武漢長(zhǎng)江大橋

1、武漢長(zhǎng)江大橋初步設(shè)計(jì)前的建議方案 解放前四十年間各方面提出的一些橋式建議方案，就其較有代表性者簡(jiǎn)述如下： 1913年北京大學(xué)畢業(yè)班學(xué)生的建議方案橋跨較小，墩數(shù)較多，只留出很少數(shù)的大孔，通行排筏和大船。但由于水小時(shí)，航道需要在江水較深部份，水大時(shí)，又要避免流急部份，所以這種布置，不很適宜。此外，江心做很多橋墩，基礎(chǔ)工程量很大，在設(shè)計(jì)中，也沒有能給以正確的估計(jì)。 1928年偽鉄道部美國(guó)顧問(wèn)華德爾的建議方案 活動(dòng)橋不能同時(shí)通車行船，在長(zhǎng)江上建造的第一座橋梁，運(yùn)輸任務(wù)很大，這種橋式，是并不適宜的。將公路鈇路放在同一層橋面，橋面離地面很高，引橋布置會(huì)很復(fù)雜，不能很好利用兩岸的山丘地形，將增加許多不必耍的

2、工程 較近的建議方案，趨向于采用較長(zhǎng)跨徑的鋼梁。按國(guó)內(nèi)工程單價(jià)，鋼料價(jià)格很高，這類布置，將會(huì)增加鋼材用量和總的投資款額。此外，這些方案還有些共同的缺點(diǎn)： 1)橋下凈空，一般采用到88至45.7公尺，顯然太高。 2)梁部結(jié)構(gòu)缺乏一致性，桿件不能互換，尤其如中國(guó)橋梁公司建議的方案，在制造安裝時(shí)，會(huì)增加很多的不便和費(fèi)用。 3)對(duì)于國(guó)防耍求，如能否適應(yīng)戰(zhàn)時(shí)運(yùn)輸?shù)拇罅吭鲩L(zhǎng)等方面的考慮，在方案中還不能體現(xiàn)出來(lái)。 4)每一建議所包括的方案，一般都在兩個(gè)以下，沒有能夠在同等的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多方案的比較研究。 這些方案都是具有片面性的。 活動(dòng)橋與固定橋當(dāng)河道狹窄風(fēng)浪很小，而通行的船只船身高大，速度限制到很慢，并由

3、于自動(dòng)電氣控制器操縱，每次開閉需時(shí)很短，這樣為了避免在兩岸修筑很長(zhǎng)的引橋或大量填土，采用活動(dòng)橋有它一定的優(yōu)越性。但在武漢地區(qū)的長(zhǎng)江上，水陸運(yùn)輸均極繁忙，這種橋式是不適合的。 初步設(shè)計(jì)的方案比較初步設(shè)計(jì)，曾經(jīng)參考蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)，提出了一種活動(dòng)橋方案。將活動(dòng)孔設(shè)在高水位時(shí)的航道上，活動(dòng)孔橋梁本身和設(shè)在下弦的公路橋面是固定的，僅僅懸掛在下弦節(jié)點(diǎn)的鈇路橋面是可以升降的，行船利用列車間隙進(jìn)行，使水陸運(yùn)輸?shù)母蓴_減至最小限度。由于偏顧了運(yùn)輸要求，經(jīng)濟(jì)意義不大?；顒?dòng)孔的孔徑和位置對(duì)航運(yùn)仍是一個(gè)巨大的障礙，影響了鈇路行車，增加了管理和營(yíng)運(yùn)困難，初步設(shè)計(jì)不予推薦。 各式鋼梁初步設(shè)計(jì)推薦的鋼梁方案為9孔127.04公尺跨

