維諾熱:對斜拉橋的歷史可以追溯到19世紀(jì)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(fā)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(tǒng)的理念。
到了19世紀(jì)末20世紀(jì)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(jìn)一步深化了斜拉橋的理論,并且建造了世界上第一座現(xiàn)代化斜拉橋——斯特羅姆松德(Stromsund)橋。
20世紀(jì)50年代和60年代,德國工程師圖祖里設(shè)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(jì)以來,則主要是中國修建了許多斜拉橋。在20世紀(jì)70年代前,斜拉橋的發(fā)展都還比較平緩,但從70年代末到80年代,這種橋型發(fā)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(shè)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(yīng),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(yīng)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(dǎo)致箱梁的穩(wěn)定性變差。當(dāng)然,還有其它一些因素,例如地震和風(fēng)力的影響。
記者:如何實現(xiàn)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(shè)過程中,索受的拉力是變動的,所以架設(shè)時應(yīng)只考慮斜拉索的自然長度、外觀構(gòu)造等,即不會變動的因素。在梁段架設(shè)時,由于進(jìn)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(yīng)力是隨時變動的。如果重心放在索力上,是不正確的。從內(nèi)在角度來說,應(yīng)力是不太重要的。我們應(yīng)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(jié)段的制造線型。節(jié)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(shè)時,應(yīng)嚴(yán)格依照線型來架設(shè)。即使橋梁的標(biāo)高在架設(shè)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(shè)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(jìn)行了風(fēng)洞實驗,那么你設(shè)計的橋梁肯定是呈流線型的,這樣的橋梁可以降低風(fēng)速和其它不利影響。但如果橋梁很寬,設(shè)計得又很夸張,兩邊的風(fēng)屏障也設(shè)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(tǒng),因為這種鋼鉸線安裝方便,可以單根架設(shè)、單根張拉,很實用;在標(biāo)準(zhǔn)梁段中,索的保護(hù)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(xiàn)在問題是在錨具上,錨具的保護(hù)必須十分到位,這也是我們需要改善的地方。
記者:您能結(jié)合索的保護(hù)談?wù)勀ㄔO(shè)的橋梁的壽命問題嗎?
維諾熱:現(xiàn)在很多質(zhì)量問題還需要解決。例如很多時候,結(jié)構(gòu)分析時索的使用壽命只能達(dá)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(hù)也不夠。我們需要索的使用壽命達(dá)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(guī)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(tǒng),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(rèn)為索的使用壽命應(yīng)該為50年,如果不能更換的話,應(yīng)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(fā)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(hù)費用也高。
我沒有太多機(jī)會設(shè)計鐵路橋,即使讓我設(shè)計鐵路橋,我也更趨向于設(shè)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(shù)取得了蓬勃的發(fā)展,建造了蘇通長江大橋、天興洲長江大橋等具有世界領(lǐng)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(shè)水平這些年已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步,例如蘇通大橋,就是一座很漂亮的橋。我對于橋梁設(shè)計的建議是,應(yīng)該把橋設(shè)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(rèn)為你們的設(shè)計人員有時候太保守了,設(shè)計方面的保守往往會造成高成本。你們應(yīng)該把橋梁設(shè)計得更輕一些,更優(yōu)雅一點,不要太浪費。如果設(shè)計的東西不生態(tài)環(huán)保,當(dāng)然成本也就會比較高。在這方面,設(shè)計人員一定要下苦功夫。
記者:在橋梁設(shè)計上如何體現(xiàn)環(huán)境保護(hù)方面的考慮?
維諾熱:我不認(rèn)為橋梁會對環(huán)境造成危害。真正有危害的是污染。例如,我們需要處理水質(zhì)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(rèn)為真正的環(huán)境保護(hù)方式應(yīng)該就是用最有限的資源來造一座好的橋梁,并且該橋經(jīng)久耐用。這是建橋的第一目標(biāo),其它的次之。
記者:您設(shè)計的法國諾曼底大橋以其細(xì)長的結(jié)構(gòu)和典雅的造型而著稱,被譽為“20世紀(jì)世界最美的橋梁”。您認(rèn)為在橋梁設(shè)計建造過程中,如何做到橋梁與當(dāng)?shù)鼐坝^的完美協(xié)調(diào)?
維諾熱:美學(xué)是很重要的一點。首先,橋梁肯定是要發(fā)揮它的功能作用,實現(xiàn)設(shè)計的目的,應(yīng)該做到有益、安全、耐用、美觀,并且與周圍環(huán)境相匹配,就像兩千年前古羅馬工程師維特魯威曾經(jīng)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(jié)果,要作通盤的考慮,比如通透性、比例、是否能和當(dāng)?shù)鼐坝^融合。在設(shè)計的時候,如果覺得剛好達(dá)到預(yù)期目的,然后不斷地補充、優(yōu)化,增加部件,調(diào)整一些覺得不對勁的地方,這種方法是不可取的。在設(shè)計過程中,應(yīng)該回到設(shè)計之初。
人物鏈接:
米歇爾·維諾熱(MichelVirlogeux)生于1946年,是法國科學(xué)院院士,國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會名譽主席,國際橋協(xié)(IABSE)副主席。
米歇爾從巴黎中央理工學(xué)院畢業(yè)后進(jìn)入法國國家公路局,一直從事大跨徑預(yù)應(yīng)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(shè)計了法國諾曼底橋、法國米約高架橋、葡萄牙里斯本達(dá)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(jì)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(jié)構(gòu)工程師協(xié)會金獎,1983年在威尼斯獲得首屆國際橋協(xié)大獎,1995年獲得新紀(jì)錄優(yōu)秀工程師獎,1999年獲得GustaveMagnel(預(yù)應(yīng)力混凝土類國際著名獎項)獎?wù),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(jié)構(gòu)工程協(xié)會國際功勛榮譽預(yù)應(yīng)力混凝土大獎。
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