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(第417期)【绵阳校区】超大跨度桥梁的发展及其挑战
作者:  发布时间:2017-05-06   发布机构: 阅读次数:[]  

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图为讲座现场

 

2017年4月18日19点30分,我校有幸邀请到了东南大学教授、博士生导师、东南大学土木工程学院实验中心主任宗周红教授在学术报告厅开展主题为“超大跨度桥梁的发展及其挑战”的学术报告。

牛郎织女鹊桥相会,白素贞与许仙桥上相识。桥早已成为中国人心中的一种意象,中国人对桥有很深的喜爱与许多美妙的幻想。今天,宗周红教授给我们描述了一个超大跨度桥梁的梦,超大跨度究竟是多大呢?宗教授给了我们一个桥梁跨径分类表,其中特大桥需要多孔跨径总长超过1000米,其中单孔跨径需要超过150米。

对于如何实现这个梦,宗周红教授给我们分了八个步骤讲解,使这个梦从虚无缥缈变得触手可及。第一,宗教授给我们科普了桥梁的基本概念与分类。众所周知,桥是人类为跨越障碍建造的建筑物。在中国这个地形复杂的地方,桥梁的发展是非常有利的,因此在拱桥方面中国是当之无愧的世界第一,然而在超大跨度桥梁的发展方面因种种因素稍有欠缺。借宗周红教授一句话:“我们是桥梁大国,但还不是桥梁强国”。因此发展超大跨度桥梁是我国从桥梁大国迈向桥梁强国的重要举措。

第二,宗教授给我们分享了近些年中国大跨度桥梁发展情况,梁桥、钢筋混凝土拱桥和钢拱桥的世界长度排行均占据第一,并且在前十中占有半数以上排名。以虎门大桥(一桥)辅航道桥为例,三段桥150米+270米+150米于1997年完工,其拥有当时的世界最长大梁,而修建于2013年的北盘江大桥以290米超过了虎门大桥。这些数据表明了我国的大跨度桥梁的发展是处于世界顶尖水平的。

第三,宗教授给我们分析了世界拱桥跨径增长记录。1931年的贝永桥503米,46年后新河谷桥增长到513米,26年后芦浦大桥增长到550米,六年后的朝天门大桥只增长了2米。这些数据告诉了我们一个残酷的现实,拱桥跨径增长的速度太慢,远远不能满足我们的发展需求。限制拱桥跨径增长的问题有受压拱肋、基础水平推力、抗风问题以及吊杆,这些问题是客观存在且不可避免的。因此这就需要一种新式的桥梁去将这些问题解决。

而这就是宗周红教授给我们讲的第四点,不断刷新纪录的斜拉桥。2009年通车的香港昂船洲大桥主跨度达到了1018米,2008年建成的苏通大桥主跨更是达到了1088米。昂船洲大桥设计时间早于苏通大桥,因此仅一年跨度增长了70米。可见斜拉桥的发展速度是最适合于当前发展情况的桥梁种类。斜拉桥中也分为三种,其一传统类型斜拉桥,预计最大跨度可达1400米。其二带锚碇的斜拉桥,跨度预计1400至2000米。其三斜拉-悬吊协作体系斜拉桥,跨度预计2000至5000米。

第五,宗周红教授介绍了另一种桥的发展,它叫做悬索桥。与斜拉桥相比而言,悬索桥的加劲梁多采用自重较轻的钢材,斜拉桥主材料可以是钢、混凝土或钢-混凝土结合。斜拉桥的竖向刚度由斜拉索与主梁共同提供,相对于悬索桥而言,刚度可以更大。斜拉桥的主梁刚度对结构刚度影响较大,改变斜拉桥的结构布置形式,可调整其竖向刚度。悬索桥施工顺序是锚碇、桥塔、主缆、吊索、加劲梁,施工需要的机械、技术和工艺相对较简单。结构的线形主要取决于主缆线型和吊杆长度,因而施工控制相对比较简单。而斜拉桥在施工中将发生多次的结构体系转换,必须严格控制结构的线形和拉索索力,施工控制较复杂、技术难度相对较大。

特大跨度桥梁一直是悬索桥的固有领地,不仅仅是因为它拥有的各种自身优势,而且早在1981年英国就建造了主跨为1410米的Humber Bridge,它在世界排名前十的大跨径悬索桥中排名第九。排名第一的是作为岛国的日本,其明石海峡大桥主跨达1991米。中国有6座桥进入前十,其中排第二的杨泗港大桥,主跨长1700米。建于1999年的江阴大桥是中国第一座超千米的大桥,同时也使中国成为世界上第六个能建造千米级大桥的国家。

今年一月土耳其交通能源部长宣布了恰纳卡莱1915大桥的招标结果,韩国中标。宗周红教授讲这个例子的时候有些许的失落,毕竟恰纳卡莱1915大桥主跨长度为2023米,这是世界上第一座超越2000米的大桥。没能参与建设这座桥也表明了我国桥梁的发展程度还不够,这也指明了我们这一代工程专业大学生的未来目标与发展方向。

第六,站在地上始终会给人一种安全感,世界各国一直在致力于发展跨海大桥的建设。而我国跨河跨江跨山谷的桥近些年也大致完成了,我国拥有着零零散散的宝石分散于海洋之中。因此我们需要建设桥梁把这些宝石拥入怀中,例如建设长达22.8公里的港珠澳大桥以及列入十三五规划中的琼州海峡跨海工程。宗周红教授表示,在琼州海峡建设桥梁使大陆与海南相连,物资输送更方便快捷,而且可以借此继续建设跨海大桥将南沙群岛连成一体,既解决了南沙群岛鞭长莫及的尴尬,也能更好的开发我国的海洋资源。

选择了合适的桥梁类型,也有了成功案例,这个超大跨度桥梁的梦就实现了一大半了。剩下的便是宗周红教授讲述的第七点:超大跨度桥梁的挑战。这些挑战中,宗教授以天灾人祸为主要方向来讲述。超大跨度桥梁造价高昂,且大多位于海上,地震、海啸与台风的威胁不得不考虑进去。而且海上船只来来往往,船只撞塌大桥的事件也不在少数。历史经验告诉我们,大桥必须考虑防火防爆炸的问题,一旦发生战争,桥梁必定首当其冲。

水深大于70米的大型基础及其相关设施的建设,离岸深海和特殊地质地形条件下桥梁节段的施工技术及装备,大型上部结构施工及安全风险评估技术,大型构件或节段的智能建造于管养技术及装备等等问题都有待解决。

第八,宗周红教授得出结论并展望未来,宗教授表示在连续梁和连续钢构桥中,梁式桥是广泛应用的大跨度桥型,未来最大跨度可以达到330米到400米。主要耐久性问题在于过度下挠和开裂。未来发展方向在连续钢梁桥和连续钢构桥应用。空间索面和闭口刚箱梁的斜拉桥具有良好的动力性能和临界颤振风速,斜拉索桥可达到最大跨度为1104米到1400米。这会面临桥面板侧向失稳以及拉索风雨振动控制,其未来发展方向为千米级公铁两用斜拉桥的应用。

最后,宗周红教授告诉我们中国规划于2049年在这个建国100年的时间成为世界中等发达国家。截止2016年底,我国公路桥梁总量已达79.8万座,桥梁总长5万多公里。

作为工程专业的学生,我们应当为中国的基础建设事业努力奋斗;作为当代大学生,我们应当共同实现2049年的中国富强梦。

团委宣传部(绵阳):杨高

责编:周建志

2017年4月18日


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