顺便提一下,在建的世界第一悬索桥墨西拿大桥,目前的世界第一悬索桥明石海峡大桥,第二悬索桥丹麦的大贝尔特桥,第三悬索桥中国的润扬长江大桥
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! w: c+ W c2 ~3 L. D# o5 [& P( {Google Earth中文论坛-谷客论坛-谷歌地球论坛世界第一的斜拉桥多多罗大桥,在建的世界第一斜拉桥中国苏通长江大桥,以及最长的铁路公路两用桥,日本濑户大桥。
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它们的设计、施工监理等都和一家日本公司有关-日本的长大株式会社。怎么说呢?差距我们还是要承认的,中国的桥梁技术,还需努力啊。
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6 p% E* C2 j3 t& d长大株式会社
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9 C$ O8 l6 P8 ]/ w9 h u一些背景知识:
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9 J L) `. F5 k. R+ U在第三届全国公路科技创新高层论坛上,原国际桥梁与结构工程协会主席伊藤学先生接受了本刊记者采访。先后27次访问中国的伊藤学先生对中国桥梁建设给予了高度评价。他说,从世界桥梁发展过程来看,二、三十年代桥梁技术发展的焦点在美国,到了四、五十年代,欧洲各国桥梁建设快速发展,日本桥梁建设是在七、八十年达到高峰期的,而今,世界桥梁界都把目光聚焦在中国,目前中国的桥梁建设规模、技术水平、特别是大跨径桥梁的建设水平已跃居世界前列。
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伊藤学先生在本届论坛上畅谈了世界悬索桥及斜拉桥的过去、现在与未来,眼界开阔,资料详实,本文节选了报告的主要内容,以飨读者。
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/ y0 U W( d* ~* y$ o0 N# b0 K悬索桥具有很长的历史,因为很早以前人们就想到了用悬索来固定桥梁。但是,直到工业革命,人们制造出强度很大的锻铁和钢材后,这些材料才被用在桥梁建筑的结构上。从那以后,虽然事故不断发生,但是悬索桥的修建技术也在稳步地取得进步。早期的尝试没有取得成功的原因,可能是因为技术缺乏和对这种桥梁的分析和理解不够完备造成的。
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1883年修建的布鲁克林大桥标志着美国现代悬索桥黄金时代的到来,并且这个黄金时代延续了半个多世纪的时间。随着乔治华盛顿大桥 (1931年,1067米)、金门大桥(1937年,1280米)和韦拉札诺海峡大桥(Verrazano Narrows)(1965年,1298米)的大规模修建,美国走在了世界上大跨径悬索桥技术的前列。虽然悬索桥不断延长的事实有力地支持了斜拉理论,但是盲目迷信这个理论导致了1940年老塔科马大桥(Tacoma Narrows)由于空气动力的不稳定而垮塌了。
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从大约1960年开始,修建大跨径悬索桥的浪潮席卷到了欧洲。需要特别指出的是,箱梁和倾斜吊钩史无前例地应用在英国塞文桥(Severn)的设计修建上,该桥于1966年建成。它所用到的技术又继续用来修建当时世界跨径第一的亨伯(Humber)大桥,该桥于1981年完工。后来,在20世纪最后25年里,日本以及斯堪的纳维亚半岛国家开始了大规模的大跨径悬索桥建设浪潮,现在这股浪潮已经来到了中国。
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; b# {& t! U6 A9 V; N: a/ Q虽然早在古代,人们就有了斜拉桥的概念,但是真正意义上的斜拉缆索是由J·瑞伯苓(J·Roebling)在19世纪初次成功地运用在悬索桥上。但是这些缆索承重效果不好,也不能成为大桥构件的主要部分。大约过了半个世纪,F·迪辛格在1938年(F·Dischinger)提出一套将悬索和斜拉合为一体的大桥体系,但这套体系没有被用在实际的建造过程中。
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近代的斜拉桥建造始于二战后,由德国工程师指导修建。其中,1956年至1972年间在杜塞尔多夫市(Duesseldorf)的莱茵河上修建的3座大桥,成为了大桥新结构形式的杰出体现。从那以后,出于一系列经济、技术和美学方面的考虑,斜拉桥随即在世界上迅速发展起来。记录此类大桥跨径的数据也在迅速地不断更新。在90年代末,跨度最长的记录已经超过了800米。预计到2010年将会超过1000米(苏通大桥 1088m)。在大跨径桥梁的数量上,日本和中国走在了世界前列。特别是中国,在近期内取得的成就令世人瞩目。
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由于斜拉桥的桥塔和梁主要是用来承受张力和压力的,所以早期的建筑结构广泛地采用了混凝土结构。战后一开始,预应力混凝土大桥和钢桁桥跨径的长度基本上差不多。现在混凝土桥已经用在了跨径为500米甚至更长的桥梁上。
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. n) i& ~1 g0 @ A% r0 T' D& tGoogle Earth中文论坛-谷客论坛-谷歌地球论坛悬索桥和斜拉桥同样也广泛地用在了修建小跨径的人行桥上,而且这些桥梁也因其美学原理和经济的优点受到赞誉。
