La historia y las perspectivas de los puentes de estructura rígida
El puente cruza un foso natural, acorta la distancia en el tiempo y el espacio, embellece las hermosas montañas y ríos y juega un papel importante en la comunicación territorial y el desarrollo económico de China.
1.1.2 Tendencia de desarrollo de los puentes de carretera en mi país Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología y el desarrollo y aplicación de nuevos materiales, se utilizan métodos asistidos por computadora altamente desarrollados en la etapa de diseño del puente para llevar a cabo Se utilizan sistemas de fabricación inteligentes y análisis de simulación y optimización rápidos y eficaces para producir componentes en las fábricas, y se utilizan GPS y tecnología de control remoto para controlar la construcción de puentes. En la actualidad, la construcción de puentes en mi país está en línea con los estándares internacionales y ha comenzado a desarrollarse hacia la construcción de puentes de gran luz, nuevos tipos, peso ligero y hermosa apariencia.
(1) El lapso está aumentando.
En la actualidad, la luz máxima de vigas y arcos de acero en el mundo ha superado los 500 m, los puentes atirantados de acero son 890 m y los puentes colgantes de acero son 1990 mm. Con la necesidad de cruzar ríos y mares, la luz de los puentes atirantados de acero ha superado los 1.000 m, y la luz de los puentes colgantes de acero superará los 3.000 m. En cuanto a los puentes de hormigón, la luz máxima de los puentes de vigas es de 300 m, los puentes de arco son de 420 m y los puentes atirantados de 530 m m.
(2) Los tipos de puentes se enriquecen constantemente.
En las décadas de 1950 y 1960, la tecnología de puentes experimentó un salto: la aparición del método de construcción en voladizo equilibrado, el método de empuje y el puente en arco sin soporte para puentes de vigas de hormigón mejoraron enormemente la competitividad de los puentes de hormigón. puentes atirantados La aparición y el auge de los puentes muestran su contenido rico y colorido y su fuerte vitalidad. El puente colgante adopta vigas de refuerzo de caja de acero, lo que ha logrado un nuevo avance en la tecnología;
(3)La estructura sigue haciéndose más ligera.
Los puentes colgantes utilizan vigas rígidas tipo cajón de acero y los puentes atirantados utilizan secciones abiertas o incluso placas basadas en el sistema de cables densos, lo que reduce en gran medida la relación altura-luz de la viga y es muy ligero. . Los puentes en arco utilizan pocas cajas o incluso nervaduras en arco o sistemas de vigas; los puentes con vigas utilizan voladizos largos y placas delgadas, lo que hace que la superestructura del puente sea cada vez más liviana.
(4) Presta atención a la belleza y la protección del medio ambiente.
Los puentes son una de las estructuras más destacadas de la humanidad. El famoso puente Golden Gate en San Francisco, el puente del puerto de Sydney en Australia, el puente de Londres en el Reino Unido, el puente del estrecho de Akashi en Japón, el puente Yangpu en Shanghai, China, el segundo puente del río Yangtze en Nanjing y el puente Tsing Ma en Hong Kong. Son todas preciosas obras de arte espaciales que se han convertido en tierra, ríos y océanos. El paisaje del cielo se ha convertido en un edificio emblemático de la ciudad. Por lo tanto, las estructuras de puentes en el siglo XXI prestarán más atención al modelado artístico arquitectónico, la estética de los puentes y el diseño del paisaje, y la protección ambiental para lograr la combinación perfecta de paisaje cultural y paisaje ambiental.
1.2 Clasificación y características de los puentes de grandes luces Los puentes se clasifican según el sistema estructural en función de las características de tensión y los principales componentes que soportan la tensión. Se pueden dividir en cinco categorías: puentes de vigas, puentes de arco. puentes atirantados, puentes colgantes y puentes de estructura rígida.
1.2.1 Hay muchos tipos de puentes de vigas, que también son el tipo de puente más utilizado en puentes de carreteras. La capacidad de luz puede variar de 20 ma 300 m. Los puentes de vigas de gran luz más utilizados para puentes de carreteras son principalmente puentes de vigas cajón continuas de hormigón pretensado (Figura 1-1).
