第一篇：大跨度橋梁非線性分析的論文

摘要：本文在前人研究的基礎(chǔ)上提出了統(tǒng)一的顫振和抖振分析方法。該方法以非線性有限元的直接積分法為基礎(chǔ)，在研究中具體解決了隨機(jī)風(fēng)速場的模擬、耦合自激力的時(shí)域計(jì)算和統(tǒng)一的顫抖振時(shí)程分析流程等關(guān)鍵問題，考慮了結(jié)構(gòu)的幾何非線性和有效攻角效應(yīng)。本文的研究糾正了過去時(shí)程分析方法不能同時(shí)處理顫振和抖振的理論缺陷。本文還通過所編制的軟件的計(jì)算實(shí)例驗(yàn)證了方法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：橋梁非線性顫振抖振時(shí)程分析

一、前言

時(shí)程分析方法是橋梁風(fēng)工程中的主要方法之一。過去的非線性時(shí)域分析方法都局限于抖振。其基本流程是首先模擬橋梁風(fēng)場的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程，根據(jù)脈動(dòng)風(fēng)速計(jì)算抖振力和自激力，然后將抖振力和自激力的計(jì)算編入非線性有限元程序中，最后再運(yùn)用這樣的程序進(jìn)行計(jì)算。在這個(gè)流程中，非線性有限元程序是比較成熟的，但在脈動(dòng)風(fēng)速模擬和自激力的計(jì)算方面都還存在著對分析有重要影響的缺陷。由于時(shí)域中耦合自激力的計(jì)算比較困難，過去的時(shí)程分析中都沒有考慮耦合的自激力，因此，這樣的分析方法不能用來分析耦合顫振[2]。

本文在此對時(shí)程分析方法進(jìn)行了改進(jìn)。首先是改進(jìn)了模擬隨機(jī)風(fēng)場的諧波合成法，提高了模擬的效率。然后本文實(shí)現(xiàn)了時(shí)域中耦合自激力的計(jì)算，從而在時(shí)域中實(shí)現(xiàn)了比較完善的風(fēng)荷載計(jì)算。利用這樣的風(fēng)荷載，本文在時(shí)域中統(tǒng)一了抖振和顫振的分析方法。在時(shí)域中實(shí)現(xiàn)了耦合顫抖振和顫振分析。根據(jù)這一方法，本文運(yùn)用可視化編程技術(shù)，編制了大跨度橋梁非線性顫振和抖振時(shí)程分析的有限元程序Nbuffet，并對程序進(jìn)行了驗(yàn)證。最后本文對江陰長江大橋進(jìn)行了非線性顫振和抖振分析，得出了一些有益的結(jié)論。

二、脈動(dòng)風(fēng)送的模擬

要進(jìn)行抖振時(shí)程分析就必須首先模擬作用在橋梁上的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。本文采用經(jīng)作者改進(jìn)的諧波合成系列中的一種方法，大大提高了模擬效率，為在后文進(jìn)行顫振時(shí)程分析中不斷變換風(fēng)速計(jì)算節(jié)約了時(shí)間。作用在大跨度橋梁上脈動(dòng)風(fēng)速可視為一維多變量隨機(jī)過程。眾所周知，用諧波合成法模擬一維多變量隨機(jī)過程需要計(jì)算互譜密度矩陣的Cholesky分解。該分解通常采用迭代法求借，計(jì)算最大，常常影響模擬的規(guī)模的效率。本文作者利用橋梁上各點(diǎn)的互譜密度近似相等的特點(diǎn)，導(dǎo)出了顯式的分解公式，并且采用了FFT技術(shù)，從而極大地提高了模擬效率。

三、風(fēng)荷載計(jì)算

引起橋梁風(fēng)振的荷載可以分為靜力風(fēng)荷載、抖振力和自激力。其中靜力荷載按常規(guī)靜力三分力系數(shù)計(jì)算，抖振力常按Scanlan的準(zhǔn)定常理論計(jì)算。

自激力的計(jì)算一直是研究得較多的課題之一。傳統(tǒng)頻域抖振和顫振分析方法中的自激力都采用Scanlan提出的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)的線性表達(dá)式。由于該表達(dá)式是頻域和時(shí)域的混合表達(dá)式，不能在時(shí)域中求解。為了在時(shí)域中順利計(jì)算耦合自激力，Lin提出了一種用單位脈沖響應(yīng)函數(shù)表達(dá)的統(tǒng)一自激力表達(dá)式[4]。本文按Lin的理論計(jì)算耦合自激力。Lin的理論基于二自由度耦合。然而，三自由度耦合對結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響最近也引起了一些學(xué)者的關(guān)注。雖然并非所有的自由度之間都具有耦合特性，但從理論和形式完備的角度出發(fā)，本文將Lin的理論從二自由度推廣到三自由度，成功地實(shí)現(xiàn)了時(shí)域內(nèi)三自由度耦合自激力的計(jì)算。

用脈沖響應(yīng)函數(shù)表達(dá)的自激力適合于任意形式的振動(dòng)，也適用于正余弦振動(dòng)（顫振）。根據(jù)在正余弦振動(dòng)形式下，脈沖響應(yīng)函數(shù)表達(dá)的自激力與氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)表達(dá)的自激力相等價(jià)的關(guān)系，Lin導(dǎo)出了用脈沖響應(yīng)函數(shù)表達(dá)的自激力的具體表達(dá)形式。

四、統(tǒng)一的額報(bào)和抖報(bào)時(shí)域分析方法

在傳統(tǒng)的步域分析方法中，抖振和顏振是通過完全不同的方法來分析的。其中，抖振分析用的是基于隨機(jī)振動(dòng)理論的響應(yīng)譜方法，顫振分析用的是與特征值問題有關(guān)的半逆解法或復(fù)模態(tài)解法。風(fēng)振時(shí)程分析的初衷是為了解決非線性情況下的抖振響應(yīng)計(jì)算。但是顫振分析中所需要的計(jì)算自激力的公式在抖振時(shí)程分析中都要用到，所以從理論上講，利用計(jì)算抖振時(shí)程分析的方法同樣可以在時(shí)域中計(jì)算顫振。實(shí)際上，抖振和顫振并不是完全獨(dú)立的。在任何風(fēng)速之下，橋梁都受到抖振力和自激力的作用。當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，自激力很小，不起控制作用，橋梁的振動(dòng)就體現(xiàn)為抖振。當(dāng)風(fēng)速增加到一定程度時(shí)，自激力逐漸發(fā)散，并控制橋梁的運(yùn)動(dòng)，橋梁就發(fā)生了顫振。因此，只要正確地描述了抖振力和自激力，運(yùn)用時(shí)程分析這一仿真的分析方法，就可以算出一定風(fēng)速之下橋梁的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果表現(xiàn)為隨機(jī)振動(dòng)，則說明是抖振，我們就可以得到響應(yīng)時(shí)程統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。如果是發(fā)散振動(dòng)，就說明橋梁發(fā)生了顫振。只要不斷進(jìn)行搜索計(jì)算，我們就能在時(shí)域中找到橋梁的顫振臨界風(fēng)速。

根據(jù)以上設(shè)想，本文設(shè)計(jì)并首次成功地實(shí)現(xiàn)了時(shí)域中統(tǒng)一的顫振和抖振分析算法。

流程中，耦合自激力的計(jì)算是個(gè)關(guān)鍵。過去的一些抖振時(shí)程分析方法中常只近似考慮非耦合的自激力。而大跨度橋梁的顫振發(fā)散大多是受耦合自激力控制的，因此，過去的抖振時(shí)程分析方法不能用于計(jì)算顫振的原因就在于此。顫振發(fā)散的判斷依據(jù)也是關(guān)鍵之一?？紤]到結(jié)構(gòu)在接近顫振臨界狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)形式逐漸從隨機(jī)振動(dòng)過渡到諧波發(fā)散振動(dòng)，其振幅將逐漸增大，相應(yīng)振動(dòng)的阻尼將逐漸減小。因此，本文先通過位移時(shí)程曲線觀察振幅的變化規(guī)律，當(dāng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)明顯過渡為諧波振動(dòng)時(shí)，則根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的阻尼系統(tǒng)，當(dāng)阻尼系統(tǒng)為負(fù)時(shí)，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)進(jìn)入顫振臨界狀態(tài)。計(jì)算實(shí)例表明，這種判斷方法與其他方法計(jì)算得到的結(jié)果一致。

五、非線性顫振和抖振時(shí)程分析的程序設(shè)計(jì)

除了在時(shí)域中統(tǒng)一顫振和抖振分析方法以外，本文研究時(shí)程分析方法的目的還在于分析不同非線性因素對橋梁顫振和抖振響應(yīng)的影響。與大跨度橋梁抖振和顫振有關(guān)的非線性現(xiàn)象主要有：

（1）幾何非線性，包括平均風(fēng)荷載引起的位移：由于大跨度橋梁相對細(xì)長，幾何非線性現(xiàn)象不能忽視；

（2）有效攻角效應(yīng)：由平均風(fēng)荷載引起的位移使風(fēng)對橋梁的攻角發(fā)生變化，從而使靜力三分力系統(tǒng)和氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)發(fā)生變化，因此附加攻角對橋梁的影響不能忽視。

根據(jù)以上分析流程并考慮這些非線性因素，借鑒一些通用有限元程序的理論和源代碼[5]，本文作者編制了大跨度橋梁顫振和抖振分析程序Nbuffet。該程序以FortranPowerStation（FPS）4。0為平臺，采用Fortran90語言編程。作者運(yùn)用了FPS的Windows編程技術(shù)，使Nbuffet成為一個(gè)基于Windows95／NT平臺具有豐富的交互式功能的實(shí)用程序。

由于目前非線性有限元技術(shù)相對比較成熟，該部分在理論上不是本文的重點(diǎn)，因此這里不再詳述。

六、實(shí)例分析

在以上理論的基礎(chǔ)上，本文作者編制了相應(yīng)計(jì)算機(jī)程序Nbuffet。該程序考慮了結(jié)構(gòu)的幾何非線性和氣動(dòng)非線性（有效攻角引起的三分力和氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)等變化），以便可以考慮這些非線性對結(jié)構(gòu)風(fēng)振行為的影響。本文作者在程序中采用魚骨架式模型建立大跨度橋梁模型，采用桿梁的切線剛度矩陣和Newton—Raphson方法并引入平衡迭代來處理結(jié)構(gòu)幾何非線性。運(yùn)用所編制的程序，本文分析了江陰長江大橋主橋的非線性顫振和抖振行為。

江陰長江大橋主跨1385m，是我國目前在建的跨度最大的橋梁。豐文運(yùn)用Nbuffet程序，分析了該橋不同參數(shù)下的顫振和抖振響應(yīng)，并與用其他方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，本文建立的統(tǒng)一的顫振和抖振分析方法在理論上和實(shí)踐上都是成功的。本文所編制的Nbuffet程序也是實(shí)用可靠的。以下分別是運(yùn)用傳統(tǒng)頻域分析方法、風(fēng)洞模型試驗(yàn)和本文的方法分析得出的一些結(jié)果對比情況。限于篇幅所限。從結(jié)果對比可以看出本文的計(jì)算結(jié)果與頻域分析方法、風(fēng)洞模型試驗(yàn)的結(jié)果基本吻合。本文的主要目的是建立一套時(shí)域內(nèi)顫振和抖振統(tǒng)一分析的方法和流程。從比較結(jié)果來看，這種方法和流程是成功的。

從比較結(jié)果中還可以得到以下一些現(xiàn)象：

（1）本文豎向響應(yīng)略小于風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，本文的扭轉(zhuǎn)結(jié)果又略大于風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果?？紤]到目前的風(fēng)振試驗(yàn)和分析方法體系都尚未達(dá)到比較精確的程度，這些誤差可能來源于試驗(yàn)、頻域、時(shí)域三者之間的模型誤差。

（2）素流對該橋的顫振臨界風(fēng)速?zèng)]有影響，即考慮抖振項(xiàng)的參與不影響該橋額振臨界風(fēng)速。

（3）只有氣動(dòng)導(dǎo)納因素對抖振結(jié)果影響顯著?？梢?，幾何非線性和有效三分力及有效氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)對懸索橋的影響可能要到更大的跨度才能表現(xiàn)出來。

七、結(jié)語

大跨度橋梁在非線性情況下的顫振和抖振分析是目前橋梁風(fēng)工程研究的熱點(diǎn)之一。本文著重提出了時(shí)域中統(tǒng)一的顫振和抖振方法，同時(shí)解決了脈動(dòng)風(fēng)速的高效率模擬、結(jié)構(gòu)幾何非線性和氣動(dòng)非線性的處理方法。在此基礎(chǔ)上，本文編制了計(jì)算程序Nbuffet并用該程序分析了江陰長江大橋非線性顫振和抖振響應(yīng)。結(jié)果表明本文提出的方法及所編制的程序在理論和實(shí)踐上都是正確的。

在此基礎(chǔ)上，我們就可以在時(shí)域中增加考慮各種非線性因素對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析從而尋找結(jié)構(gòu)對這些因素的敏感性；我們也可以根據(jù)時(shí)程計(jì)算來進(jìn)行非線性的振動(dòng)控制。而這些研究工作在頻域范圍內(nèi)是難以開展的。如果與CFD技術(shù)相結(jié)合，將可望實(shí)現(xiàn)從參數(shù)識別到結(jié)構(gòu)宏觀計(jì)算和控制的全過程分析。從而達(dá)到與風(fēng)洞試驗(yàn)互為補(bǔ)充的目的。

應(yīng)該說，盡管以上方法和程序是成功的，但是更重要的是要利用這種方法對所關(guān)心的橋梁進(jìn)行各種用過去的方法所不能進(jìn)行的全過程參數(shù)分析，從而得到更具有普遍規(guī)律性的結(jié)論。因此，大量的實(shí)例計(jì)算和總結(jié)是必要的。

