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    中国宏桥 [跨江越海架宏桥]

    时间:2018-12-25 04:40:16 来源:达达文档网 本文已影响 达达文档网手机站

      与桥共舞   每个时代都有自己的标志性建筑,它们往往是时代精神的外化物。   从1957年的武汉长江大桥到1968年的南京长江大桥,再到2008年合龙的天兴洲大桥、2009年贯通的大胜关长江大桥,五十多年来,中国桥梁建设大跨域的背后,是科技的不断创新和进步。
      刚刚过去的上海世博会上,武汉天兴洲大桥和南京大胜关大桥以微缩桥梁模型和3D裸眼立体影片等形式亮相中国铁路馆,引来了众多参观者的注目凝视。
      武汉长江大桥体现的是“一桥飞架南北,天堑变通途”的豪迈,南京长江大桥表现了国人自力更生的奋斗精神,天兴洲大桥“向世界展示中国建桥水平”,显示了科技进步带来的自信……
      
      武汉天兴洲大桥、南京大胜关大桥、杭州湾跨海大桥等一大批代表着世界先进水平的桥梁,彰显了我国现代桥梁、尤其是铁路桥建设的宏伟成就。
      
      “赵州桥来什么人修,玉石栏杆是什么人留,什么人骑驴桥上过,什么人推车压了两条沟呀⋯⋯”一曲河北民歌《小放牛》再现了赵州桥这一千年石拱桥的经久魅力。
      “一桥飞架南北,天堑变通途。”武汉长江大桥建成之际,毛主席这句气势豪迈的诗句,定格了现代桥梁特别是铁路桥梁在人们心目中的印象。
      经过近代史上百年的沉寂,新中国建桥事业获得突飞猛进的进步。在新中国建桥史上,武汉长江大桥标志着“建成学会”,南京长江大桥完全是“自力更生”,天兴洲大桥则是在“向世界展示中国的建桥水平”。
      中铁大桥局集团总工程师秦顺全说,进入21世纪,我国的高速铁路桥梁建设迅猛发展,达到世界先进水平,新材料、新工艺、新结构、新技术广泛应用在各种桥梁建设中,跨海大桥建设如火如荼,建桥技术不断成熟,桥梁的跨度不断增大,千米级跨越不再是梦想。
      目前,我国拥有各种类型桥梁近50万座,其中武汉天兴洲大桥、南京大胜关大桥、杭州湾跨海大桥等一大批更是代表着世界先进水平,我国也逐步由世界“建桥大国”向“建桥强国”迈进。
      我们就以武汉天兴洲长江大桥、南京大胜关长江大桥、杭州湾跨海大桥等为例,细说中国现代桥梁建设。
      
      高铁首跨长江
      
      武汉是一座名副其实的桥都。武汉的长江大桥多到什么程度呢,2007年,作家刘醒龙在参观天兴洲大桥之后,有感而发写下《你是长江几号》,文中提到:“在武汉,关于桥,也许不再有任何的梦想与理想,因为它们早就成了稍不留意就会出现的真实。”
      作为桥梁之都,武汉的长江大桥让人眼花缭乱,但能够提供公铁两用的桥梁只有武汉长江大桥。50多年来,武汉长江大桥作为武汉市唯一的一座公铁两用桥,肩负着每分钟60多辆汽车、每6分钟一列火车通过的荷载,经受了无数次洪水、风暴的洗礼和多次碰撞事故的考验,利用率几近饱和。
      作为武汉的第二座公铁两用桥,天兴洲大桥的建成,与武汉长江大桥飞架南北、左右呼应,串连起京广、汉丹及京广、沪汉蓉两大快速客运专线,形成中国最大的环型铁路交通枢纽,彻底打通中国南北交通大动脉的“长江瓶颈”。同时,天兴洲大桥成为武广高铁的有机组成部分,这意味着高铁首次跨越长江。
      因为高铁通过大桥,天兴洲所创造同类型桥梁“四项世界第一”的其中一项,便是“速度”――可满足列车250公里的运行时速,居同类桥梁世界首位。这一点,又和“六大技术创新”中的一项密切相关,这就是“首次采用液压阻尼装置和磁流变阻尼器”。
      时速高达250公里的列车通过大桥,一旦在桥上遇到意外紧急刹车时,将产生巨大冲击力,将使得桥梁钢架主体产生明显纵向位移,不但直接影响拉索寿命,情况严重甚至可能造成结构性损伤。
      这时,小小的阻尼器彰显了大大的神威。
      磁流变阻尼器的作用是,当遇到火车在桥上紧急停车、地震、大风等强冲击时,磁流变阻尼器通过电流产生磁场效应,磁流变液体在磁场作用下,瞬间转化固态并起到位移的阻尼作用。
      天兴洲大桥的两个主桥墩上各安装有6个磁流变阻尼器,由PC工控机负责将磁流变阻尼控制器的位置、速度和电流等信息收集,通过无线数传设备发送到桥梁控制室。
      天兴洲大桥首次采用了自主创新研制的磁流变阻尼器和大吨位液压阻力装置结合,解决了制动力传递及温度应力释放等问题,不但提高了桥梁抗震能力,还可抵御强风暴及大型船舶冲撞。
      
