日本明石海峡大桥

一、概述

图为明石海峡大桥的桥式、加劲桁梁截面级钢塔架。本桥于1988年5月开工，1998年4月完工，历时10年整，原设计为双层桥面的公铁两用悬索桥，跨度为890+1780+890m ，后因各种原因该为单层桥面公路悬索桥，并将跨度改为960+1990+960m 。

图明石海峡大桥的桥式、加劲桁梁截面级钢塔架(mm)

a 桥式立面

b 加劲桁梁横截面

c 钢桥塔示意图

d 塔柱截面

本桥的实际跨度由于1995年1月15日发生的阪神大地震，使锚锭和塔墩的基础出现变位（图），改为960++960.3m 。当时由于主缆已架设完毕，经验算后继续施工，并将加劲桁梁适当作局部调整，故出现今的主跨有的资料以1991m 计。

设计中采用的基本风速为46m/s ，加劲桁梁的设计风速为60m/s ，桥塔的设计风速为67m/s 。

最大水深达110m 。最大潮流速度为4.5m/s 。

二、桥塔

本桥采用如图所示的的钢桥塔。塔高约283m ，每塔由两根略带倾斜的十字形空心大格式钢柱、5组交叉式斜杆以及两道横梁连接组成。两柱的中心距为46.5m （底部）～35.5m （顶部）。十字形塔柱截面的轮廓尺寸为横向从底到顶为 6.6m （等值不变），纵向从底部的14.8m 向上逐渐缩减到顶部的10.0m 。塔柱的各空心大格室均匀布置有竖向加劲肋。

图阪神大地震引起的基础变位示意图（m ）

桥塔用日本的SM570钢材制造，每塔用钢23100t ，两塔共耗钢材46200t 。塔柱在高度方向分为30个节段，在水平方向每个十字形截面又分为3块，每块的起吊重量均小于160t 。

南北两端塔顶中心偏移的施工误差分别为29mm 和39mm ，均小于容许值（塔高/5000）。 由于桥塔高度特别大，因此在抗风方面除了将每个塔柱的截面外形从矩形切去四角成十字形外，每柱还设置了质量为84t 和114t 的TMD （调质阻尼器）各一个，用来抵抗第一挠曲振动和第一扭曲振动。

三、主缆

由于本桥的跨度是破世界记录的，因此在初步设计中曾考虑仿照美国华盛顿桥和维拉扎诺桥，在桥面的两侧每侧采用一对主缆，以避免主缆直径过大。但因每侧采用一对主缆比常规的单根主缆施工麻烦，不仅施工时要有较宽的猫道，并且还会加大锚锭中的散索室与锚固部分的空间尺寸以及成倍增加的索鞍、索夹与吊索的数量。因此，最终以提高主缆的钢丝强度并适当降低其安全系数，使之仍采用传统的每侧一根主缆的方案。

本桥最终采用的的钢丝强度从1580MPa 提高到1800MPa 。考虑到由于本桥跨度特别大，主缆的钢丝应力中恒载应力很大而活载所占比例非常小（仅8％左右），而这部分很大的恒载应力是比较稳定可靠的，所以将其安全系数从一贯的降低到。

在上述的设计原则下，主缆采用PS 法施工，垂跨比1/10，每根主缆有290股PWS 钢丝索，每股有127根mm 23.5 的钢丝，全桥共用钢丝57700t 。本桥主缆在紧缆并包裹后的直径为1120mm ，仍居世界第一。（注：其次是青马大桥的1100mm 及南备赞桥的1070mm ）。

另外，本桥猫道也由于跨度大的关系承重较大，所以首先采用强度为2000MPa 的镀锌钢丝来制造猫道的承重索。并且首次取消了猫道下面的抗风索，只在两侧的猫道之间增加必要的抗风构件。

