“自锚上悬式悬带桥”为何没能得到推广

今天在查文献的时候,很偶然地看到了这张照片:

15098947_1

乍一看去,心里为之一惊!

后来才知道,这原来就是2010年的“桥梁界网红”:湖南洞口淘金桥——洞口淘金桥位于湖南省洞口县距县城15km的淘金村。该桥跨越渍水上游古楼河的木鱼塘峡谷,是一座自锚上承式悬带桥。桥长74m,设计跨径70m,矢跨比1/9,桥面宽4.5m 。于1989年1月建成通车。

看着这座桥,不得不佩服设计者吴琦瑛高工的魄力,带着强烈的好奇心,我去下载了他的论文《自锚上承式悬带桥的设计与施工》,一睹究竟。

国内第一,世界第四

1972年5月,林同炎大师在美国哥斯达黎加的设计了主跨108m的科罗拉多桥,1975~1977年期间,在东德易北河上建造了主跨100m的巴德·桑德桥、日本九州中部地区深谷川河上建造了主跨48m的速日峰桥——在这种特殊桥型家族中,淘金大桥是第四座,也是第一座自锚式的悬带桥。

15098947_5

15098947_7

林同炎主持设计的科罗拉多桥照片和施工过程示意图

创新的背后都是难题

我猜想土木工程师群体,尤其是直面桥梁、建筑结构、港口大坝等各类工程结构的工程师们,应当是最保守的一群人了。因为我们必须要在无法精确获知实际结构许多相关参数、工程材料特性,甚至连理论计算方法也不一定能够完全准确的基础上,还要最大限度地保障公共安全。所以可以想到,为什么全国兴建了这么多桥梁,基本桥型为啥就那么几种了吧,安全第一啊!

于是创新总是在遇到各种难以解决的问题,经过无数次内心的纠结和斗争之后才会诞生的产物。

吴工在他的论文里也提到了,之所以选择这种极为少见的桥型,主要是出于经济的考虑。桥梁的位置,进行支架施工的难度很大,而且他和相近跨径的拱桥、斜拉桥、桁架桥相比较,采用悬带桥方案的构件最大吊重大幅度减小——这可是在1989年进行施工的,在那个年代,山区里进行吊装作业应该是一件并不那么容易做到的事情。

而且论文中多次提到,在1979年就开始进行了模型试验,这是提前十年进行的科研研究,放到今天这应该是一个非常大的课题了。

它是一种特殊的悬索桥还是特殊的拱桥?

研究一下这座桥的受力模式,车辆行驶在桥面上,荷载通过桥面传递到排架上,排架把荷载传递到悬带,悬带呢,把荷载传递到主梁两端的锚固区。

对比一下悬索桥,荷载是从桥面到吊杆,从吊杆到主缆,再从主缆到锚固区。二者对比,主要受力构件,一个是悬带一个是主缆,只不过一个在桥面下,一个在桥面上,本质都是索-锚的柔性体系。

一个有趣的现象,此前还真没注意,看这个图:(图片来源自知乎@猪小宝的回答)

082e985edacab61521615dea8f0d37b1_r

如果将桁架上下颠倒,可以发现原来的拉杆全都受压,原来的压杆全都受拉,受力形式刚好相反!

所以说,悬带桥可不可以看做是“颠倒过来的拱桥”呢?

为什么没能被推广

工程师们是一个非常现实的群体,一旦看到某种结构形式优点很多,自然会纷纷效仿。但现实是,悬带桥此后几乎就没了踪迹,那是什么原因使得它被“束之高阁”了呢?

桥梁墩台的水平力。与外锚式悬带桥相比,自锚式减少了对桥台的拉力——想象一下用硕大的锚碇来为主桥提供水平拉力,还真是感觉有点怪怪的。把水平拉力转化为对主梁(连续T梁)的轴向压力,这是个不错的想法。但从目前的淘金桥照片看来,跨中竟然是向上拱起来的,明显已经破坏了线型,会不会是由荷载引起的悬带内力大,主梁内的轴向压力大,而悬带桥的施工方法又使其整体性差,于是就导致跨中出现了上挠?

在设计建造淘金大桥之前,吴工就是出了名的“节约能手”,他主持建造的第一座桥甚至把造价从28万降低到6万以内!要知道那可是一个物资紧缺的年代,于是他在设计领域的屡次冒险,甚至被写成了报告文学:《歌为冒险者高唱—记高级桥梁工程师吴琦瑛》。然而如今,随着技术与经济的发展,对于峡谷的跨越,拱桥、悬索桥已经非常成熟了,已经不再是必须用悬带桥才能解决实际问题的年代了。

我们也知道,桥梁的长期维护也是一项非常重要的工作。在悬带桥的结构体系里,悬带是主要的受拉构件,而且受拉的主要还是钢束,钢束外面包裹的混凝土部分是不参与受力的。混凝土这么弱的抗拉能力,在桥梁运营期间一定存在开裂现象,而开裂之后带来的钢束锈蚀很难被检测到,这对于桥梁运维是个巨大的挑战。

悬带桥在设计的时候,桥梁风工程相关研究应该还不够到位,据有做风载效应的同仁讲,这样的桥型受风的影响会比较大,而这对于峡谷中的桥是很不利的。

……

至于还有哪些原因,你愿意留下评论一起聊聊吗?

*欢迎转载,转载请标明来源:十千牛,文章地址: http://10kn.com/xuandaiqiao/

欢迎关注十千牛微信公众号

说不定我这一生涓滴意念,侥幸汇成河,而且是一条大长河

2 条评论

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *