金塘大桥钢桥面铺装中的建设者。记者 邵全海 谢国平 通讯员 姚峰 摄
巾帼不让须眉。 记者 邵全海 谢国平 通讯员 姚峰 摄
初冬时节,在镇海到定海的高速公路上,我们一路驾车奔驶。一座座雄伟优美、形态各异的跨海大桥,从窗外一一掠过。短短半个多小时,我们接连经过了5座跨海大桥!
对我们而言,这是一种新鲜的体验。从大陆去舟山,可以飞车而至,不再舟楫相渡。
对中国而言,这是一个崭新的记录。这个中国最大的岛陆联络工程,创下了多项建桥史上的“第一”:世界最大跨径钢箱梁悬索桥、世界第一座分体式钢箱梁悬索桥、世界抗风稳定性要求最高的桥梁之一、世界外海环境中建设的最大跨度斜拉桥、中国第一主缆、中国第一次使用直升机牵引先导索过海……
驭风
对造桥人来说,风的因素不可不察。这在桥梁建设史上有过惨痛的教训。
1940年11月7日,美国塔科马海峡大桥在通车4个月后就被一场时速60多公里的风拦腰吹断。这场悲剧后,风洞试验才成为桥梁设计的重要环节。
在中国桥梁设计重镇同济大学,土木工程学院的风洞实验室已经为105座大桥做过风洞试验,西堠门大桥是第67座。
“西堠门大桥是我们遇到的最大挑战,”中国工程院院士、国际桥梁与结构协会副主席、同济大学土木工程学院顾问院长项海帆教授说,“这个挑战就来自于风。”
舟山多台风,西堠门大桥主跨1650米,是钢箱梁悬索桥世界第一跨,桥下又得留出49.5米的通航净高,抗风便成了最严峻的问题。
“西堠门大桥营运阶段颤振检验风速达每秒78.74米,这么高的要求,我也是第一次碰到。”项海帆说。
“为了破解这个难题,我们采用了分体式双厢断面钢箱梁结构,在世界上首次用中央开槽技术解决大跨径悬索桥的颤振稳定性难题。”中交公路规划设计院副总工程师宋晖说。
打个不太准确的比方,这个中央开槽技术就是在桥面上纵向开了个长长的口子来透风,以提高大桥的抗风力。这种设想在世界上先前也有人提出过,并在理论上进行了论证,但在悬索桥工程实践中,从未有人尝试。
把理论设想变成工程实践,要回答许多疑问:这个槽怎么开,宽度多少,对桥梁结构会带来什么影响……围绕这些人类桥梁史上的问号,设计者通过大量的实验和研究,得出了自己的结论:宽度以0.43倍桥宽最佳,这推翻了国外“槽越宽抗风力越强”的既有结论。
很快,设计方案就拿出来了。同济大学的风洞实验表明,西堠门大桥在颤振临界风速达到每秒88米以上的时候,依然能够满足抗风稳定性的要求。这意味着在17级超强台风下,大桥也能安然无恙。
这一创新成果获得了2008年度的中国公路学会科技一等奖,专家一致认为它已达到国际领先水平。
“在抗风研究上,西堠门大桥为中国在国际上打响了品牌。”项海帆说,“西堠门大桥乃至整个舟山跨海大桥的可贵之处,在于有很多原创的桥梁技术,它们为中国从桥梁大国走向桥梁强国增添了一颗沉甸甸的砝码。”