近十年,我国的基建发展达到了不可思议的速度。过江跨海,无所不能,其中最显眼的莫过于悬索桥。
看见悬索桥的时候,你有没有好奇过,那么重的桥,上面还要过那么多的车,就靠一些“钢绳”吊着,风大的时候不会摇晃吗?时间长了真的不会锈蚀发生断裂吗?
混凝土是目前基建最主要的材料,日常生活中我们接触混凝土最多的就是楼房,第一印象就是它坚固且重。
以混凝土建造的桥身越长,它的自重就越大,镇江悬索桥全长1428米,足有16000吨的主缆才将桥身牢牢牵住。
悬索桥的整体结构除了重要的地基部分,主要由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成,而悬索是悬索桥的主要承重构件。
上面所提到的主缆正是悬索部分,可见主缆的作用之大。
那么这主缆是如何在我国炉火纯青的运用下发挥出如此威能的?
悬索桥的锚固方式有地锚式和自锚式。
地锚式悬索桥是将通过索塔悬挂的悬索锚固在两岸、桥的两端、施建的锚碇上,自锚式悬索桥则是直接锚固在桥身的加劲梁上。
大连星海湾大桥和重庆鹅公岩轨道大桥分别是我国近几年才完成施建通车运营的地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。
星海湾大桥跨越黄海水域,主桥长达820米、主跨460米。鹅公岩轨道大桥主桥长1120米,主跨600米。
建筑师们就悬索桥的锚固方式问题,到底对它俩做了哪些考究呢?
首先是两座大桥的建造条件问题。
星海湾大桥位于宽敞的黄海水域上,鹅公岩轨道大桥位于鹅公岩老桥约45米旁,在鹅公岩轨道大桥施工前,鹅公岩老桥就已将锚固点选在南岸区的山体里,为了避免山体失稳,鹅公岩轨道大桥只能在锚固方法上另寻他法。
鹅公岩轨道大桥位于长江流域,湍急的河流和繁忙的航道,就注定了鹅公岩轨道大桥并不适合使用地锚式,星海湾大桥路段的地质条件相对于鹅公岩轨道大桥来说较好。
综上看来,星海湾大桥更适合地锚式,鹅公岩轨道大桥更适合自锚式。
再有,星海湾大桥本身作为经过大连星海湾广场南部海域的交通要道,其观光性占有重要地位。
因此星海湾大桥在工程造价上也适合选择保证使用功能、不必要增加工程造价的地锚式悬索桥。
但星海湾大桥依然在设计和施工中采用了多种先进技术:锚碇基础采用了整体大沉箱、碎石升浆技术,其能够承受住主缆的水平力甚至地震力。
而鹅公岩轨道大桥因其苛刻的作业难度,则需要进行高技术性的自锚式设计。
将主桥设计为五跨连续自锚式结构悬索桥,中跨以及边跨采用钢箱梁,锚跨的梁采用的是混凝土,引桥采用了预应力混凝土连续梁结构。
鹅公岩轨道大桥主缆和吊索,采用了我国首例“先斜拉后悬索”的施工工艺,其中吊索的张拉工作还必须在夜间温度相对稳定时进行。
可以看出悬索桥对于地锚和自锚的使用来说并没有硬性要求,在地质条件合适的时候,选择地锚或者自锚皆可以根据其它方面考虑。但普遍来说,自锚式悬索桥是目前大跨度路段的第一选择。
除了悬索的锚固方式的发展,悬索本身的材质也在随着科技的发展而发展着。
主缆是悬索桥的灵魂而说到悬索桥,就不得不提到被称为世界主缆之最的张靖皋长江大桥。
张靖皋长江大桥跨江段全长7859米,设计概算为311.66亿元,其主缆长4400米,强度为2200兆帕。
以前的悬索桥主缆使用的是铁链和铁棍,最广为人知的便是当年红军飞渡的泸定桥。
现代悬索桥的主缆一般使用多股的高强钢丝,多股结构可以把主缆承受的拉力分散到每一股上,从而提高整个主缆的拉力上限。
这种高强钢丝的抗拉强度在900兆帕到2200兆帕之间,张靖皋长江大桥的主缆抗拉强度正是目前悬索桥主缆抗拉强度的最高上限。
要知道除了建筑设计应该让主缆承受更少拉力外,主缆本身的抗拉能力更是重要。
“工欲善其事,必先利其器”,主缆便是这器。如果主缆自身的质量不过关,即便设计再高明也无法让悬索桥屹立在大地上。
可自重如此巨大的主缆又是如何被安装到悬索桥上的呢?又是如何开始发挥作用的呢?就让我们以鹅公岩轨道大桥的“先斜拉后悬索”为例。
一般悬索桥的主缆安置过程是这样的:先将钢丝索股沿着猫道安置好,将悬索桥固定在两岸上。过程中将先导索绕过桥台下放到拖船上。
船抵达对岸后,两边开始同时用力将钢丝索股提升到架设主缆的位置,先导索连接好后便铺设网、护栏等等,即可架设主缆。
鹅公岩轨道大桥便是这样将主缆架设完备,但鹅公岩轨道大桥位于长江主航道,为了保障通航安全,鹅公岩轨道大桥无法搭设支架搭建桥面。
于是工程师们提出“先斜拉后悬索”的体系转换工艺,即先用斜拉桥原理架设好桥面,再通过体系转换将桥面的吊挂系统转移到悬索体系去。
不得不说,这种大跨度悬索桥的运用在世界上也是首次。中国基建实力的强大在于基建人才们建立于稳当能力上的创新。
大国工匠强的不仅是能力,也强在开创性革新性的探求精神上。
如何保障安全性?要说主缆的安全性,无非就是主缆自身的耐腐蚀性之类的问题。
毕竟主缆悬挂在桥上天天烈阳暴晒、风吹雨打,难免不会被腐蚀,从而降低抗拉强度,产生毁坏风险。
这种危险并非不存在,2020年5月5日下午,广东东莞的虎门悬索桥就出现了抖动情况。
经专家检测,其多部分主缆顶、底面以及两侧腐蚀皆较为严重。这才引发了当时桥面的抖动现象。
现在主缆的防腐蚀措施一般是:主缆采用镀锌钢丝,能够有效提高防腐能力。也有对主缆进行多层防腐涂层的方法。除此之外还有工人的定期检修和上报。
如此这般才能让悬索桥长久的屹立于国土上,百年不倒。
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