明石海峡大桥

昵称29557025 2015-12-11

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1、简介

日本明石海峡大桥，位于本州岛与四国岛之间，它跨越日本本州岛—四国岛之间的明石海峡，最终实现了日本人一直想修建一系列桥梁把4个大岛连在一起的愿望，创造了本世纪世界建桥史的新纪录。

主跨1991米（960+1991+960），全长3911米，为三跨二铰加劲桁梁式吊桥，钢桥283米，高出333米桥宽35.5米，双向六车道，加劲梁14米，抗震强度按1/150的频率，承受8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计，为目前世界上跨度最大的悬索桥，也是世界上最长的双层桥，是联结内陆工业中的重要纽带。1955年5月11日清晨6：40，100多名参加郊游的学生登上了紫云丸号渡轮，准备横渡明石海峡。6点56分，船刚出港口，就遇上了一艘准备进港的渡轮，从雾中迎面驶来，两艘船来不及改变方向，撞在了一起。短短5分钟，紫云丸号便沉入了海底。168名成人和儿童罹难，数十人受伤。日本全国上下为之震惊。遇难者的父母和亲人希望得到的不仅仅是安慰，他们希望政府有所行动，修建一座大桥，避免悲剧再次发生。这词意外促使日本政府重新考虑建桥的重要性。

但建桥面临三个最主要的问题：

这里地处台风区，风速可达每小时290公里，足以刮起屋顶，将大树连根拔起。

桥将跨越日本最繁忙的航运地带。这里是一个地震带的中心。

正式建桥前，工程师们花了30年时间研究新技术。1988年5月，工程正式开始。

2.桥塔

塔高283米，每根由两根略带倾斜的十字形空心大格式钢柱、5组交差式倾杆以及两道横梁连接后组成。两柱的中心距为46.5m（底部）~35.5m（顶部）。十字形桥塔柱截面的轮廓尺寸为横向从底到顶为6.6m（等值不变），纵向为从底部的14.8m向上逐渐缩减到顶部的10.0m。桥塔的各个空心大格室均布置有竖向加劲肋。

桥塔用日本的SM570钢材制造，每塔用钢约23100t。塔柱在高

度方向分为30个节段，在水平方向每个十字形截面又分为3块，每块的起吊重量均小于160t。

南北两端塔顶中心偏移的施工误差分别为29m与39m，均小于容许值（塔高/5000）。

由于桥塔高度特别大，因

此在抗风方面除了将每个塔柱的截面外形从矩形切去四角形成为十字形外，每柱还设置了质量为84t以及114t的TMD（调制阻尼器）各一个，用以抵抗第一挠曲振动与第一扭曲振动。

3主缆

由于本桥的跨度是破世界纪录的，因此在初步设计中曾经考虑仿照美国的华盛顿桥与维拉扎诺桥，在桥面的两侧每侧采用一对主缆，即全桥共采用4条主缆，以避免主缆直径的过大。但因每侧采用一对主缆比常规的单根主缆要麻烦得多，不仅施工时要有较宽的猫道，并丛还会加大锚靛中的散索室与锚固部分的空间尺寸以及成倍地增加鞍座、索夹与吊索的数量。因此，最终以提高主缆的钢丝强度并适当降低其安全系数，使之仍能采用传统的每侧一根主缆的方案得以成立。

本桥主缆的钢丝强度为1800Mpa。考虑到本桥跨度特别大，主缆的钢丝应力中的横载应力很大而活载所占比例非常小（紧8%左右），而这部分很大的横载应力是比较可靠稳定的，所以将其安全系数从过去惯用的2.5降低到2.2。

在上述的设计原则下，主缆采用PS法施工，垂跨比1/10，每根主缆有290股PWS钢丝索，每股有127根直径5.23mm的钢丝，全桥总共用钢丝57700t。本桥主缆在紧缆并缠包后的直径为1120mm，居世界第一。

另外，本桥在主缆施工时首创采用直升飞机架设导索。

本桥首次采用强度为2000MPa的镀锌钢丝来制造猫道承重索，并且首次取消了猫道下面的抗风索，只在两侧的猫道之间增加必要的抗风构件。

另外，本桥主缆除采用常规的防腐体系之外，还在缠包钢丝之外加一层作封闭用的薄橡胶皮膜，沿主缆每隔一定距离(140m左右)设有通风孔眼一个，利用除湿装置可将干燥大气压注入被橡胶皮膜所包封的缝隙内，借以达到防潮去腐。

