明石海峽大橋

1、簡介

日本明石海峽大橋，位於本州島與四國島之間，它跨越日本本州島—四國島之間的明石海峽，最終實現了日本人一直想修建一系列橋樑把4個大島連在一起的願望，創造了本世紀世界建橋史的新紀錄。

主跨1991米（960+1991+960），全長3911米，為三跨二鉸加勁桁梁式弔橋，鋼橋283米，高出333米橋寬35.5米，雙向六車道，加勁梁14米，抗震強度按1/150的頻率，承受8.5級強烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴風設計，為目前世界上跨度最大的懸索橋，也是世界上最長的雙層橋，是聯結內陸工業中的重要紐帶。1955年5月11日清晨6：40，100多名參加郊遊的學生登上了紫雲丸號渡輪，準備橫渡明石海峽。6點56分，船剛出港口，就遇上了一艘準備進港的渡輪，從霧中迎面駛來，兩艘船來不及改變方向，撞在了一起。短短5分鐘，紫雲丸號便沉入了海底。168名成人和兒童罹難，數十人受傷。日本全國上下為之震驚。遇難者的父母和親人希望得到的不僅僅是安慰，他們希望政府有所行動，修建一座大橋，避免悲劇再次發生。這詞意外促使日本政府重新考慮建橋的重要性。

但建橋面臨三個最主要的問題：

這裡地處颱風區，風速可達每小時290公里，足以颳起屋頂，將大樹連根拔起。

橋將跨越日本最繁忙的航運地帶。這裡是一個地震帶的中心。

正式建橋前，工程師們花了30年時間研究新技術。1988年5月，工程正式開始。

2.橋塔

塔高283米，每根由兩根略帶傾斜的十字形空心大格式鋼柱、5組交差式傾桿以及兩道橫樑連接後組成。兩柱的中心距為46.5m（底部）~35.5m（頂部）。十字形橋塔柱截面的輪廓尺寸為橫向從底到頂為6.6m（等值不變），縱向為從底部的14.8m向上逐漸縮減到頂部的10.0m。橋塔的各個空心大格室均布置有豎向加勁肋。

橋塔用日本的SM570鋼材製造，每塔用鋼約23100t。塔柱在高

度方向分為30個節段，在水平方向每個十字形截面又分為3塊，每塊的起吊重量均小於160t。

南北兩端塔頂中心偏移的施工誤差分別為29m與39m，均小於容許值（塔高/5000）。

由於橋塔高度特別大，因

此在抗風方面除了將每個塔柱的截面外形從矩形切去四角形成為十字形外，每柱還設置了質量為84t以及114t的TMD（調製阻尼器）各一個，用以抵抗第一撓曲振動與第一扭曲振動。

3主纜

由於本橋的跨度是破世界紀錄的，因此在初步設計中曾經考慮仿照美國的華盛頓橋與維拉扎諾橋，在橋面的兩側每側採用一對主纜，即全橋共採用4條主纜，以避免主纜直徑的過大。但因每側採用一對主纜比常規的單根主纜要麻煩得多，不僅施工時要有較寬的貓道，並叢還會加大錨靛中的散索室與錨固部分的空間尺寸以及成倍地增加鞍座、索夾與吊索的數量。因此，最終以提高主纜的鋼絲強度並適當降低其安全係數，使之仍能採用傳統的每側一根主纜的方案得以成立。

本橋主纜的鋼絲強度為1800Mpa。考慮到本橋跨度特別大，主纜的鋼絲應力中的橫載應力很大而活載所佔比例非常小（緊8%左右），而這部分很大的橫載應力是比較可靠穩定的，所以將其安全係數從過去慣用的2.5降低到2.2。

在上述的設計原則下，主纜採用PS法施工，垂跨比1/10，每根主纜有290股PWS鋼絲索，每股有127根直徑5.23mm的鋼絲，全橋總共用鋼絲57700t。本橋主纜在緊纜並纏包後的直徑為1120mm，居世界第一。

另外，本橋在主纜施工時首創採用直升飛機架設導索。

本橋首次採用強度為2000MPa的鍍鋅鋼絲來製造貓道承重索，並且首次取消了貓道下面的抗風索，只在兩側的貓道之間增加必要的抗風構件。

另外，本橋主纜除採用常規的防腐體系之外，還在纏包鋼絲之外加一層作封閉用的薄橡膠皮膜，沿主纜每隔一定距離(140m左右)設有通風孔眼一個，利用除濕裝置可將乾燥大氣壓注入被橡膠皮膜所包封的縫隙內，藉以達到防潮去腐。

