世界第一拱技术揭秘－解上海卢浦大桥5个第一

央视国际 (2002年10月08日 04:12)

　　东方网－新闻晨报消息：

　　第一次集纳多种工艺建一座“等于”三座

　　和大多数采用螺栓连接的“钢桁架式”拱桥不同，卢浦大桥是世界上第一座全焊接钢结构拱型大桥。由于我国还没有建造500米以上拱桥的先例，卢浦大桥首次集斜拉桥、钢拱桥、悬索桥三种不同类型桥梁的施工工艺于一身。据卢浦大桥总设计师林元培介绍，这在世界上也是第一次。

　　一个个连续的大钢箱是怎么化作两条“彩虹”的呢？据介绍，有的施工方法是先在陆地上把一节节拱肋全部拼装起来，然后通过“转拱”的办法直接转到江面上，但由于卢浦大桥的两头都是建筑，无法采用此法。于是建设者在黄浦江两岸建起了两座128米高的全钢临时索塔，通过系在索塔上的斜拉架，采用斜拉桥建造工艺拉住拱肋，从而形成了拱。

　　而在拱肋被送上“天”的过程中，拱桥的建造方式发挥作用。等到钢拱合龙，悬索桥的建造工艺也一显身手。由于拱桥本身的重力，跨径550米的卢浦大桥将产生约2万吨的水平推力，因而两“脚”踩在“泥淖”中的大桥可能会“垮”下。为平衡这股力，专家将为大桥安装16根巨型水平拉索，使得水平索将大桥两端紧紧地“捆绑”一起。

　　第一次设计独特软件随时掌握大桥状况

　　建造卢浦大桥在施工过程中需要进行多次不同造桥工艺的转换，而且大桥的跨径超长，其结构受力变化大，需要在建造过程中时时进行施工控制和调整措施。解决这些问题，都需要依靠计算机软件这一“大脑”，可世界上找不到相应的计算软件。

　　没现成的可用，专家只得自己设计。在编制软件前，林元培创造性地提出了“非线性薄壁空间杆件稳定有限元法”的计算理论。为了“双保险”，市政设计院和同济大学地基教研室兵分两路，同时开发设计软件。

　　据介绍，这套程序是目前世界上首个针对如此大型全焊接式钢拱拱桥的设计计算机软件，通过它可以验证大桥的结构设计、整体是否稳定，其内容亦可计算各种类型桥梁内力。

　　第一次采用全焊接焊缝偏差连蚂蚁都爬不过

　　卢浦大桥以全焊接连接代替螺栓连接，其难度在造桥史上是空前的。据江南造船厂专家顾心愉称，上海之所以知难而上主要出于以下考虑———

　　美观：如果用螺栓连接，一座大桥上密密麻麻都是螺帽和铁索，看起来疙疙瘩瘩，美感会大打折扣。

　　经济：仅钢拱肋和风撑由栓接改为焊接，就可节约400多万元的高强度材料及螺孔加工等费用。

　　提速：卢浦大桥如果采用栓接，则可能需要3－5年才能建成，比现在至少多花一倍的时间。以合龙段一头栓接的拱肋为例，江南造船厂光打造这一个钢箱就钻了近1.5万个螺孔，从制作钻模板到完成钻孔耗时2个多月。

　　机动：如果拼装过程中产生误差，可以立刻根据实际需要进行切割改动再安装。

　　虽然焊接好处多多，但其难度也随之增大。卢浦大桥采用的S355 N 钢是种十分“娇贵”的钢材，上海建工的焊工用“绣花”一般的手法“熔和”钢铁，使每两个硕大钢拱肋之间的对接焊缝错边偏差都小于1毫米，连一只小蚂蚁也爬不过去。而经过浦东、浦西两边近50节拱肋、超过500米长的空间距离，两边到合龙段时的轴线（位置）偏差连5毫米也不到。

　　据上海建工王晓鸿介绍，卢浦大桥钢板的厚度从6毫米到100毫米不等，焊接环境本身就很复杂，而气温、光照、大风、雨水、大桥自身的热胀冷缩都会使钢结构在焊接过程中产生裂缝或是偏差。

　　第一次安装“安全带”千年一遇的地震摧不倒

　　别看卢浦大桥“孤零零”地跨越江面，但它绝对称得上“坚强不屈”。专家特别为大桥装上了“安全带”，使得大桥在950年一遇的特大地震作用下，可以保证钢板不开裂，钢筋不会被拉断。即使遇上3280 年一遇的超强地震，它也有足够的变形能力，在强烈震动下左摇右摆上抖下晃，但绝对不会倒塌。

　　据同济大学抗震专家胡世德介绍，卢浦大桥必须考虑抗震，但主跨550米钢拱桥的抗震设计，在我国根本无规范可循。为此，同济大学土木工程防灾国家实验室桥梁抗震研究室的专家们编制了《城市桥梁抗震设计规范》，这也将可能成为我国今后此类桥梁的首部抗震标准。和普通的抗震规范不同，新规范不仅能验算大桥强度的抗震能力，还能验算大桥的变形能力。

　　特别要指出的是，为保证大桥在车辆的制动力、风力、地震力等水平力的作用下，伸缩缝两侧的桥面不发生碰撞，大桥还安上了四条“安全带”。在大桥的二根中间横梁上，专家各放置了两个3米长的粘滞阻尼器。一旦大桥发生剧烈震动，这个装置立刻会产生很大的阻尼力，起到缓冲作用，一下子“拉”住大桥，防止两边桥面与中间产生剧烈碰撞和震动。在如此规模的巨型拱桥上运用阻尼器，世界上还是第一次。

　　第一次设置导风器12级强风正面袭击也不怕

　　上海位于东南沿海地区，受台风、寒潮引起的大风影响很大，尤其是卢浦大桥拱跨是“实腹式”的，迎风受力面积更大，因此卢浦能否“迎风挺立”必须考虑。

　　为了提高测算精确性，同济大学风动实验室的专家收集齐了围绕上海市区的三个气象站———宝山、龙华和川沙气象站连续35年来每天的最大风速及其相应风向的记录。通过对这6万多个数据的统计，专家们精确地“制造”出卢浦大桥桥位上可能遇到的16个方向的大风风速及风环境。然后，专家根据桥位的地形地貌环境制作了一个1：500 的地形模型进行风洞实验。这种做法尚属国内首创。

　　在整个实验的最后阶段中，通过1：100 全桥模型风洞试验中，专家证实大桥整体抗风稳定性能优良，几乎不可能发生颤振等致使大桥倒塌的振动。专家同时发现，大风在穿过“桥拱”后产生了一系列旋涡，这些旋涡激发了涡激共振，特别是施工阶段，“大桥”振动幅度可达几十多厘米，这在施工阶段和成桥状态都是一种隐患。

　　发现这一隐患后，专家立刻开出药方，为大桥“涂”上一层“润滑油”———导风器，通过在大桥拱顶设置多个建筑膜结构以“导通大风”。有关试验结果表明，狂风经过这些“润滑油”就像汽车行驶于冰面，会加速离开拱肋。由于国外多座大型拱桥都是空腹式，不存在涡激共振的问题，因此这一方法目前可能也是世界首创。

　　据同济大学抗风专家葛耀君介绍，目前卢浦大桥能抵抗12级强风的正面袭击。

　　卢浦大桥的建造体现了当代世界最高造桥水平，整个大桥工程科技含量极高。在大桥合龙之际，上海市科委请来5名参与设计、施工的专家，解读了关于大桥技术上的五个“第一次”。（晨报记者倪杰）

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