也可以说，本桥跨度的世界之最是依靠上述设计与施工细节的世界之最来取得的。

4.竖吊索

长桥的长吊索采用平行钢丝索（PWS）制造，短吊索采用碳纤维加劲缆索（CFRC）制造。吊索与加劲梁的连接方式为，PWS用铰接，CFRC用锚环承压。因此，它们在加劲桁梁架设过程中的引拉方式也不同。

本桥的竖吊索，长度为10-40m的称为短吊索，10m以下的称为超短吊索。在短吊索区间与超短吊索区间架设加劲桁梁的平面构架单元时采用特殊的扁担梁。

5.加劲桁梁

最先设计时，本桥的主孔跨度为1780m，后期，主跨改为1990m。并取消在桥上通过双线铁道后，由于当时日本钢箱梁的经验不足，所以通过风洞试验的基础上维持采用钢桁梁。

本桥最后采用三跨双铰加劲钢桁梁。钢桁梁的桁宽35.5m，桁高14.0m，由两片主桁梁及桁架式横梁以及横梁上的桥面系等组成。钢桁梁的小节间长度为14.2m，大节间长度倍增为28.4m。

钢桁梁采用低碳钢SS400及高强钢HT780制造。共耗钢材89300t。最大活载竖向挠度为+8.0m（向下）及-5.0m（向上）。最大横向风力引起的水平挠度达27m，梁端的伸缩量达±1.45m。

风洞试验时考虑J王缆的影响与系沥影响。所用的风涧尺寸为41m×4m×30m(宽×高x长)。试验结果在桥面上增加开子L格栅(grating)以及在主孔增设竖向稳定器(vertical stabilizing device)。

6.锚碇

本桥的北锚由于采用地下连续墙防水而修建于神户层（洪积砂砾）。地下连续墙为一圆筒形基础，外周直径85.0m，高75.5m，墙厚2.2m，墙底标高约为-73.0m。施工时在地下连续墙完成后的圆筒内以深井降水进行开挖。开挖的深度高于地下连续墙约12.0m，即开挖到标高约-73+12=-61.0m处，然后用26万立方米碾压混凝土进行填充，再在其上面用23万立方米高流动性混凝土修建锚碇。

本桥的南锚直接修建在花岗岩层上，基底作成梯度状，最深的基底标高约为-23.5m。整个南锚共用混凝土15万立方米。

7.加劲桁梁的架设

本桥加劲桁梁的架设具有以下特点

(1)采用以平面衍架节段进行伸臂架设

大跨度悬索桥加劲衍梁的架设方法可分为以平面衍架节段来作伸臂架设，以及在正下J将衍梁立体节段直接起吊来进行安装。本桥由于桥下船舶航行状况的关系，只能在桥塔附ii的工程作业海域内以及海岸填土修筑的锚靛作业场岸壁前面可以长时间的使用海面；另外，d于采用起吊立体节段进行安装要增加别的起重设备来架设桥面系的钢桥面板和附加梁而不全济，因此采用平面衍架节段来进行伸臂架设。

平面衍架节段的架设采用逐次刚性固接法，将架设前端的3个节点进行调整吊拉就位面采用无铰的施工方法。

(2)边跨的架设是从锚徒往桥塔方面进行

以前的采用平面衍架节段进行伸臂架设的悬索桥，边跨一般都是从桥塔往锚淀方向进广的。本桥由于在伸臂架设中能够上坡的关系，以及可以分散作业场地等理由，决定采用从锚1往桥塔的方向进行架设。

(3)在架设开始阶段先采用大的立体衍架节段

本桥加劲衍梁的架设，开始先在两个桥塔的两侧(边跨侧与主跨侧)以及两个锚淀的前面共4个地方进行大的立体衍架节段的架设。这样做的目的是可以在这些节段上先装载架设j的机具设备与材料，减轻现场作业、确保安全与缩短工朗。先架设的这些大节段并可作为供7平面衍架节段的基地。

