最近南京长江大桥刷屏了,经过封闭大修2年之后,长江大桥焕新归来。南京人民激动不已!南京长江大桥是公路铁路二用连续梁钢体结构桥,是现代中国最出名的一座桥梁。
南京长江大桥南京长江大桥
大桥上层的公路桥长米,车行道宽15米,可容4辆大型汽车并行,两侧还各有2米多宽的人行道;下层的铁路桥长米,宽14米,铺有双轨,两列火车可同时对开。其中江面上的正桥长米,其余为引桥,公路引桥采用富有中国特色的双孔双曲拱桥形式。
大桥共有9个桥墩,最高的桥墩从基础到顶部高85米,底面积约平方米,比一个篮球场还大。正桥的桥孔跨度达米,桥下可行万吨巨轮。整座大桥如彩虹凌空江上,十分壮观。
在桥下仰瞻桥头堡表面因为历经沧桑而略显破败,然整体仍巍巍峨峨不见颓势。南京长江大桥江中正桥为钢桁梁结构,梁上架钢轨是为铁路桥,铁路桥两侧是米字形钢架,支撑着上方的公路桥。
大桥公众开放日,南京市民涌向桥面大桥主体的钢桁梁结构具有较多优点:
(1)材质均匀,可靠性高钢材组织均匀,接近于各向同性匀质体。钢材由钢厂生产,控制严格,质量比较稳定。钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果,所以钢结构可靠性较高。从桥下可以看出虽然大桥历经风雨近四十载,但其刚体结构依然完好,与老照片无甚区别。
(2)强度高,重量轻钢材强度较高,弹性模量亦高,因而钢结构构件小而轻。其密度与强度的比值一般小于混凝土和木材,从而在同样受力情况下钢结构自重小,可以做成跨度较大的结构。因而大桥上铺设的是钢结构大跨度连续梁。
长江大桥细部(3)塑性和韧性好钢结构的抗拉和抗压强度相同,塑性和韧性均好,适于承受冲击和动力荷载,有较好的抗震性能。因此大桥能经受大荷载火车使经时的强大压力和震动。
(4)便于机械化制造钢结构由轧制型材和钢板在工厂制成,便于机械化制造,生产效率高,速度快,成品精确度较高,质量易于保证,是工程结构中工业化程度最高的一种结构。这也是在那个技术水平较为落后的年代建设长江大桥的最理想的一种结构。
优点不是绝对的。钢结构也有其缺点:
(1)耐火性差钢结构耐火性较差,钢材表面温度达~℃以后,其强度和弹性模量显著下降,℃时几乎降到零。因此火灾可以对桥体造成致命破坏。据说美国世贸大厦的倒塌就是因为飞机撞楼引起的高温大火破坏了支撑大厦的钢体结构而引起的。
(2)耐锈蚀性差钢结构耐锈蚀性较差,特别在潮湿和有腐蚀性介质的环境中,容易锈蚀,需要定期维护,增加了维护费用。从桥下可以看出大桥钢架涂有防锈涂料而成暗灰色。在桥梁和桥头堡的连接出已是锈迹斑斑。年,长江大桥进行了建成30年来首次大修工程,此后,几乎每一年都要修桥。如今更是进行两年封闭式的大修,其中用于防锈防腐蚀所耗费资金恐怕不在少数。
钢结构(3)耗钢量极大建造钢结构桥需要大量高质量的钢铁,其耗费之巨远远超出其他结构的桥梁。南京长江大桥建成总耗资2亿多人民币,对比当时的GDP,建造这座大桥可以说是倾全国之力。
(4)冷热伸缩明显钢铁热胀冷缩的性质大于其他材料,热胀冷缩会长期对桥体造成破坏,影响桥梁寿命。而且由于长期超负荷运行,长江大桥部分桥面伸缩缝已严重损坏,不得不年年检修来维持大桥的运作。
钢结构桥优缺点皆具,在现代桥梁建设中仍大量采用。而我国是最早用钢铁结构来建造桥梁的国家之一。比较著名的是铁链桥,它是从竹索桥演变来的。现存的最早铁链桥之一为云南省永平与保山之间跨越澜沧江的霁虹桥,始建于明朝成化年间,几经重修。桥总长.4m,两岸桥台伸入江中,净跨57.3m,宽3.7m,底部承重铁链16根(现存14根),栏杆铁链左右各一根。著名的中国红军长征经过的四川省泸定大渡河上的泸定桥,建成于清朝康熙年间,净跨m,宽2.7m,共有铁链13根,每根重约1.6t多。在当时条件下在水流急湍的河道上架起这样长的铁链桥,工程是相当艰巨的。
