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從一座奇特的橋說開去

 最愛星期五 2011-08-01

    最近一座奇特的橋爆紅網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)友紛紛冠之以“史上最牛的橋”、“中國(guó)最神奇的橋”、“世界上獨(dú)一無二的橋”......等等稱號(hào),宣稱此橋“顛覆了物理學(xué)常識(shí)”、“改變了我的人生觀”。這是怎樣一座橋,先上圖。

    這個(gè)橋,橋墩是懸空的!就象在一條吊橋上建起幾個(gè)橋墩,然后在橋墩上搭橋面。
 

    這就是在橋兩端的懸?guī)Ш蜆蛎娼Y(jié)合處,也是兩個(gè)受力點(diǎn)之一。
 

    來個(gè)近景,請(qǐng)留意這是一個(gè)峽谷,下面就是河水,如果橋墩一直到底,那應(yīng)該需要多長(zhǎng),多粗。
 

    橋志銘,上面寫著橋的名字:淘金大橋,建于一九八八年,已經(jīng)二十多年過去了,這橋還安然無恙。上面第一個(gè)人名,吳琦瑛,就是這座橋的設(shè)計(jì)者和項(xiàng)目指揮。
 
    【背景】
    湖南洞口淘金橋——洞口淘金橋位于湖南省洞口縣距縣城15km的淘金村。該橋跨越漬水上游古樓河的木魚塘峽谷,是一座自錨上承式懸?guī)?。橋長(zhǎng)74m,設(shè)計(jì)跨徑70m,矢跨比1/9,橋面寬4.5m 。于1989年1月建成通車。

 
     【誤區(qū)】
    這座橋無疑是構(gòu)思巧妙的,但網(wǎng)上的介紹總是參雜了太多的錯(cuò)誤信息,融入了太多的主觀意念。讓我們拂去那些浮塵,找出事實(shí)的真相。
 
    誤區(qū)1:這座橋是獨(dú)一無二的。
    分析:當(dāng)然不是。淘金大橋這種自錨上懸式懸?guī)蛟O(shè)計(jì)非但不是獨(dú)一無二的,也不是全球第一座這種設(shè)計(jì)的橋,甚至它還不是國(guó)內(nèi)第一座。全世界第一座采用這種設(shè)計(jì)的大橋是1972年建成的哥斯達(dá)黎加的里奧-科羅拉多大橋,是美籍華人林同炎設(shè)計(jì)的。此后,在原東德和日本兩地,分別還建起過兩座同類型的橋。在國(guó)內(nèi),曾經(jīng)在甘肅劉家峽黃河大橋的設(shè)計(jì)中應(yīng)用過這樣的設(shè)計(jì)理念,已經(jīng)做出了模型,但是最后好像沒有實(shí)施。
   
    上圖:建于1972年的里奧-科羅拉多大橋,位于哥斯達(dá)黎加。
 
    誤區(qū)2:這座橋沒有橋墩。
    分析:其實(shí)還是有的,就看大家如何定義橋墩了,是不是一定要立在地面的才算橋墩。淘金大橋應(yīng)用了多根立柱排架,也起到了分擔(dān)承重的作用,只是這些力最后都?jí)涸诹藨規(guī)希皇窃诘孛妗?/div>
 
    誤區(qū)3:設(shè)計(jì)者是70歲的老人,僅有初中文化。
    分析:無語了,人是在不斷進(jìn)步的,吳工程師的確是初中畢業(yè)就出來工作,現(xiàn)在也70歲了。但是他是1956年初中畢業(yè),當(dāng)年的初中可不比現(xiàn)在,在那時(shí)候初中生已經(jīng)是高知識(shí)分子了。而且他在畢業(yè)后不斷努力學(xué)習(xí),在1960年拿到了函授專業(yè)本科學(xué)歷,大家回家問問老人家,60年代的函授??频韧裁锤拍?,那絕對(duì)比現(xiàn)在的碩士生來的地位高。至于年齡,拜托,他設(shè)計(jì)這座橋的時(shí)候正是50歲的黃金年齡,怎么能說是老人。
 
    誤區(qū)4:這種設(shè)計(jì)是吳工程師自己想出來的。
    分析:這個(gè)不用爭(zhēng)了,吳工曾經(jīng)寫了一篇題為《自錨上承式懸?guī)虻脑O(shè)計(jì)與施工》的論文,文中明確地提到了他是在前人的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)這座橋,而且設(shè)計(jì)是多人研究的共同成果。文中還有論及設(shè)計(jì)橋的理念和實(shí)施步驟等等,有興趣的可以去下載來看。我提供個(gè)鏈接:http://ishare.iask.sina.com.cn/f/10939968.html
   
