日本桥梁介绍

日本的城市大跨径桥梁介绍
在考察中，我们对日本在城市大跨径桥梁建设中的成就和创新理念留下了深刻的印象，其桥梁结构主要采用悬索桥和斜张桥，下面分别介绍东京彩虹大桥、明石海湾大桥、港大桥下津井濑户大桥、因岛大桥、多多罗大桥和生口大桥的相关情况。

1 日本东京彩虹大桥
图1系东京著名的彩虹大桥。

人们来到东京第一个观赏的地标式建筑应是彩虹桥。

这是一座连接东京台场和芝浦的全长918 m的悬索结构桥，是日本首都东京一条横越东京湾北部，连接港区芝浦及台场的大桥。

东京彩虹大桥的结构为三跨二铰加劲桁梁式悬索桥，其正名称为“首都高速道路11号台场线东京港联络桥”，于1987年动工，1993年8月26日建成通车。

图1 东京著名的彩虹大桥
彩虹大桥全长798 m,主桥跨径为570 m。

桥梁分为上下两层，上层为首都高速道路11号台场线，下层的中央部分为新交通临海线（东京临海新交通临海线）的路轨，两侧为一般道路，包括国道357号行车道及行人道。

单车及50cc以下的机车禁止使用彩虹大桥,桥上设有人行道，游人可伴着徐徐的海风漫步在彩虹桥上,饱览东京的景色。

如今东京彩虹桥优美的白色桥体结构,早已成为东京临海的重要景观。

在桥梁工程筹建之时设计者就充分考虑了景观要求，并将夜景照明作为其桥梁主体规划的重要内容。

大桥的照明分4个部分，主要是主塔悬索大梁和抛锚处。

这些部分的照明优美协调并形成一个完整的统一体,同时又不失各自的特点。

景观照明随季节日期和时间作相应变化，并创造出丰富的景观效果。

从生态平衡的角度充分考虑了节能，其主塔日光下的光色随季节发生变化(夏季白色,冬季暖白)，其感官在心理上可产生非视觉上的效果。

两座支撑大桥的桥塔使用白色设计，令彩虹大桥与周围的景色相协调和共融。

在悬索桥面的缆索上设置有红、白、绿3 色光源，并采用日间收集来的太阳能作为能源，在晚上来点缀彩虹大桥。

彩虹大桥的景色已成为日本近年一个新兴的观光胜地，其下层外侧的行人道,让行人可徒步过桥。

2 日本明石海峡大桥
日本明石海峡大桥系世界上目前最长的悬索桥,它位于日本神户市与淡路岛之间，横跨于本州岛与四国岛，全长3911 m，也是世界上最长的双层桥梁。

大桥的主跨为 1991 m(960 m+1 991 m+960 m)的悬索桥，两座主桥墩海拔297 m，基础直径80 m，水中部分高60 m。

两条主钢缆每条约4 000 m，直径1.12m, 由290根细钢缆组成,重约5万吨。

大桥于1988年5月动工，1998年3月竣工。

世界最强级的阪神大地震也未能将其震撼，展现了其卓越的设计与施工水平。

明石海峡大桥桥面设有6车道，通航净空高为65 m。

大桥为三跨二铰加劲桁梁式悬索桥，钢桥283 m,高出333 m，桥宽35.5 m，双向6 车道，加劲梁14 m，抗震强度按1/150的频率，能承受8.5级强烈地震和抗御150 a 一遇的80 m/s 的暴风,是连接日本内陆工业的重要纽带。

明石海峡大桥最终实现了日本人把4个大岛连在一起的愿望，创造了 20世纪世界建桥史的新纪录，总投资约40亿美元。

在大桥的建设过程中，工程技术人员首次采用了“海底穿孔爆破法”、“大口径掘削法”和“灌浆混凝土”等新技术，克服了许多难以想象的困难，终于建成了这座技术先进、造型美观的现代化跨世纪大桥。