第二篇：大跨度橋梁結(jié)構(gòu)選型調(diào)研報(bào)告

大跨度橋梁結(jié)構(gòu)選型調(diào)研報(bào)告

摘 要: 大跨度橋梁形式多樣,有斜拉橋、懸索橋、拱橋、懸臂桁架橋及其他的一些新型的橋式,如全索橋、索托橋、斜拉—懸吊混合體系橋、索桁橋等等。其中,懸索橋和斜拉橋是大跨徑橋梁發(fā)展的主流。本文針對大跨度橋梁結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)這一問題做了綜合性的總結(jié)和歸納。

關(guān)鍵詞: 大跨度橋梁;斜拉橋;懸索橋;橋梁造型設(shè)計(jì);1 引 言 世紀(jì)90 年代以來, 隨著世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展, 大跨度橋梁的建設(shè)出現(xiàn)了前所未有的高潮。目前, 懸索橋的最大跨徑已經(jīng)達(dá)到1 991m , 斜拉橋的最大跨徑達(dá)到890 m。隨著橋梁跨徑的逐步增大, 橋梁結(jié)構(gòu)的柔性化趨勢日趨明顯, 橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、行車舒適性、架設(shè)方便性等一系列問題開始變得愈來愈突出。如何更好地解決伴隨著橋梁跨徑長大化而出現(xiàn)的這些問題, 成為21世紀(jì)世界橋梁工作者共同面對的挑戰(zhàn)。本文簡要回顧了大跨度橋梁的發(fā)展歷史, 對現(xiàn)有大跨度橋梁建設(shè)的成就與問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析, 在此基礎(chǔ)上, 提出了有關(guān)大跨度橋梁設(shè)計(jì)的一些新構(gòu)想, 希望對未來橋梁設(shè)計(jì)的發(fā)展有所幫助。2 現(xiàn)代斜拉橋的發(fā)展與演變 2.1 早期的斜拉橋

斜拉橋由索塔、拉索、主梁三部分組成。從歷史上看, 影響斜拉橋發(fā)展的技術(shù)因素主要有三個(gè)第一, 力學(xué)分析手段的進(jìn)步。第二, 材料性能的改進(jìn)。第三, 施工技術(shù)的發(fā)展。從力學(xué)分析的角度講, 斜拉橋?qū)儆诙啻纬o定體系, 在沒有電子計(jì)算機(jī)幫助的條件下, 手工進(jìn)行力學(xué)分析相當(dāng)復(fù)雜。現(xiàn)存的早期斜拉橋中, 較有代表性的是1867 年建造的新加坡Cavenagh 橋和1874 年建造的倫敦Albert橋。二十世紀(jì)五、六十年代, 斜拉橋獲得了較快的發(fā)展。1955 年, 瑞典建成了主跨183m 的Stromsund橋;1959 年, 聯(lián)邦德國建成了主跨302 m 的Severin橋。早期建造的斜拉橋有兩個(gè)比較顯著的特點(diǎn): 一是單柱式索塔比較多;二是斜拉索很少2.2 密束斜拉體系的出現(xiàn)

隨著有限元技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及, 高次超靜定結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析開始變得簡單易行。1967 年, 聯(lián)邦德國建成了主跨280m 的Friedrich2E2bert 橋, 從此拉開了密束體系斜拉橋建設(shè)的序幕。通過將導(dǎo)入拉索的預(yù)應(yīng)力分布式地傳遞給主梁, 可顯著減小梁中的彎矩, 并且易于采用懸臂法進(jìn)行施工。因此, 密束體系斜拉橋的出現(xiàn)加速了斜拉橋跨度, 特別是預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋跨度的迅速增長。1986 年, 加拿大建成了主跨465 m 的An2nacis 橋;1991 年, 挪威建成了主跨530 m 的Skaron2sundet 橋。

二十世紀(jì)九十年代, 世界斜拉橋的建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)鼎盛時(shí)期。1993 年, 中國建成了跨度位居當(dāng)時(shí)世界第一的主跨602 m 的上海楊浦大橋;1995 年,法國建成了主跨856 m 的Normandy 大橋;1999 年, 日本建成了跨度位居世界第一的主跨890m 的多多羅大橋。九十年代的大跨度斜拉橋建設(shè)有兩個(gè)特點(diǎn): 一是大部分出現(xiàn)在中國;二是倒Y 型和分離式倒Y型(有文獻(xiàn)稱之為鉆石型)索塔被廣泛采用。倒Y型和分離式倒Y型索塔的廣泛使用, 既有技術(shù)方面的原因, 也有審美習(xí)慣和技術(shù)傳統(tǒng)的影響, 下文將對此做具體的分析。2.3 斜拉橋索塔的造型與選擇

索塔的形態(tài)可以多種多樣, 需要指出的是, 索塔的形態(tài)通常和斜拉索的配置密切相關(guān)。如果采用單索面, 則通常會(huì)選用單柱塔或倒Y型塔。單柱塔可能存在的問題主要有兩點(diǎn): 一是從人體工程學(xué)的角度看, 如果橋面不是太寬的話, 單柱塔相對寬大的塔柱會(huì)對汽車駕駛員的運(yùn)動(dòng)視線產(chǎn)生一些阻斷,給人某種程度的壓迫感。二是從建筑美學(xué)的角度看, 由于單柱塔上塔柱和下橋墩的剖面尺寸有時(shí)相差懸殊, 給人以整體不協(xié)調(diào)的感覺.單索面的使用通常有兩個(gè)前提條件: 一是主梁(橋身)要有固定拉索的中央分割帶;二是主梁本身要有比較大的抗扭剛度。雖然采用單索面的日本鶴見翼大橋, 其主梁跨度達(dá)到了510 m , 但對于大多數(shù)橋梁設(shè)計(jì)師來說, 在設(shè)計(jì)大跨度斜拉橋時(shí), 處于技術(shù)和心理感受兩方面的考慮, 他們通常更傾向于選擇雙索面布置。和單索面橋構(gòu)造上最接近的是雙側(cè)單索面橋, 即在橋面的兩側(cè)各布置一根互不相連的塔柱, 每根塔柱獨(dú)立張拉出一面索。象荷蘭的Waal 大橋這樣采用雙根單柱橋塔的斜拉橋?qū)嶋H上并不多見, 原因有技術(shù)方面的, 也有心理感受方面的。從技術(shù)的角度看, 由于垂直索面的結(jié)構(gòu)剛度相對比較弱, 風(fēng)載作用下存在發(fā)生振動(dòng)發(fā)散的可能。從心理學(xué)的角度看, 設(shè)計(jì)師通常更傾向于結(jié)構(gòu)在橫橋向存在某種形式上的連接。一方面是出于結(jié)構(gòu)受力方面的考慮, 另一方面是出于尋找視覺上的支撐, 兩種因素匯合起來的結(jié)果, 使設(shè)計(jì)師們更傾向于用橫梁將兩根獨(dú)立的單柱聯(lián)接在一起, 以形成垂直于橋面縱軸的框架型橋塔支撐體系。當(dāng)橫梁在塔頂將兩根獨(dú)立的單柱聯(lián)接在一起時(shí), 便形成了門型橋塔。而當(dāng)橫梁在塔的中部將兩根獨(dú)立的單柱聯(lián)接在一起時(shí), 便形成了H 型橋塔。將門型橋塔的塔柱向內(nèi)側(cè)傾斜至極限,可形成倒V 型橋塔;將H 型橋塔的塔柱向內(nèi)側(cè)傾斜至極限, 則形成了倒A 橋塔。究竟是什么原因促使設(shè)計(jì)師紛紛將塔柱向內(nèi)傾斜? 塔柱向內(nèi)傾斜的直接好處是什么? 不利之處在哪里? 有什么辦法能夠平衡兼顧, 揚(yáng)長避短。加斜拉索的最初目的是給主梁提供一個(gè)豎向支撐, 從而減小主梁由于重力荷載而產(chǎn)生的豎向彎矩和變形, 使主梁在跨度增加的同時(shí), 并不顯著增加梁的內(nèi)力和變形。僅從抵抗重力荷載的角度考慮, 索平面應(yīng)盡可能地和主梁平面垂直, 以保證斜拉索在沿橋向(縱向)鉛垂面上的投影, 和水平面的夾角最大。因此, 單柱塔、雙根單柱塔、門型塔和H 型塔是該條件下比較合適的塔型選擇。但實(shí)際面對的問題是, 主梁除了要承受豎向重力荷載外, 還必須承受橫向風(fēng)荷載等其它方向的荷載, 并且橫向風(fēng)荷載的影響程度隨主梁跨度的增加迅速增長。從力學(xué)分析的角度看, 要有效地抵抗橫向風(fēng)荷載, 索平面應(yīng)和主梁平面保持比較適當(dāng)(注意, 不是最大)的夾角, 以保證索力在橫橋方向上的投影, 有比較合適的大小。因此, 此時(shí)的最優(yōu)塔型,應(yīng)當(dāng)是適度扁平的倒V 型或倒A 型橋塔。隨著橋面寬度的增大, 相對扁平的倒V 型和倒A 型橋塔, 會(huì)使橋墩基礎(chǔ)的占用空間增大。比較簡單的解決辦法有兩種: 一是在增大塔柱陡度的同時(shí)增大索力;二是將柱塔在主梁以下向內(nèi)收縮間距, 形成所謂的鉆石型塔身。顯然, 抵抗豎向重力荷載和抵抗橫向風(fēng)荷載對最優(yōu)塔型的要求存在一些矛盾。另外, 大跨度斜拉橋還需要考慮抗扭曲的問題。綜合幾個(gè)方面的因素, 人們發(fā)明了一種最簡單和最直接的解決辦法, 即在倒V 型(包括鉆石型)橋塔的頂部向上增加一根垂直立柱, 并將斜拉索錨固在新增加的垂直立柱上。倒V 型橋塔加垂直立柱形成的新塔型, 就是目前在大跨度斜拉橋建設(shè)中廣

泛采用的倒Y型橋塔

當(dāng)橋梁跨度比較大的時(shí)候(500 m～600 m 以上), 倒Y型橋塔中的垂直立柱會(huì)變得比較粗, 結(jié)果使橋塔沿橋向和橫橋向的風(fēng)阻大大增加。降低橋塔風(fēng)阻的最簡單、也是最實(shí)用的辦法之一, 是將倒Y型橋塔中的垂直立柱橫橋向壓扁、沿橋向鏤空,也就是將立柱變成橫橋向的比較細(xì)長的H 型或日型框架, 由此形成的橋梁塔型, 本文稱之為分離式倒Y型橋塔。事實(shí)上, 倒A 型橋塔也可以歸類為分離式倒Y型橋塔。

當(dāng)橋梁跨度低于500 m 時(shí), 同樣可以采用分離式倒Y型橋塔。分離式倒Y型橋塔近年來得到廣泛采用的原因主要有以下幾點(diǎn): 一是橋塔本身的造型比較美觀;二是對橋面寬度變化的適應(yīng)能力比較強(qiáng);三是垂直立柱分離使正橋向原先存在的索面空間閉合狀態(tài)被打破, 由此形成的開放式視覺空間,可以有效降低傾斜索面對行車人視覺可能產(chǎn)生的壓迫感。

從拓?fù)潢P(guān)系看, 分離式倒Y型橋塔可根據(jù)變形路徑的不同, 退化演變?yōu)榈筜型、H 型和門型橋塔中的任何一種。換句話說, 從分離式倒Y型塔型出發(fā)進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化, 可以發(fā)現(xiàn)目前已知常用塔型中的最優(yōu)塔型。

斜拉橋的跨度最大能夠達(dá)到多少是人們非常關(guān)心的一個(gè)話題。在正面回答這個(gè)問題之前, 我們先分析一下影響斜拉橋跨度急速增大的因素主要有哪些。顯然, 有技術(shù)方面的因素, 也有經(jīng)濟(jì)和美學(xué)方面的因素。事實(shí)上, 正是多因素的復(fù)合限制了斜拉橋跨度的急速增大。從力學(xué)的角度看, 斜拉橋跨度急速增大帶來的主要問題是: 第一, 由于斜拉索索力的水平分量需由主梁中的內(nèi)力來平衡, 隨著斜拉橋跨度的增加, 塔處主梁根部的壓應(yīng)力急劇增大,因此, 主梁的抗壓穩(wěn)定性將成為制約斜拉橋跨度急速增大的一個(gè)主要因素。第二, 長柔的拉索比較容易發(fā)生獨(dú)立索振動(dòng), 加穩(wěn)定索和抗風(fēng)阻尼器雖在一定程度上可以緩解這一問題, 但因此付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)是否值得則有待商榷。從經(jīng)濟(jì)學(xué)和美學(xué)的角度看, 限制斜拉橋跨度急速增大的主要因素是: 第一, 斜拉索的最小傾斜角有一個(gè)合理的下限, 這個(gè)下限值大致在20 度左右。第二, 斜拉橋索塔的高度有一個(gè)合理的上限, 這個(gè)上限值大致在300 m～350 m左右。綜合這兩個(gè)因素, 我們估計(jì)斜拉橋最大可以接受的跨度應(yīng)當(dāng)在1 250 m～1 500 m 左右。3 現(xiàn)代懸索橋的發(fā)展與演變 3.1大跨度懸索橋的出現(xiàn)與流行

懸索橋通常由主塔、主纜、吊索、加勁梁、錨碇五部分組成。懸索橋自古就有, 但近代意義上的大跨度懸索橋則出現(xiàn)在十九世紀(jì)中葉。1855 年, J1A1 Roebling 建成了世界首座跨度為250 m 的鐵路懸索橋。1883 年, 美國布魯克林橋的跨度達(dá)到了486m。1931 年, 喬治·華盛頓大橋的跨度首次超過1000 m。1937 年, 跨度1 280 m 的金門大橋在美國建成。1981 年, 英國建造了跨度1 410 m 的亨伯橋。1998 年, 日本明石海峽大橋的跨度接近2 千米, 達(dá)到1 991 m。

