桥梁工程|悬索桥是如何架设

本文是我在知乎的回答,原文悬索桥是如何架设

问题描述

为什么武汉鹦鹉洲长江大桥的钢梁从中间开始架设架设?悬索桥都是这样修的吗

前几日陪朋友到武汉长江大桥附近游玩,坐在江边看到远处一个正在施工的跨江大桥修到了一半,而其完成的部分都是在桥的最中间。这在我一个对桥梁建筑没有太多了解的人看来有有点出乎意料的。请问为什么要从桥中间往两边修?当代大部分的桥都是这么修的嘛?最开始修的时候建筑材料是怎么搭建的?谢谢。

我根据题主的描述,推测你说的应该是武汉鹦鹉洲大桥。如下图:

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图片来自:武汉鹦鹉洲长江大桥安装箱梁

鹦鹉洲大桥的类型

百度百科资料:

武汉鹦鹉洲长江大桥是湖北省武汉市长江上第八座长江大桥,距武汉长江大桥约2.3公里,距杨泗港长江大桥2.4公里,是规划的新内环线的重要组成部分。由于鹦鹉洲大桥位于“万里长江第一桥”上游不足3公里处,又处在“龟蛇锁大江”的城市主城景观和黄鹤楼的景观视线内,鹦鹉洲大桥桥型设计,首先放弃了武汉桥型最多的斜拉桥,避免了近200米高的主塔对城市景观的影响。

该桥建成后如下图:

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从以上资料,我们可以知道这座桥是悬索桥,专业全名为:主跨跨径为2×850米的三塔四跨地锚式悬索桥

  • 主跨,即为三座桥塔相邻的跨越距离,2×850米;
  • 四跨,其中的两段是三座桥塔之间的桥跨,另外两部分是桥塔和江岸之间由悬索支承的桥跨;
  • 地锚,悬索两端锚固在陆地的锚锭(图中看不到)上,相对于自锚结构而言;

从跨中向两端施工技术

题主作为非专业人士能提出这个问题很好,不过“桥梁为什么从中间开始修”这个不够准确,准确的表达为“为什么鹦鹉洲大桥从跨中向两端架设箱梁”。
这个问题涉及到悬索桥的施工技术流程,悬索桥也有很多子类别,不同的跨度、地理条件会选择不同的施工技术,
从架梁的顺序上可以分为三种类型:

  • 从跨中向两端施工,典型悬索桥,如鹦鹉洲大桥、矮寨大桥
  • 从两端向跨中施工,少部分悬索桥,如日本明石海峡大桥
  • 支架现浇同步施工,仅适用于小跨径、浅河床,如佛山平胜大桥
  • 主梁顶推施工,从一段到另一端,如湘江三汊矶大桥

与鹦鹉洲大桥施工技术对应的典型悬索桥施工流程如下图所示:

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这种典型施工技术适用于跨越宽阔水域(大江大河、海峡湖泊)的悬索桥,好处在于利用桥下航道,通过船舶运输、吊装钢梁构造。
另外一个可能的好处(我暂不确定)在于,从跨中开始修建,相当于直接合龙,可以直观的理解为桥面从中点向两边生长,而不是两端分别生长,在中间对接。考虑到桥梁的大跨度(动辄800米以上)、主缆的柔度变形(类比家里的晾衣绳)、风荷载影响(金门大桥横向振幅可达3米以上)、钢梁大吊装重量(上百吨),跨中对接合拢的难度不小。

此外,一些跨越峡谷的悬索桥也是以这种方式施工的,如矮寨大桥,主跨为1176m,跨越330米深的矮寨大峡谷。

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轨索移梁工艺进行主桁梁架设,即利用大桥永久吊索,在其下端安装水平轨索,再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道,实现由跨中往两端节段拼装大桥的钢桁加劲。

从两端向跨中施工技术

本人了解的范围内只有一例,明石海峡大桥:目前世界上最长的悬索桥,全长3911米,主桥墩跨度1991米,两座主桥墩海拔297米,基础直径80米,水中部分高60米。

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其钢桁架梁的架设过程,为从两端向中间,如下图所示:

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支架现浇同步施工技术

佛山平胜大桥是全国跨度最大的自锚式悬索桥,极具技术特色。主桥跨径布置为5×39.64m+40m+30m(预应力混凝土加劲梁及锚跨)+350m(钢箱加劲梁)+30m+29.6m(锚跨),全长680.20m。主桥采用独塔单跨四索面自锚式悬索桥,实现了三柱式独塔、分离双主梁、四索面支撑、混合加劲梁创新设计,降低了自锚式悬索桥施工难度、节省投资,做到景观艺术与结构的完美整合。

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从上图可以看出,该桥的主梁(钢箱梁)是在支架上拼装,完成后被钢缆吊起。采用这种施工方式的原因有:

本桥跨度不大,但在体系设计上较为创新,没有先例的事情,能保守就保守一点,支架施工总比高空作业更方便,施工控制也更简单
从图中可以看出,被跨越的河流通航要求不高,水深不大,桥面也不高(通航净空低),故可以架设支架

主梁顶推施工技术

主梁顶推施工技术一般用于梁桥施工,在悬索桥中极罕见。湖南湘江三汊矶大桥也是一座大跨度自锚式悬索桥,全长1442m,主桥主孔跨径达328m,边跨132m,两边对称排列。(大跨度是指在自锚类型中)。

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下图为顶推施工照片,注意“先梁后索”,与以上施工顺序均不同,在架设缆索之前进行钢梁架设。前端长出的钢梁叫做鼻梁,用于调节顶推受力。

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总结

以上是我搜集资料范围内掌握的悬索桥施工方法,悬索桥是一个很大的概念,不同的设计、地理、水文环境会决定不同施工方法。桥梁工程的一大特色即为:
桥梁施工在一定程度上决定桥梁设计。
推动桥梁向更大跨度发展的更多在施工技术的进步。

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