    誤區(qū)5:這橋顛覆了物理學(xué)常識(shí)。
    分析:咳咳,我只能說,真是有好多人的物理課沒有上好啊。
 
 
    【選擇】
    為什么起這樣一條橋,相信這是大家都想問的問題,總不會(huì)是因?yàn)檫@樣看起來夠酷吧。
    吳工在他的論文里做出了解釋:淘金大橋位于一個(gè)狹窄的山谷中, 以接線路基標(biāo)高控制, 上口寬63m, 深23m,山谷傾料角度在60度左右, 兩岸均為風(fēng)化的砂質(zhì)頁巖??菟钤谧笥? 洪枯水位差在左右。因此, 采用支架施工有困難, 既不安全、也不經(jīng)濟(jì);采用其他施工方法, 對(duì)地方來說, 不理想, 也不現(xiàn)實(shí)。在此條件下, 從經(jīng)濟(jì)性、施工性、安全性以及美觀等方面出發(fā)進(jìn)行考慮,經(jīng)比較權(quán)衡利弊, 為發(fā)展新技術(shù), 探索新橋型, 本橋決定采用自錨上承式懸?guī)驑蛐头桨浮?/div>
    太復(fù)雜的技術(shù)問題就不要探討了。毫無疑問的是,這種設(shè)計(jì)少用了不少材料,省了不少錢。這點(diǎn)非常重要,吳工程師是從上世紀(jì)50年代走來的人,在那個(gè)年代,如何能為國(guó)家為集體節(jié)省經(jīng)費(fèi),是非常重要的。等會(huì)我們會(huì)從一篇介紹他的文章里看到。
    我們下面主要從橋梁安全和施工難以方面來講。這種橋梁的建筑過程還真是蠻有趣的。
 
    【步驟】
    我們拿這種設(shè)計(jì)的鼻祖,里奧-科羅拉多大橋的施工圖來演示給大家看。詳情請(qǐng)參閱這里:http://www./wiki/index.php/Rio_Colorado_Bridge
   

    由于科羅拉多大橋是混合結(jié)構(gòu),自軸上承式懸?guī)гO(shè)計(jì)主要是在中段,所以大家請(qǐng)從STAGE 3開始看起。
   

     步驟一:先引渡主索并臨時(shí)外錨, 錨固無須復(fù)雜的張拉施工工藝。
 

    步驟2:調(diào)索后在主索上安裝預(yù)制塊形成吊板懸?guī)А?/div>
 

    步驟3:然后在懸吊底板上橫向設(shè)置立柱排架
 

    步驟四:在排架上架設(shè)T梁后, 轉(zhuǎn)外錨為自錨。
 

    步驟5:現(xiàn)澆橋面后, 即在主索槽內(nèi)用混凝土包裹主索形成懸?guī)?/div>
 

    步驟6:最后處理伸縮縫和安裝欄桿??⒐?!
 
    可以看到,這種施工方式不用在深深的峽谷起橋墩,也就不用立支架打樁,一直都是懸空作業(yè),所以也就不用考慮峽谷有多深,不用考慮洪水的影響,施工相對(duì)簡(jiǎn)便很多,竣工后也不用擔(dān)心大橋受到洪水的影響。在施工的難易程度和安全性、橋梁的安全性等方面,都是很好的選擇。
 
    【評(píng)價(jià)】
   業(yè)界對(duì)這座橋的評(píng)價(jià)很高,很多教科書上都有這個(gè)案例,它是國(guó)內(nèi)第一座建成的自錨上承式懸?guī)颍跇蛄涸O(shè)計(jì)、成本控制、施工技術(shù)等方面都是國(guó)際先進(jìn)水平。
    但從另外一個(gè)角度來看,我們也不能妄自尊大,這座橋的橋長(zhǎng)74m,跨徑70m,矢跨比1/9,橋面寬4.5m ,加上它所處的位置,我們只能說,這是一座小規(guī)模的“大橋”。而這種設(shè)計(jì),也注定不可能建成太大規(guī)模的橋(太重就拉不住了),且只能在特定的環(huán)境(峽谷)發(fā)揮作用,因此它的推廣面受到很大的限制。
    淘金大橋的江湖地位更多是在技術(shù)層面的,而不是在使用層面。這也就是為什么在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,在業(yè)界很多人都知道這座橋,而一般民眾卻不曉得它的存在,直至最近才被驢友們發(fā)掘出來。
 