4、徑的簡(jiǎn)支梁。桿件類型相同，工廠制造簡(jiǎn)單；用浮運(yùn)法架梁，施工期限較連續(xù)梁可以縮短半年。多孔簡(jiǎn)支梁的總重，較連續(xù)梁一般約增15%。 簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適當(dāng)?shù)乜紤]細(xì)節(jié)，使構(gòu)件可以互換，連續(xù)梁與簡(jiǎn)支梁無(wú)大差別。 簡(jiǎn)支梁用浮運(yùn)法架設(shè)，可以較連續(xù)梁提早工期半年，并不是正確的估計(jì)。在長(zhǎng)江大橋施工中，控制架梁速度的，是橋墩的完工日期，與用浮運(yùn)或懸臂法架梁，關(guān)系不大。同時(shí)，長(zhǎng)江兩岸標(biāo)高較梁底標(biāo)高相差很大，施工組織設(shè)計(jì)，建議在岸上拼裝鋼梁，拖上碼頭，經(jīng)臨時(shí)塔架吊起鋼梁，放落到一粗很高的浮運(yùn)船粗上，運(yùn)到墩上就位。整個(gè)設(shè)備是復(fù)雜而費(fèi)錢的。為了配合橋墩竣工日期，在高水位和低水位時(shí)都須浮運(yùn)鋼梁，且漢陽(yáng)岸第1孔下，冬季無(wú)水，

5、這些情況，都足以說(shuō)明浮運(yùn)法不特難以縮短工期，而且也不經(jīng)濟(jì)。技術(shù)設(shè)計(jì)確定的連續(xù)梁為適宜的型式，但同時(shí)還耍求修正初步設(shè)計(jì)的桁架結(jié)構(gòu)。連續(xù)梁用料最省，宜于懸臂安裝，此法經(jīng)在大橋架梁過(guò)程中予以采用。曾經(jīng)考慮過(guò)的懸臂梁方案，它的結(jié)構(gòu)性質(zhì)與連續(xù)梁近似，但因?yàn)殍旒軆?nèi)存有連接鉸，從結(jié)構(gòu)、營(yíng)運(yùn)、養(yǎng)護(hù)、經(jīng)濟(jì)等各方面來(lái)看，它就顯得不能和連續(xù)梁相比了。由于一度建議大橋四個(gè)橋墩，設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)，其它為沉箱基礎(chǔ)，考慮到橋墩不均勻沉陷的可能，所以再度提出了這種梁式，這在當(dāng)時(shí)還是有一定理由的，以后，基礎(chǔ)型式?jīng)Q定，這個(gè)方案也就隨之而放棄。 初步設(shè)計(jì)的懸臂梁布置消滅了錨臂端的負(fù)反力，這是符合于近代設(shè)計(jì)的耍求的，但其本身還有某些存在

6、的問(wèn)題。近代懸臂梁的設(shè)計(jì)，一般都此照連續(xù)梁的反彎點(diǎn)，設(shè)置中間鉸以劃分懸臂及懸孔，如懸孔為710個(gè)大節(jié)間，懸臂長(zhǎng)度就須約為23個(gè)大節(jié)間。這樣懸臂端在活載下的撓度，對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定不得超過(guò)1/300懸臂長(zhǎng)度的耍求，而還是比較容易保証行車的條件，也就自然較好，但初步設(shè)計(jì)中的布置，懸臂較長(zhǎng)，故在計(jì)算撓度時(shí)，就發(fā)現(xiàn)不能適合規(guī)程的要求。當(dāng)然，其他因素，如恒載活載的比例，桁架的高度等等，對(duì)撓度也有重大影響，但以后進(jìn)行懸臂梁輪廓設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到撓度和伸臂長(zhǎng)度的關(guān)系，并適時(shí)地加以檢算。懸孔與懸臂，如用吊桿連接，結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)較為復(fù)雜，并且還增加養(yǎng)護(hù)上的困難，初步設(shè)計(jì)，參考了蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)，懸孔做成英正的簡(jiǎn)支梁，一端為固定支座

