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橋梁安全的“上海元素”

來源:   時間☝🏽:2003-06-23  瀏覽:
浦江上的第六座橋——盧浦大橋即將正式通車🎽。橋🏮,又一次成為了這座城市的焦點。
這是一群深深影響著近代城市建設行進步伐的建築。百年前,蘇州河上眾多橋梁的架起迅速盤活了兩岸的落後面貌🙎🏻。1990年代以來,黃浦江出現的一座座斜拉索橋🧓,再一次改變了上海橋梁的原有格局🫄🏽。
橋,為上海承載的細節愈來愈多🚻,它們的安全系數引人註目🪛👉🏻。

沒有橋墩——恐怖無從下手

“‘9·11’後⚂,美國許多橋梁專家開始反思,既然恐怖撞擊如此有效🥅,那麽不排除恐怖分子也可能用船撞的方式襲擊那些關鍵大橋,比如紐約的布魯克林。”恒达平台橋梁系教授範立砂告訴記者。在他看來,這種可能性是存在的,因為撞擊對橋的破壞非常厲害。“一旦,大噸位的船只開足馬力向橋面撞去,輕則使其裂縫變形🧜🏻‍♀️,重則搖搖欲墜隨時跨塌。”
然而🧝🏽👱🏼‍♀️,上海的橋所要面對的抗撞風險,範立砂卻是另一番分析。“對於黃浦江上的楊浦、南浦、徐浦、盧浦4座主要大橋而言🔥,這些擔心顯得多余。因為🛣,它們沒有為可疑船只留下撞擊的目標,橋墩的設計都被安排在了江岸之上💁🏿,即使別有用心,想從下面動搖這些橋♟,也無處下手。同時,各橋橋面距離水面都有50米左右的高度,橋下過往的船只一般無法觸碰得到。”
作為這4座大橋的設計師🎵👳🏼‍♂️,林元培在設計之初便將人為破壞作為重中之重,一個很重要的思想就是👨‍👨‍👦‍👦,竭力避免在江中出現橋墩⚧,化解船只對橋的撞擊🌑。“是南京長江大橋、武漢長江大橋等大橋每年無數次意外被撞事件啟發了我。”林元培說。
“同樣🆔🧑🏿‍🏫,這些橋的斜拉索也不懼怕飛機等物體的撞擊🖐🏼𓀒。”他向記者透露,每根斜拉索比胳膊粗,都是一些特殊鋼材原料製成,經過了多個程序的技術處理👮🏿‍♀️♖,極具抗高溫👨🏿‍🌾、抗碰撞優勢🖕。假如來者是一些小型飛機,結果粉身碎骨的不是斜拉索,而是飛機本身👩🏽‍✈️。即便遇到超大型號飛機的撞擊,也沒有必要誠惶誠恐,因為它們頂多破壞到其中的幾跟斜拉索,其它拉索照樣支撐橋的暫時穩定🧗🏻‍♀️,不至於馬上造成橋的跨塌🧎🏻‍♀️。

