世界第一拱技術揭秘－解上海盧浦大橋5個第一

央視國際 (2002年10月08日 04:12)

　　東方網－新聞晨報消息：

　　第一次集納多種工藝建一座“等於”三座

　　和大多數採用螺栓連接的“鋼桁架式”拱橋不同，盧浦大橋是世界上第一座全焊接鋼結構拱型大橋。由於我國還沒有建造500米以上拱橋的先例，盧浦大橋首次集斜拉橋、鋼拱橋、懸索橋三種不同類型橋梁的施工工藝于一身。據盧浦大橋總設計師林元培介紹，這在世界上也是第一次。

　　一個個連續的大鋼箱是怎麼化作兩條“彩虹”的呢？據介紹，有的施工方法是先在陸地上把一節節拱肋全部拼裝起來，然後通過“轉拱”的辦法直接轉到江面上，但由於盧浦大橋的兩頭都是建築，無法採用此法。於是建設者在黃浦江兩岸建起了兩座128米高的全鋼臨時索塔，通過係在索塔上的斜拉架，採用斜拉橋建造工藝拉住拱肋，從而形成了拱。

　　而在拱肋被送上“天”的過程中，拱橋的建造方式發揮作用。等到鋼拱合龍，懸索橋的建造工藝也一顯身手。由於拱橋本身的重力，跨徑550米的盧浦大橋將産生約2萬噸的水平推力，因而兩“腳”踩在“泥淖”中的大橋可能會“垮”下。為平衡這股力，專家將為大橋安裝16根巨型水平拉索，使得水平索將大橋兩端緊緊地“捆綁”一起。

　　第一次設計獨特軟體隨時掌握大橋狀況

　　建造盧浦大橋在施工過程中需要進行多次不同造橋工藝的轉換，而且大橋的跨徑超長，其結構受力變化大，需要在建造過程中時時進行施工控制和調整措施。解決這些問題，都需要依靠計算機軟體這一“大腦”，可世界上找不到相應的計算軟體。

　　沒現成的可用，專家只得自己設計。在編制軟體前，林元培創造性地提出了“非線性薄壁空間桿件穩定有限元法”的計算理論。為了“雙保險”，市政設計院和同濟大學地基教研室兵分兩路，同時開發設計軟體。

　　據介紹，這套程序是目前世界上首個針對如此大型全焊接式鋼拱拱橋的設計計算機軟體，通過它可以驗證大橋的結構設計、整體是否穩定，其內容亦可計算各種類型橋梁內力。

　　第一次採用全焊接焊縫偏差連螞蟻都爬不過

　　盧浦大橋以全焊接連接代替螺栓連接，其難度在造橋史上是空前的。據江南造船廠專家顧心愉稱，上海之所以知難而上主要出於以下考慮———

　　美觀：如果用螺栓連接，一座大橋上密密麻麻都是螺帽和鐵索，看起來疙疙瘩瘩，美感會大打折扣。

　　經濟：僅鋼拱肋和風撐由栓接改為焊接，就可節約400多萬元的高強度材料及螺孔加工等費用。

　　提速：盧浦大橋如果採用栓接，則可能需要3－5年才能建成，比現在至少多花一倍的時間。以合龍段一頭栓接的拱肋為例，江南造船廠光打造這一個鋼箱就鑽了近1.5萬個螺孔，從製作鑽模板到完成鑽孔耗時2個多月。

　　機動：如果拼裝過程中産生誤差，可以立刻根據實際需要進行切割改動再安裝。

　　雖然焊接好處多多，但其難度也隨之增大。盧浦大橋採用的S355 N 鋼是種十分“嬌貴”的鋼材，上海建工的焊工用“繡花”一般的手法“熔和”鋼鐵，使每兩個碩大鋼拱肋之間的對接焊縫錯邊偏差都小于1毫米，連一隻小螞蟻也爬不過去。而經過浦東、浦西兩邊近50節拱肋、超過500米長的空間距離，兩邊到合龍段時的軸線（位置）偏差連5毫米也不到。