懸索橋跨度的不斷增大一方面來源于材料科技和建造技術(shù)的進(jìn)步, 但最主要的原因恐怕直接來源于設(shè)計(jì)思想的根本性轉(zhuǎn)變。

在近代懸索橋的發(fā)展歷史上, 曾經(jīng)出現(xiàn)過3 次比較大的設(shè)計(jì)思想變革。第一次變革出現(xiàn)在二十世紀(jì)初。1888 年, Me2len 提出了考慮載荷引起的變形對結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算影響的撓度理論, 奠定了近代懸索橋設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。撓度理論發(fā)現(xiàn), 懸索橋的整體剛度主要由主纜的重力剛度構(gòu)成, 加勁梁自身的剛度對結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn)不大。因此, 隨著橋梁跨度的增加, 加勁梁的高度可基本維持不變。1909 年, 采用撓度理論設(shè)計(jì)的曼哈頓橋在美國建成。

第二次變革出現(xiàn)在二十世紀(jì)四十年代。1940年, 美國建成了塔科瑪橋。4 個(gè)月之后, 在19m·s-1的風(fēng)速下, 發(fā)生劇烈彎扭振動(dòng)而坍塌。塔科瑪橋坍塌的事故導(dǎo)致了兩個(gè)積極的結(jié)果: 第一, 人們開始重新審視撓度理論, 發(fā)現(xiàn)加勁梁保持必要的剛度, 特別是抗扭剛度十分必要。第二, 橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì), 或者說橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性問題開始引起人們的高度重視。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 風(fēng)引起的扭轉(zhuǎn)或彎扭耦合模態(tài)的發(fā)散性振動(dòng)是導(dǎo)致塔科瑪橋坍塌的主要原因。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭剛度, 加勁梁的高度開始出現(xiàn)大幅反彈, 普遍達(dá)到7 m～12 m。桁架式加勁梁幾乎成了大跨橋加勁梁的固定做法。

第三次變革出現(xiàn)在二十世紀(jì)六十年代。塔科瑪舊橋坍塌事件對橋梁設(shè)計(jì)思想的影響, 在北美和在歐洲是完全不同的。美國人的做法是采用桁架式加勁梁解決減小風(fēng)阻的問題, 并將加勁梁的高度大幅增加以提高斷面的抗扭剛度。英國人則認(rèn)為, 改善橋梁氣動(dòng)穩(wěn)定性的合理方式, 應(yīng)當(dāng)是采用合理的加勁梁剖面形式, 主要通過降低風(fēng)阻和控制氣流分離的辦法減小扭矩, 通過將橫剖面閉合的辦法增加箱梁的抗扭剛度。1966 年, 英國人的設(shè)計(jì)思想在塞文橋中得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí), 塞文橋988 m的跨度雖然并不起眼, 但它首次采用的流線型扁平鋼箱梁設(shè)計(jì)卻使整個(gè)橋梁界產(chǎn)生了強(qiáng)烈的震撼。塔科瑪舊橋垮橋事件后, 對于大跨懸索橋, 桁架式加勁梁曾被認(rèn)為是最有效的加勁梁形式, 這一看法由于塞文橋的出現(xiàn)而開始受到人們的質(zhì)疑。塞文橋的設(shè)計(jì)思想, 在土耳其的博斯普魯斯I 橋上得以再次展現(xiàn)。1981 年, 英國人建造了跨度1 410 m的亨伯橋。亨伯橋不僅從美國的維拉扎諾海峽橋(, 跨度1 298 m , 建于1964 年)那里奪走了跨徑世界第一的寶座, 而且在造型上的特征異常鮮明: 一是橋塔很矮, 只有155 m。二是邊跨比很小, 且左右不對稱(分別為0120 和0138)。

塞文橋的著名并不在于它的跨度是否曾經(jīng)達(dá)到過世界第一, 而在于它首創(chuàng)了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)理念。唯其如此, 著名德國橋梁設(shè)計(jì)師F1 Leonhardt認(rèn)為, 塞文橋的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代懸索橋設(shè)計(jì)風(fēng)格的開始[4 ]。3.2索橋主塔的造型與選擇

現(xiàn)代懸索橋的主塔形式主要有三種: 第一種是使用水平桿件將兩根塔柱相連的剛架式;第二種是使用水平橫桿和交叉斜桿將兩根塔柱相連的桁架式;第三種是路面以上為剛架, 加勁梁下用交叉斜桿連接的混合式。在懸索橋(同樣適用于斜拉橋)橋塔的設(shè)計(jì)中, 有幾點(diǎn)是需要仔細(xì)處理的: 第一, 要合理安排下、中、上三個(gè)塔段的高度分割比例。依據(jù)美學(xué)原則, 類似甘蔗的節(jié), 按由短到長順序設(shè)置的塔段高度給人以穩(wěn)重、流暢的感覺。如果做到下短上長有困難, 則應(yīng)逐步減小上層塔柱的截面尺寸。第二, 如果橋面以上塔柱的高度低于橋面以下塔柱高度的2 倍,則橋面以上的塔柱間應(yīng)使用單橫梁。強(qiáng)度不夠時(shí)可將頂部橫梁的高度加大, 橫梁下緣做成拱型曲面。第三, 橋上、橋下的塔段設(shè)計(jì)風(fēng)格應(yīng)當(dāng)盡可能地和諧。適度的變化是允許的,只要構(gòu)造上蘊(yùn)涵的內(nèi)在節(jié)奏和韻律不遭到破壞。第四, 需要仔細(xì)安排塔柱剖面尺寸、橫梁剖面尺寸和塔高間的相對比例關(guān)系, 不要使塔柱和橫梁顯得過于笨重, 給人以不舒服的沉重感。

塔型設(shè)計(jì)是一門綜合性的藝術(shù), 是結(jié)構(gòu)工程學(xué)和建筑美學(xué)的有機(jī)結(jié)合。塔型設(shè)計(jì)同時(shí)又是一門個(gè)性化的藝術(shù), 她的身上不可避免地鐫刻著建筑傳統(tǒng)和設(shè)計(jì)師個(gè)人風(fēng)格的烙印。前者要求塔型構(gòu)造除了本身各部分之間應(yīng)相互協(xié)調(diào)之外, 還必須和加勁梁的設(shè)計(jì)風(fēng)格相協(xié)調(diào)。而兩者的綜合則可以解釋一些令人費(fèi)解的現(xiàn)象。

伊藤學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象: 日本的大跨懸索橋比較多地采用了桁架式的塔型設(shè)計(jì), 而歐美的同類橋梁則比較多地采用了剛架式的塔型設(shè)計(jì)。比較典型的有桁架式的日本明石海峽大橋和剛架式的美國金門大橋等。伊藤學(xué)認(rèn)為,造成這一現(xiàn)象的主要原因是, 日本的地震和強(qiáng)風(fēng)等橫向荷載比較大, 采用桁架式的塔型設(shè)計(jì)比較經(jīng)濟(jì)。我們認(rèn)為, 日本明石海峽大橋和美國金門大橋設(shè)計(jì)風(fēng)格上的差異更多地源于設(shè)計(jì)傳統(tǒng)和設(shè)計(jì)師的個(gè)人風(fēng)格, 而不是源于地理上的差異。日本人的確喜歡使用交叉桁架式的塔型, 如日本的關(guān)門橋、南、北備贊瀨戶大橋、因島大橋等, 但未必源于地理環(huán)境上的差異。第一, 金門大橋的橋位位于著名的加利福尼亞強(qiáng)地震帶上, 并且和明石海峽大橋一樣, 曾經(jīng)遭受過強(qiáng)地震的洗禮。第二, 歐洲和美國也都有一些桁架式塔型的大跨度懸索橋, 如葡萄牙里斯本的塔古斯河橋、美國的奧克蘭海灣橋、英國蘇格蘭福斯灣公路大橋(圖15)等。第三, 日本人采用剛架式塔型的大跨度懸索橋也不少, 如日本的來島大橋、大島大橋、東京港彩虹橋、下津井瀨戶大橋等。還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象: 美國人設(shè)計(jì)的橋塔比較剛勁, 而英國人設(shè)計(jì)的橋塔則比較纖柔。我們對這一現(xiàn)象的解釋是: 美國人設(shè)計(jì)的這些橋梁采用了高度7m～12 m 的高大的桁架式加勁梁, 無論從美學(xué)還是從力學(xué)的角度看, 橋塔都應(yīng)該設(shè)計(jì)得比較剛勁。而英國人設(shè)計(jì)的這些橋梁采用了高度為310 m～415 m的扁平的鋼箱梁, 無論從美學(xué)還是從力學(xué)的角度看, 橋塔都應(yīng)該設(shè)計(jì)得比較纖柔。事實(shí)上, 由英國人設(shè)計(jì)的香港青馬大橋, 由于加勁梁的高度為717m , 其橋塔同樣設(shè)計(jì)得剛勁有力(圖17)。因此,對橋梁設(shè)計(jì)而言, 體現(xiàn)設(shè)計(jì)師的個(gè)人風(fēng)格和魅力固然重要, 但橋型設(shè)計(jì)和橋梁的內(nèi)在功能及與周邊環(huán)境的關(guān)系保持協(xié)調(diào)則更為重要。我們的看法是, 如果采用扁平的鋼箱梁為加勁梁, 則橋塔造型以采用剛架式為宜.4 結(jié)語

人類已開始向跨海工程挑戰(zhàn)。世界上寬度在100km以內(nèi)的海峽有20多處。獨(dú)立于大陸之外，具有開發(fā)價(jià)值的近海島嶼無數(shù)。它們將是21世紀(jì)人類用橋梁去征服的目標(biāo)。

21世紀(jì)橋梁將實(shí)現(xiàn)大跨、輕質(zhì)、靈敏的國際橋梁發(fā)展新目標(biāo)，意大利與西西里島之間墨的西拿海峽大橋，主跨3300米懸索橋，其使用壽命200年。高強(qiáng)度鋁合金、玻璃鋼、碳纖維等太空材料將取代當(dāng)代的橋梁鋼、混凝土，成為橋梁建筑的主體材料，從而實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)目標(biāo)；不同類型輕質(zhì)材料組合拼裝的各類新型斜拉橋、懸索橋、輕質(zhì)拱橋?qū)⒁豢缍^大川巨流或小海灣，實(shí)現(xiàn)1500米以上大跨目標(biāo)；橋梁上裝配的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)將可以感知風(fēng)力、氣溫等天氣狀況，同時(shí)可以隨時(shí)得到并反映出大橋的承載情況、交通狀況。綜觀大跨徑橋梁的發(fā)展趨勢，可以看到世界橋梁建設(shè)必將迎來更大規(guī)模的建設(shè)高潮。

參考文獻(xiàn)

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第三篇：大跨度橋梁的發(fā)展趨勢調(diào)研報(bào)告..

大跨度橋梁的發(fā)展趨勢調(diào)研報(bào)告

前言：

根據(jù)《公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：單跨跨徑大于40m即為大橋，一般認(rèn)為單跨跨徑大于100m的橋梁即為大跨度橋梁。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大跨徑橋梁的建設(shè)在20世紀(jì)末進(jìn)入了一個(gè)高潮時(shí)期。眾所周知，大跨徑橋梁建設(shè)反映了一個(gè)國家的綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。近百年來。特別是本世紀(jì)30年代以來，世界上大跨徑橋梁建設(shè)發(fā)展十分迅速。不同橋型大跨徑橋梁的發(fā)展，日益被各國橋梁界人士所關(guān)注。我國進(jìn)入90年代以來，出現(xiàn)了建造大跨徑橋梁的高潮。進(jìn)入21世紀(jì)的中國必將迎來更大規(guī)模的大跨徑橋梁建設(shè)時(shí)期。隨著我國城市建設(shè)和高等級公路、道路建設(shè)的發(fā)展，修建大跨徑城市橋梁也將成為必然的趨勢。城市大跨徑橋梁，除考慮運(yùn)輸、航運(yùn)、地理、地質(zhì)、水文、環(huán)境等因素外，還有區(qū)別于跨越一般江河大跨徑橋梁的特殊因素。因此應(yīng)研究城市大跨徑橋梁的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，積極探索我國城市大跨徑橋梁發(fā)展的有效途徑，以推動(dòng)橋梁建設(shè)事業(yè)的更大發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大跨度橋梁 結(jié)構(gòu)形式 跨度 歷史 現(xiàn)狀 發(fā)展

1.大跨度橋梁類型

大跨度橋梁在現(xiàn)今世界發(fā)展十分迅速。橋梁的發(fā)展史就是橋梁跨度不斷增長的歷史，也是橋型不斷豐富的歷史。大跨度橋梁可分為：斜拉橋、懸索橋、連續(xù)鋼構(gòu)、連續(xù)梁橋和拱橋。

1.1板式橋

板式橋（如圖1.1）是公路橋梁中量大、面廣的常用橋型，它構(gòu)造簡單、受力明確，可以采用鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；可做成實(shí)心和空心，就地現(xiàn)澆為適應(yīng)各種形狀的彎、坡、斜橋，因此，一般公路、高等級公路和城市道路橋梁中，廣泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原區(qū)高速公路上的中、小跨徑橋梁，特別受到歡迎，從而可以減低路堤填土高度，少占耕地和節(jié)省土方工程量。

實(shí)心板一般用于跨徑13m以下的板橋。因?yàn)榘甯咻^矮，挖空量很小，空心折模不便，可做成鋼筋混凝土實(shí)心板，立模現(xiàn)澆或預(yù)制拼裝均可。空心板用于等于或大于13m跨徑，一般采用先張或后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。先張法用鋼絞線和冷拔鋼絲；后張法可用單根鋼絞線、多根鋼絞線群錨或扁錨，立?，F(xiàn)澆或預(yù)制拼裝。成孔采用膠囊、折裝式模板或一次性成孔材料如預(yù)制薄壁混凝土管或其他材料。

鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土板橋，其發(fā)展趨勢為：采用高標(biāo)號混凝土，為了保證使用性能盡可能采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力方式和錨具多樣化；預(yù)應(yīng)力鋼材一般采用鋼絞線。板橋跨徑可做到25m，目前有建成35～40m跨徑的橋梁。在我看來跨徑太大，用材料不省，板高矮、剛度小，預(yù)應(yīng)力度偏大，上拱高，預(yù)應(yīng)力度偏小，可能出現(xiàn)下?lián)希蝗舨捎妙A(yù)制安裝，橫向連接不強(qiáng)，使用時(shí)容易出現(xiàn)橋面縱向開裂等問題。由于吊裝能力增大，預(yù)制空心板幅寬有加大趨勢，1.5m左右板寬是合適的。

圖1.1 板式橋 1.2梁式橋

1.2.1簡支T型梁橋

80年代以來，我國公路上修建了幾座具有代表性的預(yù)應(yīng)力混凝上簡支T型梁橋（如圖1.2.1），如河南的鄭州、開封黃河公路橋，浙江省的飛云江大橋等，其跨徑達(dá)到62m，吊裝重220t。

T形梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的已經(jīng)很少了，從16m到5Om跨徑，都是采用預(yù)制拼裝后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁。預(yù)應(yīng)力體系采用鋼絞線群錨，在工地預(yù)制，吊裝架設(shè)。其發(fā)展趨勢為：采用高強(qiáng)、低松弛鋼絞線群錨：混凝土標(biāo)號40～60號；T形梁的翼緣板加寬，25m是合適的；吊裝重量增加；為了減少接縫，改善行車，采用工型梁，現(xiàn)澆梁端橫梁濕接頭和橋面，在橋面現(xiàn)澆混凝土中布置負(fù)彎矩鋼束，形成比橋面連續(xù)更進(jìn)一步的“準(zhǔn)連續(xù)“結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁有結(jié)構(gòu)簡單，受力明確、節(jié)省材料、架設(shè)安裝方便，跨越能力較大等優(yōu)點(diǎn)。其最大跨徑以不超過50m為宜，再加大跨徑不論從受力、構(gòu)造、經(jīng)濟(jì)上都不合理了。大于50m跨徑以選擇箱形截面為宜。

圖1.2.1 簡支T型梁橋

1.2.2連續(xù)箱形梁橋

箱形截面（如圖1.2.2）能適應(yīng)各種使用條件，特別適合于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、變寬度橋。因?yàn)榍豆淘谙淞荷系膽冶郯?，其長度可以較大幅度變化，并且腹板間距也能放大；箱梁有較大的抗扭剛度，因此，箱梁能在獨(dú)柱支墩上建成彎斜橋；箱梁容許有最大細(xì)長度；應(yīng)力值σg+p較低，重心軸不偏一邊，同T形梁相比徐變變形較小。

箱梁截面有單箱單室、單箱雙室（或多室），早期為矩形箱，逐漸發(fā)展成斜腰板的梯形箱。箱梁橋可以是變高度，也可以是等高度。從美觀上看，有較大主孔和邊孔的三跨箱梁橋，用變高度箱梁是較美觀的；多跨橋（三跨以上）用等高箱梁具有較好的外觀效果。

由于連續(xù)箱梁在構(gòu)造、施工和使用上的優(yōu)點(diǎn)，近年來建成預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋較多。其發(fā)展趨勢為：減輕結(jié)構(gòu)自重，采用高標(biāo)號混凝土40～60號；隨著建筑材料和預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展，其跨徑增大，葡萄牙已建成250m的連續(xù)箱梁橋，超過這一跨徑，也不是太經(jīng)濟(jì)的。

圖1.2.2 箱形截面

1.2.3連續(xù)剛構(gòu)橋

連續(xù)剛構(gòu)可以多跨相連，也可以將邊跨松開，采用支座，形成剛構(gòu)一連續(xù)梁體系（如圖1.2.3）。一聯(lián)內(nèi)無縫，改善了行車條件；梁、墩固結(jié)，不設(shè)支座；合理選擇梁與墩的剛度，可以減小梁跨中彎矩，從而可以減小梁的建筑高度。所以，連續(xù)剛構(gòu)保持了T形剛構(gòu)和連續(xù)梁的優(yōu)點(diǎn)。連續(xù)剛構(gòu)橋適合于大跨徑、高墩。高墩采用柔性薄壁，如同擺柱，對主梁嵌固作用減小，梁的受力接近于連續(xù)梁。柔性墩需要考慮主梁縱向變形和轉(zhuǎn)動(dòng)的影響以及墩身偏壓柱的穩(wěn)定性；墩壁較厚，則作為剛性墩連續(xù)梁，如同框架，橋墩要承受較大彎矩。由于連續(xù)剛構(gòu)受力和使用上的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋時(shí)，優(yōu)先考慮這種橋形。當(dāng)然，橋墩較矮時(shí)，這種橋型受到限制。

圖1.2.3 連續(xù)剛構(gòu)橋

1.3鋼筋混凝土拱橋

拱橋（如圖1.3）在我國有悠久歷史，屬我國傳統(tǒng)項(xiàng)目，也是大跨徑橋梁形式之一。石拱橋由于自重大，在料加工費(fèi)時(shí)費(fèi)工，大跨石拱橋修建少了。山區(qū)道路上的中、小橋涵，因地制宜，采用石拱橋（涵）還是合適的。大跨徑拱橋多采用鋼筋混凝土箱拱、勁性骨架拱和鋼管混凝土拱。

鋼筋混凝土拱橋的跨徑，一直落后于國外，主要原因是受施工方法的限制。我國橋梁工作者都一直在探索，尋求安全、經(jīng)濟(jì)、適用的方法。根據(jù)近年的實(shí)踐，常用的拱橋施工方法有：（1）主支架現(xiàn)澆；（2）預(yù)制梁段纜索吊裝；（3）預(yù)制塊件懸臂安裝；（4）半拱轉(zhuǎn)體法；（5）剛性或半剛性骨架法。

鋼筋混凝土拱橋自重較大，跨越能力比不上鋼拱橋，但是，因?yàn)殇摻罨炷凉皹蛟靸r(jià)低，養(yǎng)護(hù)工作量小，抗風(fēng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，仍被廣泛采用，特別是崇山峻嶺的我國西南地區(qū)。

圖1.3 鋼筋混凝土拱橋

1.4 斜拉橋

斜拉橋（如圖1.4)是我國大跨徑橋梁最流行的橋型之一。我國斜拉橋的主梁形式：混凝土以箱式、板式、邊箱中板式；鋼梁以正交異性極鋼箱為主，也有邊箱中板式。現(xiàn)在已建成的斜拉橋有獨(dú)塔、雙塔和三塔式。以鋼筋混凝土塔為主。塔型有H形、倒Y形、A形、鉆石形等。

斜拉橋的鋼索一般采用自錨體系。近年來，開始出現(xiàn)自錨和部分地錨相結(jié)合的斜拉橋，如西班牙的魯納（Luna）橋，主橋440m；我國湖北鄖縣橋，主跨414m。地錨體系把懸索橋的地錨特點(diǎn)融于斜拉橋中，可以使斜拉橋的跨徑布置更能結(jié)合地形條件，靈活多樣，節(jié)省費(fèi)用。斜拉橋的施工方法：混凝土斜拉橋主要采用懸臂澆筑和預(yù)制拼裝；鋼箱和混合梁斜位橋的鋼箱采用正交異性板，工廠焊接成段，現(xiàn)場吊裝架設(shè)。鋼箱與鋼箱的連接，一是螺栓，二是全焊，三是栓焊結(jié)合。斜拉橋發(fā)展趨勢：跨徑會(huì)超過10O0m；結(jié)構(gòu)類型多樣化、輕型化；加強(qiáng)斜拉索防腐保護(hù)的研究；注意索力調(diào)整、施工觀測與控制及斜拉橋動(dòng)力問題的研究。

圖1.4 斜拉橋 1.5 懸索橋

懸索橋（如圖1.5）是特大跨徑橋梁的主要形式之一，可以說是跨千米以上橋梁的唯一橋型（從目前已建成橋梁來看說是唯一橋型）。但從發(fā)展趨勢上看，斜拉橋具有明顯優(yōu)勢。但根據(jù)地形、地質(zhì)條件，若能采用隧道式錨碇，懸索橋在千米以內(nèi)，也可以同斜拉橋競爭。根據(jù)理論分析，就目前的建材水平，懸索橋的最大跨徑可達(dá)到3500m左右。已建成的日本明石海峽大橋，主跨已達(dá)1990m。正在計(jì)劃中的意大利墨西拿海峽大橋，設(shè)計(jì)方案之一是懸索橋，其主跨3500m。當(dāng)然還有規(guī)劃中更大跨徑的懸索橋。

圖1.5 懸索橋

2.大跨度橋梁歷史現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

2.1 梁橋歷史起源

世界上的第一座橋究竟出自何處、誰人之手，已無法考證。因?yàn)樽詮挠辛说缆分?，?dāng)人們遇到河流、溝壑阻礙時(shí)，就會(huì)想到要采用某種方式跨越障礙。最初的橋可能只是架在小河溝兩岸或河中礁石上的一根樹干、一塊石板。后來在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了最早的木橋和石橋。石拱橋──我國河北省趙縣城南5里有一座拱形大石橋，這就是舉世聞名的趙州橋，它也是世界上現(xiàn)存最古老的石拱橋之一。這座橋是隋朝工匠李春、李通等建造的，距今已近1400年。它造型美觀，結(jié)構(gòu)別致。像這樣的橋，歐洲19世紀(jì)中葉才發(fā)現(xiàn)，比我國晚1200余年。

鐵橋──1779年，英國的亞伯拉罕─達(dá)比在英格蘭中部科布魯克代爾建造了世界上第一座鐵橋。這座橫跨塞汶河的鐵橋，使用5列鑄鐵肋構(gòu)成30米長的單跨半圓拱。橋的鑄件有不少精巧的構(gòu)想。

懸索橋──原始懸索橋柔軟易彎，不利于車輛行走?，F(xiàn)代懸索以鋼纜懸掛加肋的橋板，已解決了這個(gè)問題。西文第一座水平橋面的懸索橋設(shè)計(jì)，見于1595年奧地利主教瓦蘭佐奧的著作中。該設(shè)計(jì)把鐵桿連在一起構(gòu)成懸索。1801年芬利首先在美國賓夕法尼亞州的雅各溪上建造了懸索橋，橋長21米。

1803年，法國率先建造鋼絲纜索橋。塞昆建造了幾座跨度長達(dá)90多米的橋。維克發(fā)明了在橋上用一根根鋼絲構(gòu)成纜索。而不必把沉重的鋼絲纜索吊到橋塔項(xiàng)上。

鋼筋混凝土橋──世界上第一座鋼筋混凝土橋是1899年建于蘇格蘭連芬南的混凝土高架橋，每拱跨度為15米。21個(gè)橋拱頂上各有一鉸鏈，使墩基可以移動(dòng)。工程師梅拉特最早懂得三鉸鏈作用，他于1901年在瑞士建成首座三鉸拱橋，是細(xì)長的鋼筋混凝土橋。預(yù)應(yīng)力混凝土橋──第二次世界大戰(zhàn)后，制出高強(qiáng)度鋼材，佛萊辛奈將其應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)中。他于1948年至1950年間在法國馬恩河上先后建造了5座預(yù)應(yīng)力混凝土橋，分別位于愛斯勃利、安奈、特里巴度士、查吉斯和尤西。各橋采用平拱，遠(yuǎn)較過去的橋拱平坦得多。公元35年東漢光武帝時(shí)，在今宜昌和宜都之間，出現(xiàn)了架設(shè)在長江上的第一座浮橋。建于1706年的滬定鐵索橋跨長約100米，寬約2．8米，由13條錨固于兩岸的鐵鏈組成,1935年中國工農(nóng)紅軍長征途中經(jīng)渡此橋，由此更加聞名。

灌縣的安瀾竹索橋建于1803年，是世界上最著名的竹索橋，全長34O余米，分8孔，最大跨徑約61m，全橋由細(xì)竹蔑編粗五寸的24根竹索組成，其中橋面索和扶擋索各半。

在秦漢時(shí)期，我國已廣泛修建石粱橋。世界上現(xiàn)在是保存著的最長、工程最艱巨的石粱橋，就是我國于1053一1059年在福建泉州建造的萬安橋，也稱洛陽橋，此橋長達(dá)800米，共47孔，位于“波濤洶涌，水深不可址”的海口江面上。此橋以磐石鋪遍橋位底，是近代筏形基礎(chǔ)的開端，并且獨(dú)具匠心地用養(yǎng)殖海生牡蠣的方法膠固橋基使成整體，此也是世界上絕無僅有的造橋方法，近千年前就能在這種艱難復(fù)雜的水文條件下建成如此的長橋，實(shí)是中華橋梁史上一次勇敢的突破。

1240年建造的福建潭州虎渡橋，也是最令人驚奇的一座粱式大橋，此橋總長約335m，某些石粱長達(dá)23．7m，沿寬度用三根石粱組成，每根寬1．7m，高1．9m，重達(dá)200多噸，該橋一直保存至今”歷史記載，這些巨大石梁橋是利用潮水漲落浮運(yùn)建設(shè)的，足見我國古代加工和安裝橋梁的技術(shù)何等高超。