这座跨海大桥总长度达37 km,跨海长度为9.4 km。

作为铁路公路两用桥，不仅其总长度是世界第一，其最高的一座桥塔局194 m,相当于一座50层大厦的高度。

明石海峡大桥首次采用1800 MPa级超高强钢丝，使主缆直径缩小并简化了连接构造,首创悬索桥主缆，这也是第一座用顶推法施工的跨谷悬索桥。

该桥2根主缆直径为1122 mm,为世界上直径最大的主缆；主缆钢丝的极限强度为1800 MPa,也是采用了创世界记录的新技术、新工艺。

主缆由预制平行钢丝束组成，这项工艺也适用于同样规模的悬索桥。

牵引钢丝由直升飞机牵引跨越明石海峡，这是世界上首次应用的新工艺。

1995年1月，日本神户地区发生里氏7.2级地震，造成约5 000人死亡。

震中位于明石海峡大桥南端，距神户几公里。

明石海峡大桥经历了一次严峻的抗震检验，因为桥址处的震级也接近里氏8 级，当时距该桥50 km远的桥梁与建筑都已经倒塌。

地震发生时，该桥刚刚完成桥塔与主缆施工工作，开始架设加劲梁。

根据研究成果表明，明石海峡大桥设计荷载可承受里氏8.5级地震。

该桥在阪神地震中仅有微小损坏，由于地面运动，两塔基础之间的距离增加了80 cm,桥塔顶倾斜了10 cm, 使主跨增加了近80cm,从而接近于1991 m，主缆垂度因此减少了 130 cm。

大桥的建成使大阪、神户通往四国地区的交通十分便利。

每到夜晚，大桥被华丽彩灯环绕，仿佛一串絢烂珠链横跨海湾，由此而得“珍珠桥”的美名。

在桥梁的周围，开辟了众多观光设施，成为广受游人欢迎的旅游胜地。

3日本濑户大桥
日本下津井的濑户大桥，位于本四连络桥工程中儿岛一坂出线上。

大桥于1981年7月12日动工，1988年4月10日竣工。

日本下津井濑户大桥是濑户大桥工程的组成部分之一，跨越下津井海峡，连接柜石岛和本州岛上的鹫羽山。

大桥的主跨为940 m(跨径布置为:230 m+940 m+230 m)，主梁采用钢梁，矢高94 m，加劲梁高13 m，宽30 m, 钢索间距35 m，左塔高146.08m,右塔高148.91 m。

