只有70米寬？卻能扛住7萬噸巨重！揭秘五峰山長江大橋如何化身高鐵“鋼鐵俠”

位于江蘇省鎮(zhèn)江市的五峰山長江大橋是世界上設(shè)計(jì)運(yùn)營速度最高、荷載最大的懸索橋，也可以說是目前世界上“力氣”最大的懸索橋。結(jié)構(gòu)簡潔、“身量”纖纖的五峰山長江大橋是如何擁有這般“神力”的呢？而“大跨、高速、重載”的重?fù)?dān)又為何會(huì)落到一座結(jié)構(gòu)簡潔纖細(xì)的懸索橋肩上的？

護(hù)衛(wèi)高鐵過江的“鋼鐵俠”

橋梁結(jié)構(gòu)中，懸索橋?qū)儆诘湫偷娜嵝越Y(jié)構(gòu)。在逾千米的尺度上，懸索橋結(jié)構(gòu)輕盈、柔韌，有相當(dāng)大的變形空間。

高速行駛的列車，其軌道必須有足夠的剛度。這是因?yàn)椋旭傔^程中，軌道任何一點(diǎn)小小的變形，都可能造成列車脫軌、翻車的嚴(yán)重后果。

鄭皆連院士評(píng)價(jià)五峰山橋采用懸索橋式時(shí)說，用柔性結(jié)構(gòu)懸索橋完成重載高鐵，體現(xiàn)了中國橋梁設(shè)計(jì)師的膽識(shí)。

能讓柔性的懸索橋承載起高速鐵路，有膽識(shí)的設(shè)計(jì)師們做的大量工作是精準(zhǔn)計(jì)算和穩(wěn)妥設(shè)計(jì)。確保結(jié)構(gòu)安全和行車舒適，是復(fù)雜、繁瑣、巨量、精準(zhǔn)的分析計(jì)算的終極目的。

要想在懸索橋上跑高鐵，首先要把懸索橋的梁變“硬”。設(shè)計(jì)師們?yōu)槲宸迳介L江大橋設(shè)計(jì)了鋼桁（héng）（架）加勁梁。

桁，就是又直又硬的棍子；桁架，是用“桁”組拼而成、架空的立體承重構(gòu)件，以“幾何不變形體系”三角形為基準(zhǔn)區(qū)格。鋼桁梁因結(jié)構(gòu)立體、穩(wěn)定、荷載大，常為鐵路橋、公鐵兩用橋選用。

加勁，僅從字面上就能理解——增加力量。“鋼桁加勁梁”，可以理解為“升級(jí)版的鋼桁梁”。經(jīng)過縝密計(jì)算和巧妙設(shè)計(jì)，五峰山長江大橋主梁結(jié)構(gòu)為上寬下窄型，高寬尺寸、比例和斜桿的設(shè)計(jì)，將鋼桁梁的剛度發(fā)揮到了最佳。鋼橋面板，則用一種叫“全熔焊接”的新工藝，與鋼桁加勁梁凝為一體。

鋼桁加勁梁好似護(hù)衛(wèi)高鐵過江的“鋼鐵俠”，高速列車通過時(shí)給它造成的幾何形變極其微弱，保障了橋梁的結(jié)構(gòu)安全性和行車舒適性。當(dāng)然，這樣的鋼梁，自重也達(dá)到了一個(gè)峰值：五峰山長江大橋鋼梁總重7萬余噸，相當(dāng)于1.5艘遼寧艦航母的重量。

承重的大力士

遠(yuǎn)眺五峰山長江大橋，最美的曲線來自它的主纜索。從一岸到另一岸，兩道主纜索兩次越過高高的索塔，如綢帶般順滑飄逸。通過吊桿懸掛在主纜索下方的鋼桁加勁梁則顯得玲瓏而穩(wěn)當(dāng)。

施工中的五峰山長江大橋南岸錨基礎(chǔ)（攝影/陳勇趙融）

梁體的恒定重力和高速列車、汽車造成的活動(dòng)重力，都是由錨碇固定于兩岸的主纜索來承受，然后通過索塔傳遞給大地，由大地化解。主纜索、索塔以及兩岸的錨碇仿佛大力士，剛?cè)岵?jì)、簡單明了地將一切不安全、不舒適化為無形。

施工中的五峰山長江大橋北岸錨基礎(chǔ)（攝影/劉洋森）

有人稱五峰山長江大橋是“未來之橋”。如果你乘坐高速列車從橋上通過，雖只有短短數(shù)十秒鐘，但一定要細(xì)細(xì)體味它的平穩(wěn)和舒適，那里面飽含著智慧和科學(xué)，還有中國橋梁人的驕傲。

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責(zé)任編輯｜趙青云 李雅欣

運(yùn)營編輯｜李雅欣

質(zhì)量審核 | 原飛燕

圖文來源 | 《知識(shí)就是力量》雜志《剛?cè)岵?jì)的五峰山長江大橋》，撰文/馬永紅、田永強(qiáng)，原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源。

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