明石海峡大桥简介[1]

地震后 (地震前 1. 5 %抛物线)
2% N HHWL + 65 m ( TP65. 9 m)
75 mm
280. 4 kN/ m (主跨) 141. 3 kN/ m (主跨) 421. 7 kN/ m (主跨)
加劲桁架工程订货设计 加劲桁架工程订货设计 加劲桁架工程订货设计
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TL - 20 , TT - 43 , B
平面块体间 ,前面浇筑的留缝刷浆和钢筋残 余应力等问题 ,一般认为 3 m 宽设缝 ,就能达 到块体间一体化施工的目的 。
海中桥墩 :从力学上看 ,海中桥墩是直接 基础 。在神户侧有漂石和砾石层混合形成神 户层 ;在淡路岛一侧的持力层也是神户层 。 基础的施工方法是沉箱法 。设置沉箱的施工 程序是 :首先采用大型抓斗船对海底进行开 挖 ,用在强潮流条件下基础设置就位 。由于 海域流速大 ,以致沉箱就位后冲刷立即开始 , 必须尽快抛设网袋式防冲刷过滤单元 。沉箱 下沉后 ,在基础周边所发生的冲刷 ,都是预先 通过室内和现场试验确定的 。所以基坑形状 像盘子 ,其直径很大 ,当沉箱定位后 ,在其周 围大量抛石 ,作为防冲刷的防护工程 。最后 , 用大型混凝土台船向钢沉箱内浇筑混凝土 。 水中部分采用流动性好不离析的混凝土 (特 殊水中混凝土) ;在空气中混凝土浇筑厚度为 0. 5～2. 0 m ,使用低发热水泥制备的混凝土 浇筑 。基础形状是圆形 ,这种形状的基础施 工性能好 ,并能减轻潮流压力 。根据稳定性 计算 ,基础的直径在神户侧达到 80 m ,淡路 侧达到 78 m 。 2. 2 上部工程 2. 2. 1 塔的构造
第21卷 2001
第 1 期 年2月
国
外
公
路
13
文章编号 :1003 - 6512 (2001) 01 - 0013 - 06
明石海峡大桥简介
金增洪 编译
(中交公路规划设计院 , 北京市 100010)
摘 要 : 文中简要介绍了日本明石海峡大桥工程的地理位置和概况 。对创世界记录的 日本明石海峡大桥工程设计和施工中的技术创新 、桥梁的特点和桥梁美学构思作了介绍 。
+ 4. 54～ - 3. 76 m 8. 28 m(地震后)
直径
主
最大张力
缆
塔顶部位的最大反力
全部钢丝的长度
1 122 mm 625 130 kN/ 根 (地震前) 482 460 kN (地震后 ,2P 塔柱)
300 035 km 制作长度
吊
吊索直径
PWS <85 mm (一般部位) , <91 (1A 侧) CFRC <66～94 mm
塔在桥轴方向为柔性构造 ,在垂直桥轴
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1 6 国 外 公 路 21 卷
方向为桁架形式的刚架 。塔柱断面为中空箱 形构造 ,共有 7 个室 。塔全部的 4/ 10 范围内 的断面由垂直桥轴方向的风荷载决定 ,塔上 部断面 一 般 认 为 按 沿 桥 轴 塔 顶 最 大 变 位 决 定 。最大板厚 50 mm 。对塔而言 ,在风载作 用下希望底部无拔力 , 塔的顶部宽度为 35. 5 m ,塔的底部宽度为 46. 5 m ,塔柱是斜 的 (图 3) 。考虑到塔的制作 、搬运和架设等 施工性能 ,在高度方向分成 30 段 。各段有三 个架设单元 (最大重 150 t/ 单元) 。塔柱各段 在现场拼装 ,接头端面要在工厂进行切削加 工 ,采用高强螺栓连接 。在连接处 ,1/ 2 的荷 载由上部主体金属直接传给下部主体金属 , 其余的 1/ 2 荷载通过高强螺栓传给节点板再 通过螺栓传给下部的主体金属 。过去在现场 架设时 ,采用爬升式起重机 ,这样必须补强塔 的本体 ;为了减少工程量节约钢材 ,采用自立 爬升式起重机 。在架设时 ,塔的现场精度管 理要求确保金属之间的接触率和垂直度 ,规 定塔的偏斜度 :在设计时控制在1/ 2 000 ,架
