五座世界著名桥梁.doc

1.上海卢浦大桥集三种桥型施工工艺于一体主桥建造中融合了斜拉桥、拱桥.悬索桥等三种不同类型的桥梁施工原理.形成一套完整的特大型拱桥的施工工艺。独创的拱肋高空姿态调整及高精度控制技术:自然辅于外力的主拱合龙技术；主动与被动可转换的水平索放索技术；超长、超宽水平索牵引，转移及高应力状态下的线型调整技术等均在特大型桥梁施工中有新的突破。抗风抗震度世界首创卢浦大桥三个节点的设置:中跨钢拱与钢梁的连接点构造.边跨钢拱与钢梁节点构造，中跨、边跨拱座节点构造都是国内外钢拱桥中首次采用。在最大跨度拱桥上进行抗风性能研究，使其抗风度达到12级、抗震度达到7度.在国际上都属首创。国际首次全焊接制造卢浦大桥全桥用钢量达34000丁左右，是国际上首次采用全焊接制造的世界最大跨度的钢结构拱桥.具有双重先进性。焊缝长度为582 公里.相当干从上海到南京的来回路程。建设者们以99%的成功率一次性焊接成功。钢板焊接厚度达100毫米,是世界钢结构桥梁建造中现场钢板焊接厚度最大的一座。创下软土基建造特大型拱桥奇迹上海是典型的软土地基.在软土地基上造拱桥历来就是桥梁界的一大难题,更何况是特大型拱桥卢浦大桥通过在桥面和桥肚各装上时民长度达760米的水平拉索.有效地平衡了巨大的水平推力.创造性地建成了特大型拱桥。首次采用箱型钢拱结构技术卢浦大桥两片实腹式钢箱拱肋宽5米.拱脚处高9米 渐变至拱顶处高6米.是目前世界上最大的钢箱拱肋截面.无论是拱桥立面布置还是拱肋断面形式.都处于国际同类桥梁的领先水平。2.杭州湾大桥桥跨布置根据沿线主要控制地物和功能要求，确定的桥跨布置见下表。北航道桥北航道桥采用布跨为 70 m + 160 m + 448 m +160 m + 70 m = 908 m 钻石形双塔双索面钢箱梁斜拉桥，半飘浮体系，5 跨连续结构。索塔采 用 钻 石 形 塔，桥 面 以 上 为 三 角 形 结 构，以利于提高结构刚度和抗风稳定性；桥面以下两塔柱收腿，使整个塔呈钻石形。基础采用 2.8 m 直径的钻孔桩 + 承台的整体基础，承台外周设防撞消能设施。斜拉索在索塔上通过整体钢锚箱进行锚固。 主梁采用扁平钢箱梁，梁高为 3.5 m，梁宽37.1 m，钢箱梁采用工厂预制成组件，组拼场组拼成节段，标准节段长 15 m，斜拉索与钢箱梁采用耳板锚固。斜拉索采用平行钢丝成品斜拉索，斜拉索采用塔上张拉方式。辅助墩和过渡墩采用矩形倒圆角断面，基础采用直径为 2. 5 m 或 2. 8 m 的钻孔桩 + 承台基础。南航道桥南航道桥采用布跨为 100 m + 160 m + 318 m =578 m 的 A 形独塔双索面钢箱梁斜拉桥，3 跨连续结构。索塔采用 A 形塔，以利于提高受力性能和结构刚度及抗风稳定性。结构舒展和谐，风格独特，造型优美，景观效果良好。基础采用 2. 8 m 直径的钻孔桩+ 承台的整体基础，承台外周设防撞消能设施。斜拉索在索塔上通过整体钢锚箱进行锚固。主梁 采 用 扁 平 钢 箱 梁，梁 高 为 3.5 m，梁 宽 为37.1m，钢箱梁采用工厂预制成组件，组拼场组拼成节段，标准节段长 15 m，斜拉索与钢箱梁采用耳板锚固。斜拉索采用平行钢丝成品斜拉索，斜拉索采用塔上张拉方式。辅助墩和过渡墩采用矩形倒圆角断面，基础采用直径为 2. 5 m 或 2. 8 m 的钻孔桩 + 承台基础。水中区引桥水中区引桥采用 70 m 跨径整孔预制吊装的连续箱梁结构，一片预制梁的吊装重量为 2 260 I，墩身采用矩形倒圆角断面，基础采用钢管桩 + 承台基础。滩涂区引桥滩涂区引桥采用 50 m 跨径整孔预制梁上运梁的连续箱梁结构，一片预制梁的重量为1350t，墩身采用矩形倒圆角断面，基础采用钻孔桩 + 承台基础。