      大桥两边挂地铁
      
      关于大胜关大桥的介绍,媒体经常引用的是这样一段话:南京大胜关大桥是京沪高速铁路全线技术含量最高、施工难度最大的重点控制工程。它是京沪高速铁路、沪汉蓉Ⅰ级铁路干线、南京地铁过江的通道。大桥全长9.273公里,北引桥长5.599公里,主桥及六线合建段引桥长3.674公里, 主桥全长1615米,为大跨度连续钢桁梁拱桥,主跨为336米,通航净空为32米,确保万吨级船舶顺利通航。
      在以上数字之外,我们更愿意用这些数字来看大胜关大桥的世纪性和世界性含义:
      ――施工规模大,是世界首座六线铁路大桥,总用钢量30余万吨,其中结构用钢达到了8.2万吨,混凝土总量达到了126万立方米。
      ――主跨336米为世界同类级别跨度最大的高速铁路大桥。
      ――设计荷载为六线轨道交通,主桥恒载、活载巨大,支座最大反力达1.8万吨,是目前世界上设计荷载最大的高速铁路大桥。
      ――设计时速300公里,处于高速铁路大跨度桥梁世界领先水平。
      六轨交通、时速300公里,这意味着京沪高铁上飞驰的动车和南京地铁将有机会在大胜关大桥进行“亲密接触”。
      更令人意想不到的是,将从这座大桥上通过的南京地铁8号线,其轨道“挂”在整个大桥的两侧,只伸出混凝土桩,却没有支撑,这不能不让人心生寒意。
      对此,中铁大桥局的负责人解释说,地铁轨道相对整个大桥来说,其重量比很小,这种“挂”在两侧的地铁设计,从技术和施工质量来讲,不会有任何危险。考虑到乘客的视觉会横生惊诧,地铁外侧将来会设置围栏。
      大胜关设计之妙由此可见一斑。地铁“挂”在两侧不用支撑,这样的大桥,荷载有多大呢?
      “一个火车头重220吨,一列货车重5000多吨,一节客车车厢也有1000多吨重,要同时通行6列,这就要求铁路桥的荷载一定要很大。”相关人士介绍,仅大桥上的一个支柱受力就要达到1.7万吨,而每个桥墩上就有多个支柱。
      据估算,大桥的荷载量最小相当于20个长江三桥,这比现在我国的所有铁路桥荷载都要大。
      “隐身在水中的桥墩,它们一个的面积就相当于7个篮球场那么大;一座主桥墩,耗用钢材一万多吨、混凝土7万多立方米。这是真正的‘超级巨无霸桥墩’” ,中铁大桥局副总经理、大胜关桥项目经理文武松介绍说。
      