这些桥梁都是我国劳动人民的聪明才智和创造力的结晶,它们为现代钢结构桥梁的建设积累了丰厚的经验。因此在中苏关系恶化,苏联撤走在华桥梁专家后,我国仍能依靠留学回归的科学家和古代桥梁建设技术独立自主的建成南京长江大桥。
南京其他跨江桥梁
现在南京的长江面上又多了四座公路桥,那就是南京长江二桥、三桥、四桥以及在建的五桥。
二桥二桥南汊桥为钢箱梁斜拉桥,主桥长,主垮米,在世界同类型的桥梁中位居第三,为中国第一。
三桥三桥位于现南京长江大桥上游约19公里处的大胜关,全长约15.6公里,其中跨江大桥长米,主桥为跨径米的双塔双索面钢塔钢箱梁斜拉桥。是国内第一座钢塔斜拉桥,也是世界上第一座弧线形斜拉桥。
四桥四桥位于南京长江第二大桥下游约10公里处,是中国跨境最大双塔三跨悬索桥,在同类桥型中居世界第三。
五桥施工现场五桥位于南京长江三桥下游约5公里处,为桥隧结合设计,其主桥为三塔斜拉桥。斜拉桥
就大范围来看,二桥、三桥、五桥都是斜拉公路桥,与大桥有很大不同。作为斜拉桥它们有共同的技术特点,这些特点主要是:
(1)斜拉桥就塔墩墩距来说,是大跨径,可以做到一般形式的桥都难做到的特大跨径;但就梁来说,由于拉索支撑,尤其在密索时,却是小跨径,因此梁高可以做得很小。显而易见,为了减少梁身的挠度和改善梁身的受力,必须保证和尽可能加强拉索的刚度。现在斜拉桥的梁高可以做到跨径的1/~1/,甚至更小,这是其他桥型难于做到的。因此像横跨长江这样需较大跨度的桥梁会采用斜拉方式。
(2)由于拉索是弹性支承,因而支承刚度(主要决定于拉索面积)是可变的,另外还可对拉索施加预应力。因此,可以适当调整拉索刚度(面积)和预应力以使梁、塔各主要部位的位移和内力达到比较理想的程度(主要在恒载情况下),试算和调试初张力是斜拉桥设计施工的重要特点之一。
(3)拉索的水平分力对混凝土梁身是十分有利的免费预压应力。如果施工是拉索内力调好后最后在跨中合龙,跨中基本上不产生多少恒载拉力,活载拉力也是不大的。
(4)塔两边拉索的水平分力产生的弯矩应当尽可能作到平衡使塔身尽量不受或少受到恒载不均衡弯矩,这是保证塔身稳定的关键,同时也减轻了徐变应力。
(5)由于缆索直接锚固在粱上组成三角形构造,斜拉桥的动力稳定性比悬索桥好得多。
(6)斜拉桥桥索方便更换,维修养护更容易,因此使用寿命更长。
(7)另外斜拉桥也是重要的景观建筑,可以体现一个城市甚至一个国家的建筑技术。
悬索桥的特点
既然斜拉桥那么多优点,为什么南京长江四桥要选用悬索桥呢?其实不光四桥,江苏境内润扬大桥、泰州大桥、江阴大桥都是悬索桥。这是因为悬索桥也有其独特的优点。
美国著名的金门大桥就是悬索桥(1)相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高,容许船在下面通过,在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩,因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。
(2)悬索桥比较灵活,因此它适合大风和地震区的需要,比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。
(3)悬索桥的坚固性不强,在大风情况下交通必须暂时被中断。
(4)悬索桥不宜作为重型铁路桥梁。
(5)悬索桥的塔架对地面施加非常大的力,因此假如地面本身比较软的话,塔架的地基必须非常大和相当昂贵。
(6)悬索桥的悬索锈蚀后不容易更换。
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