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為什麼斜拉橋是大跨度橋樑第一橋型?

來源:中鐵大橋局

斜拉橋

橋樑按結構分類,分為梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋。斜拉橋又稱斜張橋,是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋樑,是由主梁、索塔、斜拉索組合起來的一種結構體系。斜拉橋跨越能力強,受橋下凈空和橋面標高的限制小,便於通航。斜拉橋作為一種拉索體系,是大跨度橋樑的最主要橋型,也是我國大跨徑橋樑最流行的一種橋型。

穩固的力學結構

斜拉橋的設計巧妙利用了結構對受力情況的改變,由斜拉索把橋面和主梁的豎向荷載轉變成向上的拉力,並通過拉索傳遞到了索塔上。

材料的嚴格選擇

斜拉橋的拉索以鋼材為原材料,以混凝土為橋面的鋪設材料。鋼材的受拉性好於受壓性,混凝土材料抗壓性好於抗折性。斜拉橋的受力特點和本身所用材料的物理特點的優勢結合起來,使整個橋樑的重心穩穩地落在了索塔上,就形成了穩固的橋體。穩固的力學結構使斜拉橋在設計荷載範圍內的使用是安全的。

斜拉索一般分為鋼絲斜拉索和鋼絞線斜拉索。通常來說,斜拉橋跨度越大,斜拉索就越粗。但更重要的是,斜拉索必須要經得起經年累月的風吹日晒。

在我國橋樑結構健康與安全國家重點實驗室里,科研人員要對斜拉索的強度進行測試。經過200萬次的脈衝疲勞荷載載入後,再檢查斜拉索的斷絲率、護套及錨具等連接器的損傷情況。我國橋樑科技工作者通過不斷研發新的經受了嚴格試驗的斜拉索,確保了橋樑的質量安全和使用壽命。

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便於通航,成本經濟

斜拉橋比傳統的梁橋和連續拱橋少了很多橋墩,便於通航,建造成本也更低。

問:斜拉橋跨度的增大意味著什麼?

國家橋樑結構健康與安全國家重點實驗室主任、中鐵大橋局黨委書記、董事長劉自明介紹斜拉橋跨度增大的意義。「斜拉橋跨度的增大,不只是表面上數字的增加,它體現了我們國家橋樑設計理論、實驗研究、材料工業、裝備的研發製造以及施工建造技術和控制技術的進步」。

問:是不是斜拉橋的拉鎖數量越多,橋的荷載承重越大?

中鐵大橋局高級工程師馬曉東介紹斜拉索。「斜拉索的數量和斜拉橋的整體規模有關,不能單純地說斜拉索的數量越多所承受的荷載越大。斜拉橋的荷載應該跟斜拉橋的跨度、橋塔的高度、斜拉索的數量、斜拉索的布置方式以及橋樑的結構形式整體有關,它們共同決定著整個斜拉橋所承受的荷載」。

中國至今已建成各種類型的斜拉橋100多座,其中有52座跨徑大於200米,跨江、跨海、跨峽谷,斜拉橋的身影隨處可見。

武漢長江二橋

由中鐵大橋局承建的武漢長江二橋是長江武漢段自武漢長江大橋後建設的第二座大橋,也是長江上第一座特大型預應力混凝土斜拉橋。

武漢長江二橋全長4678米,主跨400米,設6車道。其浩大的深水基礎以及施工所採用的大型鋼圍堰規模、基礎鑽孔樁直徑、鑽入礫岩層深度,均創下當時全國之最。橋樑斜拉橋面寬度29.4米,建設者們研製出世界斜拉橋建設中跨度最大的8米牽索掛籃梁體懸澆施工平台,兩次刷新懸澆梁體施工世界紀錄,並創下多項「世界第一」,有20多個主要技術指標達到國際90年代先進水平。該橋曾獲國家科技進步一等獎、中國建築工程魯班獎。

天興洲長江大橋

由中鐵大橋局承建的武漢天興洲長江大橋位於武漢市長江二橋下游9.5公里處,上層為六車道公路,寬27米,下層為四線鐵路,其中兩線為高速鐵路。大橋正橋全長4657.1米,其中公鐵合建部分長2842.1米。2009年5月和12月鐵路、公路先後建成通車,高鐵第一次跨越長江。大橋不僅滿足了不斷發展的鐵路、公路和水路的運輸要求,而且以其先進的設計理念和施工技藝,提升了中國鐵路建設及建橋技術的綜合水平,並在隨後的高速鐵路建設中得到了廣泛應用,在中國橋樑建設史上具有里程碑意義。

武漢天興洲長江大橋體現了當今橋樑技術的領先水平,是代表我國橋樑建設新水平的標誌性工程。大橋建設規模宏大,集新結構、新工藝、新設備、新技術於一體,大橋的建設,創造了當時同類橋樑中四項「世界第一」:

斜拉橋主跨504米,是世界最大跨度;

首次按四線鐵路和六車道公路布置,可承受2萬噸荷載,是世界最大荷載;

主桁寬30米,是世界最大寬度;

高速鐵路按每小時250公里動力模擬設計,處於世界領先水平。

滬通長江大橋

滬通長江公鐵兩用大橋位於江陰大橋下游45公里處,南岸為張家港市,北岸為南通市,為滬通鐵路、通蘇嘉城際鐵路、錫通高速公路共同的過江通道,上層為6車道高速公路,設計時速為100公里;下層為4線鐵路,其中兩線滬通鐵路設計時速為200公里,兩線通蘇嘉城際鐵路為客運專線,設計時速為250公里。

滬通長江大橋是新建滬通鐵路的關鍵性和控制性工程,由中鐵大橋局承建。大橋全長11072米,其中主航道橋為主跨1092米鋼桁梁雙塔斜拉橋,是目前世界上最大跨度公鐵兩用斜拉橋,具有三大特點:

一高——主塔高達325米,採用鑽石型混凝土結構,為世界上最高公鐵兩用斜拉橋主塔;

二大——跨度大、體積大;

三新——結構新、裝備新、材料新。

正是由於我國橋樑科技工作者們小心求證,銳意進取,不斷創新,如今,世界橋樑界公認:20世紀70年代以前看歐美,90年代看日本,21世紀看中國。橋——正在成為中國展示給世界的一張新「名片」。

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