2.2 大跨橋梁的現(xiàn)狀

在世界經(jīng)濟(jì)全球化的推動(dòng)下，溝通洲際之間，國家之間和本土與島之間以及跨海灣工程顯得越來越迫切在20世紀(jì)橋梁工程取得了大發(fā)展的基礎(chǔ)上，人們更能暢想21世紀(jì)的宏偉藍(lán)圖。就中國來說，國道主干線同江至三亞就有5個(gè)跨海工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及瓊州海峽工程。其中難度最大的有渤海灣跨海工程，海峽寬57公里，建成后將成為世界上最長的橋梁；瓊州海峽跨海工程，海峽寬20公里，水深40米，海床以下130米深未見基巖，常年受到臺風(fēng)、海浪頻繁襲擊。此外，還有舟山大陸連島工程、青島至黃島、以及長江、珠江、黃河等眾多的橋梁工程。在世界上，正在建設(shè)的著名大橋有土耳其伊茲米特海灣大橋（懸索橋，主跨1668米）、希臘里海安蒂雷翁橋（多跨斜拉橋，主跨286+3×560+286米）；已獲批準(zhǔn)修建的意大利與西西里島之間墨西拿海峽大橋，主跨3300米懸索橋，其使用壽命均按200年標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，主塔高376米，橋面寬60米，主纜直徑1.24米，估計(jì)造價(jià)45億美元。在西班牙與摩洛哥之間，跨直布羅陀海峽也提出了一個(gè)修建大跨度懸索橋的方案，其中包含2個(gè)5000米的連續(xù)中跨及2個(gè)2000米的邊跨，基礎(chǔ)深度約300米。另一個(gè)方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉橋，其基礎(chǔ)深度約300米，較高的一個(gè)塔高達(dá)1250米，較低的一個(gè)塔高達(dá)850米。2.2.1懸索橋

懸索橋一般在特大跨徑橋梁范圍占統(tǒng)治地位。人們將不斷研究懸索橋主索的取材、制作架設(shè)、錨固和防護(hù)、選擇主索跨比、初始拉力、荷載分布以及如何調(diào)整和解決施工各階段索形和橋面預(yù)拱度等設(shè)計(jì)和施工中諸多問題，以使建橋技術(shù)達(dá)到新的水平。懸索橋的新形式仍在不斷探索中，如美國式（采用豎直吊桿及桁架加勁梁）、英國式（采用矮扁平翼狀鋼箱加勁梁及三角形的斜吊桿）、丹麥?zhǔn)剑ㄒ喾Q混合式，即用豎吊桿和鋼箱加勁梁）及其他形式的懸索橋（如帶斜拉索橋）等，以期豐富懸索橋的內(nèi)容和形關(guān)。著力研究高強(qiáng)、輕質(zhì)新型材料。倘若人類在新型材料的研究上取得突破，不僅連接歐洲和非洲間的直布羅陀特大橋（L＝5000m，水深450m）將成為現(xiàn)實(shí)，而且權(quán)威專家預(yù)言建造主跨L＝8000m的跨海峽懸索橋的理想也是可以實(shí)現(xiàn)的。2.2.2斜拉橋

今后斜拉橋在結(jié)構(gòu)體系上仍以飄浮式或半飄浮式為主，主要的目的是為了抵抗溫度及地震。主梁采用的材料上，混凝土斜拉橋仍將是斜拉橋的主要形式；對超大跨徑的斜拉橋，疊合梁和復(fù)合橋面系統(tǒng)顯示出極大的優(yōu)越性。塔和索的形式也隨著斜拉橋跨徑的增加而取得新的進(jìn)展。譬如將不斷采用雙塔對稱、單塔不對稱、多塔多跨等形式以滿足橋梁的功能，取得與環(huán)境的協(xié)調(diào)的效果；為解決隨著斜拉橋跨徑增大、索的鋼束的重度也愈大、剛度在降低的矛盾，將采取增加輔助索等方式。在結(jié)構(gòu)分析方面將考慮結(jié)構(gòu)的初始內(nèi)力等，并對動(dòng)靜力的分析也將更加深入；權(quán)威專家認(rèn)為，隨著世界建橋技術(shù)的理論水平、材料水平和工藝水平的不斷發(fā)展，21世紀(jì)建造跨度在1600m的斜拉橋?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實(shí)。

2.2.3拱橋

隨著拱橋的無支架施工方法的應(yīng)用和發(fā)展，拱橋在跨徑200～500m是有競爭力的，我國的云南、貴州和四川3省及重慶直轄市等，將因地制宜地建造更多的拱橋，我國建造拱橋的前景將是極為廣闊的。拱圈將向著輕型化的方向發(fā)展，且一些大跨徑拱橋在施工階段采用鋼-混凝土組合桿件，或鋼管混凝土合龍后再澆筑拱圈，可大大減輕吊裝重量。因此，帶有鋼管的半剛性骨架很可能成為特大跨徑拱橋最有前途的施工方法。多孔連拱的長拱橋，作為經(jīng)濟(jì)橋型之一，將會(huì)得到極大的發(fā)展。因?yàn)楣叭Φ妮p型化，減少了對下部構(gòu)造的要求，使連拱結(jié)合采用樁基柔性墩成為可能。中承拱、系桿拱有更多采用的趨勢。在平原地區(qū)通航河流上，往往考慮采用中承拱橋，可達(dá)到降低橋高的效果。這種橋型矢跨比大，可減少推力；且造型美觀，造價(jià)也較低，將為城鎮(zhèn)起到增添景色的作用。

2.2.4預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋

連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)在40～60m范圍，將繼續(xù)占絕對優(yōu)勢。頂推法、移動(dòng)模架法、逐孔架設(shè)法等施工方法將更加成熟。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁將更廣泛地應(yīng)用于城市橋梁，而且，為充分利用城市空間，并改善城市橋梁交通的分道行駛，將不斷采用雙層橋面的形式以及鋼筋混凝土結(jié)合梁的形式。在預(yù)應(yīng)力鋼筋布置方面，國內(nèi)外將趨于使用大噸位鋼束和張拉錨固體系；將更廣泛地應(yīng)用部分預(yù)應(yīng)力筋、預(yù)彎預(yù)應(yīng)力筋、雙預(yù)應(yīng)力筋、體外布筋等預(yù)應(yīng)力新技術(shù)。在一切適宜的橋址，更多地設(shè)計(jì)和修建連續(xù)剛橋這種結(jié)構(gòu)體系。通過墩梁的固結(jié)，以盡可能不采用養(yǎng)護(hù)和調(diào)換不易的大噸位支座。不斷加強(qiáng)高強(qiáng)輕質(zhì)材料的研究和應(yīng)用，以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)尺寸和自重，加大橋跨、降低建筑高度和造價(jià)等功能；同時(shí)充分發(fā)揮三向預(yù)應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)，采用長懸臂頂板的單箱截面等，既可節(jié)約材料減輕結(jié)構(gòu)自重，又可充分利用懸臂施工方法的特點(diǎn)加快施工進(jìn)度。隨著高速公路和城市立交橋的發(fā)展，越來越要求路線順暢、行車舒適，必然會(huì)出現(xiàn)斜橋、彎橋、坡橋和異型橋，在需要大幅度降低梁高、增大凈空時(shí)，將更廣泛采用雙預(yù)應(yīng)力和預(yù)彎預(yù)應(yīng)力梁。

2.3 大跨橋梁的發(fā)展趨勢

2.3.1向更長、更大、更柔的方向發(fā)展

研究大跨度橋梁在氣動(dòng)、地震和行車動(dòng)力作用下其結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性，擬將截面做成適應(yīng)氣動(dòng)要求的各種流線型加勁梁，以增大特大跨度橋梁的剛度；采用以斜纜為主的空間網(wǎng)狀承重體系；采用懸索加斜拉的混合體系；采用輕型而剛度大的復(fù)合材料做加勁梁，采用自重輕、強(qiáng)度高的碳纖維材料做主纜。2.3.2新材料的開發(fā)和應(yīng)用

新材料應(yīng)具有高強(qiáng)、高彈模、輕質(zhì)的特點(diǎn)，研究超高強(qiáng)硅粉和聚合物混凝土、高強(qiáng)雙相鋼絲纖維增強(qiáng)混凝土、纖維塑料等一系列材料取代目前橋梁用的鋼和混凝土。

2.3.3在設(shè)計(jì)階段采用高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)作為輔助手段，進(jìn)行有效的快速優(yōu)化和仿真分析，運(yùn)用智能化制造系統(tǒng)在工廠生產(chǎn)部件，利用GPS和遙控技術(shù)控制橋梁施工。

2.3.4橋梁建成交付費(fèi)用

使用后將通過自動(dòng)監(jiān)測和管理系統(tǒng)保證橋梁的安全和正常運(yùn)行，一旦發(fā)生故障或損傷，將自動(dòng)報(bào)告損傷部位和養(yǎng)護(hù)對策。

2.3.5重視橋梁美學(xué)及環(huán)境保護(hù)

橋梁是人類最杰出的建筑之一，聞名遐爾的美國舊金山金門大橋、澳大利亞悉尼港橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋、中國上海楊浦大橋、南京長江二橋、香港青馬大橋等這些著名大橋都是一件件寶貴的空間藝術(shù)品，成為陸地、江河、海洋和天空的景觀，成為城市標(biāo)志性建筑。宏偉壯觀的澳大利亞悉尼港橋與現(xiàn)代化別具一格的悉尼歌劇院融為一體，成為今日悉尼的象征。因此，21世紀(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)必將更加重視建筑藝術(shù)造型，重視橋梁美學(xué)和景觀設(shè)計(jì)，重視環(huán)境保護(hù)，達(dá)到人文景觀同環(huán)境景觀的完美結(jié)合。

3.大跨度橋梁實(shí)例

3.1杭州灣跨海大橋

杭州灣跨海大橋（如圖3.1）全長36公里，其中橋長35.7公里，雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速100km?？偼顿Y約107億元，設(shè)計(jì)使用壽命100年以上。大橋設(shè)北、南兩個(gè)通航孔。北通航孔橋?yàn)橹骺?48m的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標(biāo)準(zhǔn)35000噸；南通航孔橋?yàn)閱嗡嗡髅驿撓淞盒崩瓨?，通航?biāo)準(zhǔn)3000噸。大橋兩岸連接線工程總長84.4公里，投資52.1億元。其中北連接線29.1公里，投資額17.8億元；南岸接線55.3公里，投資額34.3億元。大橋和兩岸連接線總投資約140億元，實(shí)際建設(shè)工期43個(gè)月。

大橋的結(jié)構(gòu)為雙塔鋼筋混凝土斜拉橋，雙向6車道，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里，設(shè)計(jì)使用壽命100年，建設(shè)期限5年。建成后，寧波杭州灣大橋?qū)⒊蔀槭澜缟献铋L、工程

圖3.1 杭州灣跨海大橋

量最大的世界第一跨海大橋。大橋設(shè)南、北兩個(gè)航道，其中北航道橋?yàn)橹骺?48米的鉆石型雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標(biāo)準(zhǔn)為3.5萬噸級輪船；南航道橋?yàn)橹骺?18米的A型單塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標(biāo)準(zhǔn)為3000噸級輪船。其余引橋采用30米至80米不等的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。非通航孔分北、中、南引橋3大塊，其中海上部分橋梁長32公里。

大橋36公里的長度，使之超過了美國切薩皮克海灣橋和巴林道堤橋等世界名橋，而成為目前世界上已建成或在建中的最長的跨海大橋。據(jù)初步核定，大橋共需要鋼材76.9萬噸，水泥129.1萬噸，石油瀝青1.16萬噸，木材1.91萬立方米，混凝土240萬立方米，各類樁基7000余根，為國內(nèi)特大型橋梁之最。南灘涂50米＊16米箱梁采用整孔預(yù)制，大型平板車梁上運(yùn)梁的工藝，開創(chuàng)了國內(nèi)外重型梁運(yùn)架的新紀(jì)錄。水中區(qū)引橋70米＊16米箱梁采用整孔制、運(yùn)、架一體化方案，單片梁重達(dá)2180噸，為國內(nèi)第一。水中區(qū)引橋打入鋼管樁直徑1.5-1.6米,樁長約80米,總數(shù)超過4000根,其鋼管樁工程規(guī)模全國建橋史上第一。

3.2金門大橋

早在1872年就討論過要在金門海峽修建一座大橋的想法，但是直到1937年才在海峽上修了一座懸索橋。金門大橋（如圖3.2）橫跨南北，將舊金山市與Marin縣連結(jié)起來?；ㄙM(fèi)四年多時(shí)間修建的這座橋是世界上最漂亮的結(jié)構(gòu)之一。它已不是世界上最長的懸索橋，但它卻是最著名的。金門大橋的巨大橋塔高227米，每根鋼索重6412公噸，由27000根鋼絲絞成。1933年1月始建，1937年5月首次建成通車。

金門大橋橋身的顏色為國際橘，因建筑師艾爾文·莫羅認(rèn)為此色既和周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，又可使大橋在金門海峽常見的大霧中顯得更醒目。由于這座大橋新穎的結(jié)構(gòu)和超凡脫俗的外觀，所以它被國際橋梁工程界廣泛認(rèn)為是美的典范，更被美國建筑工程師協(xié)會(huì)評為現(xiàn)代的世界奇跡之一。它也是世界上最上鏡的大橋之一。

圖3.2 金門大橋

4．結(jié)語

橋梁建筑對于具有卓越才能和自信心的工程師來說是一項(xiàng)既吸引人又富有挑戰(zhàn)性的艱巨任務(wù)。橋梁建筑的重要意義不僅僅是滿足于交通，還在于橋梁一旦勝利建成，它將會(huì)使人們感到無限的快樂和極大的滿足。橋梁建筑能使人產(chǎn)生一種激情，在建橋人的一生中總是那樣的清新綺麗，那樣的朝氣蓬勃，那樣富有激勵(lì)性。回顧20世紀(jì)橋梁工程的成就，技術(shù)發(fā)展起了決定性作用，特別是20世紀(jì)末期發(fā)展速度更快，必然對21世紀(jì)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。中國在建設(shè)特大橋梁上有廣闊的市場，在無數(shù)設(shè)計(jì)師的共同努力下，一定會(huì)創(chuàng)造更輝煌的成就。

參考文獻(xiàn)