形 式
跨径布置
纵
边跨
坡
主跨
横 坡
加劲桁下净空高 沥青铺装厚度
悬吊构造
设 恒载 主缆
小计
计
种 类
荷 载
活载
集中 荷载
弯矩用 剪力用
等分布荷载
基本风速
设
设计 悬吊构造
风载 基准
计
风速
主缆 塔
荷
悬吊构造
风荷载 主缆
载
小计
地震的影响
构 悬吊构造 加劲桁架尺寸
淡路岛侧锚碇基础 :本基础从力学上看 是直接基础 。该基础的持力层为花岗岩 ,采 用钢管连续挡土开挖后浇筑混凝土 。
锚碇本体 :锚碇本体是主缆索股锚杆赖 以锚固的锚梁及支承其锚碇框架埋置的钢筋 混凝土大块体 。1A 锚碇的混凝土体积为 14 万 m3 ,4A 锚碇混凝土为 15 万 m3 ,由于大体 积混凝土膨胀大 ,施工时平面上分为 5 份 ;在 高度方向大块体每升高 2～4 m 、锚碇块体每 升高 1～2 m 为一混凝土浇筑层 。在混凝土 浇筑过程中 ,由于水化热引起温度裂缝 ,除了 使用低发热水泥外 ,还要采用预冷和管道冷 却以限制热量的发生 。由于钢筋和钢结构非 常稠密 ,必须采用流动性 、填充性好的混凝 土 ,以提高施工质量 。另外所浇筑的混凝土
索
设计张力 (切断荷载)
PWS 5 230～5 600 kN CFRC 3 010～6 420 kN
塔 柱
断面尺寸 一般部位的板厚和材质 塔顶水平位移 D + L + T + S D + E
(14. 8～10. 0) m (长) ×6. 6 m(宽) 底部 50 mm ,塔顶 65 mm SM570 1. 904 m (主跨) , - 1. 775 m (边跨) 塔的施工设计
上部工程总用钢量/ t
195 100 (其中 :塔 47 800 ,缆 59 500 ,加劲桁架 87 800)
2 设计与施工特点
2. 1 下部工程 神户侧的锚碇基础 :锚碇是承受主缆拉
力的基础 。神户侧地基系泥岩和砂岩交替层 叠形成的神户层 。每一地层物理性质存在差 异 ,所以必须掌握好多层地基的物理性质和 力学模型 。该基础采用圆形地下连续墙施 工 ,一面开挖一面用倒衬砌法施工钢筋混凝 土壁 ,开挖到基础支承面后 ,填充混凝土 。
图 1 地震影响 (单位 :m)
本桥桁架上层设置道路 ,下层附设输水 管路 (淡路广大地区为 2 根 <45 cm) 、通信线 路 ( NN T 4 条 , TWJ 1 条) 、电力线路 ( 关西 77 kV电力线) 。此外 ,在神户侧的桁架内部 还要设置展望设施 (从锚碇 1A 向前 149 m 区间内) ,见图 2 和表 1～表 3 。
造
主缆的垂跨比
体 主缆 主缆的中心距
系
主缆根数
表 1 设计条件
3 跨 2 铰加劲桁架悬索桥
960. 00 + 199 0. 80 + 960. 30 m
圆曲线 ( R = 342 695 m 神户侧 ,247 360 m 淡路侧) 地震后 (地震前 3 %直线)
圆曲线 ( R = 30 342 m)
直接基础
矩形
80 m (长) ×63 m (宽) 列柱式连续墙档土法施工
直接基础 圆形
<80 m ×70 m 设置沉箱施工法
直接基础 圆形
<78 m ×67 m 设置沉箱施工法
本
形式
体
尺寸
数 混凝土/ m3
量
钢材/ t
重力式锚碇 84. 5 m (长) ×63 m (宽)
基础 375 000 本体 140 000
Ξ 收稿日期 :2000 - 01 - 25 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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图 2 桥型布置图 (单位 :m)
1 期 明石海峡大桥简介 1 5
表 3 上部结构设计概要
项 目
主 跨
边 跨
加 断面构成
劲
桁
架
变形
最大板厚 材质
竖向挠度 水平挠度
34 mm HT780
+ 8. 00～ - 5. 04 m 26. 99 m (地震后)
34 mm HT780
