造橋游戲_迎“敵”造橋
發(fā)布時間:2020-04-05 來源: 歷史回眸 點擊:
超長跨徑和長江口復雜的氣候地形條件,讓貫通蘇州和南通的蘇通長江公路橋,成為世界上最難建造的斜拉橋,這個龐然大物必須抵御各種風險。"風",是大橋的頭號敵人。
最難造的橋
美國探索發(fā)現(xiàn)頻道,派出兩名記者到長江入?诘奶K通大橋工地拍攝。對于這個以紀錄世界重大事件和自然人文奇觀聞名的頻道來說,蘇通大橋絕對是不可錯過的拍攝對象,因為世界上還沒有一座斜拉橋像蘇通大橋這樣挑戰(zhàn)如此多的世界紀錄和難度。
剛剛接到現(xiàn)場總指揮的任務時,游慶仲就意識到,他將要面臨的是一個世界難題---蘇通大橋建成后將是世界上主跨最長的斜拉橋,中國人要完成如此高難度的橋梁工程,每一個環(huán)節(jié)都是挑戰(zhàn)。
長江以北的南通市和江南一側的蘇州市,是江蘇省的兩個重鎮(zhèn),長江阻隔了兩岸交通。如果沒有大橋,所有車輛和行人靠輪渡過江,需要大約40分鐘,遇到大霧或者大風,輪渡必須停航。蘇通大橋建成以后,一輛時速60公里行駛的汽車,只需要8分鐘就可以跨越長江。
建成后的蘇通大橋將創(chuàng)造四個世界之最:最大跨徑、最深基礎、最高橋塔、最長拉索。對于具有支座的橋梁,跨徑是指橋跨結構相鄰兩個支座中心之間的距離,在斜拉橋上,兩座固定斜拉鋼索的橋塔之間的距離,就是主跨。上海南浦大橋主跨是423米,蘇通大橋的主跨是南浦大橋主跨的兩倍還要多。目前世界上已建斜拉橋中,日本多多羅大橋穩(wěn)坐跨徑"頭把交椅",它的主跨是890米,這個紀錄有望在2007年被刷新,蘇通大橋跨徑為1088米,建成后將成為世界最大跨徑斜拉橋。
超長的跨徑造就了蘇通大橋巨大的身軀,為了支撐如此龐大的"體形",蘇通大橋必須具備強健的"雙腿"、"脊柱"和"臂膀",于是,其他三項世界紀錄應運而生。蘇通大橋主墩基礎是世界規(guī)模最大、入土最深的橋梁樁基礎;蘇通大橋橋塔為高300.4米的混凝土塔,相當于100層樓房的高度,也是世界最高橋塔;蘇通大橋最長索為577米,最大重量為59噸,比多多羅大橋斜拉索長100多米,為世界最長斜拉索。
四項世界紀錄,已經(jīng)給工程設計和施工帶來巨大的挑戰(zhàn),但蘇通大橋所處的氣候和地形條件,又給大橋的建設增加了難度。蘇通大橋所在的位置,是長江河口河段,距離長江入海口108公里。記者站在橋面上,寒冷的江風打在臉上,睜眼也困難,一些工人戴著口罩,用來防寒和防風。在蘇通大橋范圍內,每年6級以上大風天氣有179天左右;每年濃霧天氣有31天;平均每年遭遇臺風、寒潮襲擊超過10次。
抵抗不測風
"我早晨趴在臺風網(wǎng)站上了解信息,寬闊的長江口,就像一個漏斗,風在這樣的環(huán)境里可以吸收能量,變得更
強。"3月6日,游慶仲召集蘇通大橋設計和施工單位的負責人舉行會議,主題是"施工期間抗風安全對策研究",會上,游慶仲說他現(xiàn)在最擔心的就是風,大橋合龍以前,橋面單臂懸在空中,是大橋最不穩(wěn)定的時候,如果有臺風突然光臨,大橋就要面臨危險。
在最后一塊主梁吊裝完成之前,蘇通大橋懸在空中的橋面將達到540.8米,橋面主梁懸在空中的狀態(tài),專業(yè)名稱是"懸臂",就像懸在空中的手臂,只有當兩只懸空的手臂緊緊相扣,才是最穩(wěn)定的。懸空的橋面主梁只靠斜拉的鋼索固定,如果強風來襲,將考驗大橋的穩(wěn)固程度。
"歷史記錄上看,很少有臺風直接登陸江蘇。"氣象專家張忠義研究員說。按照計劃,蘇通大橋將趕在6月合龍貫通,通常在7月以后,臺風就會在我國東南沿海頻繁出現(xiàn)。但是,沒有人敢因為臺風出現(xiàn)的規(guī)律而對它掉以輕心,隨著全球氣候變化的加劇,極端天氣出現(xiàn)得越來越頻繁,如果臺風在7月之前到來,大橋必須有所防范。
在蘇通大橋建設指揮部召開的這次會議,就是要求相關單位評估風對"懸臂"的影響,并要求各個部門拿出預案,用以應對風可能帶來的風險。"對于橋梁結構來說,設計時已經(jīng)充分估算了風對結構安全的影響,所以,現(xiàn)在需要考慮的是施工安全。如果臺風來臨,橋面上的施工人員和器械,應該馬上固定或者撤離大橋。"蘇通大橋設計副總負責人陳艾榮教授,是上海同濟大學橋梁橋梁抗風領域專家,也是蘇通大橋抗風研究負責人。