    【吳琦瑛】
    “吳琦瑛,男,漢族,洞口縣高沙鎮(zhèn)人。 1940年8月山生,原初中文化,中共黨員。1956年4月參加工作,先后從事水利、公路、橋梁等專業(yè)技術(shù)工作,高級(jí)工程師。從1979年至1992年2月連任湖南公路學(xué)會(huì)3屆理事。吳奮發(fā)自學(xué),刻苦實(shí)踐,求實(shí)創(chuàng)新,開拓進(jìn)取。共設(shè)計(jì)、施工大、中整橋梁23座,總長(zhǎng)2434延米。與由國(guó)家包干勘測(cè)、設(shè)計(jì)與施工所完成的同跨徑、長(zhǎng)度相比,節(jié)約鋼材78%,節(jié)約木材79%,節(jié)約投資60%。1974年建成我國(guó)時(shí)為最大波跨7米的石砌雙曲拱橋—湛田橋;1978年建成凈垮87米的石砌單波雙曲拱橋—平溪江大橋;1980年建成凈跨70米的單室箱型拱—龍井橋,此橋與木瓜橋均被1982年亞洲太平洋地區(qū)農(nóng)村道路交流會(huì)上列為推廣橋型。1986年運(yùn)用轉(zhuǎn)體施工工藝建成凈跨90米單式程型拱—石背大橋。1989年建成全國(guó)第一座跨徑70米上承式懸?guī)颉越鸫髽颉?993年建成凈跨100米X型雙肋中承式拱橋—高沙大橋。吳還先后撰寫論文28篇,發(fā)表在《公路運(yùn)輸技術(shù)》、《橋梁建設(shè)》、《中南公路工程》、《湖南公路》及<<湖南交通科技>>等刊物上。1987年,交通部授予“雙文明標(biāo)兵”稱號(hào)。同年l0月,出席中共第十三次全國(guó)代表大會(huì)。1989年,湖南省人民改府授予“特等勞動(dòng)模范”,同年9月,國(guó)務(wù)院援予“全國(guó)先進(jìn)工作者”稱號(hào)。1991年9月,全國(guó)總工會(huì)授予“全國(guó)自學(xué)成才者”稱號(hào)。1993年元月起,享受國(guó)家政府特殊津貼?!?
    以上是在很多頁面上對(duì)吳工的介紹,后來我繼續(xù)搜索,找到了一篇關(guān)于他的長(zhǎng)篇報(bào)道《歌為冒險(xiǎn)者高唱——記高級(jí)橋梁工程師吳琦瑛》,可惜不知道什么原因,這篇博文已經(jīng)被刪除,現(xiàn)在還可以從百度快照里看見,可能很快就不能再見到了.
 
    【感悟】
    這又是一次很有趣的網(wǎng)上搜索之旅,一開始在網(wǎng)上看到這條橋,我產(chǎn)生了興趣,想了解它的建設(shè)原理,然后就開始搜索相關(guān)的資料,從而了解到了這種設(shè)計(jì)的名稱:自錨上承式懸?guī)?,以及大橋設(shè)計(jì)者:吳琦瑛工程師。之后又從這兩個(gè)關(guān)鍵詞出發(fā),找到了里奧-科羅拉多大橋的資料和吳工的長(zhǎng)篇報(bào)導(dǎo),在這過程中,我還了解到了很多橋梁的知識(shí)和有關(guān)的名人(例如林同炎,之后我會(huì)在另外一篇日志里介紹他們一家)。
    在觀看吳工的事跡材料時(shí),我好幾次心生感概,這絕對(duì)是創(chuàng)先爭(zhēng)優(yōu)的典型。例如下面這段:
    “八十年代,我們國(guó)家本來已經(jīng)有了不少的先進(jìn)計(jì)算設(shè)備,可那不是屬于只有初中文憑的土工程師所有的,他還得靠筆——鋼筆、鉛筆、圓珠筆;靠紙——白紙、橫格紙、厘米紙;靠算盤來完成他的任務(wù),與數(shù)學(xué)打交道,枯燥乏味,最容易惹入疲勞,他的辦公桌上,便經(jīng)常擺放著一個(gè)個(gè)鮮紅的干辣椒——他不會(huì)喝酒,也不會(huì)抽煙,可有這種特殊激素。每當(dāng)疲勞的時(shí)候,他就嚼辣椒,強(qiáng)刺激,強(qiáng)興奮,新橋型設(shè)計(jì)就在這種世界上最好的刺激素下設(shè)計(jì)出來了。”
    于是我萌生出要以此為題材,寫一篇?jiǎng)?chuàng)先爭(zhēng)優(yōu)的學(xué)習(xí)材料。但真的提起筆來,又發(fā)現(xiàn)之前想落筆寫的幾個(gè)點(diǎn)都很膚淺,自己的學(xué)習(xí)和理解依然存在很大的差距。與其發(fā)表些一知半解的想法,不如繼續(xù)腳踏實(shí)地學(xué)習(xí)。所以就寫下這篇日志,以記載下學(xué)習(xí)的成果和歷程。

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