日本橋梁介紹解讀

1、日本的城市大跨徑橋梁介紹在考察中，我們對日本在城市大跨徑橋梁建設(shè)中的成就和創(chuàng)新理念留下了深刻的印象，其橋梁結(jié)構(gòu)主要采用懸索橋和斜張橋，下面分別介紹東京彩虹大橋、明石海灣大橋、港大橋下津井瀨戶大橋、因島大橋、多多羅大橋和生口大橋的相關(guān)情況。1 日本東京彩虹大橋圖1系東京著名的彩虹大橋。人們來到東京第一個觀賞的地標式建筑應(yīng)是彩虹橋。這是一座連接?xùn)|京臺場和芝浦的全長918 m的懸索結(jié)構(gòu)橋， 是日本首都東京一條橫越東京灣北部，連接港區(qū)芝浦及臺場的大橋。東京彩虹大橋的結(jié)構(gòu)為三跨二鉸加勁桁梁式懸索橋，其正名稱為“首都高速道路11號臺場線東京港聯(lián)絡(luò)橋”，于1987年動工，1993年8月26日建成通車。圖1

2、東京著名的彩虹大橋彩虹大橋全長798 m,主橋跨徑為570 m。橋梁分為上下兩層，上層為首都高速道路11號臺場線，下層的中央部分為新交通臨海線（東京臨海新交通臨海線）的路軌，兩側(cè)為一般道路，包括國道 357號行車道及行人道。單車及50cc以下的機車禁止使用彩虹大橋,橋上設(shè)有人行道，游人可伴著徐徐的海風漫步在彩虹橋上,飽覽東京的景色。如今東京彩虹橋優(yōu)美的白色橋體結(jié)構(gòu),早已成為東京臨海的重要景觀。在橋梁工程籌建之時設(shè)計者就充分考慮了景觀要求，并將夜景照明作為其橋梁主體規(guī)劃的重要內(nèi)容。大橋的照明分4個部分，主要是主塔懸索大梁和拋錨處。這些部分的照明優(yōu)美協(xié)調(diào)并形成一個完整的統(tǒng)一體,同時又不失各自的特點

3、。景觀照明隨季節(jié)日期和時間作相應(yīng)變化，并創(chuàng)造出豐富的景觀效果。從生態(tài)平衡的角度充分考慮了節(jié)能，其主塔日光下的光色隨季節(jié)發(fā)生變化(夏季白色,冬季暖白)，其感官在心理上可產(chǎn)生非視覺上的效果。兩座支撐大橋的橋塔使用白色設(shè)計，令彩虹大橋與周圍的景色相協(xié)調(diào)和共融。在懸索橋面的纜索上設(shè)置有紅、白、綠3 色光源，并采用日間收集來的太陽能作為能源，在 晚上來點綴彩虹大橋。彩虹大橋的景色已成為日本近年一個新興的觀光勝地，其下層外側(cè)的行人道,讓行人可徒步過橋。2 日本明石海峽大橋日本明石海峽大橋系世界上目前最長的懸索橋,它位于日本神戶市與淡路島之間，橫跨于本州島與四國島， 全長3911 m，也是世界上最長的雙層橋

4、梁。大橋的主跨為 1991 m(960 m+1 991 m+960 m)的懸索橋，兩座主橋墩海拔297 m，基礎(chǔ)直徑80 m，水中部分高60 m。兩條主鋼纜每條約4 000 m，直徑1.12m, 由290根細鋼纜組成,重約5萬噸。大橋于1988年5月動工，1998年3月竣工。世界最強級的阪神大地震也未能將其震撼，展現(xiàn)了其卓越的設(shè)計與施工水平。明石海峽大橋橋面設(shè)有6車道，通航 凈空高為65 m。大橋為三跨二鉸加勁桁梁式懸索橋，鋼橋283 m,高出333 m，橋?qū)?5.5 m，雙向6 車道，加勁梁14 m，抗震強度按1/150的頻率，能承受8.5級強烈地震和抗御150 a 一遇的80 m/s 的暴

5、風,是連接日本內(nèi)陸工業(yè)的重要紐帶。明石海峽大橋最終實現(xiàn)了日本人把4個大島連在一起的愿望，創(chuàng)造了 20世紀世界建橋史的新紀錄，總投資約40億美元。 在大橋的建設(shè)過程中，工程技術(shù)人員首次采用了 “海底穿孔爆破法”、“大口徑掘削法”和“灌漿混凝土”等新技術(shù)，克服了許多難以想象的困難，終于建成了這座技術(shù)先進、造型美觀的現(xiàn)代化跨世紀大橋。這座跨海大橋總長度達37 km,跨海長度為9.4 km。作為鐵路公路兩用橋，不僅其總長度 是世界第一，其最高的一座橋塔局194 m,相當于一座50層大廈的高度。明石海峽大橋首次采用1800 MPa級超高強鋼絲，使主纜直徑縮小并簡化了連接構(gòu)造,首創(chuàng)懸索橋主纜，這也是第一座

