造橋游戲_迎“敵”造橋
發(fā)布時間:2020-04-05 來源: 歷史回眸 點(diǎn)擊:
超長跨徑和長江口復(fù)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(fēng)險。"風(fēng)",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海口的蘇通大橋工地拍攝。對于這個以紀(jì)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(jì)錄和難度。
剛剛接到現(xiàn)場總指揮的任務(wù)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(cè)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(fēng),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?qū)?chuàng)造四個世界之最:最大跨徑、最深基礎(chǔ)、最高橋塔、最長拉索。對于具有支座的橋梁,跨徑是指橋跨結(jié)構(gòu)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(jì)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(qiáng)健的"雙腿"、"脊柱"和"臂膀",于是,其他三項世界紀(jì)錄應(yīng)運(yùn)而生。蘇通大橋主墩基礎(chǔ)是世界規(guī)模最大、入土最深的橋梁樁基礎(chǔ);蘇通大橋橋塔為高300.4米的混凝土塔,相當(dāng)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(jì)錄,已經(jīng)給工程設(shè)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(shè)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?108公里。記者站在橋面上,寒冷的江風(fēng)打在臉上,睜眼也困難,一些工人戴著口罩,用來防寒和防風(fēng)。在蘇通大橋范圍內(nèi),每年6級以上大風(fēng)天氣有179天左右;每年濃霧天氣有31天;平均每年遭遇臺風(fēng)、寒潮襲擊超過10次。
抵抗不測風(fēng)
"我早晨趴在臺風(fēng)網(wǎng)站上了解信息,寬闊的長江口,就像一個漏斗,風(fēng)在這樣的環(huán)境里可以吸收能量,變得更
強(qiáng)。"3月6日,游慶仲召集蘇通大橋設(shè)計和施工單位的負(fù)責(zé)人舉行會議,主題是"施工期間抗風(fēng)安全對策研究",會上,游慶仲說他現(xiàn)在最擔(dān)心的就是風(fēng),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(fēng)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(dá)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(dāng)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(qiáng)風(fēng)來襲,將考驗大橋的穩(wěn)固程度。
"歷史記錄上看,很少有臺風(fēng)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?qū)②s在6月合龍貫通,通常在7月以后,臺風(fēng)就會在我國東南沿海頻繁出現(xiàn)。但是,沒有人敢因為臺風(fēng)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(fēng)在7月之前到來,大橋必須有所防范。
在蘇通大橋建設(shè)指揮部召開的這次會議,就是要求相關(guān)單位評估風(fēng)對"懸臂"的影響,并要求各個部門拿出預(yù)案,用以應(yīng)對風(fēng)可能帶來的風(fēng)險。"對于橋梁結(jié)構(gòu)來說,設(shè)計時已經(jīng)充分估算了風(fēng)對結(jié)構(gòu)安全的影響,所以,現(xiàn)在需要考慮的是施工安全。如果臺風(fēng)來臨,橋面上的施工人員和器械,應(yīng)該馬上固定或者撤離大橋。"蘇通大橋設(shè)計副總負(fù)責(zé)人陳艾榮教授,是上海同濟(jì)大學(xué)橋梁橋梁抗風(fēng)領(lǐng)域?qū)<,也是蘇通大橋抗風(fēng)研究負(fù)責(zé)人。
蘇通大橋的"懸臂"長度,又是一個世界紀(jì)錄,在中國,"南京長江三橋"曾經(jīng)創(chuàng)造了"懸臂"最長的紀(jì)錄,最長"懸臂"達(dá)到321米。如今蘇通大橋"懸臂"將超出上一個紀(jì)錄200多米,對于設(shè)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(shù)跨越步子大,帶來的風(fēng)險也可能非常高,而風(fēng)險是未知的,要提高抗風(fēng)險能力,還有經(jīng)濟(jì)上的考慮",游慶仲說,"拿抗風(fēng)來說,規(guī)范要求抵抗30年一遇的風(fēng)力,如果要提高到50年一遇,不僅技術(shù)難度大,也有經(jīng)濟(jì)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(fēng)達(dá)到9級。