般规定：

(1）吊装前应编制结构吊装施工组织设计或制定施工方案，明确起重机吊装安全技术要点和保证安全技术措施。

（2)参加吊装的人员应经体检合格,在开始吊装前应进行安全技术教育和安全技术交底。

(3)吊装工作开始前，应对起重运输和吊装设备以及用索具、卡环、夹具、锚锭等的规格、技术性能进行细致检查和试验，发现有损坏或松动现象,应立即调换或修好。其中设备应进行试运转，发现转动不灵活、有磨损应立即修理。重要构件吊装前应进行试吊，经检查各部件正常，才可进行正式吊装。

2、防止高空坠落

（1）为防止高处坠落，操作人员在进行高处作业时，必须正确使用安全带.安全带一般应高挂使用。

（2)在高处安装构件时，要经常使用悄杠校正构件位置，这样必须防止因撬杠滑脱而引起的高空坠落。

（3）在雨期、冬季里，构件上常因潮湿或积有冰雪而容易使操作人员滑倒，采取扫清积雪后在安装，高空作业人员必须穿防滑鞋方可操作.(4）高空操作人员使用的工具及安装用的零部件,应放入随身佩戴的工具袋内,不可随便向下丢掷。

（5）在高空用电焊切割或气割时，应采取措施防止割下的金属或火花掉下伤人。

(6）地面操作人员，尽量避免在高空作业的正下方停留或通过，也不得在起重机的吊杆或正在吊装的构件下停留或通过。

（7）构件安装后，必须检查连接质量，无误后，才能摘钩或拆除临时固定工具，以防构件掉下伤人.(8）设置吊装禁区,禁止与吊装作业无关的人员入内.3、防物体下落伤人

(1)高空往地面运输物体时，应用绳捆好吊下。吊装时,不得在构件上堆放或悬挂零星物体。零星材料和物体必须用吊笼或钢丝绳保险绳捆扎牢固，才能吊运和传递,不得随意抛掷材料物件，工具,防止滑脱伤人或意外事故.(2)构件绑扎必须绑扎牢固，起吊点应通过构件的重心位置，吊升时应平稳，避免振动或摆动.(3)起吊构件时，速度不应太快，不得在高空停留过久，严禁猛升猛降，以防构件脱落。

(4）构件就位后临时固定前，不得送钩，解开吊索索具。构件固定后，应检查连接牢固和稳定情况。当连接确实安全可靠才可拆除临时固定工具和进行下步吊装。

(5）风雪天，霜雾天和雨期吊装,高空作业应采取必须的防滑措施，如在脚手架、走道、屋面铺麻袋或草垫，夜间作业应有充足照明.4、防止吊装结构失稳

（1）构件吊装应按规定的吊装工艺和程序进行，未经计算和可靠的技术措施，不得随意改变或颠倒工艺程序安装构件.（2)构件就位够，应经初校和临时固定或连接可靠后方可卸钩,最后固定后方可拆除临时固定工具。高宽比很大的单个构件，未经临时或最后固定组成一稳定单元体体系前，应设溜绳或斜撑固定。

（3）构件固定后不得随意撬动或移动位置，如需要重新校正时,必须回钩。

（4)多节吊装时，应吊完第一节后,将下节灌浆固定后，方可安装上节构件.5、防止触电

（1）吊装现场应有专人负责安装、维护和管理用电线路和设备。

(2）起重机在电线下进行作业时，工作安全条件应事先取得机电安装或有关部门同意。起重机在电线附近行驶时,起重机与电线之间的距离不应小于相关规定。

(3)构件运输时,距高压线路净距不得小于2米，距低压线路不得小于1米,如超过规定应采取停点或其他措施.（4）使用塔式起重机或长吊杆的其他类型起重机，应有避雷防触电设施，各种用电机械必须良好的接地或接零，接地电阻不应大于4欧姆，并定期进行接地极电阻遥测试验。

6、塔吊、起重机等大型设备施工安全

（1）大型机械设备的拆装作业，必须由具备安装资质的专业队伍和人员承担，一般人员不得参与.(2)安拆作业前,承接单位要召集工程技术、安全部门人员一同勘察现场情况，协商制定安全技术保证措施。

(3)大型机械的拆除安装，对参加拆装人员要进行安全技术交底，严格遵守拆装程序，拆装时，要有安全监管员和技术负责人在现场指挥.(4)大型机械的安装拆除作业,应遵守电气、机械、高空作业安全规程，防止触电、坠落、挤伤等事故.（5）安装完毕的设备,应符合《起重机械安全规程》和《建筑机械使用安全技术规程》的要求，并通过公司或劳动部门验收后方可使用。

(6)各种机械设备都应遵守《建筑机械使用安全技术规程》。要加强对操作人员的安全教育，经常深入施工现场检查规程执行情况，发现问题及时解决，消除安全隐患。

(7)对操作人员必须经过安全操作技术培训、考核,取得操作证后,方可单独操作.（8)执行定机、定人、定岗位制度,加强责任心教育，要求操作人员不仅要保证本机的安全，且要保证协同作业人员的安全。

(9）结合机械设备的定期检查，委派专人对设备的安全保护装置和指示装置进行检查,以确保安全装置齐全，灵敏、可靠。

（10）机操人员必须听从施工人员的正确指挥，精心操作。对于施工人员违反安全技术规程和可能引起危险事故的指挥，操作人员有权拒绝执行。

（11)各种型号塔吊使用,必须实行定人、定机、定岗位责任。配备1~2名司机和2名以上指挥人员及维修工，团结一致，统一指挥。

(12)塔吊作业前按规定对机械进行调整、紧固、润滑及防腐。经常检查塔身垂直度，垂直度偏差要小于4％。

（13)塔吊作业前应进行空载与重载运转试验，并经常检查各电气保险装置、限位装置、报警指示系统是否齐全有效。

(14）起吊重物时，严禁超负荷使用。

(15）不论有无安全装置和设备,严禁任何人随吊物品升降。

（16)作业前先发信号，然后将重物离地0.5米左右停车，确定刹车、钓钩、重物绑扎无问题后，方可指挥起升作业，塔吊停用时，钓钩上升距吊杆距离不得小于1米.（17）塔吊在停电、停工时，应将重物卸下,不得悬空挂在空中。

(18)塔吊卷筒上钢丝绳不得少于三圈，钢丝绳在筒上应排列整齐，并经常保持油润,达到报废标准时应及时更换。

(19)塔吊司机应认真作好塔吊运转记录及交接班记录方可离岗。

文档内容仅供参考