7、，一端為活動(dòng)支座，承托在懸臂端節(jié)點(diǎn)土。這樣連接細(xì)節(jié)和水平聯(lián)結(jié)系的布置，都可大大簡(jiǎn)化。但懸臂端節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)，參考蘇聯(lián)書籍，似僅僅適用于中跨度鋼梁；又在懸臂安裝時(shí)，支座不適宜于傳達(dá)內(nèi)力，應(yīng)當(dāng)如何臨時(shí)連接起來(lái)，也還沒有獲得解決。 以上問(wèn)題，在以后設(shè)計(jì)懸臂梁時(shí)，宜加以進(jìn)一步的研究。鋼筋混凝土拱 鋼筋混凝土拱鋼筋混凝土拱會(huì)經(jīng)一度被認(rèn)為宜于采用的方案。它的優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)較低，可以全部使用國(guó)產(chǎn)材料，形式美 觀。它的缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜，工期較長(zhǎng)。最后權(quán) 衡得失，沒有予以推薦。就以下幾點(diǎn)，加以補(bǔ)充說(shuō)明。初步設(shè)計(jì)中，工程費(fèi)用分析，鋼筋混凝土拱方案，僅為鋼梁方案的60%，是不很恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。根據(jù)蘇聯(lián)修建的經(jīng)驗(yàn)，一般為鋼梁造價(jià)的8

8、0%。還須指出，在形式問(wèn)題土，在高水位時(shí)，由于拱腳被淹，鋼筋混凝土拱還是并不美觀的。橋臺(tái)基礎(chǔ)及承臺(tái)設(shè)計(jì) 1、2、3、4、5和8號(hào)墩位于石灰?guī)r上，6號(hào)墩位于緊密的泥灰?guī)r上，基礎(chǔ)均建筑在直徑1.55公尺的鋼筋混凝上管柱上，并通過(guò)管柱內(nèi)部在巖盤上鑽孔，鑽孔內(nèi)安設(shè)鋼筋骨架再灌注水下混凝土，與管柱連成整體。1號(hào)墩基礎(chǔ)為19.88公尺9.60公尺的長(zhǎng)方形，用管柱24根。其余2、3、4、5、6和8號(hào)六個(gè)橋墩的基礎(chǔ)，均為圓形，其直徑為1676公尺，每墩用管柱80或85根。7號(hào)墩位于破碎的炭質(zhì)頁(yè)巖之上，采用直徑55公分的旋制鋼筋混凝土管樁，用3045大氣壓的高壓射水輔以錘擊下沉作為基礎(chǔ)?；A(chǔ)亦為圓形，但直徑增至

9、2084公尺，以便布置管樁116根。1、3和4號(hào)墩，在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到施工期間，保留相當(dāng)厚度的復(fù)蓋層，不予擾動(dòng)，故在結(jié)構(gòu)形式上，屬于高管柱承臺(tái)的類型。其余五個(gè)橋墩，假設(shè)在施工期間，復(fù)蓋層將被沖刷或挖除，基礎(chǔ)可以達(dá)到巖層，故均屬于低管柱或低樁承臺(tái)的類型。三聯(lián)連續(xù)鋼梁的固定支座系分設(shè)在2、5及8號(hào)墩上，因?yàn)檫@三個(gè)橋墩處的地質(zhì)較為堅(jiān)硬，并且都是低管柱承臺(tái)，能夠更好地承受巨大的制動(dòng)力。例如5號(hào)墩管柱最大荷載，按縱向或橫向分別計(jì)算時(shí)，均為879噸，如按兩個(gè)方向合并計(jì)算時(shí)，則為934噸，增加約7%。但是，全部規(guī)定的附加力連同主力同時(shí)均以最大數(shù)值作用在橋墩土的或然率是非常小的，因此，在這種情況下是可以將設(shè)計(jì)安