也可以說，本橋跨度的世界之最是依靠上述設計與施工細節的世界之最來取得的。

4.豎吊索

長橋的長吊索採用平行鋼絲索（PWS）製造，短吊索採用碳纖維加勁纜索（CFRC）製造。吊索與加勁梁的連接方式為，PWS用鉸接，CFRC用錨環承壓。因此，它們在加勁桁梁架設過程中的引拉方式也不同。

本橋的豎吊索，長度為10-40m的稱為短吊索，10m以下的稱為超短吊索。在短吊索區間與超短吊索區間架設加勁桁梁的平面構架單元時採用特殊的扁擔梁。

5.加勁桁梁

最先設計時，本橋的主孔跨度為1780m，後期，主跨改為1990m。並取消在橋上通過雙線鐵道後，由於當時日本鋼箱梁的經驗不足，所以通過風洞試驗的基礎上維持採用鋼桁梁。

本橋最後採用三跨雙鉸加勁鋼桁梁。鋼桁梁的桁寬35.5m，桁高14.0m，由兩片主桁梁及桁架式橫樑以及橫樑上的橋面系等組成。鋼桁梁的小節間長度為14.2m，大節間長度倍增為28.4m。

鋼桁梁採用低碳鋼SS400及高強鋼HT780製造。共耗鋼材89300t。最大活載豎向撓度為+8.0m（向下）及-5.0m（向上）。最大橫向風力引起的水平撓度達27m，梁端的伸縮量達±1.45m。

風洞試驗時考慮J王纜的影響與系瀝影響。所用的風澗尺寸為41m×4m×30m(寬×高x長)。試驗結果在橋面上增加開子L格柵(grating)以及在主孔增設豎向穩定器(verticalstabilizingdevice)。

6.錨碇

本橋的北錨由於採用地下連續牆防水而修建於神戶層（洪積砂礫）。地下連續牆為一圓筒形基礎，外周直徑85.0m，高75.5m，牆厚2.2m，牆底標高約為-73.0m。施工時在地下連續牆完成後的圓筒內以深井降水進行開挖。開挖的深度高於地下連續牆約12.0m，即開挖到標高約-73+12=-61.0m處，然後用26萬立方米碾壓混凝土進行填充，再在其上面用23萬立方米高流動性混凝土修建錨碇。

本橋的南錨直接修建在花崗岩層上，基底作成梯度狀，最深的基底標高約為-23.5m。整個南錨共用混凝土15萬立方米。

7.加勁桁梁的架設

本橋加勁桁梁的架設具有以下特點

(1)採用以平面衍架節段進行伸臂架設

大跨度懸索橋加勁衍梁的架設方法可分為以平面衍架節段來作伸臂架設，以及在正下J將衍梁立體節段直接起吊來進行安裝。本橋由於橋下船舶航行狀況的關係，只能在橋塔附ii的工程作業海域內以及海岸填土修築的錨靛作業場岸壁前面可以長時間的使用海面；另外，d於採用起吊立體節段進行安裝要增加別的起重設備來架設橋面系的鋼橋面板和附加梁而不全濟，因此採用平面衍架節段來進行伸臂架設。

平面衍架節段的架設採用逐次剛性固接法，將架設前端的3個節點進行調整吊拉就位面採用無鉸的施工方法。

(2)邊跨的架設是從錨徒往橋塔方面進行

以前的採用平面衍架節段進行伸臂架設的懸索橋，邊跨一般都是從橋塔往錨淀方向進廣的。本橋由於在伸臂架設中能夠上坡的關係，以及可以分散作業場地等理由，決定採用從錨1往橋塔的方向進行架設。

(3)在架設開始階段先採用大的立體衍架節段

本橋加勁衍梁的架設，開始先在兩個橋塔的兩側(邊跨側與主跨側)以及兩個錨淀的前面共4個地方進行大的立體衍架節段的架設。這樣做的目的是可以在這些節段上先裝載架設j的機具設備與材料，減輕現場作業、確保安全與縮短工朗。先架設的這些大節段並可作為供7平面衍架節段的基地。