陆地区引桥。陆地区引桥受控因素较多，根据控制地物跨越要求和经济性要求分别选择 80 m、60 m、50 m、30 m 跨径的连续箱梁结构，墩身采用矩形倒圆角断面，基础采用钻孔桩 + 承台基础。海中平台由于杭州湾跨海大桥海中桥长达 30 多 km，沿线又无可利用的岛礁，加上南滩涂发育，航行条件较差，为了提高大桥施工工效，降低海上施工的风险，在海域中央设置海中平台一座。海中平台规模为 12000m左右，平台东侧设置观光塔一座， 海中平台施工期间作为海上施工人员的生产、生活基地，并兼作海中测量、通讯的中继站。大桥运营期间作为海上紧急救援、旅游观光、海事管理的场所。海中平台采用双层结构，基础采用钻孔桩 + 钢管桩基础。一层平台采用预制梁板 + 湿接缝结构。二层结构根据功能进行建筑设计，并以提高景观效果为目标。区域位置结构形式北引线软土路基北岸陆地、滩涂区引桥预应力混凝土连续箱梁北航道桥北侧高墩区引桥预应力混凝土连续箱梁北航道桥5 跨连续半漂浮体系钢箱梁斜拉桥北航道桥南侧高墩区引桥预应力混凝土连续箱梁中引桥预应力混凝土连续箱梁南航道桥北侧高墩区引桥预应力混凝土连续箱梁南航道桥3 跨连续半漂浮体系钢箱梁斜拉桥南航道桥南侧高墩区引桥预应力混凝土连续箱梁南引桥水中低墩区预应力混凝土连续箱梁南岸滩涂区引桥预应力混凝土连续箱梁南岸陆地 区引桥预应力混凝土连续箱梁南引线软土路基3米约大桥米约大桥(Millau bridge)因坐落在法国西南的米约市而得名，它是斜拉索式的长桥。尽管全长达2.46公里，但只用7个桥墩支撑，其中2、3号桥墩分别高达245米和220米，是世界上最高的两个桥墩。如果算上桥墩上方用于支撑斜拉索的桥塔，最高的一个桥墩则达到343米，超过法国巴黎著名的埃菲尔铁塔23米。 米约大桥超越了高321米的美国科罗拉多州皇家峡谷大桥成为世界第二高桥。站在大桥上向下俯瞰，桥底下是一望无际的云雾，整个大桥仿佛在云雾中横空出世，行走其间仿佛置身另一世界。 大桥总重29万吨，其中仅钢结构桥面就重达3.6万吨，如此庞然大物高耸于山川之间，如何保证它的稳定性？如何才能避免大桥在风力作用下像琴弦一样颤动摇晃、甚至崩塌呢？大桥建造工程总指挥格尔内向媒体介绍说，建造这一大桥使用了当今世界上最先进的科技。英国总设计师诺曼福斯特将大桥桥面结构设计成三角形，以有效减少风阻。除了计算机模拟试验外，有关风力模拟户外试验从1997年就开始了，法国气象局专家甚至在图卢兹一带修建了一个人工山谷，然后向这个 “山谷”灌水，水中夹杂了许多小颗粒，专家通过水流颗粒的变化模拟出塔恩河山谷可能出现的各种复杂风向，从而对大桥各种建筑结构的比例不断进行修改。最终大桥的设计使其可以抵御时速250公里的大风。 此外，在施工中桥墩只要每升高4米，专家就利用全球卫星定位系统纠正可能出现的偏差，这使大桥历时3年建成后，建筑垂直误差不超过5毫米，从而很好地保证了施工的精确性。米约大桥建造总工程师米歇尔维洛热在通车当天（2005年12月16日）接受记者采访时认为，大桥建造过程恐怕比它的各种数据更加神奇。首先遇到的难题是风。270米高的建筑受到的风力远超出距地面几十米的物体。当两边桥体还未合龙，斜拉索的支撑也未形成时，这一高度的桥体经常因风力而剧烈摇晃，当风力达到时速70公里时，所有工作人员都要撤出现场。人们于是用巨型钢管搭出了几个200多米高的临时铁架，托住了桥身，从而使工程多数时间得以顺利进行。而80多米高的钢筋水泥桥塔，巨大而笨重，不可能在桥上直接修建。人们于是在造好它后再在桥面铺设轨道，一点点将它挪到桥墩的正上方，这好比在270米高空移动30层的大楼。总之，整个桥体的吊装与建造复杂性绝不亚于它的设计。 