大桥的上层为4车道公路，下层为线铁道。

该桥为单跨公铁两用悬索桥，全长1447 m，上层为4车道公路，下层为铁路，通航净空31 m。

这座大桥与本州四国联络桥工程中其他悬索桥的不同之处在于：该桥主缆在本州岛侧采用了隧道式锚碇方案，钢塔及主缆安装架设中采用了空中架线法(AS)施工。

桥梁一端靠近鹫羽山以便车辆及列车下桥后可以迅速驶人隧道。

采用空中架线法及隧道式锚碇的主要目的在于避免位于隧道附近的锚碇尺寸过大。

主缆直径930 mm, 由24288根直径5.37 mm的钢丝组成。

这座大桥工期长达9年6个月，是世界桥梁史上的空前杰作。

濑户大桥为铁路公路两用桥，是由两座斜拉桥、三座吊桥和三座桁架桥组成，是目前世界上最大的跨海大桥。

它北起本州的冈山县，犹如一条灰白色的钢铁巨龙,穿过世界上唯一的一条铁路、公路上下分开的两层式隧道，弯曲和大方地跨海越洋，向南直奔日本四国香山县。

大桥在海中越过5 座岛屿，从远处眺望，5座小岛就象5颗璀燦的绿色明珠，被一根银线串在了一起。

由于濑户水域的水下地质构造复杂，水面宽阔，加之台风经常肆虐等不利因素，给大桥的设计和建设带来了诸多难题。

根据设计标准,大桥可抵抗里氏8.5级大地震和风速为60 m/s的大风。

大桥建成后，不仅方便了两岸交通,也为濑户水域增添了一处人造景观，使日本西部这一颇负盛名的游览地锦上添花。

为此，在日本四国的香山县建立了濑户大桥纪念馆（也称本四联络桥纪念馆）,通过展出可以帮助人们认识和了解这座“世界第一桥”的真面目和建桥的艰辛过程。

4日本因岛大桥
因岛大桥是日本本四联络线上的一座三跨双铰加劲桁梁式悬索桥，其跨度布置为250m+770 m+ 250 m。

大桥于1977年1月31日动工兴建，1983 年12月4日竣工。

主缆采用工厂预制平行钢丝股缆，直径为62.6 cm。

塔高123.75 m,为有交叉斜撑的桁架式钢塔。

加劲桁梁高9 m,两主桁中心距 26 m，上层桥面设汽车道4道，下层设4 m宽的自行车道和人行道。

这座大桥建成30年来运行良好，在大型跨海大桥的经济性、安全性和耐久性的建设实践中给人们提供了成功的经验。

5日本多多罗大桥
多多罗大桥位于日本濑户内海，它是连接广岛县生口岛及爱媛县的大三岛之间的一个重要的交通通道。

大桥于1992年4月开工建设，1999年竣工，同年5月1日启用。

大桥采用斜拉桥结构，主跨长890 m，最高桥塔为224 m的钢塔，系当时世界上最长的斜拉桥。

其连接引道全长为1480 m, 设有4个行车道，并设行人及自行车专用通道，属于日本国道317号的一部分。

10年后，其世界最长斜拉桥和最高桥塔的纪录被2008年建成通车的中国苏通大桥打破，苏通大桥跨径1088 m，混凝土桥塔高300.4 m。

多多罗大桥全桥长1 480 m。

1993年原计划修建一座对称布置的三跨两铰以桁架作为加劲梁的悬索桥。

由于悬索桥铺旋基础需巨大的开挖量，破坏了生口岛国家公园的景观，同时专家们认为，在活动地震带上和台风区建设一座世界级斜拉桥技术可行性研究上需充分论证，最终确定与悬索桥主跨径完全相同的斜拉桥方案。

既可避免开挖锚碇坑破坏生态的弊端，而且可以节省建设资金和缩短工期；同时，更有利的是斜拉桥的动力稳定性比悬索桥的要好，刚度也较大。

多多罗大桥采用的结构型式为三跨连续复合箱梁斜拉桥，跨径布置为270 m+890 m+320 m,两边跨布置因地形和施工条件的原因是不对称的，其边、主跨径之比分别为0.3和0.34，比一般斜拉桥的边、主跨径比0.4要小。

这座当时世界上最大的斜拉桥的成功建成，共采用4项创新技术作为大桥的支撑:(1)每一跨都由其辅助墩来平衡其重量，承受与重力相反的作用力。

边跨外端是混凝土梁，与边跨其它部分及中跨的钢梁形成整根混合材料梁。

（2)边跨被设计成短、重、高刚度的特性来平衡长且轻的中跨，从而有效地形成良好的稳定。

斜拉索采用双索面，呈复扇形编放，并被锚固在倒 Y型的塔顶上某一锚固点来提高梁的抗扭刚度。

(3)塔和梁的截面以及缆索的形状都经过特殊设计，并通过其结构框架的独立性来确保空气动力稳定性的要求。

（4)在建筑梁体的过程中不需要任何水中临时支撑，梁体的节段由梁悬臂端的挂篮支承其重量,其过程依赖于主跨、边跨相对于塔的平衡控制，施工中最大悬臂长度达到435 m,这在当时世界建桥技术上是巨大的突破。

6日本有明海岸的4座大桥
日本有明海岸4座大桥之一的斜张桥——矢部川大桥。

它位于有明海的北部地区，连接福冈县大牟田市和佐贺县鹿岛市，全长约55 km,是高等级高速道路的大型桥梁，其中的4座桥梁系有明海沿岸高速道路上修建的具有特色的桥梁。

主跨261 m的矢部川大桥，斜张桥的主塔为A 型。

当时在上部结构施工过程中，确认桥塔基础下沉，实施了“预加荷载”、“强化主塔基础周边摩擦”、“上部结构体外力筋采用高强度预应力筋”等工程措施，确保桥梁100年使用寿命的安全性。

由于有明海沿岸表层堆积着被称为有明黏土的软弱的冲积黏性土，为合理经济地修建桥梁，日本建设者针对软弱地基采用了一些有益措施，如采用轻质填土和加固土墙组合以减轻桥台背面土压，采用现场土和短纤维的气泡混合轻质填土，采用复合地基，等等。

目前大桥的运行状态良好。

7日本生口大桥
生口大桥位于日本广岛县尾道市，连接生口岛和因岛，是西濑户大桥机动车道的重要组成部分之一。

大桥采用斜拉桥结构，全长790 m,主跨490 m, 于1986年5月18日开工建设，1991年12月8日正式建成通车，成为西濑户机动车道上主跨第五长的大桥，同时也是当时世界上主跨最长的斜拉桥。