En la década de 1970 se empezaron a construir puentes de vigas cajón continuas en las carreteras de mi país. Hasta ahora, mi país ha construido muchos puentes de vigas cajón continuos, como el segundo puente sobre el río Qiantang con una longitud total de 1340 m, el puente Gaoji Strait Xiamen con una longitud total de 2070 m, etc. En la actualidad, el hormigón pretensado de mi país. Las vigas cajón continuas de hormigón pretensado se han vuelto cada vez más populares en los últimos años debido a sus ventajas en estructura, construcción y uso, como menos juntas de cubierta de puente, altura de viga pequeña, alta rigidez, gran integridad, apariencia hermosa y mantenimiento conveniente. . La tendencia de desarrollo es reducir el peso de la estructura y utilizar hormigón de alta calidad. Con el desarrollo de materiales de construcción y tecnología de pretensado, su luz es cada vez mayor, y Portugal ha construido un puente de vigas cajón continuo de 250 metros. No es económico exceder este lapso. La superestructura de puentes de vigas de gran luz utiliza principalmente secciones en forma de caja, porque las secciones en forma de caja tienen una mayor rigidez torsional, permiten que las vigas cajón tengan una longitud máxima esbelta y tengan menos deformación por fluencia que las vigas en T. Dado que la longitud de la placa en voladizo incrustada en la viga cajón se puede cambiar en gran medida y se puede aumentar el espaciado entre almas, se puede adaptar a diversas condiciones operativas y es especialmente adecuada para puentes de vigas continuas de hormigón pretensado y puentes de ancho variable. Por lo tanto, las vigas cajón se pueden utilizar para construir puentes curvos sobre pilares de una sola columna.
Existen varios métodos de construcción para puentes de vigas cajón continuas, que solo pueden seleccionarse en función de factores como seguridad, economía, garantía de calidad, reducción de costos y período de construcción. Los métodos comúnmente utilizados incluyen: soporte vertical moldeado en el lugar, ensamblaje prefabricado (todo el orificio se puede conectar en serie en secciones), vertido en voladizo, elevación con gato y construcción deslizante moldeado en el lugar. Los cordones de acero pretensados pueden distribuirse en tramos o de forma continua, y generalmente se utilizan anclajes en grupo de gran tonelaje. Para reducir el peso de la viga cajón, se pueden utilizar tendones externos de acero pretensado. Aunque el puente de viga cajón continuo está construido con hormigón pretensado, puede construirse utilizando materiales locales e industrializarse. Tiene buena durabilidad, gran adaptabilidad, buena integridad y hermosa apariencia. La teoría del diseño y la tecnología de construcción de este tipo de puente son relativamente maduras. . Sin embargo, debido al peso propio de la propia estructura (que representa aproximadamente del 30 al 60% de la carga total de diseño), y cuanto mayor es la luz, mayor es la proporción de su peso propio, lo que limita en gran medida su capacidad de luz. Las vigas cajón continuas de gran luz también tienen soportes de gran tonelaje, como las vigas cajón continuas de sección variable de 165 m del ramal norte del segundo puente de Nanjing, y el tonelaje de los cojinetes de caucho tipo maceta alcanza los 65O0 kN. Es necesario estudiar una serie de cuestiones como el rendimiento de este rodamiento de gran tonelaje y cómo sustituirlo en el futuro.
El puente de arco 1.2.2 alguna vez ocupó una posición importante en la historia del desarrollo de puentes. Tiene una historia de más de 3.000 años. Hoy en día, se utiliza ampliamente debido a su hermosa apariencia, bajo costo y gran potencial de carga. También es uno de los puentes de luces largas, con luces que van desde decenas de metros hasta más de 400 metros. La tecnología de construcción de los puentes de arco de hormigón de gran luz de mi país es líder a nivel internacional. Las características mecánicas de un puente de arco son que las nervaduras del arco soportan presión y los soportes generalmente tienen empuje horizontal. Según sus materiales de construcción, se pueden dividir en puentes en arco de mampostería, puentes en arco de hormigón armado, puentes en arco de hormigón con tubos de acero y puentes en arco de acero.