设时控制在 1/ 5 000 ,制作时控制在 1/ 10 000 塔高以内 。根据架设时控制在 1/ 5 000 换算 约为 6 cm 。塔安装的结果 ,在神户侧塔最大 偏斜约为 4 cm ,淡路侧约为 3 cm ,符合规定 。 再者塔壁有温度差 ,对此有补偿的必要 。
明石大桥的主塔与以往的构造特征有很 大的差异 ,在塔内设置了永久性的抑制风振 的调质阻尼器 。从以往塔的架设经验看 ,在 架设时塔易发生摇摆 ,在成桥时 ,当主缆固定 在塔顶上后 ,一般认为塔不再摇摆 。但是本 桥塔的高度特别大 ,相对柔软 ,在成桥后判明 会发生振动 。即使采用十字形断面不易摇摆 的构造 ,讨厌的振动还是会发生的 ,为此必须 设置调质阻尼器 ( TDM) 。调质阻尼器的重 量是塔本体重量的 0. 9 %。对塔的大尺度变 更必须杜绝 ,这才能达到制振的效果 。然而 在边跨的加劲桁和塔之间 ,当塔内的阻尼器 发生故障时 ,必须设置油压阻尼器备用 。 2. 2. 2 缆的构造
1995 年 1 月 17 日凌晨受日本兵库县南 郊地 震 的 影 响 , 主 跨 径 从 1 990 m 变 更 到 1 990. 80 m ,3P ～ 4A 间 从 960 m , 变 更 到 960. 30 m ,桥 梁 的 设 计 高 程 也 发 生 了 变 化
(主跨中心部位路面标高由 96 m 提高到 97 m) ,见图 1 。以 46 m/ s 为基本风速 ,随高度 增加进行修正算出设计基准风速 。对风荷载 来说还要考虑阵风的响应乘一个系数 。桁架 颤振风速的校正 ,以桁架设计基准风速附加 风速变动乘以约 1. 3 的安全系数 ,一般认为 , 稍低于 78 m/ s 的颤振临界风速能满足要求 。
15 000
重力式锚碇 83 m (长) ×63 m (宽)
基础 90 000 本体 150 000
13 000
水中 265 000 空气中 89 000
21 000
水中 238 000 空气中 84 000
19 000
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641. 4 kN/ 单侧 652. 5 kN/ 单侧
641. 4 kN/ m 单侧
46. 0 m/ s
等代 L 荷载 等代 L 荷载
等代 L 荷载
59. 8 m/ s 66. 2 m/ s 66. 7 m/ s
51. 58 kN/ m 10. 32 kN/ m 61. 90 kN/ m
根据明石海峡大桥抗震设计要领 (案)
关键词 : 悬索桥 ; 超大跨径 ; 垂跨比 ; 锚碇 Ξ
明石海峡大桥是神户 —淡路 —鸣门线路 上的主要桥梁 。该桥设有 6 车道 ,设计时速 100 km/ h ,桥梁位于本州侧神户市垂水区和 淡路岛 侧 的 津 名 郡 淡 路 町 之 间 的 明 石 海 峡 上 。在宽 4 km 的海峡中央部位约 1 500 m 宽是主要通航路线 ,桥下净空 65 m (略高于 最高潮位) 。因此 , 桥的中央跨径长度采用 1 990 m , 地震后延伸了约 1 m , 桥的总 长 3 911 m ;这是悬索桥破世界纪录的跨径 ,它 比上一次破世界纪录的英国亨伯尔桥的主跨 径增大了 581 m 。
宽 33. 5 m ,高 14 m
主跨 (主要横断面力) 主跨 (主要横断面力) 主跨 (主要横断面力)
F/ L = 194. 176/ 1970. 695 = 1/ 10. 121
35. 50 m 1 根/ 单侧
表 2 下部工程设计
1A
4A
2P
3P
形式
基
形状
础
尺寸
基础施工方法
沉箱基础 圆形
<85 m 地下连续墙 ,倒衬砌法施工
这一工程的上部结构的重要技术课题是 要确保桁梁和塔的抗风稳定性 ;基础工程的 重要技术课题是对软岩持力层的大规模开挖 以及在流速 8 节 (相当于 4 m/ s) 情况下提出 开挖对策和基础施工 。
本桥于 1988 年初开工建设 ,1998 年 7 月开通交付使用 ,建设期历时 10 年 。
1 桥梁的设计参数