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《城市大跨徑橋梁設(shè)計(jì)有關(guān)問題的探討》 第十三屆全國橋梁結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集

第四篇：非線性動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)分析

時(shí)間序列分析讀書報(bào)告與數(shù)據(jù)分析

劉愉

200921210001

時(shí)間序列分析是利用觀測數(shù)據(jù)建模，揭示系統(tǒng)規(guī)律，預(yù)測系統(tǒng)演化的方法。根據(jù)系統(tǒng)是否線性，時(shí)間序列分析的方法可分為線性時(shí)間序列分析和非線性時(shí)間序列分析。

一、時(shí)間序列分析涉及的基本概念

對于一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，我們可以用方程表示其對應(yīng)的模型，如有限差分方程、微分方

1、測量

程等。如果用Xt或X(t)表示所關(guān)心系統(tǒng)變量的列向量，則系統(tǒng)的變化規(guī)律可表示成

Xt?1?f(Xt)或

dXdt?F(X)

其中X可以是單變量，也可以是向量，F(xiàn)是函數(shù)向量。通過這類方程，我們可以研究系統(tǒng)的演化，如固定點(diǎn)、周期、混沌等。

在實(shí)際研究中，很多時(shí)候并不確定研究對象數(shù)據(jù)何種模型，我們得到的是某類模型（用Xt或X(t)表示）的若干觀測值（用Dt或D(t)表示），構(gòu)成觀測的某個(gè)時(shí)間序列，我們要做的是根據(jù)一系列觀測的數(shù)據(jù)，探索系統(tǒng)的演化規(guī)律，預(yù)測未來時(shí)間的數(shù)據(jù)或系統(tǒng)狀態(tài)。

2、噪聲

測量值和系統(tǒng)真實(shí)值之間不可避免的存在一些誤差，稱為測量誤差。其來源主要有三個(gè)方面：系統(tǒng)偏差（測量過程中的偏差，如指標(biāo)定義是否準(zhǔn)確反映了關(guān)心的變量）、測量誤差（測量過程中數(shù)據(jù)的隨機(jī)波動(dòng)）和動(dòng)態(tài)噪音（外界的干擾等）。高斯白噪聲是一類非常常見且經(jīng)典的噪聲。所謂白噪聲是指任意時(shí)刻的噪聲水平完全獨(dú)立于其他時(shí)刻噪聲。高斯白噪聲即分布服從高斯分布的白噪聲。這類噪聲實(shí)際體現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)在理論值（或真實(shí)值）周圍的隨機(jī)游走，它可以被如下概率分布刻畫：

p(x)dx?12??22exp?(x?M)2?2dx

（1）

其中M和?均為常數(shù)，分別代表均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

3、均值和標(biāo)準(zhǔn)差

最簡單常用的描述時(shí)間序列的方法是用均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示序列的整體水平和波動(dòng)情況。（1）均值

如果M是系統(tǒng)真實(shí)的平均水平，我們用觀測的時(shí)間序列估計(jì)M的真實(shí)水平方法是：認(rèn)為N個(gè)采樣值的水平是系統(tǒng)水平的真實(shí)反映，那么最能代表這些觀測值（離所有觀測值最近）的Mest即可作為M的估計(jì)。于是定義Dt與Mest的偏離為(Dt?Mest),所以，使下面E最小的M的估計(jì)值即為所求：

N22E??(Dtt?1?Mest)

（2）

1/11 經(jīng)過求道計(jì)算，得到

M?1NNest?Dtt?

1（3）

即樣本的均值即為系統(tǒng)真是均值的估計(jì)值。

（2）標(biāo)準(zhǔn)差

標(biāo)準(zhǔn)差代表了系統(tǒng)在均值兩側(cè)的波動(dòng)情況。對時(shí)間樣本有：

Vt?Dt?Mest

（4）

為了分析所有時(shí)間上平均的波動(dòng)情況，我們也可以嘗試對波動(dòng)取平均，即：

1NN?t?1(Dt?Mest?1)???N?N?t?1?Dt???Mest?0

（5）?我們發(fā)現(xiàn)，這樣平均的結(jié)果是正負(fù)波動(dòng)抵消了，波動(dòng)的平均恒為零，為了避免這種情況，改用波動(dòng)的平方的平均水平代替，即

?2?1NN?Vtt?12?1NN?(Mestt?1?Dt)

（6）

2?即為標(biāo)準(zhǔn)差。（3）均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差

我們用Mest估計(jì)M，存在一定偏差或不確定性，即：

Mest?M?uncertainty

（7）

實(shí)際上，這種不確定性來自每次測量偏差的平均，通常每次測量偏差是服從高斯分布的，所以平均的不確定性計(jì)算得：

?N

（8）

我們稱之為均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。

二、線性時(shí)間序列分析方法及模型舉例

對于線性時(shí)間序列，主要的分析方法有：均值和標(biāo)準(zhǔn)差、線性相關(guān)分析和功率譜分析。

1、均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析前面已經(jīng)講過；

例：模型一（模型本身是確定的（無外界干擾等隨機(jī)波動(dòng)），觀測序列是真實(shí)值加上高斯白噪聲；）

有限差分方程系統(tǒng)：xt?1?A??xt，其平穩(wěn)狀態(tài)為xt?A/(1??)?M；觀測時(shí)間序列Dt?xt?Wt，其中，Wt 獨(dú)立的服從均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為?的高斯分布。從系統(tǒng)的差分方程我們可以看到，系統(tǒng)本身不受外界干擾，是確定性模型。所以觀測得到時(shí)間序列的波動(dòng)完全來自于測量過程。

對于上述模型，可以通過均值、方差的估計(jì)即可估計(jì)模型、作出預(yù)測。

2、線性相關(guān)分析

2/11 這種分析方法用于研究時(shí)間上相關(guān)的序列，即后一時(shí)刻的值完全或部分由前一時(shí)刻的或前幾個(gè)時(shí)刻的值決定。在模型一中，我們假設(shè)Wt之間是獨(dú)立的；當(dāng)這種假設(shè)不成立時(shí)，取另一種極端，即后一時(shí)刻完全取決于前一時(shí)刻的值：

Vt?1?f(Vt)

（9）

我們以簡單的線性函數(shù)為例：

Vt?1??Vt

（10）

如果結(jié)合完全獨(dú)立的情形與式（10），則有以下情況：

Vt?1??Vt?W

（11）

ρ在-1到1之間取值，ρ越接近0，數(shù)據(jù)間越不相關(guān)；ρ接近1，表示線性正相關(guān)；ρ接近-1，表示線性負(fù)相關(guān)

通過時(shí)間序列的一系列觀測值Dt減去均值得到Vt，我們可以通過以下公式計(jì)算相關(guān)系數(shù)，?est??t?1N?1Vt?1VtVtVt?t?1N?

1（12）

例：模型二（模型本身有不確定因素（外界干擾），觀測序列是真實(shí)值加上高斯白噪聲）

受外界因素影響的有限差分方程：xt?1?A??xt?vt，引入的vt是外界干擾造成的系統(tǒng)本身的波動(dòng)，測量過程仍然像Model One一樣，Dt?xt?Wt，這是如果做Vt?1對Vt的變化圖（見課本figure 6.7），發(fā)現(xiàn)二者之間有強(qiáng)烈的線性關(guān)系。對于這類模型，我們即可用線性相關(guān)分析來建模、預(yù)測。

如果將線性相關(guān)加以推廣，可以得到自相關(guān)函數(shù)，它反映的是Vt與Vt?k之間的關(guān)系：

R(k)??t?1N?kVt?kVtVtVt?t?1N?k

（13）

3、功率譜分析（1）傅里葉變換

對線性系統(tǒng)，一個(gè)信號可以分解成為不同頻率的正弦波。

（a）頻率為ω的正弦輸入，它的輸出也是同頻率的正弦信號，但是幅度和相位可能發(fā)生改變。輸出正弦波的振幅與輸入正弦波的振幅滿足：

Aoutput(?)?G(?)Ainput(?)

（14）

輸出相位相對輸入相位在每個(gè)頻率上有固定的偏移，即：

?(?)??output(?)??input(?)3/11

（15）G(?)稱為系統(tǒng)的增益，它在不同頻率上通常不一樣。?(?)稱為相移，在不同的頻率成分通常相移也不同。

（b）線性疊加的輸入的輸出結(jié)果等于各個(gè)輸入分別輸入時(shí)的輸出的疊加。把一個(gè)信號分解成不同頻率正弦信號的方法即傅里葉變換。

特殊的，輸入為白噪聲時(shí)，Ainput(?)是一個(gè)與噪聲標(biāo)準(zhǔn)差成正比的常數(shù)，與頻率無關(guān)，即白噪聲可以認(rèn)為是所有不同頻率成分信號之和，所以稱之為“白”。（c）傳輸函數(shù)

如果已知輸入和輸出，可以得到：

G(?)?Aoutput(?)Ainput(?)

?(?)??outp(?)??inpu(?)utt

（16）

（16）中兩個(gè)函數(shù)成為出傳輸函數(shù)，可以用于描述系統(tǒng)特性。

（d）功率譜

如果我們不能準(zhǔn)確得到輸入信號，但是我們知道或假設(shè)它是白噪聲。則Ainput(?)就是常數(shù)，進(jìn)而有：

G(?)?constAoutput(?)

（17）

G(?)的平方稱為功率譜。功率譜包含了與自相關(guān)函數(shù)完全一樣的信息。事實(shí)上，功率譜就是自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換。盡管它們蘊(yùn)含的信息是一樣的，但不同形式使它們在分析數(shù)據(jù)時(shí)又具有各自的優(yōu)勢。所以有時(shí)使用功率譜來分析數(shù)據(jù)比用自相關(guān)函數(shù)更有優(yōu)勢。

三、非線性時(shí)間序列分析方法及模型

前面列舉了一系列線性時(shí)間序列的分析方法，但是對于非線性系統(tǒng)，存在一種特殊的狀態(tài)，即混沌狀態(tài)，對于混沌狀態(tài)的時(shí)間序列，我們無法用線性的分析方法區(qū)分。

例：第一章的有限差分方程：

xt?1??xt(1?xt)

（18）

Dt?xt

（19）

觀測值即使不引入噪聲，其時(shí)間序列也在不斷波動(dòng)，當(dāng)?=4時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入混沌狀態(tài)，用線性自相關(guān)函數(shù)分析，如圖6.14，發(fā)現(xiàn)我們無法區(qū)分這個(gè)非線性模型與模型一。

我們需要探索一些分析非線性時(shí)間序列的方法。對于非線性時(shí)間序列分析，主要包括兩部：重構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型和系統(tǒng)特征的刻畫。

1、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的重構(gòu)：

（1）對于有限差分方程——構(gòu)建return map

Return map 是觀測值Dt?1關(guān)于Dt的圖像（回歸曲線），反映的是xt?1與xt的關(guān)系。（2）對于微分方程——重構(gòu)相平面

一維高階微分方程可以轉(zhuǎn)化為多維一階微分方程組，以二階微分方程為例，4/11

dxdt22??bx

（20）

轉(zhuǎn)化為兩個(gè)一階微分方程組：

?dx?y??dt??dy??bx??dt

（21）

要做變量x與y的相平面，首先要做如下離散化和近似： 觀測值D0,D1,?，將x關(guān)于t的導(dǎo)數(shù)近似為：

dx(t)dtx(t?h)?x(t)hdDtdtDt?h?Dth?limh?0??

（22）

其中h只能取整數(shù)，最小取1，事實(shí)上，h去較大值也可以得到合適得結(jié)果。重建相平面實(shí)際是做Dt?h?Dthdxdt關(guān)于Dt的圖，有時(shí)候，只可以只做Dt?h關(guān)于Dt的圖。

dydt對于更一般的微分方程：

?f(x,y),?g(x,y)

（23）

雖然情況更復(fù)雜，但也可以通過這種方法重建相平面，圖6.17-6.19可以說明這一過程的合理性。

（3）嵌入時(shí)間序列

對于更高維的時(shí)間序列（p維），需要用嵌入時(shí)間序列的方法構(gòu)建相平面（相空間），p維的的嵌入時(shí)間序列構(gòu)成如下：

Dt?(Dt,Dt?h,Dt?2h,?,Dt?(p?1)h)

（24）

其中p是嵌入維數(shù)，h是嵌入延遲。

經(jīng)過上述三種方法，可以基本得到模型的基本特征。

2、系統(tǒng)特征的描述：

在模型重構(gòu)后，可以通過擬合等方式對系統(tǒng)特征做進(jìn)一步刻畫。

四、混沌時(shí)間序列的刻畫

混沌定義：bounded, deterministic dynamics that are aperiodic and display sensitive dependence on initial conditions.根據(jù)定義中體現(xiàn)的混沌系統(tǒng)的特征，用時(shí)間序列分析的方法研究。

1、有界

有界的定義是當(dāng)時(shí)間趨于無窮時(shí)，系統(tǒng)永遠(yuǎn)保持在有限空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)定義直接用于時(shí)間序列分析并不是很有效，因?yàn)闇y量的時(shí)間序列是時(shí)間上是有限的，變化范圍也是一定的。

在時(shí)間序列分析中可以用另一種方法研究系統(tǒng)是否有界——穩(wěn)態(tài)，即時(shí)間序列在演化過程中是否體現(xiàn)了相同的行為特性。相似的行為可以用均值和方差衡量。一種常用的衡量方法是將時(shí)間序列等分（三分、四分或十分等等），計(jì)算每段的均值和方差是否相近或統(tǒng)

5/11 計(jì)意義上可以認(rèn)為相同。

如果一個(gè)時(shí)間序列是分平穩(wěn)的，我們可以通過對時(shí)間序列做一些變換使之平穩(wěn)，如一階差分或后一時(shí)刻與前一時(shí)刻相除等。