按照100年一遇的標(biāo)準(zhǔn),蘇通大橋區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)顯示,大橋可能遇到的風(fēng)速將達(dá)每秒45.4米。施工階段按照30年一遇的標(biāo)準(zhǔn),風(fēng)速可達(dá)到每秒35.4米,這樣強(qiáng)度的臺風(fēng)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(fēng)力大小采取的防御原則:一類風(fēng)險,是指風(fēng)速達(dá)到每秒100米的極端天氣,這種風(fēng)出現(xiàn)的概率極其小,而且結(jié)構(gòu)上無法抵御這種超級強(qiáng)風(fēng)的損害,所以沒有必要從結(jié)構(gòu)上防范。二類風(fēng)險一般是指臺風(fēng),這樣的風(fēng)需要花較大的代價防范。三類風(fēng)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(qiáng)風(fēng)到來時,將設(shè)備和人員后移,或者撤下大橋,減輕大橋的重量。四類風(fēng)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(fēng)險時,預(yù)測可能發(fā)生的狀況和準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案,大家都希望避開臺風(fēng)季,但工程實施過程難免可能撞上。此外,像大橋這樣的復(fù)雜工程,包含跨越領(lǐng)域的技術(shù),對技術(shù)集成能力的要求非常高,需要跨領(lǐng)域多學(xué)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(jī)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(shè)計和建造過程中,需要攻克的難關(guān)之一,事實上,從設(shè)計到施工,抗風(fēng)措施的研究,始終是最重要的任務(wù)。
橋梁發(fā)展的歷史,始終與抗風(fēng)糾纏在一起,歷史上每一次橋梁因風(fēng)坍塌的災(zāi)難性事故,都推動著橋梁抗風(fēng)研究的進(jìn)步。在1879年英國泰伊鐵路橋倒塌之前,人們對于橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載基本上沒有認(rèn)識,風(fēng)荷載就是風(fēng)在橋梁上的作用力。在一個暴風(fēng)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(dāng)晚,當(dāng)列車正處于橋梁跨中位置時,狂風(fēng)對橋梁結(jié)構(gòu)以及列車的風(fēng)荷載,使得橋梁向一個方向傾斜,導(dǎo)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(rèn)為是橋梁風(fēng)荷載沒有引起人們足夠重視而導(dǎo)致的。
風(fēng)荷載的研究在泰伊鐵路橋事故后有了長足的進(jìn)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(fēng)吹垮?逅鷷r風(fēng)速并不是特別大,但因為橋在風(fēng)的作用下產(chǎn)生了共振,振幅不斷增大,最終導(dǎo)致橋面扭轉(zhuǎn)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(xué)家們對橋梁風(fēng)致振動問題的研究,人們開始注意到風(fēng)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(fēng)的各種措施在橋梁上的應(yīng)用也越來越成熟,在蘇通大橋的設(shè)計中,工程設(shè)計師就應(yīng)用了很多看似"小聰明"的抗風(fēng)措施,用來抵御長江口常年大風(fēng)對蘇通大橋的影響。
一種叫做"風(fēng)嘴"的橋梁主梁設(shè)計已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代橋梁中,蘇通大橋使用的主梁也是風(fēng)嘴設(shè)計。就像汽車在設(shè)計中越來越講究流線型一樣,把橋梁主梁的兩個側(cè)面,變成尖嘴形狀的流線型,風(fēng)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(cè)的平面,將帶來很大的風(fēng)阻力。
相對龐大的大橋"軀體"來說,斜拉的鋼索就像豎琴上細(xì)細(xì)的琴弦,但就是這些"細(xì)線",也可能引發(fā)災(zāi)難,引起災(zāi)難的現(xiàn)象叫做"風(fēng)雨激振"。風(fēng)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(fēng)雨激振"的影響,設(shè)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(fēng)雨帶來的鋼索激振。
在文學(xué)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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