(4)在架設短吊索部分的節段時使用特殊的空中扁擔梁短吊索部分的主纜與加勁衍樑上弦桿之間的凈高較小。以前的懸索橋在架設這部分的2勁梁時採用倒換吊裝的方法(將加勁梁段從一個吊點倒換到另一弔點，逐步就位)，作業比較it雜。為了減少這種煩雜，並且提高安全程度與縮短工期，採用特殊的空中扁擔梁。

(5)在橋上採用橡膠輪胎式(汽車輪胎式)運輸平車運送構件過去都是採用鋼製軌道式運輸平車來運送架設平面衍架節段的構件。如採用軌道運輸本橋則需鋪設軌道4km多，工程量非常大，所以採用不需軌道的汽車輪胎式運輸平車。這f運輸平車不需作軌道的鋪設與拆除，故還可帶來縮短工朗的好處。

日本明石海峽大橋創造了本世紀世界建橋史的新紀錄。大橋按可以承受里氏8.5級強烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴風設計。1995年1月17日，日本坂神發生里氏7.2級大地震（震中距橋址才4公里），大橋附近的神戶市內5000人喪失，10萬幢房屋夷為平地，但該橋經受住了大自然的無情考驗，只是南岸的岸墩和錨錠裝置發生了輕微位移，使橋的長度增加了0.8m。除地震以外，還必須保證大橋在颱風季節能夠經受住時速超過200公里狂風的襲擊。為此對橋樑進行了1%模型的風洞試驗，在橋塔上安裝了20個質量阻尼裝置。1988一l998年間，在日本大鳴門橋以北，建造了一座跨明石海峽的大型懸索橋。該橋位於本州與四國之間的神戶—鳴門線上，神戶市西南。明石海峽大橋是世界上第一座主跨超過1英里（為1609m）及l海里（合l852m）的橋樑。兩邊跨也很大，每跨達960m，是目前世界上最長的邊跨。鋼橋塔高為297m，是世界上最高的橋塔。用鋼衍式加勁梁，橫截面尺寸為35.5m×14.0m。其梁高比其它任何一座懸索橋都高。

明石海峽大橋是日本也是世界工程史上的奇蹟，30年的規劃，十年的施工，43億美元的造假，實現了這項不可能完成的任務。

8、認識總結：

最早知道明石海峽大橋是在大一，是從橋樑專業雜誌上的論文介紹而知。記得當時網上有一段錄像，記錄的就是明石大橋的設計與施工，印象最深的就是講大橋如何防風震，防側移和防地震，還有大位移伸縮縫的問題，再就是如何控制在超大跨度上非線性位移變位等技術問題。這些早期的影像直到今天仍然記憶猶新。

明石，日本本州島西南部城市。與我一樣，大多數人知道明石不是因為別的什麼原因，而是因為明石海灣大橋使這個日本的小城市一夜之間變得有名氣了，變得世界矚目-至少在橋樑界。

1998年4月5日，世界上最長的懸索橋（弔橋）-日本明石海峽大橋正式通車。大橋坐落在日本神戶市與淡路島之間，連接了本州島與四國島的交通。

明石海峽大橋首次採用1800MP級超高強鋼絲，使主纜直徑縮小並簡化了連接構造。大橋設計抗震頻率一百五十年一遇，地震烈度8.5級；大橋抗一百五十年一遇的暴風。

明石大橋為目前世界上跨度最大的懸索橋，也是世界上最長的雙層橋，它是聯結日本內陸工業中的重要紐帶。大橋於1988年5月動工，1998年3月竣工，歷經十年，橋樑總投資約40億美元。

1995年1月17日，日本坂神發生里氏7.2級大地震，震中距橋址4公里，大橋附近的神戶市內5000人喪生，10萬幢房屋夷為平地。但該橋經受住了大自然的無情考驗，只是南岸的岸墩和錨錠裝置發生了輕微位移，橋塔頂傾斜了10厘米，主纜垂度因此減少了130厘米。由於地面運動，兩塔基礎之間的距離增加了80厘米，使主跨增加了近80厘米。當時在距該橋50公里遠的橋樑與建築都已經倒塌。地震發生時，大橋剛剛完成橋塔與主纜施工工作，開始架設加勁梁。為了提高大橋防震抗風的能力，在橋塔上安裝了20個質量阻尼裝置。

簡約而不簡單的橋樑設計，使人倍感明快而通透，絕沒有官員的題詞題字，避免了畫蛇添足之嫌。

9、參考文獻：原載日文《橋樑與基礎》1990年1月號