2、非周期

混沌的系統(tǒng)是非周期的，由于噪聲因素，即使周期的序列也可能出現(xiàn)非周期，那么如何判定時(shí)間序列是否存在周期呢？對于一維時(shí)間序列或p維的嵌入時(shí)間序列 Dt，我們定義時(shí)間i和j的測量值之間的距離定義為：

?i,j?|Di?Dj|

（25）

嚴(yán)格的周期T定義是當(dāng)|i?j|?nT,n?0,1,2,?時(shí)，?i,j?0，對于有噪聲的時(shí)間序列，我們定義一個(gè)距離r，當(dāng)?i,j?r時(shí)，我們就在坐標(biāo)(i, j)處打點(diǎn)，我們將這樣做出的圖成為recurrence plots，它可以看出重建的軌線如何重復(fù)自身的演化。（圖6.26和圖6.27是r取不同值時(shí)的圖，都可以看出系統(tǒng)的周期，圖6.28和6.29是混沌的情形）。對于混沌的時(shí)間序列，圖的形狀可能和r的選取有關(guān)，于是定義出這樣一個(gè)correlation integral：

C(r)?numberoftimes|Di?Dj|?rN(N?1)

（26）

這是一個(gè)對于混沌系統(tǒng)很重要的指標(biāo)，它的重要意義不在于某個(gè)r處C(r)的取值，而在于C(r)如何隨r變化。

（1）對周期序列，r微小的變化不會(huì)引起C(r)明顯的變化；

（2）對混沌序列，r微小的變化會(huì)使C(r)明顯增大，即打點(diǎn)明顯增多；（3）對于白噪聲，r微小變化時(shí)C(r)增大更快。

事實(shí)上，C(r)與分形維數(shù)密切相關(guān)，取一點(diǎn)做參考點(diǎn)，隨著r增加，距離參考點(diǎn)r范圍內(nèi)的點(diǎn)與rv成正比，其中v是系統(tǒng)，所以有：

C(r)?Arv

（27）

A是比例常數(shù)，兩邊取log得到：

logC(r)?vlogr?logA

（28）

所以，只要對log C(r)與log r擬合，即可推算出維數(shù)。用相關(guān)維數(shù)可以分析混沌時(shí)間序列的吸引子，當(dāng)嵌入時(shí)間維數(shù)p≥2v+1時(shí)，可以重構(gòu)出系統(tǒng)吸引子，有時(shí)候p≥v也足夠了。

3、確定性

如果已知t時(shí)刻的值，在預(yù)測下一時(shí)刻值過程中沒有隨機(jī)因素，那么系統(tǒng)就是確定的，如模型一；如果混入了隨機(jī)因素（外界干擾），則系統(tǒng)是不確定的。但是，在觀測時(shí)間序列中，噪聲是不可避免的，如果預(yù)測是完美的，就成系統(tǒng)完全確定，如果預(yù)測是好的但不完美，就說系統(tǒng)有一個(gè)確定成分。

假設(shè)觀測數(shù)據(jù)最后時(shí)刻是T，我們可以用一下方法預(yù)測T+1時(shí)刻的值：（1）產(chǎn)生嵌入時(shí)間序列Dt；（2）找到時(shí)間T的嵌入點(diǎn)列：

DT?(DT,DT?h,?,DT?(p?1)h)

6/11 找到其他的嵌入時(shí)間序列中與DT最接近的點(diǎn)Da；

（3）基于系統(tǒng)的確定性，Da+1可以看做是由Da預(yù)測出來的，所以將Da+1作為是T+1時(shí)刻的預(yù)測值，記PT+1。

另一種預(yù)測方法是用與DT最接近的K個(gè)點(diǎn)Dai的下一時(shí)刻Dai?1的平均值作為T+1時(shí)刻的預(yù)測值，即：

?T?1?1KK?Da?（29）

ii?1既然是預(yù)測，一定有預(yù)測誤差，衡量預(yù)測誤差，通常是將觀測數(shù)據(jù)分為兩半，用前一半數(shù)據(jù)預(yù)測后一半數(shù)據(jù)，后一半數(shù)據(jù)測量值與預(yù)測值比較，衡量預(yù)測誤差，即：

??1TT?(Di?1T?k?PT?k)（30）

ε越小，說明預(yù)測越好，至于ε小到什么程度算預(yù)測足夠好，可以與最差的預(yù)測（如所有觀測值序列的平均值，喪失了所有時(shí)間信息，只保留了系統(tǒng)的平均水平）的誤差做比較，?lazy?1TT?(DT?kk?1?Plazy)

（31）

當(dāng)Plazy?Mest時(shí)，?lazy其實(shí)就是時(shí)間序列的方差σ，所以用

2??2即可衡量預(yù)測誤差的大小，比值越小越好。

4、對初值的敏感性

混沌系統(tǒng)的另一重要特征就是對初值敏感，衡量系統(tǒng)對初值的敏感性可以用Lyapunov指數(shù)，其計(jì)算步驟可以如下概括：

（1）在給定初值后，經(jīng)迭代產(chǎn)生序列x0,x1,?,xn?1（2）計(jì)算每點(diǎn)處的斜率（3）計(jì)算李氏指數(shù)：

1????n?1?t?0df?nxt? ?dx?（4）當(dāng)給定兩個(gè)初始值x0，y0時(shí)，n步迭代后的值xn和yn的差距約為：

n?1xn?yn??t?0dfdxxt|x0?y0|

五、混沌和非線性的檢測

混沌是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，判定一個(gè)時(shí)間序列是否來自對非線性系統(tǒng)或混沌系統(tǒng)的觀測，更嚴(yán)格的方法是假設(shè)檢驗(yàn)。

1、零假設(shè)：數(shù)據(jù)來自線性系統(tǒng)

7/11 xt?1?a0xt?a1xt?1?a2xt?2???ap?1xt?(p?1)?vt

2、構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：在零假設(shè)條件下用觀測時(shí)間序列計(jì)算統(tǒng)計(jì)量，常用的三種統(tǒng)計(jì)量有：非線性系統(tǒng)的預(yù)測方差、李氏指數(shù)、相關(guān)維數(shù)等，當(dāng)然還有一些其他的統(tǒng)計(jì)量也可以用來假設(shè)檢驗(yàn)。

3、假設(shè)檢驗(yàn)：在零假設(shè)下觀測時(shí)間序列得到的檢測統(tǒng)計(jì)量如果落在拒絕域內(nèi)，則認(rèn)為系統(tǒng)為非線性的或混沌的，否則接受原假設(shè)，認(rèn)為是線性系統(tǒng)。

六、實(shí)例數(shù)據(jù)分析

P4.txt、TP8.txt是2個(gè)時(shí)間序列信號的數(shù)據(jù)文件，該數(shù)據(jù)的采樣率是500Hz。試實(shí)現(xiàn)：

1、在時(shí)間軸上顯示原始數(shù)據(jù)波形；

2、求每個(gè)信號的功率譜，在頻率軸上顯示結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行簡單地討論；

3、求每個(gè)信號的自相關(guān)函數(shù)，在時(shí)間軸顯示結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行簡單地討論；

4、求2個(gè)信號的互相關(guān)函數(shù)，在時(shí)間軸顯示結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行簡單地討論。分析結(jié)果：

1、時(shí)間軸上數(shù)據(jù)波形：

從時(shí)間序列上看，兩組數(shù)據(jù)基本維持在一個(gè)平衡水平，但是都存在尖峰，從時(shí)間序列看不出更豐富的信息，需要用其他方法進(jìn)一步分析。

2、功率譜：

功率譜的計(jì)算有兩種方式：

（1）計(jì)算時(shí)間序列的自相關(guān)函數(shù)，再對自相關(guān)函數(shù)做傅里葉變換的幅度譜；（2）時(shí)間序列傅里葉變換的幅度譜的平方除以點(diǎn)數(shù)N。這里采用的第一種方法，結(jié)果如下圖：

8/11

從兩個(gè)時(shí)間序列的功率譜看，能量主要集中在了低頻部分，高頻部分能量分布極少，為了更清晰的看能量在低頻的分布，我們截取0-20Hz部分的頻率譜，如下圖：

從圖上可以看出，兩個(gè)時(shí)間序列的低頻成分中能量最大的頻率大概都在1.7Hz左右，TP8的能量分布更集中，P4還有較多能量分布在0.5Hz左右。

3、自相關(guān)函數(shù)：

自相關(guān)函數(shù)反映的是t時(shí)刻與前t-k時(shí)刻記錄值的關(guān)系，如果信號本身是周期的，其自相關(guān)函數(shù)保持與時(shí)間序列相同的周期，從下面兩個(gè)序列的自相關(guān)函數(shù)圖中，數(shù)據(jù)沒有周期現(xiàn)象，而且相關(guān)函數(shù)隨k增大很快降到0.2一下，并在-0.2和0.2之間震蕩，TP8震蕩的頻率更高。

9/11

截取前1000個(gè)點(diǎn)，進(jìn)一步觀察：

從上圖可以更好的體現(xiàn)出相關(guān)系數(shù)的變化，而且可以看出兩個(gè)時(shí)間序列變化的一致性，TP8比P4相關(guān)程度衰減得更快。為了更好的研究兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性，我們下面將做兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)函數(shù)。

4、兩組數(shù)據(jù)的互相關(guān)函數(shù)：

10/11

截取兩側(cè)各500個(gè)點(diǎn)觀察：

上圖反映了兩個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的相關(guān)性，在k=0時(shí)，互相關(guān)函數(shù)最大，所以兩個(gè)時(shí)間序列是同步的。

11/11

第五篇：大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工安全措施

大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工安全

大跨度空間結(jié)構(gòu)施工中,高空作業(yè)量多,施工難度大，結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量尤為重要,并且施工人員的安全防護(hù)要求特別高。

高處作業(yè)的一般要求

(1）

進(jìn)行高空作業(yè)的各工種和現(xiàn)場人員必須遵守本規(guī)程，從事高空作業(yè)的人員，必須定期檢查，患有下列疾病,不宜從事高空作業(yè):高血壓、低血壓、心臟病、貧血病、顛病.(2）

高處作業(yè)者必須使用安全帽、安全帶、穿軟底鞋,登高前嚴(yán)禁喝酒，并清楚鞋底泥沙和油垢。

（3)

腳手板、腳手架、棧道、斜邊、梯子、吊藍(lán)、掛板等高處作業(yè)設(shè)備，必須搭設(shè)穩(wěn)固，材質(zhì)優(yōu)良，巡回檢查使用情況.（4）

高處作業(yè)的設(shè)備，不許有翹頭板、空頭板、斷裂板、露頭釘、朝天釘、空缺擋、折斷等缺陷，施工中的“五口”應(yīng)設(shè)圍欄及蓋板，在“五口”處不得放置落下的料具.(5)

斜道、斜跳板及操作平臺上除釘有或焊有防滑條或涂上防滑漆外，應(yīng)及時(shí)清掃上面的泥沙和油垢。

(6）

必須使用梯子登高,不準(zhǔn)從模板或腳手架外登高，不允許用起重機(jī)吊人員。

(7)

傳送工具和材料應(yīng)用繩索系送，禁止拋擲，禁止從高處向下推擲料具。

（8）

腳手架和起重設(shè)備上空及附近空間,如有高壓線，應(yīng)按安全距離控制,腳手架上所有的電線和電器設(shè)備應(yīng)絕緣良好，以防止漏電。

(9）

六級強(qiáng)風(fēng)和雨雪天及夜間，一般應(yīng)停止高處作業(yè)，如需進(jìn)行高處作業(yè)，則應(yīng)制定相應(yīng)的防護(hù)措施。

（10)

鋼結(jié)構(gòu)吊裝前，應(yīng)進(jìn)行安全防護(hù)設(shè)施的逐項(xiàng)檢查和驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行高處作業(yè)。

懸空作業(yè)安全

（1）懸空作業(yè)處應(yīng)有牢固的立足之處,并必須視具體情況，配置防護(hù)欄桿、欄網(wǎng)或其他安全設(shè)施。

（2)懸空作業(yè)所使用的索具、腳手架、吊藍(lán)、平臺等設(shè)備，需經(jīng)過技術(shù)驗(yàn)證或鑒定才能使用。

（3)鋼結(jié)構(gòu)的吊裝，構(gòu)件應(yīng)盡可能在地面組裝,并搭設(shè)臨時(shí)高空設(shè)施，以利于高空固定，點(diǎn)焊、螺栓連接等工序。拆卸時(shí)的安全措施，也應(yīng)一并考慮.高空吊裝大型構(gòu)件前，也應(yīng)搭設(shè)懸空作業(yè)中所需的安全設(shè)施.（4）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，應(yīng)搭設(shè)站立操作人員和設(shè)置張拉設(shè)備用的牢固可靠的腳手架或操作平臺.預(yù)應(yīng)力張拉區(qū)域標(biāo)示明顯的安全標(biāo)志，禁止非操作人員進(jìn)入.(5)懸空作業(yè)人員，必須佩戴好安全帽、安全帶等。

攀登作業(yè)安全

（1）

現(xiàn)場登高應(yīng)借助建筑結(jié)構(gòu)或腳手架上的登高設(shè)施,進(jìn)行登高作業(yè)時(shí)，也可使用梯子或其他登高設(shè)施。

（2）

柱、梁和滑軌等構(gòu)件吊裝所需要、的直爬梯及其他用于登高用的拉攀件，應(yīng)在構(gòu)件施工圖或說明內(nèi)作出規(guī)定,攀登用具在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上，必須牢固可靠.(3)

梯腳底部應(yīng)墊實(shí)，不得墊高使用，梯子上端應(yīng)有固定措施。

（4）

鋼柱安裝登高時(shí)，應(yīng)使用鋼掛梯或設(shè)置在鋼柱上的爬梯.（5)

登高安裝鋼梁或軌道時(shí),應(yīng)視鋼梁高度,在兩端設(shè)置掛梯或搭設(shè)鋼管腳手架.（6)