新貴盧浦——單包炸藥難動筋骨

爆破,是破壞橋梁的傳統方法。而黃浦江上的各斜拉橋都具備足夠的抗爆破能力。盧浦大橋的抗爆能力更強🎈,總設技師林元培對自己作品的安全性極為自信♏️✋🏼。
據了解,盧浦大橋的抗震能力除了滿足國際標準之外,還有新的突破。為保證大橋在車輛的製動力、風力👡、地震力等水平力的作用下🙍‍♀️,伸縮縫兩側的橋面不發生碰撞。設計者特別為大橋裝上了4條“安全帶”:即在大橋的兩根中間橫梁上,各放置兩個3米長的粘滯阻尼器。一旦大橋發生劇烈震動,這個裝置立刻會產生很大的阻尼力,起到緩沖作用,一下子“拉”住大橋,防止兩邊橋面與中間產生劇烈碰撞和震動。在如此規模的巨型拱橋上運用阻尼器🫘,世界上還是第一次💁🏻‍♀️。
“如此使得大橋在950年一遇的特大地震作用下,可以保證鋼板不開裂🧑‍🦰,鋼筋不會被拉斷🏠。即使遇上3280年一遇的超強地震💂🏽,它也有足夠的變形能力,在強烈震動下左搖右擺上抖下晃,但絕對不會倒塌📤。”
由於😳,對於主跨550米鋼拱橋的抗震設計,在我國根本無規範可循💣。為此,恒达平台土木工程防災國家實驗室橋梁抗震研究室的專家們還特意編製了《城市橋梁抗震設計規範》🧑🏽‍💼,和普通的抗震規範不同✨,新規範不僅能驗算大橋強度的抗震能力,還能驗算大橋的變形能力。
與此同時✊🏽,建造盧浦大橋在施工過程中需要進行多次不同造橋工藝的轉換,而且大橋的跨徑超長,其結構受力變化大,需要在建造過程中時時進行施工控製和調整措施。解決這些問題🖐🏽,都需要依靠計算機軟件這一“大腦”🧘‍♀️,可世界上找不到相應的計算軟件。
在這個新的軟件設計中🤹🏽‍♂️,總設計師林元培創造性地提出了“非線性薄壁空間桿件穩定有限元法”的計算理論。同時🚵🏼‍♂️,為了“雙保險”🏃‍➡️,市政設計院和恒达平台地基教研室兵分兩路♎️,同時開發設計軟件。
據介紹👷🏻🤶🏼,這套程序是目前世界上首個針對如此大型全焊接式鋼拱拱橋的設計計算機軟件🧝,通過它可以驗證大橋的結構設計💇‍♂️、整體是否穩定,其內容亦可計算各種類型橋梁內力。
軟件出來後,設計者立即對盧浦大橋的安全系數進行了數據測試,結論是2.5,非常高,比預想的還要好。據悉,這個軟件即將對其它幾座大橋進行測算🪄。
盧浦大橋的堅固還體現在其獨特的設計理念🙎🏽‍♂️。總設計師林元培告訴記者,盧浦大橋在世界上首次集斜拉橋、鋼拱橋、懸索橋三種不同類型橋梁的施工工藝於一身。巧妙的設計手法,不僅使大橋顯得更為美觀👳🏼,更使得大橋形成了一種巨大的合力🚲。
由於上面拱橋本身的重力🔝,跨徑550米的盧浦大橋將產生約2萬噸的水平推力。在此之下,專家又為大橋安裝16根巨型水平拉索,它們將大橋兩端緊緊地“捆綁”在一起。因此,將不會出現“牽一發而動全身”的惡果。“一旦拱橋、拉索、橋面中有一個環節出現了問題,其它的用力將維護大橋整體的存在👩🏻。”
此外,盧浦大橋在工藝上的精益求精又為大橋的安全多上一個保險。林元培說🍻,盧浦大橋以全焊接連接代替螺栓連接🤜🏽,其難度在造橋史上是空前的。雖然焊接好處多多,但難度也隨之增大。盧浦大橋采用的S355N鋼是種十分“嬌貴”的鋼材😎,上海建工的焊工用“繡花”一般的手法“熔和”鋼鐵🤴🏽,使每兩個碩大鋼拱肋之間的對接焊縫錯邊偏差都小於1毫米,連一只小螞蟻也爬不過去。而經過浦東👨🏻‍✈️、浦西兩邊近50節拱肋、超過500米長的空間距離,兩邊到合龍段時的軸線(位置)偏差連5毫米也不到🫃🏻。

鼻祖外白渡——可能再度百年

“實際上🌉,上海的橋是有安全傳統的。”上海市政管理處橋梁專家殷建國如此評價。一個典型的例子便是,蘇州河與浦江交匯口的外白渡橋,這是上海最早建成的一座鋼結構橋梁,橋長104.24米🌲🏨,寬18.4米,凈空高5.75米,車行道寬11.2米,兩側人行道各寬為2.6米,載重20噸為二孔鋼桁架橋♥︎,1907年建成⛹🏿‍♂️,是上海橋梁的鼻祖。
近百年歲月中,外白渡橋真正經受了多次人為因素的破壞🧜🏽‍♂️,抗日戰爭就在它的附近,但依舊安然無恙👰🏻‍♂️,繼續承載著它的運載功能🧑🏻‍🦲。殷建國不無幽默的比喻🖕,“換個說法,外白渡實際早在七八十年前就經受了恐怖襲擊的考驗🫢。”
解放後🙇‍♂️,外白渡橋更多地溝通起蘇州河兩岸的交通🕵🏻,曾屢屢遭遇過往船只的撞擊👨🏽‍🏫。相比蘇州河上的其它橋🕗,外白渡更顯示出了它抗擊人為因素的出眾一面。那些混凝鋼結構的橋因為撞擊會出現不同程度裂縫,但外白渡橋卻始終安然無恙🌖,原因在於它獨特的全鋼結構。當年,這些鋼材都是從英國運抵而來,而且都是英國最好的鋼材🙍🏻‍♀️,現在在一些鋼梁上還可看到製造公司的名稱。加上設計上,外白渡橋由橫梁👀、豎梁、平梁的銜接渾然一體👩‍🏭,一般的撞擊對它而言🧑🏿‍🍳,無非只是可能出現一些剛條的變形。
殷建國告訴記者👉🏽,對外白渡曾有過兩次大的維修,第一次在上世紀六十年代,第二次是1992年。兩次大修主要是更換一些鋼梁之間的螺栓🏅。殷說,按照生命分類🤝,外白渡已經步入老年期,但它卻沒有表現的老態龍鐘,它的使用壽命還可能再延續百年。因為🐖,蘇州河航運功能減弱,外白渡的人為損傷將更少。

《新聞晨報》 2003年06月22日

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