      不是为了第一而第一
      
      四项世界第一,六大技术创新,也许是天兴洲大桥的光环太多,于是,有人提出疑问:天兴洲大桥设计504米的主跨,是不是暗含争个世界第一的需要?
      对于这个问题,天兴洲大桥正桥的总设计师高宗余并不感到奇怪,他说,在现实生活中有这个情结,有许多为第一而第一的事物存在。天兴洲大桥主跨设计504米,是为了满足各种季节通航的需要,同时也考虑到河势变化的因素,是通过实验和理论计算的结果。
      很少人知道,天兴洲大桥的主跨504米,而边跨并不是对称的252米,边跨设计为196米。这就产生重量上不对称,建设者在边跨上采用钢桁梁与混凝土桥面板的组合结构,重量大的混凝土桥面板起到了配重的作用,同时也降低了大桥的造价。
      第一需要创新,而其背后并不是为了面子,是实用。通常的公路铁路两用大桥,纵向看就像一个方形的笼子,下有底上有顶,两边是垂直的钢架子,用行话说就是两片主桁。现在修四线铁路桥,造一个方形的笼子,能够承载2万吨荷载吗?
      一个大胆的想法在设计者的头脑里产生了,在四线正中间再加上一片桁架,这样这个笼子结构的稳定性自然会更强,用接近行话的语言表述,就是可以解决钢梁在荷载作用下的刚度和疲劳问题。
      高宗余在纸上写了一个日字,横过来看,原来的一个口字形笼子,变成了并列两个口字形笼子。于是,一个大胆的想法诞生:三片桁架配三面斜拉索。这也催生了一项发明专利:“三片或多片桁架结构式主梁”。这就是六大技术创新中的“首次采用三片主桁、三个索面的新型结构形式”。
      设计中的创新催生了施工中的创新。
      以往的钢桁梁安装,是用吊机把一根根杆件吊到桥面梁端,工人在梁端的江天上一根根地对位,一个个螺栓地拧固,一点点地焊接。建设者打破传统散拼钢梁架设工艺模式,首创“钢梁桁段架设”新技术工艺:先在工厂整体拼装出一个个14米长、30米宽、16米高、700吨重的钢桁梁节段,整节段吊装上桥。这便是六大技术创新中的“首创钢梁桁段架设新技术”。
      作为世界第一座四线铁路双塔三索面三主桁公铁两用斜拉桥,天兴洲大桥集众多桥梁新技术、新结构、新工艺、新设备于一体,是继武汉、南京长江大桥后,我国公铁两用桥梁建设的又一座里程碑,是代表当今国内外桥梁技术最高水平的标志性桥梁工程,是我国桥梁建设史上一次新的跨越。
      
      设备拥有聪明的头脑
      
      在大胜关大桥的建设过程中,一开始就遇到了很多难题,从中国最大的主墩深水基础双壁钢吊箱围堰如何整体制造、下河、浮运施工,钢围堰在水深流急、涨落潮差中如何精确定位,到水上大型浮吊安装主桥墩顶钢梁如何精度要求和对位,再到六跨连续钢桁拱架设中悬臂长、合龙口多、杆件吊重大、安装精度高,钢梁大悬臂拼装施工、三片主桁超静定合龙、合龙杆件数量多、精度控制高⋯⋯诸多世界级难题摆在建设者面前。
      浩大、复杂的工程,离开计算机模拟是难以想象的。中国工程院院士陈新力主自主创新,直坚持自主研发桥梁计算软件。比如,大桥杆件在三维空间里的受力关系需要大量的计算,他们研发的桥梁空间分析软件(英文简称3DBridging)可以很好地完成这项工作,如果没有这样的软件支持,设计如此复杂结构的桥梁是难以想象的。
      在国际上,韩国、丹麦、澳大利亚也有同类软件,多为商业用途。用负责软件研发的朱运河的话讲,如果你没有,就会受制于人。中铁大桥局人没有受制于人,反而更胜一筹,他们把先进桥梁理论应用到软件中,开发成软件的一项强大功能,这是国外商业软件不能比拟的。自主研发的软件,能根据自己的需要不断更新,以适应设计需要。
      
      仰望最高的桥塔
      
      1月,建设中的二七长江大桥最高塔――位于江心的4号塔主体封顶,封顶高度为213米,这也是武汉所有过江桥梁中最高的桥塔。站在213米高的塔柱上,可将武汉境内所有过江大桥均收入眼底。
      二七桥有“五最”,其中之一是“最结实的桥”。中铁大桥局集团高宗余说,二七长江大桥建成后,将是武汉最结实的大桥。它的设计寿命是100年,能抵御300年一遇的洪水,2000年一遇的7级地震。牢牢“站”在江里的三个桥墩,在5000吨级的海船撞击下,仍然纹丝不动。但就桥墩的施工来说,就包含了当今建桥中的最新科技成果,二七桥是“站在了巨人的肩膀上”。
      天兴洲大桥在建设中,曾经创造了“六大技术创新”,其中“首创巨型双壁钢围堰定位新技术”、“首次采用3.4m大直径钻孔桩施工技术”就在二七桥墩的施工中再次得以运用。
      巨型双壁钢围堰定位新技术是在天兴洲2号主墩施工中,建设者首创的锚墩预应力钢绞线精确定位新工艺。实现3200平方米巨型围堰水中定位精确控制在5cm以内,用围堰顶作为钻孔平台,根据长江水位变化的围堰带载升降施工。
      3.4米大直径钻孔桩施工技术是在天兴洲建设中,采用3.4米大直径钻孔桩作为主塔基础,既满足承载力要求又减少了桩的数量和承台的断面尺寸。KTY4000型扭矩动力头钻机,最大扭矩达30吨米,比国内钻机最大扭矩提高了50%,它可以在岩石上钻出相当于一间居室面积、深80米的基桩孔。
      这两项最新科技的运用,使得二七桥桥墩建设质量有了可靠保证,成就了二七桥“最结实的桥”的美名。
      针对桥梁因超载车辆反复碾压、车流量超负荷原因等造成“位移”这一世界性难题,建设者在设计上想了很多办法,如采用结合梁结构,在钢面上增加30多万套剪力钉,使混凝土和钢箱梁能更牢固地粘合在一起,最大限度地保证桥梁质量。
      高宗余说,由于坐拥众多桥梁,武汉已有“桥梁博物馆”的美誉,目前的桥型有双塔斜拉桥、双塔悬索桥、拱桥、连续结构桥等,但还没有一座三塔斜拉桥。随着二七长江大桥的建设,武汉这个“桥梁博物馆”将增添“新成员”,丰富武汉的桥文化。
      