在網(wǎng)架或網(wǎng)殼上、下弦登高操作時(shí),應(yīng)視跨度大小在兩端及跨中設(shè)置攀登時(shí)上下的梯架。

交叉作業(yè)安全

（1）

結(jié)構(gòu)安裝過程各工種進(jìn)行上下立體交叉作業(yè)時(shí)，不得在同一垂直方向上操作，下層作業(yè)的位置,必須處于依上層高度確定的可能墜落范圍半徑之處，不符合以上條件時(shí)，應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)層.（2)

腳手架邊緣、上層結(jié)構(gòu)邊緣，嚴(yán)禁堆放拆下的構(gòu)件。

（3）

施工高度較大時(shí)，凡人員進(jìn)出的通道口均應(yīng)搭設(shè)安全防護(hù)棚.（4）

由于上方施工可能墜落物件或處于起重機(jī)扒桿回轉(zhuǎn)范圍之內(nèi)的通道,在其受影響范圍內(nèi)，必須搭設(shè)頂部能防止穿透的雙曾保護(hù)廊.結(jié)構(gòu)焊接安全

1、防止觸電

（1)

電焊機(jī)外殼，必須接地良好,其電源的裝拆應(yīng)由電工進(jìn)行.（2）

電焊機(jī)設(shè)備單獨(dú)開關(guān),開關(guān)應(yīng)放在防雨的匣箱內(nèi)，拉合匣時(shí)，應(yīng)戴手套,側(cè)向操作.（3)

焊鉗與把線必須絕緣良好,連接牢固,更換焊條應(yīng)戴手套.潮濕地點(diǎn)，應(yīng)站在絕緣膠板或木板上。

（4）

嚴(yán)禁在帶壓力的容器或管道上施焊，焊接帶電的設(shè)備必須先切斷電源，(5）

貯存過易燃易爆、有毒物品的容器或管道,必須先清楚干凈,并將排氣孔口打開。

(6)

焊接預(yù)熱工件時(shí),應(yīng)有石棉匝布或擋板等隔熱措施。

(7）

把線、地線禁止與剛絲繩接觸，更不得用鋼絲繩或機(jī)電設(shè)備代替零線.所有地線接頭，必須連接牢固。

(8）

更換場地移動(dòng)把線時(shí)，應(yīng)切斷電源,并不得手持把線爬高攀登.（9)

雷雨時(shí)，不得進(jìn)行露天焊接作業(yè)。

(10)更換焊條時(shí)一定要戴皮手套，不要赤手操作。帶電情況下，為了安全，焊鉗不得夾在腋下去搬被焊工作件或?qū)⒑附与娎|掛在脖子上。

(11)下列操作,必須在切斷電源后才能進(jìn)行：

a）

改變焊接接頭時(shí);

b）

更換焊件需要改變二次回路時(shí);

c）

更換保險(xiǎn)裝置時(shí);

d）

焊機(jī)發(fā)生故障需進(jìn)行檢修時(shí)；

e）

轉(zhuǎn)移工作地點(diǎn)搬動(dòng)焊機(jī)時(shí)；

f)

工作完畢或臨時(shí)離開現(xiàn)場時(shí)。

2、防止爆炸

防止爆炸主要發(fā)生在氣割過程中,由于要用到乙炔瓶，所以儲(chǔ)存和使用乙炔瓶注意以下幾方面問題：

（1)乙炔瓶儲(chǔ)庫的設(shè)計(jì)和建造，應(yīng)符合建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范中乙炔站設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定.(2)儲(chǔ)存間應(yīng)有專人管理，在醒目的地方應(yīng)設(shè)置標(biāo)志。

（3)嚴(yán)禁與氯氣瓶、氧氣瓶及易燃物品同間儲(chǔ)存.(4)儲(chǔ)存間與明火或散發(fā)火花地點(diǎn)的距離，不得小于15m,且不應(yīng)設(shè)地下室或半地下室。

(5)儲(chǔ)存間應(yīng)有良好的通風(fēng)、降溫等設(shè)施，要避免陽光直射，要保證運(yùn)輸暢通，在其附近應(yīng)設(shè)置有消防栓和干粉。

(6)乙炔瓶儲(chǔ)存時(shí),一般要保持豎立位置,并應(yīng)有防止傾倒的措施。

(7）使用乙炔瓶的現(xiàn)場，儲(chǔ)存量不得超過5瓶，超過5瓶但不得超過20瓶，應(yīng)在現(xiàn)場或車間內(nèi)用非燃燒體或難燃體隔墻分庫;儲(chǔ)存量不超過40瓶的乙炔庫房，可與耐火等級不低于二級的生產(chǎn)廠房毗鄶建造。

鋼機(jī)構(gòu)吊裝安全

1、一般規(guī)定：

(1）吊裝前應(yīng)編制結(jié)構(gòu)吊裝施工組織設(shè)計(jì)或制定施工方案，明確起重機(jī)吊裝安全技術(shù)要點(diǎn)和保證安全技術(shù)措施。

（2)參加吊裝的人員應(yīng)經(jīng)體檢合格,在開始吊裝前應(yīng)進(jìn)行安全技術(shù)教育和安全技術(shù)交底。

(3)吊裝工作開始前，應(yīng)對起重運(yùn)輸和吊裝設(shè)備以及用索具、卡環(huán)、夾具、錨錠等的規(guī)格、技術(shù)性能進(jìn)行細(xì)致檢查和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有損壞或松動(dòng)現(xiàn)象,應(yīng)立即調(diào)換或修好。其中設(shè)備應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、有磨損應(yīng)立即修理。重要構(gòu)件吊裝前應(yīng)進(jìn)行試吊，經(jīng)檢查各部件正常，才可進(jìn)行正式吊裝。

2、防止高空墜落

（1）為防止高處墜落，操作人員在進(jìn)行高處作業(yè)時(shí)，必須正確使用安全帶.安全帶一般應(yīng)高掛使用。

（2)在高處安裝構(gòu)件時(shí)，要經(jīng)常使用悄杠校正構(gòu)件位置，這樣必須防止因撬杠滑脫而引起的高空墜落。

（3）在雨期、冬季里，構(gòu)件上常因潮濕或積有冰雪而容易使操作人員滑倒，采取掃清積雪后在安裝，高空作業(yè)人員必須穿防滑鞋方可操作.(4）高空操作人員使用的工具及安裝用的零部件,應(yīng)放入隨身佩戴的工具袋內(nèi),不可隨便向下丟擲。

（5）在高空用電焊切割或氣割時(shí)，應(yīng)采取措施防止割下的金屬或火花掉下傷人。

(6）地面操作人員，盡量避免在高空作業(yè)的正下方停留或通過，也不得在起重機(jī)的吊桿或正在吊裝的構(gòu)件下停留或通過。

（7）構(gòu)件安裝后，必須檢查連接質(zhì)量，無誤后，才能摘鉤或拆除臨時(shí)固定工具，以防構(gòu)件掉下傷人.(8）設(shè)置吊裝禁區(qū),禁止與吊裝作業(yè)無關(guān)的人員入內(nèi).3、防物體下落傷人

(1)高空往地面運(yùn)輸物體時(shí)，應(yīng)用繩捆好吊下。吊裝時(shí),不得在構(gòu)件上堆放或懸掛零星物體。零星材料和物體必須用吊籠或鋼絲繩保險(xiǎn)繩捆扎牢固，才能吊運(yùn)和傳遞,不得隨意拋擲材料物件，工具,防止滑脫傷人或意外事故.(2)構(gòu)件綁扎必須綁扎牢固，起吊點(diǎn)應(yīng)通過構(gòu)件的重心位置，吊升時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，避免振動(dòng)或擺動(dòng).(3)起吊構(gòu)件時(shí)，速度不應(yīng)太快，不得在高空停留過久，嚴(yán)禁猛升猛降，以防構(gòu)件脫落。

(4）構(gòu)件就位后臨時(shí)固定前，不得送鉤，解開吊索索具。構(gòu)件固定后，應(yīng)檢查連接牢固和穩(wěn)定情況。當(dāng)連接確實(shí)安全可靠才可拆除臨時(shí)固定工具和進(jìn)行下步吊裝。

(5）風(fēng)雪天，霜霧天和雨期吊裝,高空作業(yè)應(yīng)采取必須的防滑措施，如在腳手架、走道、屋面鋪麻袋或草墊，夜間作業(yè)應(yīng)有充足照明.4、防止吊裝結(jié)構(gòu)失穩(wěn)

（1）構(gòu)件吊裝應(yīng)按規(guī)定的吊裝工藝和程序進(jìn)行，未經(jīng)計(jì)算和可靠的技術(shù)措施，不得隨意改變或顛倒工藝程序安裝構(gòu)件.（2)構(gòu)件就位夠，應(yīng)經(jīng)初校和臨時(shí)固定或連接可靠后方可卸鉤,最后固定后方可拆除臨時(shí)固定工具。高寬比很大的單個(gè)構(gòu)件，未經(jīng)臨時(shí)或最后固定組成一穩(wěn)定單元體體系前，應(yīng)設(shè)溜繩或斜撐固定。

（3）構(gòu)件固定后不得隨意撬動(dòng)或移動(dòng)位置，如需要重新校正時(shí),必須回鉤。

（4)多節(jié)吊裝時(shí)，應(yīng)吊完第一節(jié)后,將下節(jié)灌漿固定后，方可安裝上節(jié)構(gòu)件.5、防止觸電

（1）吊裝現(xiàn)場應(yīng)有專人負(fù)責(zé)安裝、維護(hù)和管理用電線路和設(shè)備。

(2）起重機(jī)在電線下進(jìn)行作業(yè)時(shí)，工作安全條件應(yīng)事先取得機(jī)電安裝或有關(guān)部門同意。起重機(jī)在電線附近行駛時(shí),起重機(jī)與電線之間的距離不應(yīng)小于相關(guān)規(guī)定。

(3)構(gòu)件運(yùn)輸時(shí),距高壓線路凈距不得小于2米，距低壓線路不得小于1米,如超過規(guī)定應(yīng)采取停點(diǎn)或其他措施.（4）使用塔式起重機(jī)或長吊桿的其他類型起重機(jī)，應(yīng)有避雷防觸電設(shè)施，各種用電機(jī)械必須良好的接地或接零，接地電阻不應(yīng)大于4歐姆，并定期進(jìn)行接地極電阻遙測試驗(yàn)。

6、塔吊、起重機(jī)等大型設(shè)備施工安全

（1）大型機(jī)械設(shè)備的拆裝作業(yè)，必須由具備安裝資質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍和人員承擔(dān)，一般人員不得參與.(2)安拆作業(yè)前,承接單位要召集工程技術(shù)、安全部門人員一同勘察現(xiàn)場情況，協(xié)商制定安全技術(shù)保證措施。

(3)大型機(jī)械的拆除安裝，對參加拆裝人員要進(jìn)行安全技術(shù)交底，嚴(yán)格遵守拆裝程序，拆裝時(shí)，要有安全監(jiān)管員和技術(shù)負(fù)責(zé)人在現(xiàn)場指揮.(4)大型機(jī)械的安裝拆除作業(yè),應(yīng)遵守電氣、機(jī)械、高空作業(yè)安全規(guī)程，防止觸電、墜落、擠傷等事故.（5）安裝完畢的設(shè)備,應(yīng)符合《起重機(jī)械安全規(guī)程》和《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》的要求，并通過公司或勞動(dòng)部門驗(yàn)收后方可使用。

(6)各種機(jī)械設(shè)備都應(yīng)遵守《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》。要加強(qiáng)對操作人員的安全教育，經(jīng)常深入施工現(xiàn)場檢查規(guī)程執(zhí)行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，消除安全隱患。

(7)對操作人員必須經(jīng)過安全操作技術(shù)培訓(xùn)、考核,取得操作證后,方可單獨(dú)操作.（8)執(zhí)行定機(jī)、定人、定崗位制度,加強(qiáng)責(zé)任心教育，要求操作人員不僅要保證本機(jī)的安全，且要保證協(xié)同作業(yè)人員的安全。

(9）結(jié)合機(jī)械設(shè)備的定期檢查，委派專人對設(shè)備的安全保護(hù)裝置和指示裝置進(jìn)行檢查,以確保安全裝置齊全，靈敏、可靠。

（10）機(jī)操人員必須聽從施工人員的正確指揮，精心操作。對于施工人員違反安全技術(shù)規(guī)程和可能引起危險(xiǎn)事故的指揮，操作人員有權(quán)拒絕執(zhí)行。

（11)各種型號塔吊使用,必須實(shí)行定人、定機(jī)、定崗位責(zé)任。配備1~2名司機(jī)和2名以上指揮人員及維修工，團(tuán)結(jié)一致，統(tǒng)一指揮。

(12)塔吊作業(yè)前按規(guī)定對機(jī)械進(jìn)行調(diào)整、緊固、潤滑及防腐。經(jīng)常檢查塔身垂直度，垂直度偏差要小于4％。

（13)塔吊作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行空載與重載運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，并經(jīng)常檢查各電氣保險(xiǎn)裝置、限位裝置、報(bào)警指示系統(tǒng)是否齊全有效。

(14）起吊重物時(shí)，嚴(yán)禁超負(fù)荷使用。

(15）不論有無安全裝置和設(shè)備,嚴(yán)禁任何人隨吊物品升降。

（16)作業(yè)前先發(fā)信號，然后將重物離地0.5米左右停車，確定剎車、釣鉤、重物綁扎無問題后，方可指揮起升作業(yè)，塔吊停用時(shí)，釣鉤上升距吊桿距離不得小于1米.（17）塔吊在停電、停工時(shí)，應(yīng)將重物卸下,不得懸空掛在空中。

(18)塔吊卷筒上鋼絲繩不得少于三圈，鋼絲繩在筒上應(yīng)排列整齊，并經(jīng)常保持油潤,達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

(19)塔吊司機(jī)應(yīng)認(rèn)真作好塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)記錄及交接班記錄方可離崗。

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