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# c9 l0 }( [( P1 Jwww.guger.net悬索桥的结构
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——悬索及其结构
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布鲁克林大桥建成后,悬索桥的主索是用钢绞线法(AS)制成,预设平行钢索法(PPWS)在1969年修建新港大桥时也得以应用。尽管用预设平行钢索法(PPWS)的目的是为了减少劳动力和天气状况的影响,加快安装速度,但是它也有局限性,就是自身重量太大。尽管有局限性,这种办法也成功地应用在了修建世界上最长的大桥上——日本明石海峡大桥(960+1991+960米)。另一方面,钢绞线法(AS)受到欧洲工程师们的欢迎,因为它的价格越来越低,而且施工速度也在明显加快。在斯堪的纳维亚半岛国家中,实芯索仍然被用在跨径大约在800米的大桥上。
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& Y1 Y4 f- ^# x4 D7 h5 S3 o卫星地图,软件下载,地标坐标传统的悬索桥系统是由主缆和桥塔组成,倾斜桥塔系统自20世纪60年代以来,在英国的一些桥梁设计中也有所应用。但是,在发现塞文桥(Severn)的桥梁疲劳问题后,这种方法逐渐被淘汰。在主缆系统中,单根和双根缆索系统已经被运用到了一些自固式(selfanchored)悬索大桥和人行桥的修建上。
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$ d& ?% p# f- P8 t7 ^6 x上文提到的自固式悬索桥的优点就是沉重的锚墩可以被忽略。但是它的梁是用来承重的,因此这种桥不能应用在大跨径桥梁上。现在日本的此花大桥(Konohana)(1987年)和韩国的永宗大桥(Yongjong) 大桥(2001年)跨径是最长的,为300米。同时,跨度最长的这种类型的双跨大桥是即将修建的美国旧金山东部的奥克兰湾大桥。
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所谓的压带式大桥(Stress Ribbon Bridge)实际上也属于悬索桥,但是现在这种桥全部是用来建造人行桥的。
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/ W, |0 C' g& G* n6 K- d' d——桥塔
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悬索桥的桥塔形状会成为大桥自身的一个标志。虽然传统的大跨径悬索桥在桥塔的形状上没有太多的选择,但是设计者们总会用巧妙安排水平支柱的排列、加装饰等来改进桥塔的形状。最近人们用来改进桥塔形状的方法就是将轴的连接处、构件的交合处或者构件本身做成圆形。
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具有垂直支撑架的钢桁梁桥,因其结构简约、外形美观而成为目前比较普遍采用的一个形式。在两个桥塔间用吊索和支柱的形式也广泛应用于大跨径的钢桁梁桥上。这种桥主要修建在横向有大风和可能有地震发生的区域。运用混凝土桥塔是最近钢桁桥的发展趋势,但日本却很少采用。
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' ^5 j; ~, n2 {Google Earth中文论坛-谷客论坛-谷歌地球论坛——桥梁
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塔科马大桥(Tacoma)的惨剧发生后,人们对空气动力的研究揭示出了经得起扭力强度的重要性,以及桥梁交接处空气动力稳定性的重要性。梁的顶端和底部用侧柱加固以及桥面的护栏做成开放式的栅栏是解决此问题的方法。但是,如前文提到的那样,钢箱梁在20世纪60年代中期已被广泛采用。在明石海峡大桥的修建中,选用这种梁的主要原因是为了方便竖立桥塔的原因,因为大桥底下的航运繁忙。
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: X8 \: l) t7 a/ |; f* o e# iwww.guger.net目前,悬索桥在长度和形式上都有了长足的发展。悬索桥在理论上的限制要比实际上的限制小得多,因为理论上认为大桥主缆承受的仅仅是桥自身的重量。如果更长的缆索发明出来以后,大桥粗略估计可以达到5公里长。如果一些强度重量比更大的混合材料的缆索能够得以应用的话,大桥的长度还有可能突破。但是,大桥实际长度还受到防风性能、树立的难易程度以及经济条件的限制。另外,悬索桥还有重要的两个问题,一个是缆索的防锈问题,另一个就是抗风抗震问题。
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斜拉桥的结构
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! @& t& i( e/ K" k" f三段跨距结构自然是最常见的,但是双跨结构在早些时候也同样广泛应用于斜拉桥上。即使是不对称的跨径也能被设计得经济而美观。当边跨距很短的时候,全部或部分的悬索就要被固定在地上,这样才能使大桥更加坚固。
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在过去几十年里,香港汀九大桥(Ting Kau)(127+448+475+127米)、希腊里永-安蒂里永大桥(Rion Antirion)(286+3x560+286米)、法国的米洛大桥(Millau Viaduct)(204+6x342+204米)的顺利建成,吸引了人们对多跨径的斜拉桥的注意。这种大桥的结构,中间的桥塔弯矩可能会很大,或者大桥的整个结构将会变得过于柔软,这种情况和多跨径的悬索桥相似。为了解决这类问题,汀九大桥(Ting Kau)采用了刚构架桥塔,桥塔的顶部与桥梁相连,同时塔顶也和邻塔的塔梁交叉点相连。这种形式被称为里永-安蒂里永式(Rion Antirion)大桥。