米约大桥的建造材料比普通大桥的要轻，使它兼具了钢性和弹性。遇到超强大风、地震以及出现热胀冷缩效应时，它更显柔韧。 大桥工地工程师阿贝尔表示：“为了保证施工的精确性，我们使用了世界最先进的卫星定位测量系统。有关专家使用了300多个小型精密感应装置。它们有些被浇注在混凝土桥墩中，有些被固定在周围的岩石上。在施工中桥墩只要每升高4米，专家就利用卫星定位系统接受感应装置的信息，从而纠正可能出现的偏差，可以说由温度以及风力引起的任何微小的桥体变化都会被检测出来。大桥历时3年建成后，建筑垂直误差不超过5毫米。” 4.日本明石海峡大桥下部工程神户侧的锚碇基础：锚碇是承受主缆拉力的基础。神户侧地基系泥岩和砂岩交替层叠形成的神户层。每一地层物理性质存在差异，所以必须掌握好多层地基的物理性质和力学模型。该基础采用圆形地下连续墙施工，一面开挖一面用倒衬砌法施工钢筋混凝土壁，开挖到基础支承面后，填充混凝土。淡路岛侧锚碇基础：本基础从力学上看是直接基础。该基础的持力层为花岗岩，采用钢管连续挡土开挖后浇筑混凝土。锚碇本体：锚碇本体是主缆索股锚杆赖以锚固的锚梁及支承其锚碇框架埋置的钢筋混凝土大块体。1A 锚碇的混凝土体积为 14m3，4A 锚碇混凝土为 15 万m3 ，由于大体积混凝土膨胀大，施工时平面上分为 5 份；在高度方向大块体每升高 2 4 m、锚碇块体每升高 1 2 m 为一混凝土浇筑层。在混凝土浇筑过程中，由于水化热引起温度裂缝，除了使用低发热水泥外，还要采用预冷和管道冷却以限制热量的发生。由于钢筋和钢结构非常稠密，必须采用流动性、填充性好的混凝土，以提高施工质量。另外所浇筑的混凝土平面块体间，前面浇筑的留缝刷浆和钢筋残余应力等问题，一般认为 3 m 宽设缝，就能达到块体间一体化施工的目的。海中桥墩：从力学上看，海中桥墩是直接基础。在神户侧有漂石和砾石层混合形成神户层；在淡路岛一侧的持力层也是神户层。基础的施工方法是沉箱法。设置沉箱的施工程序是：首先采用大型抓斗船对海底进行开挖，用在强潮流条件下基础设置就位。由于海域流速大，以致沉箱就位后冲刷立即开始，必须尽快抛设网袋式防冲刷过滤单元。沉箱下沉后，在基础周边所发生的冲刷，都是预先通过室内和现场试验确定的。所以基坑形状像盘子，其直径很大，当沉箱定位后，在其周围大量抛石，作为防冲刷的防护工程。最后，用大型混凝土台船向钢沉箱内浇筑混凝土。水中部分采用流动性好不离析的混凝土（特殊水中混凝土）；在空气中混凝土浇筑厚度为0.5 2.0 m，使用低发热水泥制备的混凝土浇筑。基础形状是圆形，这种形状的基础施工性能好，并能减轻潮流压力。根据稳定性计算，基础的直径在神户侧达到 80 m，淡路侧达到 78 m。上部工程1. 塔的构造塔在桥轴方向为柔性构造，在垂直桥轴方向为桁架形式的刚架。塔柱断面为中空箱形构造，共有 7 个室。塔全部的 4 / 10 范围内的断面由垂直桥轴方向的风荷载决定，塔上部断面一般认为按沿桥轴塔顶最大变位决定。最大板厚 50 mm。对塔而言，在风载作用下希望底部无拔力，塔的顶部宽度为35.5 m，塔的底部宽度为46.5 m，塔柱是斜的。考虑到塔的制作、搬运和架设等施工性能，在高度方向分成 30 段。各段有三个架设单元（最大重 150 t / 单元）。塔柱各段在现场拼装，接头端面要在工厂进行切削加工，采用高强螺栓连接。在连接处，1 / 2 的荷载由上部主体金属直接传给下部主体金属，其余的 1 / 2 荷载通过高强螺栓传给节点板再通过螺栓传给下部的主体金属。过去在现场架设时，采用爬升式起重机，这样必须补强塔的本体；为了减少工程量节约钢材，采用自立爬升式起重机。