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世界橋梁大師維諾熱談斜拉橋的發展

發表于:2018-10-19 來源:中國鋼結構網   瀏覽次數:

  記者:您是斜拉橋設計大師,在武漢橋梁國際論壇上,您主講的斜拉橋方面的內容受到了廣泛關注,請您簡要談談斜拉橋的演變歷史吧。

  維諾熱:對斜拉橋的歷史可以追溯到19世紀初期。那時候,人們對這種橋型理解得不是很透徹,有兩座斜拉橋在修建的初期發生了垮塌事故,一座在德國,一座在英國。在這之后,美國橋梁工程師約翰·A·羅勃林提出了懸索和放射型拉索系統的理念。

  到了19世紀末20世紀初,英國人建成了世界上第一座真正意義上的拉索橋,即在泰晤士河上的阿爾伯特橋,然后法國建造了伯諾姆橋。到后來,德國的著名工程師迪辛格爾(Dishinger)進一步深化了斜拉橋的理論,并且建造了世界上第一座現代化斜拉橋——斯特羅姆松德(Stromsund)橋。

  20世紀50年代和60年代,德國工程師圖祖里設計了許多斜拉橋,70年代,斜拉橋這種橋型開始在國際上流行,在80年代和90年代,日本修建了許多斜拉橋。21世紀以來,則主要是中國修建了許多斜拉橋。在20世紀70年代前,斜拉橋的發展都還比較平緩,但從70年代末到80年代,這種橋型發展迅速,覆蓋到了世界許多地方。斜拉橋的跨度,也基本上是在250米到1000米之間。

  記者:斜拉橋在修建過程中通常面臨哪些困難?

  維諾熱:這主要視情況而定,要看是混凝土橋還是鋼橋。懸臂架設的混凝土橋,線型控制是最難的,至于鋼橋,尤其是超大跨度的鋼橋,線型控制難度也很大。對于斜拉橋,主要考慮兩方面的問題:一是斜拉索的下垂效應,由于斜拉索的自重作用,斜拉索存在垂度問題,對于超大跨度橋梁,例如蘇通長江大橋、俄羅斯海參威大橋等,斜拉索的下垂效應非常明顯,它會影響到橋梁的外觀和線形,斜拉索越長,斜拉索的效率就越低;二是橋梁跨度越大,靠近塔身的法向力就越大,從而導致箱梁的穩定性變差。當然,還有其它一些因素,例如地震和風力的影響。

  記者:如何實現斜拉橋的線型控制?

  維諾熱:橋梁線型不是通過索力來控制的。因為在斜拉橋架設過程中,索受的拉力是變動的,所以架設時應只考慮斜拉索的自然長度、外觀構造等,即不會變動的因素。在梁段架設時,由于進行了錨固,即在拉索兩端有兩個錨固端,所以索未張拉時的自然長度是不會變動的,但應力是隨時變動的。如果重心放在索力上,是不正確的。從內在角度來說,應力是不太重要的。我們應意識到重要的部分是制造長度,索的長度。

  對于斜拉索鋼橋而言,非常重要的一點是節段的制造線型。節段制造必須完全依靠橋梁最終的線型制造,必須要試拼裝。并且在架設時,應嚴格依照線型來架設。即使橋梁的標高在架設過程中可能高,也可能低,都不要緊,只要實際的線型與制造線型相一致就可以。

  記者:您能說說斜拉橋的動力特性分析嗎?

  維諾熱:斜拉橋的動力特性分析,是我們今天還需要大力完善的地方。如果你設計的橋梁很不錯,線形也漂亮,同時你也控制好了橋梁的動力特性分析,還進行了風洞實驗,那么你設計的橋梁肯定是呈流線型的,這樣的橋梁可以降低風速和其它不利影響。但如果橋梁很寬,設計得又很夸張,兩邊的風屏障也設計得超大,那么問題就來了。

  記者:斜拉索如何防腐?

  維諾熱:斜拉索的防腐非常重要,它影響到橋梁的耐久性,是我們需要改善的地方。從個人的角度來說,我更偏愛平行鋼鉸線系統,因為這種鋼鉸線安裝方便,可以單根架設、單根張拉,很實用;在標準梁段中,索的保護也很好,因為采用了聚乙烯材料和鍍鋅鋼絲。在法國,我們一般要求在鋼絲中充填專用油脂。這些做法在韓國和中國也很普遍。現在問題是在錨具上,錨具的保護必須十分到位,這也是我們需要改善的地方。

  記者:您能結合索的保護談談您所建設的橋梁的壽命問題嗎?

