《大跨度铁路悬索桥设计》

徐恭义 著

上海科学技术出版社

此书以五峰山长江大桥为背景，结合我国悬索桥建设多年的工程技术经验，详细介绍了大跨度悬索桥技术背景，桥位、桥式和桥跨结构体系，大跨度铁路桥加载模式及计算，铁路悬索桥合理刚度，铁路悬索桥结构构造，铁路悬索桥梁端伸缩结构，铁路悬索桥抗风抗震分析，铁路悬索桥风-车-线-桥耦合振动分析，大跨度悬索桥结构设计，悬索桥制造架设及施工控制，铁路悬索桥结构腐蚀防护以及悬索桥未来技术展望等相关内容，对铁路悬索桥设计及建造技术进行系统论述，是目前国内外铁路悬索桥领域唯一的一本专业著作。

本书编写和出版过程中，获得了中国科学院孙钧院士、翟婉明院士，中国工程院郑皆连院士和陈政清院士的审核指导，以及铁道部原总工程师何华武院士的支持和帮助。

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设计千米跨度悬索桥跑高铁，体现了中国桥梁设计师的胆识。

——中国工程院院士郑皆连

五峰山长江大桥铁路悬索桥技术取得了一系列国际性突破、具有开创性意义。

——中国工程院院士卢春房

就每一具体工程结构的水平而言，则是由其设计者而定。

——e.torroja西班牙国际工程结构师

《对工程结构的理性认识》

这座大桥的设计实施，在世界尚无工程先例，整个决策和实施过程，都感到压力巨大。

——五峰山长江大桥总设计师徐恭义

桥梁结构中，悬索桥属于典型的柔性结构。从力学角度看，在上千米的尺度上，悬索桥结构非常轻盈，有很大的变形空间。“通过几吨、几十吨重的汽车，给悬索桥带来的变形几乎忽略不计。”徐恭义说，然而通过百倍于汽车的一列高铁时，相当于给大桥在短时内施加了一个巨大的荷载，给轻盈的悬索桥造成较大的几何变形。而高速运行的列车，必须保持轨道具备相当的刚度，任何一点小小的变形，都可能导致安全隐患。

连云港—镇江高速铁路淮安至丹徒段于12月11日开通运营，世界首座高速重载公铁两用悬索桥——五峰山长江大桥同步投用，连镇高铁全线通车，连云港至镇江2小时9分可达。连镇高铁是贯通江苏省南北的重要通道，也是长三角铁路网的重要组成部分。连镇高铁的全线通车，苏南苏中苏北紧相连，实现连云港、淮安、扬州、镇江地区部分县市与上海、南京、杭州等长三角中心城市的无缝对接，极大便利沿线群众出行，对于完善区域综合交通运输体系，助力长江经济带和长三角区域一体化发展战略实施，具有重要意义。

此前，在这座轻盈的千米大跨悬索桥上，铁路部门以不同时速、不同车型、多线并行等不同组合反复测试，平稳运行了近百天，创造了高速列车以时速275公里平稳通过的世界纪录，各项指标均达到预期设计目标要求。“这也证明大桥设计方法和理论计算的正确性，同时也表明大桥工程内在质量到达相关技术要求。”全国工程勘察设计师、中铁大桥勘测设计院集团副总工程师、五峰山长江大桥总设计师徐恭义说。

如何在轻盈的悬索桥上保持动车平稳高速行驶？

“五峰山长江大桥设计主跨1092米的公铁合建钢桁梁悬索桥方案，竖向与横向均为五跨连续结构，主梁采用新型钢桁加劲梁结构，上层公路8车道桥面总宽46米，下层铁路4线桥面全宽31.7米。”徐恭义说，通过合理的结构设计和准确的理论分析，再辅以有效的阻尼约束和多向支撑体系设置，从根本上保证了结构受力稳定性，解决了悬索桥容易晃动的难题。为保证大桥的稳固，五峰山大桥使用了直径1.3米的主缆，由4万根直径仅5.5毫米、长约2000米的高强度钢丝组成，为目前世界范围内最大直径主缆，各项性能远优于普通主缆钢丝，单根主缆拉力高达9万吨，足以吊起1.5艘满载的“辽宁”号航空母舰。

设计采取多种措施防止悬索桥晃动

架设主缆

五峰山长江大桥设计为何采用悬索结构？

“五峰山长江大桥跨江段是江苏省境内河道最窄的位置，也因为水上航道运输繁忙，建桥要求十分苛刻，要求铁路桥梁采用悬索桥实现一跨越江，这对高速铁路技术是巨大的挑战。因此，这个桥位已经预留了半个多世纪，一直未能实施。”徐恭义解释说，如果采用同样跨度的斜拉桥方案，受力要配置较长的平衡边跨，主桥长度将大大增加，不仅大幅增加造价，同时斜拉桥边跨位于岸上，景观效果也差。

用柔性结构悬索桥完成重载高速，突破哪些理论及关键技术？

想要建跑高铁的悬索桥，就要把柔软的悬索桥板变“硬”，把原来单薄的扁平桥板给改成立体的桁架。“如此一来，设计上充分考虑交通功能要求负担公路和铁路桥面荷载的受力特点，主梁被设计成双层桥面的空间桁架结构，使公路交通和铁路轨道交通获得合理布置，既使结构功能分明、又增加了结构的竖向、横向抗弯抗扭刚度，也确保了结构的行车稳定性和抗风安全性。”徐恭义说。

技术突破 填补世界空白

中国铁路总公司、国家铁路局、上海局集团公司、中国中铁股份有限公司等共立项20多项重点科研课题，对千米跨度公铁两用悬索桥关键技术展开科研攻关，突破了千米跨度悬索桥结构构造及合理刚度、千米跨度悬索桥列车系统失稳临界风速与车速限值、千米跨度悬索桥轨道结构适应性及几何形位控制、千米跨度悬索桥设计荷载模式、山壑区倾斜高强岩层中超大基坑的开挖与填筑、超大平面尺寸陆地沉井施工等多项关键技术。

五峰山长江大桥为世界首座高速铁路悬索桥，中国首座公铁两用悬索桥，中国首座铁路悬索桥，首次实现铁路桥梁一跨越过长江天堑。填补世界高速铁路悬索桥、中国公铁两用悬索桥和中国铁路悬索桥三项空白，并在国际范围率先建立起中国高速铁路悬索桥的设计方法、计算理论和相关技术标准。

资料：上海科学技术出版社

编辑：徐诺

上观号作者：书香上海