新闻资讯

NEWS
当前位置:首页 > 新闻资讯 > 行业动态
为什么大桥有的直有的弯?
浏览:     发布时间: 2019-03-15    [我要打印]

出品 | 网易新闻,作者 | 须臾千秋,清华大学土木工程博士

 

  中国的地形堪称地球表面最为复杂,我们最不缺的就是桥梁。

 

  它们有的跨河,有的跨海,有的跨越山谷,有的跨越铁路,如果你仔细观察还会发现,它们有的是直的,有的却是弯的。这是怎么一回事呢?  

 为什么大桥有的直有的弯?.gif

(这是跨越峡谷的北盘江大桥,它是直的)

 

为什么大桥有的直有的弯?2.jpg

(这是跨海的港珠澳大桥,它是弯的)

 

  (一)什么桥是直的,什么桥是弯的?

 

  从理论上讲,工程师们希望尽可能地将所有的桥都设计成直的。

 

  原因很简单,两点之间线段最短,直的大桥不仅省材料、省人工,更关键的是省脑子啊。

 

  相比起受力简单、基本属于平面受力结构的直桥,弯桥的受力要复杂许多倍。弯矩、扭矩、弯扭联合作用,使得弯桥的受力令人难以捉摸,计算和设计都变得十分复杂。

 

  因此,对于那些比较短的大桥,尤其是跨河、跨谷的单跨部分,工程师们都是尽可能地让它们保持直线的,这样可以尽可能地简化受力,最大限度确保安全。

为什么大桥有的直有的弯?3.png 

 (一个典型的直桥受力)

 

  可是跨海大桥就不同了。它的桥长动辄几十公里,比如我们所熟知的港珠澳大桥,主桥长55千米;东海大桥,长32.5千米;日本濑户大桥,长37.3千米……所有这些跨海大桥,就没有一条是直的,这是为什么呢?

为什么大桥有的直有的弯?4.jpg 

(跨海大桥不仅要弯,而且要弯出花来)

 

  要知道“跨海大桥为什么是弯的”,我们可以先从“公路为什么是弯的”开始讲起。

 

  开在高速公路上时,我们一定会发现,无论你怎么开,前方的道路永远不会出现超过三分钟的连续直路,舒舒服服地开上一小会儿,总是要拐一下,避让开什么东西,或者干脆什么也没有的时候也会转弯。

 

  这一方面是因为,陆地上难免会有些丘陵起伏,最好的办法就是让我们的道路稍微拐拐绕过它们;而另一方面,长时间的直线驾驶会令驾驶员迅速疲劳,酿成事故。

 

  因此,即使是几十公里的大平原,工程师们也会故意将道路设计得拐上几个弯,让司机动动手,动动脑,可以十分有效地降低事故发生率。

 为什么大桥有的直有的弯?5.jpg

(高速公路往往隔三岔五就要拐个弯,不知道你有没有注意到)

 

  (二)大桥的弯是怎么来的?

 

  与那些只有一两公里长的河上“小桥”不同,动辄三五十公里的跨海大桥,本质上也是一条高速公路。

 

  司机在上面开车,如果不去隔三岔五地拐几个弯,也是很容易疲劳、很容易出事故的。光凭这一点,跨海大桥有点弯曲,从而引导驾驶员的视线来避免视觉疲劳和精神懈怠,这也是很正常的。

 

  但跨海大桥的弯曲,其实远不止这么简单,其中最重要的原因就是,海洋的底部并不像它的表面那样平整,而是充满了丘陵起伏。

为什么大桥有的直有的弯?6.png 

  受到海水和海洋生物的腐蚀后,海底的地质环境也会千奇百怪,有的地方是坚固的基岩,可以直接把桥墩架在上面;有的地方则是疏松的淤泥,需要打下深深的桩到几十米以下的基岩上,桥墩才能稳固;有些地方则干脆就是断裂带,根本就不能搭建任何建筑物,更别说几万吨重、设计寿命120年的大桥了。

 

  比如我们熟知的港珠澳大桥,海底就是深达几十米的淤泥,我们看到的水面上粗粗短短的桥墩,其实在水面以下宛如一根根定海神针。

 为什么大桥有的直有的弯?7.jpg

(港珠澳大桥的桥墩貌似粗短)

 

  所以在大桥架设前,早有工程师们仔仔细细地研究了附近海底的地质结构,巧妙地避开了一切不适合建造大桥的地质环境,选好了大桥的路线。这条路线当然不太可能是直线,必定要东绕西绕。

 

  这还不算完,大桥的布线,还要考虑到最重要的一点:海洋中的洋流和海流。

 

  在海洋中,海水是24小时不停地流动的,而且全年无休,这会持之以恒地对大桥造成冲击,这种海浪冲击远远大于普通桥梁,它的流动虽然有一定的规律可循,但却来自多个方向。通过设计S型曲线,能让水流通过引导减少对桥梁造成的伤害。

 

  此外,还有反复无常的台风在水面以上不停地袭扰着大桥,面对这种来自四面八方的横向力,直桥的抵抗能力很差,一定要弯桥才能更加稳定。

 

  所以,把长度很长的跨海大桥,修建成一条弯曲的曲线,受到了自然和现实多种因素影响,这并不是在浪费建材。

 

  (三)弯桥要怎么修才好?

 

  扭矩的存在,是弯桥与直桥受力最大的不同点。

 

  什么是扭矩呢?举个简单的例子,当你扭转一个门把手时,其实就是对它施加了扭矩。

 

  扭矩的原理很简单,但与弯矩耦合后,就会成为计算上非常令人头疼的东西。

 

  弯曲的梁在荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩,并且相互影响,使梁截面处于弯扭耦合作用的状态,其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多。

 

上一篇:没有了