(4)在架设短吊索部分的节段时使用特殊的空中扁担梁短吊索部分的主缆与加劲衍梁上弦杆之间的净高较小。以前的悬索桥在架设这部分的2劲梁时采用倒换吊装的方法(将加劲梁段从一个吊点倒换到另一吊点，逐步就位)，作业比较it杂。为了减少这种烦杂，并且提高安全程度与缩短工期，采用特殊的空中扁担梁。

(5)在桥上采用橡胶轮胎式(汽车轮胎式)运输平车运送构件过去都是采用钢制轨道式运输平车来运送架设平面衍架节段的构件。如采用轨道运输本桥则需铺设轨道4km多，工程量非常大，所以采用不需轨道的汽车轮胎式运输平车。这f运输平车不需作轨道的铺设与拆除，故还可带来缩短工朗的好处。

日本明石海峡大桥创造了本世纪世界建桥史的新纪录。大桥按可以承受里氏8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计。1995年1月17日，日本坂神发生里氏7.2级大地震（震中距桥址才4公里），大桥附近的神户市内5000人丧失，10万幢房屋夷为平地，但该桥经受住了大自然的无情考验，只是南岸的岸墩和锚锭装置发生了轻微位移，使桥的长度增加了0.8m。除地震以外，还必须保证大桥在台风季节能够经受住时速超过200公里狂风的袭击。为此对桥梁进行了1%模型的风洞试验，在桥塔上安装了20个质量阻尼装置。 1988一l998年间，在日本大鸣门桥以北，建造了一座跨明石海峡的大型悬索桥。该桥位于本州与四国之间的神户—鸣门线上，神户市西南。明石海峡大桥是世界上第一座主跨超过1英里（为1609m）及l海里（合l852m）的桥梁。两边跨也很大，每跨达960m，是目前世界上最长的边跨。钢桥塔高为297m，是世界上最高的桥塔。用钢衍式加劲梁，横截面尺寸为35.5m×14.0m。其梁高比其它任何一座悬索桥都高。

明石海峡大桥是日本也是世界工程史上的奇迹，30年的规划，十年的施工，43亿美元的造假，实现了这项不可能完成的任务。

8、认识总结：

最早知道明石海峡大桥是在大一，是从桥梁专业杂志上的论文介绍而知。记得当时网上有一段录像，记录的就是明石大桥的设计与施工，印象最深的就是讲大桥如何防风震，防侧移和防地震，还有大位移伸缩缝的问题，再就是如何控制在超大跨度上非线性位移变位等技术问题。这些早期的影像直到今天仍然记忆犹新。

明石，日本本州岛西南部城市。与我一样，大多数人知道明石不是因为别的什么原因，而是因为明石海湾大桥使这个日本的小城市一夜之间变得有名气了，变得世界瞩目-至少在桥梁界。

1998年4月5日，世界上最长的悬索桥（吊桥）-日本明石海峡大桥正式通车。大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间，连接了本州岛与四国岛的交通。

明石海峡大桥首次采用1800MP级超高强钢丝，使主缆直径缩小并简化了连接构造。大桥设计抗震频率一百五十年一遇，地震烈度8.5级；大桥抗一百五十年一遇的暴风。

明石大桥为目前世界上跨度最大的悬索桥，也是世界上最长的双层桥，它是联结日本内陆工业中的重要纽带。大桥于1988年5月动工，1998年3月竣工，历经十年，桥梁总投资约40亿美元。

1995年1月17日，日本坂神发生里氏7.2级大地震，震中距桥址4公里，大桥附近的神户市内5000人丧生，10万幢房屋夷为平地。但该桥经受住了大自然的无情考验，只是南岸的岸墩和锚锭装置发生了轻微位移，桥塔顶倾斜了10厘米，主缆垂度因此减少了130厘米。由于地面运动，两塔基础之间的距离增加了80厘米，使主跨增加了近80厘米。当时在距该桥50公里远的桥梁与建筑都已经倒塌。地震发生时，大桥刚刚完成桥塔与主缆施工工作，开始架设加劲梁。为了提高大桥防震抗风的能力，在桥塔上安装了20个质量阻尼装置。