(1) El puente de arco de piedra es el puente de arco de mampostería más común. La construcción de puentes de arco de piedra en la antigua China ha logrado grandes logros. Por ejemplo, el puente Anji en el condado de Zhao, Hebei, construido en el año 606 d.C., tiene una luz de 37,4 m, una altura de 7,23 m y una anchura de unos 9 m. La luz registrada tiene 1350 años y todavía está bien conservado. Los puentes de arco de mampostería son inconvenientes para implementar la construcción de fábricas, el período de construcción es largo y el costo es correspondientemente alto. Al mismo tiempo, aunque los materiales de mampostería son adecuados para soportar presión, su propio peso es relativamente grande en comparación con la tensión permitida, lo que los hace inadecuados para puentes de grandes luces.
(2) El puente de arco de hormigón armado es la forma principal de puente de arco, que se divide en arco de cajón, arco de nervadura y arco de armadura. Según la práctica de los últimos años, los métodos comunes de construcción de puentes en arco incluyen el método de soporte principal moldeado in situ, el método de elevación con cable de sección de viga prefabricada, el método de instalación en voladizo de bloques prefabricados, el método de rotación de medio arco y el método de marco rígido o semirrígido. La tendencia de desarrollo de los puentes en arco de hormigón armado en mi país es que los anillos en arco sean livianos, largos y diversificados. El nuevo puente Wanxian sobre el río Yangtze es un arco de cajón rígido con una luz de 420 m, el primero del mundo.
(3) En mi país, desde la década de 1990, los puentes en arco de tubos de acero rellenos de hormigón (Figura 1-2) se han desarrollado rápidamente, y más de una docena de puentes de doble arco de tubos de acero rellenos de hormigón en el soporte medio. Se han construido puentes de arco de nervadura con luces superiores a 200 m. Entre ellos, el puente sobre el río Chongqing Wushan Yangtze con la luz más grande (luz principal de 460 m) se completó en 2005, convirtiéndose en el primer puente de arco de tubo de acero relleno de concreto del mundo.
Los tubos de acero rellenos de hormigón y los tubos de acero rellenos de hormigón se rellenan con hormigón, de modo que el tubo de acero y el hormigón puedan complementarse entre sí cuando están bajo presión: el hormigón en el tubo de acero mejora el rendimiento de la presión y la estabilidad del tubo de acero; El hormigón interno está en un estado comprimido tridimensional, mejorando su propia resistencia. El hormigón con tubos de acero está más cerca de un nuevo material, con las ventajas de alta resistencia, buena plasticidad, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y buena resistencia al impacto. No sólo tiene propiedades mecánicas superiores, sino que también tiene muchas ventajas en la construcción. Por ejemplo, la propia tubería de acero también se puede utilizar como esqueleto del encofrado, y el hormigón se puede bombear sin quitar el encofrado y el soporte del encofrado se puede utilizar como barras longitudinales y estribos, y para enrollar el acero; La tubería es más fácil que la producción y unión del esqueleto de acero.