除此之外，本桥在主缆施工时首创采用直升机架设导索。

另外，本桥主缆除采用常规的防腐体系外，还在缠包钢丝之外加一层作封闭用的薄橡胶

皮膜，沿主缆每隔一定距离（140m左右）设有通风孔眼一个，利用除湿装置可将干燥大气压注入被橡胶皮膜包封的缝隙内，借以达到防潮去腐。

四、竖吊索

本桥的长吊索采用平行钢丝索（PWS）制造，短吊索采用炭纤维加劲缆索（Carbon Fiber Reinforced Cable，简称CFRC）制造。吊索与加劲梁的连接方式为，PWS用铰接，CFRC用锚环承压。

本桥的竖吊索，长度为10~40m的称为短吊索，10m以下称超短吊索。在短吊索区间与超短吊索区间架设加劲桁梁的平面构件单元时分别采用特殊的扁担梁（人字形扁担梁，上下扁担梁以及]形扁担）。

五、加劲桁梁

本桥早在1988年的5月就破土开工，因此，设计的时间更早。最先设计时，本桥的主孔跨度为1780m，由于时公铁两用桥的关系，加劲梁在日本时理所当然的采用对双层桥面最适宜的钢桁梁形式。后期，主跨改为1990m，并取消在桥上通过双线轨道后，对加劲梁究竟采用钢桁梁还是采用呼声日益增高的钢箱梁曾做过比较，由于当时日本钢箱梁经验的不足，只有主跨560m的大鸟桥正在施工中和720m的白鸟桥正在设计中（当时来岛一、二、三桥原设计均采用钢桁梁，到90年代才改变为钢箱梁），所以在通过风洞试验的基础上仍维持采用钢桁梁。

图为本桥最后采用的三跨双铰加劲钢桁梁的横截面。钢桁梁的桁宽35.5m，桁高14.0m，由两片主桁梁及桁架式横梁以及横梁上的桥面系等组成。钢桁梁的小节间长度为14.2m，大节间长度为28.4m。

钢桁梁采用低炭钢SS400及高强钢HT780制造，共耗钢89300t。最大活载竖向挠度为+8.0m（向下）及-5.0m（向上）。最大横向风力引起的水平挠度达27m，梁端的伸缩量达±1.45m。

风洞试验时考虑了主缆的影响与紊流影响，所以风洞尺寸为41m⨯4m⨯40m（宽⨯高⨯长）。试验结果在桥面上增开孔隔栅以及在主孔增设竖向稳定器。

六、锚锭

北桥的北锚锭由于采用地下连续墙防水而修建于神户层（洪积砂砾）。地下连续墙为一圆筒形基础，外周直径85.0m，高75.5m，墙厚2.2m，墙底标高约为-73.0m。施工时在地下连续墙完成后的圆筒内以深井降水进行开挖。开挖的深度高于地下连续墙底约12.0m，即开挖到标高约-13+12=-61m处，然后用26万立方米碾压混凝土进行填充，再在其上面用23万立方米高流动性混凝土修建锚锭。

本桥的南锚直接修建在花岗岩层上，基底做成梯级状，最深的基底标高约为-23.5m。整个南锚共用混凝土15万立方米。

七、加劲桁梁的架设

1.架设方法

本桥加劲桁梁的架设方法具有以下一些特点：

（1）采用以平面桁架节段进行伸臂架设

大跨度悬索桥加劲梁的架设方法可以分为平面桁架节段来做伸臂架设，以及在正下放将桁架梁立体节段直接起吊来进行安装。本桥由于桥下船舶航行状况的关系，只能在桥塔附近的工程作业海域内以及海岸填土修筑的锚锭作业场岸壁前面可以长时间的使用海面；另外，由于采用起吊立体节段进行安装要增加别的起重设备来架设桥面系的钢桥面板和附加梁而不经济，因此采用平面桁架节段来进行伸臂架设。

平面桁架节段的架设采用逐次刚性固接法，将架设前端的3个节点进行调整吊拉就位而