世界桥梁大师维诺热谈斜拉桥的发展

2016年08月11日 09:32 来源:中国钢结构在线 编辑:梦洁

  记者:您是斜拉桥设计大师,在武汉桥梁国际论坛上,您主讲的斜拉桥方面的内容受到了广泛关注,请您简要谈谈斜拉桥的演变历史吧。

  维诺热:对斜拉桥的历史可以追溯到19世纪初期。那时候,人们对这种桥型理解得不是很透彻,有两座斜拉桥在修建的初期发生了垮塌事故,一座在德国,一座在英国。在这之后,美国桥梁工程师约翰·A·罗勃林提出了悬索和放射型拉索系统的理念。

  到了19世纪末20世纪初,英国人建成了世界上第一座真正意义上的拉索桥,即在泰晤士河上的阿尔伯特桥,然后法国建造了伯诺姆桥。到后来,德国的着名工程师迪辛格尔(Dishinger)进一步深化了斜拉桥的理论,并且建造了世界上第一座现代化斜拉桥——斯特罗姆松德(Stromsund)桥。

  20世纪50年代和60年代,德国工程师图祖里设计了许多斜拉桥,70年代,斜拉桥这种桥型开始在国际上流行,在80年代和90年代,日本修建了许多斜拉桥。21世纪以来,则主要是中国修建了许多斜拉桥。在20世纪70年代前,斜拉桥的发展都还比较平缓,但从70年代末到80年代,这种桥型发展迅速,覆盖到了世界许多地方。斜拉桥的跨度,也基本上是在250米到1000米之间。

  记者:斜拉桥在修建过程中通常面临哪些困难?

  维诺热:这主要视情况而定,要看是混凝土桥还是钢桥。悬臂架设的混凝土桥,线型控制是最难的,至于钢桥,尤其是超大跨度的钢桥,线型控制难度也很大。对于斜拉桥,主要考虑两方面的问题:一是斜拉索的下垂效应,由于斜拉索的自重作用,斜拉索存在垂度问题,对于超大跨度桥梁,例如苏通长江大桥、俄罗斯海参威大桥等,斜拉索的下垂效应非常明显,它会影响到桥梁的外观和线形,斜拉索越长,斜拉索的效率就越低;二是桥梁跨度越大,靠近塔身的法向力就越大,从而导致箱梁的稳定性变差。当然,还有其它一些因素,例如地震和风力的影响。

  记者:如何实现斜拉桥的线型控制?

  维诺热:桥梁线型不是通过索力来控制的。因为在斜拉桥架设过程中,索受的拉力是变动的,所以架设时应只考虑斜拉索的自然长度、外观构造等,即不会变动的因素。在梁段架设时,由于进行了锚固,即在拉索两端有两个锚固端,所以索未张拉时的自然长度是不会变动的,但应力是随时变动的。如果重心放在索力上,是不正确的。从内在角度来说,应力是不太重要的。我们应意识到重要的部分是制造长度,索的长度。

  对于斜拉索钢桥而言,非常重要的一点是节段的制造线型。节段制造必须完全依靠桥梁最终的线型制造,必须要试拼装。并且在架设时,应严格依照线型来架设。即使桥梁的标高在架设过程中可能高,也可能低,都不要紧,只要实际的线型与制造线型相一致就可以。

  记者:您能说说斜拉桥的动力特性分析吗?

  维诺热:斜拉桥的动力特性分析,是我们今天还需要大力完善的地方。如果你设计的桥梁很不错,线形也漂亮,同时你也控制好了桥梁的动力特性分析,还进行了风洞实验,那么你设计的桥梁肯定是呈流线型的,这样的桥梁可以降低风速和其它不利影响。但如果桥梁很宽,设计得又很夸张,两边的风屏障也设计得超大,那么问题就来了。

  记者:斜拉索如何防腐?

  维诺热:斜拉索的防腐非常重要,它影响到桥梁的耐久性,是我们需要改善的地方。从个人的角度来说,我更偏爱平行钢铰线系统,因为这种钢铰线安装方便,可以单根架设、单根张拉,很实用;在标准梁段中,索的保护也很好,因为采用了聚乙烯材料和镀锌钢丝。在法国,我们一般要求在钢丝中充填专用油脂。这些做法在韩国和中国也很普遍。现在问题是在锚具上,锚具的保护必须十分到位,这也是我们需要改善的地方。

  记者:您能结合索的保护谈谈您所建设的桥梁的寿命问题吗?