      从大江到大海穿越
      
      21世纪是海洋的世纪。随着内陆的河流、湖泊、深渊一一被跨越,人们把目光投向了那些隔断大陆的海洋。
      我国近海虽然是有大陆架的浅海区,但也是潮差较大的潮汐区和多风的季风区,海上施工环境极其恶劣。而且,海水中还有对钢铁腐蚀性很强的氯离子,对桥梁寿命有着极大的影响。
      窥一斑而见全豹。杭州湾大桥在建设过程中,遇到的难题颇多,集中在两方面:一是自然环境恶劣,即所说的“风、潮、流、气”四大难题。潮差大、流速急、流向乱、波浪高、冲刷深、软弱地层厚,部分区段浅层气富集。受水文和气象影响,有效工作日少。二是施工难度大,在其建造过程中,打桥桩、架设箱梁和梁上运梁等高难度施工在世界桥梁建造史上也是前所未遇的。
      穷则变,变则通。在建设杭州湾大桥中,建设者舍弃了传统的“设计决定施工”,选择了“施工决定设计”, 参照可实行的施工方案来制定设计思路,在设计、施工方面进行创新,难题被一一化解,成就了世界第一长跨海大桥。
      设计方面,设计师们借助西湖苏堤的美学理念,结合杭州湾复杂的水文环境特点、行车时司机和乘客的心理因素,确定了大桥桥型――“长桥卧波”。这样的科学方案,一是避免了直段过长,二是减少了桥对水流影响,保证桥下船舶航行安全,三是保证了桥梁各段的桥轴线与涨潮和落潮的主流垂直。而在外观上,桥形因4个转折点而呈S形,从而使得这条跨越杭州湾天堑的大桥呈现出东方巨龙蜿跨蜒越的形象,线形优美,生动活泼。
      建设过程中,面对海水腐蚀难关,为确保桥墩铸成“金刚不坏之身”,建设中使用了“魔粉”――耐久性混凝土,用它掺和料制成海工耐久混凝土和环氧钢筋,再外用阻锈剂、防腐涂装,为大桥穿上一件铠甲护衣。
      打桩方面,在深海区为穿透十米厚的“铁板沙”层,舍弃混凝土预制桩而采用钢管桩。钢管桩基本都在80米上下,最长的一根钢管桩达到88米,直径1.6米,比平常吃饭的圆桌还大。
      为了制作这些庞然大物,科技人员在无数次研究、试验后,采用了军人打裹腿式一圈一圈往上卷的整桩螺旋焊卷工艺,解决了这一难题。
      桥墩之后是桥面。在架设梁箱方面,大桥用的是箱式梁,长达70米和50米,70米箱梁高4米,重2200吨,为“中华梁王”,18.27公里长的桥面要搭540片,后者也要搭404片。面对如此笨重的家伙,建设中只好请出运梁力士――“小天鹅”号和“天一”号两台纵横移台车,虽名不威猛却力大无比。
      “小天鹅”号纵横移台车举重2500吨,举高41米,可抓梁绕圈360度。一抓一举间,轻松拿下国家科技进步二等奖。“天一”号纵横移台车举高53米,举重7000吨,更是亚洲吊船排行榜上状元郎。工人只要像诸葛亮一般稳坐中军帐,轻拨按钮,左右横移,“梁王”随即俯首帖耳惟命是从。
      1957年9月6日傍晚,武汉长江大桥竣工之时,毛泽东来到施工现场,向在场的人员发问:“有苏联专家在这里可以修这样的桥,现在如果没有苏联专家可以修了吗?”
      转眼间,半个世纪已过。大胜关大桥竣工时,前世界桥梁协会主席、东京大学名誉教授伊藤学等9名桥梁专家参观后说,中国的桥梁建设规模、技术水平,已跃居世界前列。

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