土木工程概论论文

土木工程概论论文

——关于日本明石海峡大桥的研究1.简介

海日本明石海峡大桥，位于本州岛与四国岛之间，它跨越日本本州岛—四国岛之间的明石海峡，最终实现了日本人一直想修建一系列桥梁把4个大岛连在一起的愿望，创造了本世纪世界建桥史的新纪录。

主跨1991米（960+1991+960），全长3911米，为三跨二铰加劲桁梁式吊桥，钢桥283米，高出333米桥宽35.5米，双向六车道，加劲梁14米，抗震强度按1/150的频率，承受8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计。大桥按可以承受里氏8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计。1995年1月17日，日本坂神发生里氏7.2级大地震（震中距桥址才4公里），大桥附近的神户市内5000人丧失，10万幢房屋夷为平地，但该桥经受住了大自然的无情考验，只是南岸的岸墩和锚锭装置发生了轻微位移，使桥的长度增加

了0.8m。明石海峡大桥是世界上第一座主跨超过1英里（为1609m）及l海里（合l852m）的桥梁。两边跨也很大，每跨达960m，是目前世界上最长的边跨。钢桥塔高为297m，是世界上最高的桥塔。用钢衍式加劲梁，横截面尺寸为35.5m×14.0m。其梁高比其它任何一座悬索桥都高。

明石海峡大桥是日本也是世界工程史上的奇迹，30年的规划，十年的施工，43亿美元的造价，实现了这项不可能完成的任务

2.建桥面临的几个问题

①这里地处台风区，风速可达每小时290公里，足以刮起屋顶，将大树连根拔起。②桥将跨越日本最繁忙的航运地带。③这里是一个地震带的中心。所以在正式建桥前，工程师们花了30年时间研究新技术。1988年5月，工程正式开始。

3.大桥结构

①桥塔

桥塔高283米，每根由两根略带倾斜的十字形空心大格式钢柱、5组交差式倾杆以及两道横梁连接后组成。两柱的中心距为46.5m（底部）~35.5m（顶部）。十字形桥塔柱截面的轮廓尺寸为横向从底到顶为6.6m（等值不变），纵向为从底部的14.8m向上逐渐缩减到顶部的10.0m。桥塔的各个空心大格室均布置有竖向加劲肋。

桥塔用日本的SM570钢材制造，每塔用钢约23100t。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29m与39m，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

形从矩形切去四角形成为十字形外，每柱还设置了质量为84t以及114t的TMD（调制阻尼器）各一个，用以抵抗第一挠曲振动与第一扭曲振动。

②加劲桁梁

最先设计时，本桥的主孔跨度为1780m，后期，主跨改为1990m。并取消在桥上通过双线铁道后，由于当时日本钢箱梁的经验不足，所以通过风洞试验的基础上维持采用钢桁梁。本桥最后采用三跨双铰加劲钢桁梁。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，大节间长度倍增为28.4m。钢桁梁采用低碳钢SS400及高强钢HT780制造。共耗钢材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J王缆的影响与系沥影响。所用的风涧尺寸为41m×4m×30m(宽×高x长)。试验结果在桥面上增加开子L格栅(grating)以及在主孔增设竖向稳定器(vertical stabilizing device)。

③竖吊索

长桥的长吊索采用平行钢丝索（PWS）制造，短吊索采用碳纤维加劲缆索（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。因此，它们在加劲桁梁架设过程中的引拉方式也不同。本桥的竖吊索，长度为10-40m的称为短吊索，10m以下的称为超短吊索。在短吊索区间与超短吊索区间架设加劲桁梁的平面构架单元时采用特殊的扁担梁。

④锚定

本桥的北锚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约12.0m，即开挖到标高约-73+12=-61.0m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碇。本桥的南锚直接修建在花岗岩层上，基底作成梯度状，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。

⑤主缆

由于本桥的跨度是破世界纪录的，因此在初步设计中曾经考虑仿照美国的华盛顿桥与维拉扎诺桥，在桥面的两侧每侧采用一对主缆，即全桥共采用4条主缆，以避免主缆直径的过大。但因每侧采用一对主缆比常规的单根主缆要麻烦得多，不仅施工时要有较宽的猫道，并丛还会加大锚靛中的散索室与锚固部分的空间尺寸以及成倍地增加鞍座、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，使之仍能采用传统的每侧一根主缆的方案得以成立。本桥主缆的钢丝强度为1800Mpa。考虑到本桥跨度特别大，主缆的钢丝应力中的横载应力很大而活载所占比例非常小（紧8%左右），而这部分很大的横载应力是比较可靠稳定的，所以将其安全系数从过去惯用的2.5降低到2.2。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根直径

5.23mm的钢丝，全桥总共用钢丝57700t。本桥主缆在紧缆并缠包后的直径为1120mm，居世界第一。另外，本桥在主缆施工时首创采用直升飞机架设导索。本桥首次采用强度为2000MPa的镀锌钢丝来制造猫道承重索，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。另外，本桥主缆除采用常规的防腐体系之外，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所包封的缝隙内，借以达到防潮去腐。也可以说，本桥跨度的世界之最是依靠上述设计与施工细节的世界之最来取得的。

4.工程难点：加劲桁梁的架设

日本明石海峡大桥加劲桁梁的架设具有以下特点：(1)采用以平面衍架节段进行伸臂架设大跨度悬索桥加劲衍梁的架设方法可分为以平面衍架节段来作伸臂架设，以及在正下J将衍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ii 的工程作业海域内以及海岸填土修筑的锚靛作业场岸壁前面可以长时间的使用海面；另外，d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全济，因此采用平面衍架节段来进行伸臂架设。平面衍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面采用无铰的施工方法。

(2)边跨的架设是从锚徒往桥塔方面进行

以前的采用平面衍架节段进行伸臂架设的悬索桥，边跨一般都