在架设时，塔的现场精度管理要求确保金属之间的接触率和垂直度，规定塔的偏斜度：在设计时控制在1/2000，架设时控制在 1 /5000，制作时控制在1/10000塔高以内。根据架设时控制在 1/5000 换算约为 6 cm。塔安装的结果，在神户侧塔最大偏斜约为 4 cm，淡路侧约为 3 cm，符合规定。再者塔壁有温度差，对此有补偿的必要。明石大桥的主塔与以往的构造特征有很大的差异，在塔内设置了永久性的抑制风振的调质阻尼器。从以往塔的架设经验看，在架设时塔易发生摇摆，在成桥时，当主缆固定在塔顶上后，一般认为塔不再摇摆。但是本桥塔的高度特别大，相对柔软，在成桥后判明会发生振动。即使采用十字形断面不易摇摆的构造，讨厌的振动还是会发生的，为此必须设置调质阻尼器（TDM）。调质阻尼器的重量是塔本体重量的 0. 9%。对塔的大尺度变更必须杜绝，这才能达到制振的效果。然而在边跨的加劲桁和塔之间，当塔内的阻尼器发生故障时，必须设置油压阻尼器备用。2.缆的构造悬索桥最主要的构件，可以说就是两根直径 1.12 m 的主缆了。每根主缆由290 根索股构成，而每根索股则由 127 根平行钢丝组成，见图 4。缆可以用两组牵引系统由PWS 的滚轴引出法施工。以往悬索桥缆的长度不超过 1.8 km，由于本桥的缆有 4 km长，索股展开试验和卷轴的卷绕以及抽出长度需要通过试验确认。每根索股加卷轴重卷92 t。需采用重型起重设备。明石大桥开始设计时，根据计算，两侧各要布置两根缆，但本桥的构造，即一侧只要一根缆，全桥只要两根缆。原有钢丝的拉伸强度为 1600MPa，新开发的为 l800 MPa。此外本桥荷载的 9l%是恒载（关门桥的恒载占 75%，因岛大桥的占 83%），同以前的桥梁相比，本桥恒载所占比率增大了，因此本桥在活载作用下，应力幅度变化较小，而且钢丝的张拉强度提高了，安全度可从 2.5 降低到 2.2。缆的架设工程采用了直升飞机将先导索渡海经两塔到另一侧猫道。直升飞机渡海法与以往采用 FC 船牵引先导索（钢丝绳）渡海的区别是前者采用了强度大、重量轻的聚酰胺纤维导绳为先导索，这才有可能实施直升飞机施工。采用这一方法是由于受强潮流的影响以及不用限制船舶航行，短期内就可实现先导索渡海。新型猫道与以往靠设置抗风绳保持抗风稳定性的老猫道相比，新猫道省去了抗风绳，代之以连接两缆间猫道的横向桥，达到制振的目的。以往 采 用 的 吊 杆 是 绞 捻 的 钢 丝 绳（CFRC），本桥大规模地采用聚乙烯管包裹的平行钢丝索股（PWS）。在风作用时，吊杆要适应倾斜，以此来决定吊杆的锚固方式，一个方向用铰接，还有万向节头锚固。绞捻索支承的三种锚固方法，则分开使用。作为主缆新的防腐蚀体系，采用缠丝法将索股缠紧再用防水胶布包裹，还要设置向缆内输送干燥空气系统。输入的空气湿度保持在 40%以下。3.加劲梁构造加劲梁采用桁架构造。这种构造具有较高的抗风性能，考虑在明石海峡的恶劣气候情况下，施工作业平台同时架设。关于抗风稳定性的问题：以往对 l 000 m 跨径级的加劲桁，只要考虑扭转颤振就够了，对本桥这样大的跨径，必须判明其弯曲和扭转耦合颤振现象。桁架的基本抗风特性是确定主桁的构件尺寸是否合适，主桁内的管道以及附加构件的设置等都要通过二维风洞试验确认；最终还需通过三维试验验证。为此，要做l/l00的缩尺模型，制做40m长的全桥模型；试验场所宽 4l m，高 l9.5 m，长 75.4 m；风路输入长度 30 m。这是世界上最大级别的结构物的大型风洞设施，通过风洞试验，确认本桥的颤振临界风速基准值在 78 m/S 以上。在本桥路肩和分隔带上配置钢板网桥面板，而且在中央主跨的加劲桁架上弦中心设置竖向的抗风稳定子，以确保较高的抗风稳定性。