蘇通大橋的"懸臂"長度,又是一個世界紀錄,在中國,"南京長江三橋"曾經(jīng)創(chuàng)造了"懸臂"最長的紀錄,最長"懸臂"達到321米。如今蘇通大橋"懸臂"將超出上一個紀錄200多米,對于設計和施工來說,都是沒有經(jīng)驗可尋的挑戰(zhàn)。"橋梁工程需要經(jīng)驗的積累,如果技術跨越步子大,帶來的風險也可能非常高,而風險是未知的,要提高抗風險能力,還有經(jīng)濟上的考慮",游慶仲說,"拿抗風來說,規(guī)范要求抵抗30年一遇的風力,如果要提高到50年一遇,不僅技術難度大,也有經(jīng)濟合理性問題。"
3月4日,蘇通大橋剛剛經(jīng)受了一次考驗,橋面風達到9級。按照100年一遇的標準,蘇通大橋區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)顯示,大橋可能遇到的風速將達每秒45.4米。施工階段按照30年一遇的標準,風速可達到每秒35.4米,這樣強度的臺風究竟會對蘇通大橋懸空的主梁帶來怎樣的后果,對于每個人都是一個未知數(shù),唯一能做的是,做好一切防范。
游慶仲向記者介紹了按照風力大小采取的防御原則:一類風險,是指風速達到每秒100米的極端天氣,這種風出現(xiàn)的概率極其小,而且結構上無法抵御這種超級強風的損害,所以沒有必要從結構上防范。二類風險一般是指臺風,這樣的風需要花較大的代價防范。三類風險不需要采取投資上的行動,只需要工作上的行動化解。比如強風到來時,將設備和人員后移,或者撤下大橋,減輕大橋的重量。四類風險非常小,一般不必采取特殊措施。
"研討會"要解決的,就是在發(fā)生二類風險時,預測可能發(fā)生的狀況和準備應急預案,大家都希望避開臺風季,但工程實施過程難免可能撞上。此外,像大橋這樣的復雜工程,包含跨越領域的技術,對技術集成能力的要求非常高,需要跨領域多學科合作,每一個環(huán)節(jié)都必須精確和完善。"工程與研究不同,研究允許失敗,可以重來,工程只有一次機會,不允許任何錯誤。"游慶仲坦言自己的壓力。
"小聰明"解決大問題
保證"懸臂"的安危,只是蘇通大橋在整個設計和建造過程中,需要攻克的難關之一,事實上,從設計到施工,抗風措施的研究,始終是最重要的任務。
橋梁發(fā)展的歷史,始終與抗風糾纏在一起,歷史上每一次橋梁因風坍塌的災難性事故,都推動著橋梁抗風研究的進步。在1879年英國泰伊鐵路橋倒塌之前,人們對于橋梁結構風荷載基本上沒有認識,風荷載就是風在橋梁上的作用力。在一個暴風雨的夜晚,泰伊鐵路橋突然倒塌,一列正在通過大橋的火車上,有75人因坍塌死亡。事后人們知道,出事當晚,當列車正處于橋梁跨中位置時,狂風對橋梁結構以及列車的風荷載,使得橋梁向一個方向傾斜,導致橋墩的一個腹桿突然折斷,致使整個橋梁坍塌。泰伊鐵路橋事故,被認為是橋梁風荷載沒有引起人們足夠重視而導致的。
風荷載的研究在泰伊鐵路橋事故后有了長足的進步,但新的問題又出現(xiàn)了。美國西部海濱的塔科馬海峽懸索橋,在1940年11月7日被風吹垮。垮塌時風速并不是特別大,但因為橋在風的作用下產(chǎn)生了共振,振幅不斷增大,最終導致橋面扭轉振動,一些橋面被拋到水里。幸好橋梁在受到破壞之前,大橋交通已經(jīng)被封閉,才沒有造成人員的傷亡。塔科馬懸索橋事故引發(fā)了科學家們對橋梁風致振動問題的研究,人們開始注意到風引起的橋梁振動,也是對橋梁的巨大威脅。
隨著橋梁越來越大,跨徑越來越長,抗風的各種措施在橋梁上的應用也越來越成熟,在蘇通大橋的設計中,工程設計師就應用了很多看似"小聰明"的抗風措施,用來抵御長江口常年大風對蘇通大橋的影響。
一種叫做"風嘴"的橋梁主梁設計已經(jīng)被廣泛地應用在現(xiàn)代橋梁中,蘇通大橋使用的主梁也是風嘴設計。就像汽車在設計中越來越講究流線型一樣,把橋梁主梁的兩個側面,變成尖嘴形狀的流線型,風在橋梁上受到的阻力就會大大降低。反之,如果用一個個長方體的鋼制主梁拼裝成橋面,主梁兩側的平面,將帶來很大的風阻力。
相對龐大的大橋"軀體"來說,斜拉的鋼索就像豎琴上細細的琴弦,但就是這些"細線",也可能引發(fā)災難,引起災難的現(xiàn)象叫做"風雨激振"。風雨擊打在大橋拉索上,拉索產(chǎn)生振蕩,振幅越來越大后會造成整座大橋橋面的晃動,影響橋面行車安全,甚至大橋本身的安全。為了減小"風雨激振"的影響,設計師們在蘇通大橋的鋼索上"做手腳",傳統(tǒng)光滑表面的鋼索變成了布滿圓形凹孔的表面,就是這些小孔,有效地阻止風雨帶來的鋼索激振。
在文學作品里,橋,總是被賦予溝通與交流的詩意象征。但在工程師眼里,橋,首先是一個穩(wěn)固第一的建筑物。蘇通大橋即將以世界第一主跨長度,開啟中國橋梁史新的篇章。
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