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; V+ z# F( n# _" h% }——悬索及其布局
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! J/ D) V( {( n% k; ]卫星地图,软件下载,地标坐标在20世纪60年代末的时候,人们已经从使用数量较少的粗悬索改为使用多悬索系统。这种节省空间的多悬索系统有很多优点,例如:桥梁的弯矩减小了,每一根的悬索都可以被独立地更换掉,以及锚点能够更加集中和简单。
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) C& C% f+ u& }7 f9 lwww.guger.net尽管扇形悬索因其能合理的布局大桥的各个组成部分而受到青睐,但是竖琴形式的布局有时候也因为它的形态美观,或者是它对桥梁的横向布局有更强的约束作用而得以采用。
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在大桥的纵向上,单平面斜拉布局的优点是可以减少下部结构的尺寸,也能给人们以美的视觉感受;但是,与双平面悬索系统相比,它的局限性就是跨径太小。现在日本鹤见大桥(Tsurumi)的跨径只有510米。对许多大跨径的斜拉桥来说双平面悬索系统与A字型或Y字型桥塔的结合是现在的发展趋势。尽管如此,在香港即将开工建设的昂船洲大桥(Stonecutters),单柱式桥塔将会被用来建造这座跨径超过1000米的桥梁。
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8 O; N% k8 b( G8 E, r# ?——桥塔
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基本上最近建造的斜拉桥的桥塔都采用混凝土修建,但早期的钢桁桥塔是采用的钢质结构。日本基本上所有的大桥都钢箱梁。现在混凝土桥塔可以被用来修建跨径较长的大桥。比如赛纳河上的诺曼底大桥(跨径850米)、中国在建的苏通大桥(世界上跨径最大的大桥,跨径1088米),它们都采用了混凝土结构和模板成型技术。
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7 H: n6 }, |1 h; f/ `9 |( H! g5 F同悬索桥相比,斜拉桥在桥塔形式上选择面更加广泛。桥塔的形式通常各有特色,随着时间的推移,设计更加精巧合理。但是,也偶尔见到一些粗俗的设计。当然,桥塔的设计应当适合斜拉桥的布局,和地势地貌也要相结合,同时也要考虑经济的特性。
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在Y字型桥塔形式中,双塔间桥梁下的空间通常很窄,以减少其基座的尺寸。这种宝石形状的桥塔也用在了最近修建的大跨径斜拉桥上。
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——桥梁
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出于结构和美学的考虑,除了双层桥以外,在斜拉桥上实网梁(solid-web)比钢桁梁用得更多。在复合斜拉系统中,悬索之间的距离很小,就可以把桥梁减小得更加轻巧,只要梁的横梁不少,桥梁就十分稳定。
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在斜拉桥钢箱梁的交接部分,单箱或者双箱式梁已经运用到了大跨径桥梁上。钢板梁和钢桁架结合,交界处的形状通常是梯形或六边形,主要是出于空气动力学的考虑。另外一种用在钢筋混凝土混合梁上的形式——薄板边梁(shallow-plated edge)同交叉梁的混合形式。在上海修建的跨径为602米的杨浦大桥(1995年)使用的是双网边梁(double-web)。
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在近期修建的预应力混凝土斜拉桥上,梯形或者是长方形的箱式设计是最普遍的。但是在上文提到的混合梁大桥当中,有时候采用的是纵梁连接横梁再和斜拉的锚锭混合的形式。当边跨比主跨短得多的时候,主跨为钢桁梁,延伸到边跨则用混凝土梁,这种形式自从上世纪70年代以来被广泛采用。
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双层桥建筑是多采用构架式梁,许多日本的桥梁就采用这种形式。
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+ w5 D( L) Q. ] Z因为适合斜拉桥和其桥塔的可水平移动的支持系统的选择性很大,所以现代斜拉桥的桥面支撑系统形式多种多样。这种设计可考虑在震荷、气温以及合理的桥梁横向位移允许的范围之间来进行。
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* }$ D5 s5 I9 x/ ]——PC斜拉桥(脊背式桥梁)
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脊背式桥梁一开始是由U 玛瑟维特(U Mathivat)提出的,在过去十年中已经风靡日本。外观上,它与斜拉桥的样子很相似。这种桥梁,缆索的功能是以很大离心率来承受外部的预应力。外观上与斜拉桥相比,不同点就是它的桥塔比较矮,桥梁很厚。
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