通过三维全桥模型风洞试验确认：（1）在中央主跨设置稳定子可以确保主桁的抗风稳定性；（2）湍流中的阵风响应在本设计中是没有问题的；（3）对三维复杂举动的颤振必须通过解析的方法求得解决。例如：在较大静力扭转变形的情况下，对颤振会有较大的影响要加以判明。桁架结构的弦杆架设，边跨从锚碇开始，主跨从主塔开始。弦杆的断面大部分由风荷载所决定。加劲桁架在与塔柱连接处设铰。在风载作用时，主跨的水平挠度达 27m。l995 年 l 月 l7 日，阪神大地震，桥梁轴线发生了错位，基础位置也发生了相对错位，铰的基本位置（lA、2P、3P 和 4A）呈折线形状，伸缩装置吸收了变位量。由地震造成桁架最大水平折角在 0.04 以下。主跨伸长0.8 m，靠淡路侧边跨伸长了 0. 3 m。在钢桁制作时，主跨两端两个节间，各增长0.4 m，靠近淡路侧边跨的 4A 端节间增长0.3 m。这就满足了地震后桥轴线变位伸长的需要。由于使用了高强钢材，加劲桁架弦杆的重量减轻了。以往所采用的高强钢材在焊接时，预热温度必须达到 100C以上，但本桥采用了低预热钢材，经焊接施工试验确认后使用。这种低预热钢材达到 50C 的预热就可以了，这就大大改善了焊接的施工环境。桁架的架设基本上采用逐次无铰的由主桁架和横向桁架组成的平面进行，日本人称为“面材悬臂架设法”。架设的方向：主跨从主塔开始向主跨中心推进，边跨从锚碇向主塔方向推进。本桥加劲桁架架设时，在主塔两侧以及锚碇旁实施大块体架设，在大块体上起卸材料的起重机、移动式起重机、移动式防护工程和移动的脚手架等事先搭载在大块体上，这样大大缩短了工期。在桁架架设过程中，对桁架的形状作了 10 次测量以确认其精度。采用 GPS（地球定位测量）精度很高，安装长度与跨径长度是完全吻合的。道路桥面系的构造是悬索桥主桁架承托的非合成钢桥面构造。为了获得好的行车性能加大伸缩缝的间距，连续钢桥面板构造的长度最大达 20 个节间（284 m）。以往其他本四连络桥非合成钢桥面的长度，最大才 6 个节间，即 80 m，连续长度大 3 倍以上。5.赵州桥根基1979年5月，由中国科学院自然史组等四个单位组成联合调查组，对赵州桥的桥基进行了调查，自重为2800吨的赵州桥，而它的根基只是有五层石条砌成高1.56米的桥台，直接建在自然砂石上。这么浅的桥基简直令人难以置信，梁思成先生1933年考察时还认为这只是防水流冲刷而用的金刚墙，而不是承纳桥券全部荷载的基础。他在报告中写道：“为要实测券基，我们在北面券脚下发掘，但在现在河床下约70-81厘米，即发现承在券下平置的石壁。石共五层，共高1.58米，每层较上层稍出台，下面并无坚实的基础，分明只是防水流冲刷而用的金刚墙，而非承纳桥券全部荷载的基础。因再下30-40厘米便即见水，所以除非大规模的发掘，实无法到达我们据学理推测的大座桥基的位置。”其结构还是沿袭赵州桥，只是主拱上的小拱数量增加到一边5个，桥上有车轮印，膝盖印。中国桥梁学家茅以升的中国石拱桥中也提到。赵州桥建于公元605年距今1400多年，经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，特别是1966年3月8日邢台发生7.6级地震，赵州桥距离震中只有40多公里，都没有被破坏，著名桥梁专家茅以升说，先不管桥的内部结构，仅就它能够存在1400多年就说明了一切。1963年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处，据当地的老人说，站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载，赵州桥自建成至今共修缮9次。（备注：修缮过程中，在历史岁月中破损的建桥原料经过整理收集，大多数存放在赵州桥景区内