10、全系數(shù)予以降低的。主桁內(nèi)力計(jì)算計(jì)算方法采用的主桁是五次超靜定結(jié)構(gòu)，有兩個(gè)多余反力和三根贅桿。計(jì)算時(shí)，假設(shè)三孔連續(xù)梁的截面是常數(shù)，計(jì)算共支點(diǎn)反力，將主桁分解為兩個(gè)斜桿系統(tǒng)，初步求出主桁構(gòu)件的內(nèi)力及截面，根據(jù)此項(xiàng)截面進(jìn)一步進(jìn)行精確的內(nèi)力計(jì)算。一般的精確內(nèi)力計(jì)算方法是按變形公式，計(jì)算五個(gè)未知內(nèi)外力的影響綫，然后依次分析主桿內(nèi)力;由于桿件眾多，解析當(dāng)然是比較繁復(fù)的。本橋鋼梁內(nèi)力計(jì)算，先按五次超靜定結(jié)構(gòu)，求出兩個(gè)多余反力的影響綫。以后，視桁架為靜定結(jié)構(gòu)，并且假定斜桿是兩個(gè)系統(tǒng)組成的。 腹桿應(yīng)力影響綫 鋼梁架設(shè)方法簡(jiǎn)述 正橋鋼梁三聯(lián)各為8孔等跨的平弦連續(xù)菱形桁架，每孔計(jì)算跨徑為128公尺。橋址處水深流憊，

11、風(fēng)力可達(dá)九級(jí)，右岸江底基本巖層土幾無(wú)復(fù)蓋層，一年中水位變化達(dá)工5至工8公尺，下弦桿中心標(biāo)高離低水位數(shù)十公尺，而且航運(yùn)頻繁，用滿布式贗架法或浮運(yùn)法架設(shè)鋼梁，都是不適宜和不經(jīng)濟(jì)的。因此，利用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的特性，鋼梁的架設(shè)用懸臂法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于在架設(shè)過(guò)程中桁架支點(diǎn)附近產(chǎn)生較大的負(fù)力矩而需增加的額外材料，以及相鄰各聯(lián)間所需的臨時(shí)聯(lián)結(jié)桿件材料，二者約合鋼梁本身重量的6弘。上述支點(diǎn)附近弦桿的加固，是在技術(shù)設(shè)計(jì)中采用增加弦桿永久截面的辦法予以解決的。至于臨時(shí)聯(lián)結(jié)桿件，則于架設(shè)完竣后拆下，并作為備品移交給接管單位。從下部建筑的預(yù)計(jì)開工竣工日期，橋梁工廠制造鋼梁的能力，以及圣橋竣工通車日期各方面來(lái)考慮，架梁工作宜從兩岸分頭進(jìn)行。為了避免在連續(xù)梁中部合攏所造成技術(shù)上的困難和復(fù)雜性，確定從左岸向江心架設(shè)二聯(lián)，從右岸向江心架設(shè)一聯(lián)，而且左岸架梁工作應(yīng)先于右岸4至6個(gè)月開始，使兩岸架梁工作約可同時(shí)到達(dá)江心6號(hào)橋墩，以便全橋及早會(huì)合接通。 在計(jì)算內(nèi)力時(shí)，因?yàn)楹爿d在每孔中差不多是均勻的，所以就假定兩個(gè)斜桿系統(tǒng)平均受力。懸臂上吊機(jī)的荷載，在左聯(lián)及中聯(lián)，吊機(jī)主桿下的底座，系放置在單號(hào)節(jié)點(diǎn)上，因此也可以假定由兩個(gè)斜桿系統(tǒng)平均分?jǐn)?，如圖1所示(在吊機(jī)移動(dòng)時(shí)，也會(huì)發(fā)生一個(gè)斜桿系統(tǒng)受力的情況，但影響并不重)在右聯(lián)雙動(dòng)瞬機(jī)主桿下的底座，系放置在雙號(hào)節(jié)點(diǎn)附近，故假定僅由一個(gè)斜桿系統(tǒng)受力，如圖2中實(shí)綫