1.2.3 Los puentes atirantados son uno de los tipos de puentes de grandes luces más populares en mi país. Hasta el momento, se han construido o están en construcción más de 40 puentes atirantados (Figura 1-3). El número de puentes atirantados de hormigón de luces largas ocupa el primer lugar en el mundo. En términos generales, el nivel de diseño y construcción de los puentes atirantados de mi país ha entrado en las filas avanzadas internacionales y algunos resultados han alcanzado el nivel líder internacional. Actualmente, los tramos principales del puente Stonecutters de Hong Kong, en construcción en China, y del puente Sutong de Jiangsu, que está a punto de abrirse al tráfico, superan los 1.000 metros. Hasta el momento, nuestro país ha construido más de 100 puentes atirantados de diversos tipos, de los cuales 52 tienen una luz superior a los 200 m, ocupando el primer lugar en el mundo. Los puentes atirantados constan de torres de cables, vigas principales y cables atirantados. Se utilizan varios tirantes que se extienden desde la torre del puente para agregar soporte elástico a la luz de la viga y reducir el momento de flexión en la viga. Las características mecánicas son que la carga externa se transmite desde la viga al cable y luego a la torre del puente. Se pueden combinar diferentes formas y materiales estructurales en formas coloridas, novedosas y únicas. Los tipos de torres de cable incluyen tipo A, tipo Y invertida, tipo H y de una sola columna, y los materiales son acero y hormigón. Las vigas principales incluyen vigas de hormigón, vigas cajón de acero, vigas compuestas y vigas híbridas. Los cables atirantados están dispuestos en planos de cables simples, planos de cables dobles paralelos y planos de cables atirantados. Los materiales de los cables incluyen cables de acero paralelos protectores de PE extruidos en caliente y cables de hilos de acero protectores revestidos de PE. Los métodos de construcción de puentes atirantados adoptan principalmente fundición en voladizo y ensamblaje prefabricado. Ventajas de los puentes atirantados: El pequeño tamaño de las vigas aumenta la capacidad de luz del puente; está limitado por el espacio libre debajo del puente y la elevación del tablero del puente es mejor que la de los puentes colgantes; requiere estructuras de anclaje centralizadas; no requiere soportes y es fácil de construir. Desventajas de los puentes atirantados: debido a que es una estructura múltiple estáticamente indeterminada, el cálculo es complejo; la estructura de conexión entre cables y vigas o torres es compleja, hay muchas operaciones a gran altura durante la construcción y los requisitos técnicos son estrictos; Como sistema de cables, los puentes atirantados tienen una mayor capacidad de luz que los puentes de vigas. Debido a las características de autoanclaje de los cables atirantados, no hay necesidad de un gran anclaje para los puentes colgantes. Los puentes atirantados tienen buenas propiedades mecánicas e indicadores económicos y se han convertido en el tipo de puente más importante para puentes de grandes luces, ocupando una ventaja. en vanos de 200 a 800 m.
Puente colgante 1.2.4 El puente colgante es uno de los principales tipos de puentes de luces superlargas. Debido a su hermosa apariencia y gran escala, a menudo se la llama la "Reina de los Puentes". Desde la finalización del Puente de Brooklyn (tramo principal de 486 m) en los Estados Unidos en 1883, tiene una historia de más de 120 años. A finales de la década de 1980, la construcción de puentes colgantes en el mundo alcanzó su punto máximo, con 17 puentes colgantes construidos con luces superiores a los 1.000 m. En 1998, Japón construyó el puente Akashi Kaikyo, el tramo más grande del mundo (tramo principal de 1.991 m), que aumentó el tramo del puente colgante de 1.000 m en la década de 1930 a casi 2.000 m, convirtiéndose en un monumento en la historia del puente colgante mundial. construcción. En China ha surgido de repente la construcción de puentes colgantes. En 1995, se construyó por primera vez en China el puente de la bahía de Shantou (tramo principal de 452 metros). En los últimos cinco años, el puente sobre el río Xiling Yangtze, cuarto clasificado del mundo (tramo principal de 900 m), el puente Humen (tramo principal de 888 m), el puente sobre el río Yichang Yangtze (tramo principal de 960 m) y el puente sobre el río Jiangyin Yangtze (tramo principal de 65.438) han completado. A lo largo de los años hemos adquirido una amplia experiencia en el diseño y construcción de puentes colgantes. La finalización del puente sobre el río Runyang Yangtze (tramo principal de 1.490 m) marca que el nivel de diseño y construcción de los puentes colgantes de mi país ha entrado en el nivel avanzado internacional. Un puente colgante consta de cinco partes: torre del puente, anclaje, cable principal, cable de suspensión (o suspensor) y viga principal (viga de refuerzo). El cable principal es el componente principal que soporta la carga. La característica de tensión es que la carga externa se transmite desde la viga al cable principal a través del tirante y luego a los anclajes en ambos extremos. El material principal son cables de acero pretensados.
Debido a que el cable principal del puente colgante está hecho de acero de alta resistencia, que se esfuerza uniformemente, tiene una gran capacidad de luz. Sin embargo, también tiene desventajas como una baja rigidez general y poca resistencia al viento. estabilidad, alto costo y difícil construcción. Cuando la luz de esta estructura supera los 800 metros, es muy competitiva.