  维诺热:现在很多质量问题还需要解决。例如很多时候,结构分析时索的使用寿命只能达到20年,但由于资金有限,我们无法更换拉索,同时对于索的填充位置保护也不够。我们需要索的使用寿命达到20年,甚至40年。

  记者:如何解决索的寿命对桥梁寿命的制约这一问题?

  维诺热:对于拉索,在法国有专门的规范。也不是说我们无法更换桥梁的拉索。例如平行钢铰线系统,就比较容易更换拉索,并且制作出来的索重量也不大。我们认为索的使用寿命应该为50年,如果不能更换的话,应该采用100年的使用寿命,但这都受制于很多方面。

  记者:您怎么看待斜拉桥以后的发展趋势,例如钢桁梁这种桥式?

  维诺热:我不太喜欢钢桁梁,因为这种桥型不太美观,投资费用高,而且钢桁梁有许多焊接位置,维护费用也高。

  我没有太多机会设计铁路桥,即使让我设计铁路桥,我也更趋向于设计钢箱梁形式的桥,而不是钢桁梁桥。

  记者:近些年来,中国桥梁技术取得了蓬勃的发展,建造了苏通长江大桥、天兴洲长江大桥等具有世界领先水平的桥梁。相比世界顶尖水平,您对中国同行有什么好的建议?

  维诺热:中国的桥梁建设水平这些年已经取得了长足的进步,例如苏通大桥,就是一座很漂亮的桥。我对于桥梁设计的建议是,应该把桥设计得更富有灵性。我见过很多中国的桥梁,它们都太保守了。我认为你们的设计人员有时候太保守了,设计方面的保守往往会造成高成本。你们应该把桥梁设计得更轻一些,更优雅一点,不要太浪费。如果设计的东西不生态环保,当然成本也就会比较高。在这方面,设计人员一定要下苦功夫。

  记者:在桥梁设计上如何体现环境保护方面的考虑?

  维诺热:我不认为桥梁会对环境造成危害。真正有危害的是污染。例如,我们需要处理水质等。如果你指的是材料的选取的话,目前最好的材料还是混凝土。可能有些人会说木头也是不错的材料,但我们不可能用木头来造一座斜拉桥。我认为真正的环境保护方式应该就是用最有限的资源来造一座好的桥梁,并且该桥经久耐用。这是建桥的第一目标,其它的次之。

  记者:您设计的法国诺曼底大桥以其细长的结构和典雅的造型而着称,被誉为“20世纪世界最美的桥梁”。您认为在桥梁设计建造过程中,如何做到桥梁与当地景观的完美协调?

  维诺热:美学是很重要的一点。首先,桥梁肯定是要发挥它的功能作用,实现设计的目的,应该做到有益、安全、耐用、美观,并且与周围环境相匹配,就像两千年前古罗马工程师维特鲁威曾经说过的建筑的三要素:实用、坚固和美观。我们不能用千篇一律的模式来搭建桥梁,尤其是不能把某一种喜欢的桥式生搬硬套,为了有一个好的结果,要作通盘的考虑,比如通透性、比例、是否能和当地景观融合。在设计的时候,如果觉得刚好达到预期目的,然后不断地补充、优化,增加部件,调整一些觉得不对劲的地方,这种方法是不可取的。在设计过程中,应该回到设计之初。

  人物链接:

  米歇尔 ·维诺热(Michel Virlogeux)生于1946年,是法国科学院院士,国际预应力混凝土协会名誉主席,国际桥协(IABSE)副主席。

  米歇尔从巴黎中央理工学院毕业后进入法国国家公路局,一直从事大跨径预应力桥梁研究工作,1995年离开公路局成为独立咨询工程师。米歇尔设计了法国诺曼底桥、法国米约高架桥、葡萄牙里斯本达伽马桥等多座世界着名大桥。其中诺曼底大桥被誉为“20世纪世界最美的桥梁”。

  米歇尔获得了多项桥梁界大奖:1979年获得结构工程师协会金奖,1983年在威尼斯获得首届国际桥协大奖,1995年获得新纪录优秀工程师奖,1999年获得Gustave Magnel(预应力混凝土类国际着名奖项)奖章,同年获得首届来昂哈特奖,2003年和2006年分别获得国际桥梁与结构工程协会国际功勋荣誉预应力混凝土大奖。

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