  維諾熱:現在很多質量問題還需要解決。例如很多時候,結構分析時索的使用壽命只能達到20年,但由于資金有限,我們無法更換拉索,同時對于索的填充位置保護也不夠。我們需要索的使用壽命達到20年,甚至40年。

  記者:如何解決索的壽命對橋梁壽命的制約這一問題?

  維諾熱:對于拉索,在法國有專門的規范。也不是說我們無法更換橋梁的拉索。例如平行鋼鉸線系統,就比較容易更換拉索,并且制作出來的索重量也不大。我們認為索的使用壽命應該為50年,如果不能更換的話,應該采用100年的使用壽命,但這都受制于很多方面。

  記者:您怎么看待斜拉橋以后的發展趨勢,例如鋼桁梁這種橋式?

  維諾熱:我不太喜歡鋼桁梁,因為這種橋型不太美觀,投資費用高,而且鋼桁梁有許多焊接位置,維護費用也高。

  我沒有太多機會設計鐵路橋,即使讓我設計鐵路橋,我也更趨向于設計鋼箱梁形式的橋,而不是鋼桁梁橋。

  記者:近些年來,中國橋梁技術取得了蓬勃的發展,建造了蘇通長江大橋、天興洲長江大橋等具有世界領先水平的橋梁。相比世界頂尖水平,您對中國同行有什么好的建議?

  維諾熱:中國的橋梁建設水平這些年已經取得了長足的進步,例如蘇通大橋,就是一座很漂亮的橋。我對于橋梁設計的建議是,應該把橋設計得更富有靈性。我見過很多中國的橋梁,它們都太保守了。我認為你們的設計人員有時候太保守了,設計方面的保守往往會造成高成本。你們應該把橋梁設計得更輕一些,更優雅一點,不要太浪費。如果設計的東西不生態環保,當然成本也就會比較高。在這方面,設計人員一定要下苦功夫。

  記者:在橋梁設計上如何體現環境保護方面的考慮?

  維諾熱:我不認為橋梁會對環境造成危害。真正有危害的是污染。例如,我們需要處理水質等。如果你指的是材料的選取的話,目前最好的材料還是混凝土。可能有些人會說木頭也是不錯的材料,但我們不可能用木頭來造一座斜拉橋。我認為真正的環境保護方式應該就是用最有限的資源來造一座好的橋梁,并且該橋經久耐用。這是建橋的第一目標,其它的次之。

  記者:您設計的法國諾曼底大橋以其細長的結構和典雅的造型而著稱,被譽為“20世紀世界最美的橋梁”。您認為在橋梁設計建造過程中,如何做到橋梁與當地景觀的完美協調?

  維諾熱:美學是很重要的一點。首先,橋梁肯定是要發揮它的功能作用,實現設計的目的,應該做到有益、安全、耐用、美觀,并且與周圍環境相匹配,就像兩千年前古羅馬工程師維特魯威曾經說過的建筑的三要素:實用、堅固和美觀。我們不能用千篇一律的模式來搭建橋梁,尤其是不能把某一種喜歡的橋式生搬硬套,為了有一個好的結果,要作通盤的考慮,比如通透性、比例、是否能和當地景觀融合。在設計的時候,如果覺得剛好達到預期目的,然后不斷地補充、優化,增加部件,調整一些覺得不對勁的地方,這種方法是不可取的。在設計過程中,應該回到設計之初。

  人物鏈接:

  米歇爾 ·維諾熱(Michel Virlogeux)生于1946年,是法國科學院院士,國際預應力混凝土協會名譽主席,國際橋協(IABSE)副主席。

  米歇爾從巴黎中央理工學院畢業后進入法國國家公路局,一直從事大跨徑預應力橋梁研究工作,1995年離開公路局成為獨立咨詢工程師。米歇爾設計了法國諾曼底橋、法國米約高架橋、葡萄牙里斯本達伽馬橋等多座世界著名大橋。其中諾曼底大橋被譽為“20世紀世界最美的橋梁”。

  米歇爾獲得了多項橋梁界大獎:1979年獲得結構工程師協會金獎,1983年在威尼斯獲得首屆國際橋協大獎,1995年獲得新紀錄優秀工程師獎,1999年獲得Gustave Magnel(預應力混凝土類國際著名獎項)獎章,同年獲得首屆來昂哈特獎,2003年和2006年分別獲得國際橋梁與結構工程協會國際功勛榮譽預應力混凝土大獎。

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