6、用頂推法施工的跨谷懸索橋。該橋2根主纜直徑為 1122 mm,為世界上直徑最大的主纜；主纜鋼絲的極限強度為1800 MPa,也是采用了創(chuàng)世界記錄的新技術(shù)、新工藝。主纜由預(yù)制平行鋼絲束組成，這項工藝也適用于同樣規(guī)模的懸索橋。牽引鋼絲由直升飛機牽引跨越明石海峽，這是世界上首次應(yīng)用的新工藝。 1995年1月，日本神戶地區(qū)發(fā)生里氏7.2級地震，造成約5 000人死亡。震中位于明石海峽大橋南端，距神戶幾公里。明石海峽大橋經(jīng)歷了一次嚴峻的抗震檢驗，因為橋址處的震級也接近里氏8 級，當時距該橋50 km遠的橋梁與建筑都已經(jīng)倒 塌。地震發(fā)生時，該橋剛剛完成橋塔與主纜施工工作，開始架設(shè)加勁梁。根據(jù)研究成果表明，

7、明石海峽大橋設(shè)計荷載可承受里氏8.5級地震。該橋在阪神地震中僅有微小損壞，由于地面運動，兩塔基礎(chǔ)之間的距離增加了80 cm,橋塔頂傾斜了10 cm, 使主跨增加了近80cm,從而接近于1991 m，主纜垂度因此減少了 130 cm。大橋的建成使大阪、神戶通往四國地區(qū)的交通十分便利。每到夜晚，大橋被華麗彩燈環(huán)繞，仿佛一串絢爛珠鏈橫跨海灣，由此 而得“珍珠橋”的美名。在橋梁的周圍，開辟了眾多觀光設(shè)施，成為廣受游人歡迎的旅游勝地。3日本瀨戶大橋 日本下津井的瀨戶大橋，位于本四連絡(luò)橋工程中兒島一坂出線上。大橋于1981年7月12日動工，1988年4月10日竣工。日本下津井瀨戶大橋是瀨戶大橋工程的組成部

8、分之一，跨越下津井海峽，連接柜石島和本州島上的鷲羽山。大橋的主跨為940 m(跨徑布置為:230 m+940 m+230 m)，主梁采用鋼梁，矢高94 m，加勁梁高13 m，寬30 m, 鋼索間距35 m，左塔高146.08m,右塔高148.91 m。 大橋的上層為4車道公路，下層為線鐵道。該橋為單跨公鐵兩用懸索橋，全長1447 m，上層為4車道公路，下層為鐵路，通航凈空31 m。這座大橋與本州四國聯(lián)絡(luò)橋工程中其他懸索橋的不同之處在于：該橋主纜在本州島側(cè)采用了隧道式錨碇方案，鋼塔及主纜安裝架設(shè)中采用了空中架線法(AS)施工。橋梁一端靠近鷲羽山以便車輛及列車下橋后可以迅速駛?cè)怂淼?。采用空中架線法

9、及隧道式錨碇的主要目的在于避免位于隧道附近的錨碇尺寸過大。主纜直徑930 mm, 由24288根直徑5.37 mm的鋼絲組成。這座大橋工期長達9年6個月，是世界橋梁史上的空前杰作。瀨戶大橋為鐵路公路兩用橋，是由兩座斜拉橋、三座吊橋和三座桁架橋組成，是目前世界上最大的跨海大橋。它北起本州的岡山縣，猶如一條灰白色的鋼鐵巨龍,穿過世界上唯一的一條鐵路、公路上下分開的兩層式隧道，彎曲和大方地跨海越洋，向南直奔日本四國香山縣。大橋在海中越過5 座島嶼，從遠處眺望，5座小島就象5顆璀燦的綠色明珠，被一根銀線串在了一起。由于瀨戶水域的水下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，水面寬闊，加之臺風經(jīng)常肆虐等不利因素，給大橋的設(shè)計和建設(shè)

10、帶來了諸多難題。根據(jù)設(shè)計標準,大橋可抵抗里氏8.5級大地震和風速為60 m/s的大風。大橋建成后，不僅方便了兩岸交通,也為瀨戶水域增添了一處人造景觀，使日本西部這一頗負盛名的游覽地錦上添花。為此，在日本四國的香山縣建立了瀨戶大橋紀念館（也稱本四聯(lián)絡(luò)橋紀念館）,通過展出可以幫助人們認識和了解這座“世界第一橋”的真面目和建橋的艱辛過程。4日本因島大橋因島大橋是日本本四聯(lián)絡(luò)線上的一座三跨雙鉸加勁桁梁式懸索橋，其跨度布置為250m+770 m+ 250 m。大橋于1977年1月31日動工興建，1983 年12月4日竣工。主纜采用工廠預(yù)制平行鋼絲股纜，直徑為62.6 cm。塔高123.75 m,為有交叉