该桥在日本首次采用了混凝土梁边跨与钢箱梁主跨相结合的设计结构。

大桥的主跨结构采用490 m钢箱梁、边跨采用预应力混凝土箱梁,为大跨度公路斜拉桥。

它既是本州四国连络桥中率先采用的混合梁结构形式，也是日本第一座混合梁斜拉桥。

为分析该桥拉索系统中拉索的动力响应规律，并掌握其自振频率、结构阻尼等固有振动参数及其特性，于1991年 10月下旬至11月上旬,采用大型起振机，实施了生口桥大幅值振动特性试验。

当时，在柔度较大的长大桥梁中，桥梁抗风稳定性是个十分重要的研究课题。

很难从理论上量化评估结构物的阻尼特性，并且日本《抗风载设计规范》中所给出的限值也只是经验值，所以通过大量试验积累实测数据是十分重要的。

在箱形梁斜拉桥的振动试验中，采用了以往采用的小型起振机和采用吊链使重锤分段逐级升降的方法进行振动试验。

这种测试方法由于激振物的能量所限，使得桥梁发生的振动幅值较小，不能掌握桥梁大幅值振动状态下的动力特性。

因此研究试验最终采用日本四公团大型起振机，并以《风洞试验大纲》规定的用于评定结构阻尼特性所必须达到的桥梁振幅值为控制指标，以生口桥为对象实施了强迫激振测试。

当时以日本生口大桥为代表的世界混合梁斜拉桥，其中跨大部或全部采用钢主梁，两侧部分或全部采用预应力混凝土梁。

这种斜拉桥和单一的混凝土梁或钢梁斜拉桥相比有其自身的优势：其在主梁受力和变形方面，由于边跨主梁的刚度和重量较大，从而减小了主跨的内力和变形，可减少并避免边跨端支点出现负反力；其次，在造价方面，由于减少了全桥钢梁长度，从而节约了费用。

应该指出，钢梁与混凝土梁的结合段是结构特性和材料特性突变处,易形成结构的弱点，必须采取科学、合理的连接方式来处理。

同时，结合段刚度的匹配也十分重要，应在结合段的钢截面与混凝土截面处渐变刚度。

对于多跨斜拉桥，充分研究合理的主跨与边跨比例关系，选择合理的混凝土梁与钢梁的连接位置,并进行边跨受力分析，以最大限度地发挥混凝土的作用，使之既能满足受力要求，又能达到经济、合理、便于施工的目的。

在上述方面,生口大桥都为我们提供了可借鉴的经验。

3结语
综上所述，本文对日本城市桥梁发展历史沿革进行了回顾，重点对典型大跨径城市桥梁逐一介绍，力求使读者了解日本大跨径城市桥梁建设和设计的总体水平。

众所周知，桥梁造型艺术积聚着浓厚的民族文化内涵，蕴藏着不同国家、不同民族审美传统、聪明才智和精湛技艺，也应成为人类文明交流的纽带，因此我们应从日本精美的桥型设计和现代桥梁建设上汲取有益的营养成分，创造性地从事我们的桥梁设计。

本文所介绍的日本著名的大跨径城市桥梁，以其鲜明的形象、强烈的艺术感染力，展现了桥梁作为人类所建造的最古老、最壮观、最美丽的建筑工程之一的艺术魅力。

笔者认为，桥梁建筑不仅要表现出结构上的稳定连续、强劲稳固的力感和跨越能力，而且要有美的形态与内涵，达到内容和形式上的高度统一,才能显示出不朽的生命力。

艺术和技术是紧密相关的，科学技术本身也是美的因素之一，人们将结构力学、钢材、混凝土的最新发展，以及各种现代化新型施工机械的成功应用，才能使各式大跨度的城市桥梁得以孕育而生。

笔者相信，日本的城市桥梁建设将会对我国城市桥梁建设者和同行们提供相关的启示，并有很多值得我们学习和借鉴的东西。

让我们携起手来，汲取人类所创造的一切文明财富,进一步推动我国城市桥梁建设的健康发展，促进祖国现代化建设的进程，尽快实现我国由桥梁建设大国向桥梁强国目标迈进。