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(duì)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(lái)到東京第一個(gè)觀賞的地標(biāo)式建筑應(yīng)是彩虹橋。這是一座連接?xùn)|京臺(tái)場(chǎng)和芝浦的全長(zhǎng)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(tái)場(chǎng)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(hào)臺(tái)場(chǎng)線東京港聯(lián)絡(luò)橋”，于1987年動(dòng)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(zhǎng)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(hào)臺(tái)場(chǎng)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(guó)道 357號(hào)行車道及行人道。單車及50cc以下的機(jī)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(fēng)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(shí)設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)完整的統(tǒng)一體,同時(shí)又不失各自的特點(diǎn)

3、。景觀照明隨季節(jié)日期和時(shí)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(jué)上的效果。兩座支撐大橋的橋塔使用白色設(shè)計(jì)，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(lái)的太陽(yáng)能作為能源，在 晚上來(lái)點(diǎn)綴彩虹大橋。彩虹大橋的景色已成為日本近年一個(gè)新興的觀光勝地，其下層外側(cè)的行人道,讓行人可徒步過(guò)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(zhǎng)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(guó)島， 全長(zhǎng)3911 m，也是世界上最長(zhǎng)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(xì)鋼纜組成,重約5萬(wàn)噸。大橋于1988年5月動(dòng)工，1998年3月竣工。世界最強(qiáng)級(jí)的阪神大地震也未能將其震撼，展現(xiàn)了其卓越的設(shè)計(jì)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?yàn)槿缍q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(qiáng)度按1/150的頻率，能承受8.5級(jí)強(qiáng)烈地震和抗御150 a 一遇的80 m/s 的暴

5、風(fēng),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(shí)現(xiàn)了日本人把4個(gè)大島連在一起的愿望，創(chuàng)造了 20世紀(jì)世界建橋史的新紀(jì)錄，總投資約40億美元。 在大橋的建設(shè)過(guò)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(jìn)、造型美觀的現(xiàn)代化跨世紀(jì)大橋。這座跨海大橋總長(zhǎng)度達(dá)37 km,跨海長(zhǎng)度為9.4 km。作為鐵路公路兩用橋，不僅其總長(zhǎng)度 是世界第一，其最高的一座橋塔局194 m,相當(dāng)于一座50層大廈的高度。明石海峽大橋首次采用1800 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼絲，使主纜直徑縮小并簡(jiǎn)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(qiáng)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(xiàng)工藝也適用于同樣規(guī)模的懸索橋。牽引鋼絲由直升飛機(jī)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(jí)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(yán)峻的抗震檢驗(yàn)，因?yàn)闃蛑诽幍恼鸺?jí)也接近里氏8 級(jí)，當(dāng)時(shí)距該橋50 km遠(yuǎn)的橋梁與建筑都已經(jīng)倒 塌。地震發(fā)生時(shí)，該橋剛剛完成橋塔與主纜施工工作，開(kāi)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(jì)荷載可承受里氏8.5級(jí)地震。該橋在阪神地震中僅有微小損壞，由于地面運(yùn)動(dòng)，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(guó)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(kāi)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(dòng)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?yàn)閱慰绻F兩用懸索橋，全長(zhǎng)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(guó)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(guò)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(zhǎng)達(dá)9年6個(gè)月，是世界橋梁史上的空前杰作。瀨戶大橋?yàn)殍F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(guò)世界上唯一的一條鐵路、公路上下分開(kāi)的兩層式隧道，彎曲和大方地跨海越洋，向南直奔日本四國(guó)香山縣。大橋在海中越過(guò)5 座島嶼，從遠(yuǎn)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(tái)風(fēng)經(jīng)常肆虐等不利因素，給大橋的設(shè)計(jì)和建設(shè)

10、帶來(lái)了諸多難題。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),大橋可抵抗里氏8.5級(jí)大地震和風(fēng)速為60 m/s的大風(fēng)。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(fù)盛名的游覽地錦上添花。為此，在日本四國(guó)的香山縣建立了瀨戶大橋紀(jì)念館（也稱本四聯(lián)絡(luò)橋紀(jì)念館）,通過(guò)展出可以幫助人們認(rèn)識(shí)和了解這座“世界第一橋”的真面目和建橋的艱辛過(guò)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(dòng)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(lái)運(yùn)行良好，在大型跨海大橋的經(jīng)濟(jì)性、安全性和耐久性的 建設(shè)實(shí)踐中給人們提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。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(ài)媛縣的大三島之間的一個(gè)重要的交通通道。大橋于1992年4月開(kāi)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(zhǎng)890 m，最高橋塔為224 m的鋼塔，系當(dāng)時(shí)世界上最長(zhǎng)的斜拉橋。其連接引道全長(zhǎng)為1480 m, 設(shè)有4個(gè)行車道，并設(shè)行人及自行車專用通道，屬于日本國(guó)道317號(hào)的一部分。10