11、斜撐的桁架式鋼塔。加勁桁梁高9 m,兩主桁中心距 26 m，上層橋面設(shè)汽車道4道，下層設(shè)4 m寬的自 行車道和人行道。這座大橋建成30年來運行良好，在大型跨海大橋的經(jīng)濟性、安全性和耐久性的 建設(shè)實踐中給人們提供了成功的經(jīng)驗。5日本多多羅大橋多多羅大橋位于日本瀨戶內(nèi)海，它是連接廣 島縣生口島及愛媛縣的大三島之間的一個重要的交通通道。大橋于1992年4月開工建設(shè)，1999年 竣工，同年5月1日啟用。大橋采用斜拉橋結(jié)構(gòu)， 主跨長890 m，最高橋塔為224 m的鋼塔，系當時世界上最長的斜拉橋。其連接引道全長為1480 m, 設(shè)有4個行車道，并設(shè)行人及自行車專用通道，屬于日本國道317號的一部分。10

12、年后，其世界最長斜拉橋和最高橋塔的紀錄被2008年建成通車的中國蘇通大橋打破，蘇通大橋跨徑1088 m，混凝土橋塔高300.4 m。多多羅大橋全橋長1 480 m。1993年原計劃 修建一座對稱布置的三跨兩鉸以桁架作為加勁梁的懸索橋。由于懸索橋鋪旋基礎(chǔ)需巨大的開挖量， 破壞了生口島國家公園的景觀，同時專家們認為， 在活動地震帶上和臺風區(qū)建設(shè)一座世界級斜拉橋技術(shù)可行性研究上需充分論證，最終確定與懸索橋主跨徑完全相同的斜拉橋方案。既可避免開挖錨碇坑破壞生態(tài)的弊端，而且可以節(jié)省建設(shè)資金和縮短工期；同時，更有利的是斜拉橋的動力穩(wěn)定性比懸索橋的要好，剛度也較大。多多羅大橋采用的結(jié)構(gòu)型式為三跨連續(xù)復(fù)合箱梁

13、斜拉橋，跨徑布置為270 m+890 m+320 m,兩邊跨布置因地形和施工條件的原因是不對稱的， 其邊、主跨徑之比分別為0.3和0.34，比一般斜拉橋的邊、主跨徑比0.4要小。這座當時世界上最大的斜拉橋的成功建成，共采用4項創(chuàng)新技術(shù)作為大橋的支撐:(1)每一跨都由其輔助墩來平衡其重量，承受與重力相反的作用力。邊跨外端是混凝土梁，與邊跨其它部分及中跨的鋼梁形成整根混合材料梁。（2)邊跨被設(shè)計成短、重、高剛度的特性來 平衡長且輕的中跨，從而有效地形成良好的穩(wěn)定。 斜拉索采用雙索面，呈復(fù)扇形編放，并被錨固在倒 Y型的塔頂上某一錨固點來提高梁的抗扭剛度。 (3)塔和梁的截面以及纜索的形狀都經(jīng)過特殊設(shè)

14、計， 并通過其結(jié)構(gòu)框架的獨立性來確?？諝鈩恿Ψ€(wěn)定性的要求。（4)在建筑梁體的過程中不需要任何水中臨時支撐，梁體的節(jié)段由梁懸臂端的掛籃支承其重量,其過程依賴于主跨、邊跨相對于塔的平衡 控制，施工中最大懸臂長度達到435 m,這在當時世界建橋技術(shù)上是巨大的突破。6日本有明海岸的4座大橋日本有明海岸4座大橋之一的斜張橋矢部川大橋。它位于有明海的北部地區(qū)，連接福岡縣大牟田市和佐賀縣鹿島市，全長約55 km,是高等級高速道路的大型橋梁，其中的4座橋梁系有明海沿岸高速道路上修建的具有特色的橋梁 。主跨261 m的矢部川大橋，斜張橋的主塔為A 型。當時在上部結(jié)構(gòu)施工過程中，確認橋塔基礎(chǔ)下沉，實施了 “預(yù)加荷

15、載”、“強化主塔基礎(chǔ)周邊摩擦”、“上部結(jié)構(gòu)體外力筋采用高強度預(yù)應(yīng)力筋”等工程措施，確保橋梁100年使用壽命的安全性。由于有明海沿岸表層堆積著被稱為有明黏土的軟弱的沖積黏性土，為合理經(jīng)濟地修建橋梁，日本建設(shè)者針對軟弱地基采用了一些有益措施，如采用輕質(zhì)填土和加固土墻組合以減輕橋臺背面土壓，采用現(xiàn)場土和短纖維的氣泡混合輕質(zhì)填土，采用復(fù)合地基，等等。目前大橋的運行狀態(tài)良好。7日本生口大橋生口大橋位于日本廣島縣尾道市，連接生口島和因島，是西瀨戶大橋機動車道的重要組成部分之一。大橋采用斜拉橋結(jié)構(gòu)，全長790 m,主跨490 m, 于1986年5月18日開工建設(shè)，1991年12月8日正式建成通車，成為西瀨戶