　　據上海建工王曉鴻介紹，盧浦大橋鋼板的厚度從6毫米到100毫米不等，焊接環境本身就很複雜，而氣溫、光照、大風、雨水、大橋自身的熱脹冷縮都會使鋼結構在焊接過程中産生裂縫或是偏差。

　　第一次安裝“安全帶”千年一遇的地震摧不倒

　　別看盧浦大橋“孤零零”地跨越江面，但它絕對稱得上“堅強不屈”。專家特別為大橋裝上了“安全帶”，使得大橋在950年一遇的特大地震作用下，可以保證鋼板不開裂，鋼筋不會被拉斷。即使遇上3280 年一遇的超強地震，它也有足夠的變形能力，在強烈震動下左搖右擺上抖下晃，但絕對不會倒塌。

　　據同濟大學抗震專家胡世德介紹，盧浦大橋必須考慮抗震，但主跨550米鋼拱橋的抗震設計，在我國根本無規範可循。為此，同濟大學土木工程防災國家實驗室橋梁抗震研究室的專家們編制了《城市橋梁抗震設計規範》，這也將可能成為我國今後此類橋梁的首部抗震標準。和普通的抗震規範不同，新規範不僅能驗算大橋強度的抗震能力，還能驗算大橋的變形能力。

　　特別要指出的是，為保證大橋在車輛的制動力、風力、地震力等水平力的作用下，伸縮縫兩側的橋面不發生碰撞，大橋還安上了四條“安全帶”。在大橋的二根中間橫樑上，專家各放置了兩個3米長的粘滯阻尼器。一旦大橋發生劇烈震動，這個裝置立刻會産生很大的阻尼力，起到緩衝作用，一下子“拉”住大橋，防止兩邊橋面與中間産生劇烈碰撞和震動。在如此規模的巨型拱橋上運用阻尼器，世界上還是第一次。

　　第一次設置導風器12級強風正面襲擊也不怕

　　上海位於東南沿海地區，受颱風、寒潮引起的大風影響很大，尤其是盧浦大橋拱跨是“實腹式”的，迎風受力面積更大，因此盧浦能否“迎風挺立”必須考慮。

　　為了提高測算精確性，同濟大學風動實驗室的專家收集齊了圍繞上海市區的三個氣象站———寶山、龍華和川沙氣象站連續35年來每天的最大風速及其相應風向的記錄。通過對這6萬多個數據的統計，專家們精確地“製造”出盧浦大橋橋位上可能遇到的16個方向的大風風速及風環境。然後，專家根據橋位的地形地貌環境製作了一個1：500 的地形模型進行風洞實驗。這種做法尚屬國內首創。

　　在整個實驗的最後階段中，通過1：100 全橋模型風洞試驗中，專家證實大橋整體抗風穩定性能優良，幾乎不可能發生顫振等致使大橋倒塌的振動。專家同時發現，大風在穿過“橋拱”後産生了一系列旋渦，這些旋渦激發了渦激共振，特別是施工階段，“大橋”振動幅度可達幾十多厘米，這在施工階段和成橋狀態都是一種隱患。

　　發現這一隱患後，專家立刻開出藥方，為大橋“涂”上一層“潤滑油”———導風器，通過在大橋拱頂設置多個建築膜結構以“導通大風”。有關試驗結果表明，狂風經過這些“潤滑油”就像汽車行駛于冰面，會加速離開拱肋。由於國外多座大型拱橋都是空腹式，不存在渦激共振的問題，因此這一方法目前可能也是世界首創。

　　據同濟大學抗風專家葛耀君介紹，目前盧浦大橋能抵抗12級強風的正面襲擊。

　　盧浦大橋的建造體現了當代世界最高造橋水平，整個大橋工程科技含量極高。在大橋合龍之際，上海市科委請來5名參與設計、施工的專家，解讀了關於大橋技術上的五個“第一次”。（晨報記者倪傑）

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