12、年后，其世界最長(zhǎng)斜拉橋和最高橋塔的紀(jì)錄被2008年建成通車的中國(guó)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(zhǎng)1 480 m。1993年原計(jì)劃 修建一座對(duì)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(kāi)挖量， 破壞了生口島國(guó)家公園的景觀，同時(shí)專家們認(rèn)為， 在活動(dòng)地震帶上和臺(tái)風(fēng)區(qū)建設(shè)一座世界級(jí)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(kāi)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(shí)，更有利的是斜拉橋的動(dòng)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(duì)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(dāng)時(shí)世界上最大的斜拉橋的成功建成，共采用4項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)作為大橋的支撐:(1)每一跨都由其輔助墩來(lái)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(jì)成短、重、高剛度的特性來(lái) 平衡長(zhǎng)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(diǎn)來(lái)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(guò)特殊設(shè)

14、計(jì)， 并通過(guò)其結(jié)構(gòu)框架的獨(dú)立性來(lái)確?？諝鈩?dòng)力穩(wěn)定性的要求。（4)在建筑梁體的過(guò)程中不需要任何水中臨時(shí)支撐，梁體的節(jié)段由梁懸臂端的掛籃支承其重量,其過(guò)程依賴于主跨、邊跨相對(duì)于塔的平衡 控制，施工中最大懸臂長(zhǎng)度達(dá)到435 m,這在當(dāng)時(shí)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(zhǎng)約55 km,是高等級(jí)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(dāng)時(shí)在上部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，確認(rèn)橋塔基礎(chǔ)下沉，實(shí)施了 “預(yù)加荷

15、載”、“強(qiáng)化主塔基礎(chǔ)周邊摩擦”、“上部結(jié)構(gòu)體外力筋采用高強(qiáng)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(jì)地修建橋梁，日本建設(shè)者針對(duì)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(tái)背面土壓，采用現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)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(jī)動(dòng)車道的重要組成部分之一。大橋采用斜拉橋結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)790 m,主跨490 m, 于1986年5月18日開(kāi)工建設(shè)，1991年12月8日正式建成通車，成為西瀨戶

16、機(jī)動(dòng)車道上主跨第五長(zhǎng)的大橋，同時(shí)也是當(dāng)時(shí)世界上主跨最長(zhǎng)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(jì)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(guó)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(dòng)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(dòng)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(jī)，實(shí)施了生口橋大幅值振動(dòng)特性試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)，在柔度較大的長(zhǎng)大橋梁中，橋梁抗風(fēng)穩(wěn)定性是個(gè)十分重要的研究課題。很難從理論上量化評(píng)估結(jié)構(gòu)物的阻尼特性，并且日本抗風(fēng)載設(shè)計(jì)規(guī)范中所給出的

17、限值也只是經(jīng)驗(yàn)值，所以通過(guò)大量試驗(yàn)積累實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 是十分重要的。在箱形梁斜拉橋的振動(dòng)試驗(yàn)中，采用了以往采用的小型起振機(jī)和采用吊鏈?zhǔn)怪劐N分段逐級(jí)升降的方法進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。這種測(cè)試方法由于激振物的能量所限，使得橋梁發(fā)生的振動(dòng)幅值較小，不能掌握橋梁大幅值振動(dòng)狀態(tài)下的動(dòng)力特性。因此研究試驗(yàn)最終采用日本四公團(tuán)大型起振機(jī)，并以風(fēng)洞試驗(yàn)大綱規(guī)定的用于評(píng)定結(jié)構(gòu)阻尼特性所必須達(dá)到的橋梁振幅值為控制指標(biāo)，以生口橋?yàn)閷?duì)象實(shí)施了強(qiáng)迫激振測(cè)試。當(dāng)時(shí)以日本生口大橋?yàn)榇淼氖澜缁旌狭盒崩瓨?，其中跨大部或全部采用鋼主梁，兩?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(shì)：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(diǎn)出現(xiàn)負(fù)反力；其次，在造價(jià)方面，由于減少了全橋鋼梁長(zhǎng)度，從而節(jié)約了費(fèi)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(diǎn)，必須采取科學(xué)、合理的連接方式來(lái)處理。同時(shí)，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(duì)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(jìn)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(dá)到經(jīng)濟(jì)、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(yàn)。3結(jié)

19、語(yǔ)綜上所述，本文對(duì)日本城市橋梁發(fā)展歷史沿革進(jìn)行了回顧，重點(diǎn)對(duì)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(jì)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(yùn)藏著不同國(guó)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(jì)和現(xiàn)代橋梁建設(shè)上汲取有益的營(yíng)養(yǎng)成分，創(chuàng)造性地從事我們的橋梁設(shè)計(jì)。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(qiáng)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(rèn)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(qiáng)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(dá)到內(nèi)容和形 式上的