16、機動車道上主跨第五長的大橋，同時也是當時世界上主跨最長的斜拉橋。 該橋在日本首次采用了混凝土梁邊跨與鋼箱梁主跨相結(jié)合的設(shè)計結(jié)構(gòu)。大橋的主跨結(jié)構(gòu)采用490 m鋼箱梁、邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,為大跨度公路斜拉橋。它既是本州四國連絡(luò)橋中率先采用的混合梁結(jié)構(gòu)形式，也是日本第一座混合梁斜拉橋。為分析該橋拉索系統(tǒng)中拉索的動力響應(yīng)規(guī)律，并掌握其自振頻率、結(jié)構(gòu)阻尼等固有振動參數(shù)及其特性，于1991年 10月下旬至11月上旬,采用大型起振機，實施了生口橋大幅值振動特性試驗。當時，在柔度較大的長大橋梁中，橋梁抗風穩(wěn)定性是個十分重要的研究課題。很難從理論上量化評估結(jié)構(gòu)物的阻尼特性，并且日本抗風載設(shè)計規(guī)范中所給出的

17、限值也只是經(jīng)驗值，所以通過大量試驗積累實測數(shù)據(jù) 是十分重要的。在箱形梁斜拉橋的振動試驗中，采用了以往采用的小型起振機和采用吊鏈使重錘分段逐級升降的方法進行振動試驗。這種測試方法由于激振物的能量所限，使得橋梁發(fā)生的振動幅值較小，不能掌握橋梁大幅值振動狀態(tài)下的動力特性。因此研究試驗最終采用日本四公團大型起振機，并以風洞試驗大綱規(guī)定的用于評定結(jié)構(gòu)阻尼特性所必須達到的橋梁振幅值為控制指標，以生口橋為對象實施了強迫激振測試。當時以日本生口大橋為代表的世界混合梁斜拉橋，其中跨大部或全部采用鋼主梁，兩側(cè)部分或全部采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁。這種斜拉橋和單一的混凝土梁或鋼梁斜拉橋相比有其自身的優(yōu)勢：其在主梁受力和變形

18、方面，由于邊跨主梁的剛度和重量較大，從而減小了主跨的內(nèi)力和變形，可減少并避免邊跨端支點出現(xiàn)負反力；其次，在造價方面，由于減少了全橋鋼梁長度，從而節(jié)約了費用。 應(yīng)該指出，鋼梁與混凝土梁的結(jié)合段是結(jié)構(gòu)特性 和材料特性突變處,易形成結(jié)構(gòu)的弱點，必須采取科學(xué)、合理的連接方式來處理。同時，結(jié)合段剛度 的匹配也十分重要，應(yīng)在結(jié)合段的鋼截面與混凝土截面處漸變剛度。對于多跨斜拉橋，充分研究 合理的主跨與邊跨比例關(guān)系，選擇合理的混凝土梁與鋼梁的連接位置,并進行邊跨受力分析，以最大限度地發(fā)揮混凝土的作用，使之既能滿足受力要求，又能達到經(jīng)濟、合理、便于施工的目的。在上述方面,生口大橋都為我們提供了可借鑒的經(jīng)驗。3結(jié)

19、語綜上所述，本文對日本城市橋梁發(fā)展歷史沿革進行了回顧，重點對典型大跨徑城市橋梁逐一 介紹，力求使讀者了解日本大跨徑城市橋梁建設(shè) 和設(shè)計的總體水平。眾所周知，橋梁造型藝術(shù)積聚著濃厚的民族文化內(nèi)涵，蘊藏著不同國家、不同民族審美傳統(tǒng)、 聰明才智和精湛技藝，也應(yīng)成為人類文明交流的紐帶，因此我們應(yīng)從日本精美的橋型設(shè)計和現(xiàn)代橋梁建設(shè)上汲取有益的營養(yǎng)成分，創(chuàng)造性地從事我們的橋梁設(shè)計。本文所介紹的日本著名的大跨徑城市橋梁，以其鮮明的形象、強烈的藝術(shù)感染力，展現(xiàn)了橋梁作為人類所建造的最古老、最壯觀、最美麗的建筑 工程之一的藝術(shù)魅力。筆者認為，橋梁建筑不僅要表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定連續(xù)、強勁穩(wěn)固的力感和跨越能力，而且要有美的形態(tài)與內(nèi)涵，達到內(nèi)容和形 式上的