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凯发网投:中国工程院院士林元培南浦、杨浦、徐浦、卢普大桥都是我的孩子
发布日期:2020-12-19 浏览量:825

林元培说,在黄浦江上建桥是他的梦想,这个梦想开始于50多年前。

林元培和桥梁打交道50多年了。作为中国第一批工程设计大师,他设计或主持了20多座大跨度桥梁和数百座中小桥梁的设计。其中上海黄浦江上的南浦、杨浦、溆浦、卢普大桥都是他的孩子。

1963年,上海市设计院副总工程师刘主持生产了柳城大桥,这是林元培设计的第一座桥。

在此之前,苏州河上所有的小桥都是上海市政府研究院设计的,跨度只有60-70米,而柳州大桥的跨度翻了一番,达到了120米。

同时,该桥的结构也不同于最初在苏州河上设计的结构,因此必须使用新的公式来计算结构。

柳州大桥,1968年竣工,

悬臂施工的第一座大跨度预应力丁字钢构桥

面对这些挑战,前来设计的技术人员需要创新,需要承担风险,而刘给包括林元培在内的所有工程师上了一课。

刘担起责任,带领大家一起修建柳州桥。柳州大桥建成后,他的话成了上海市政学院三代工程师的梦想。

"我们不仅要建柳州桥,还要在黄浦江上建一座桥."

(以下内容摘自林元培在上海设计之都工业设计十周年论坛上的演讲。)

林元培

中国工程院院士

上海市政工程设计研究院总工程师

想在黄浦江上建桥,必须做好理论和工程技术准备。

上海市政学院二代总工程师经过观察,认为在黄浦江上建桥最经济可行的方式是斜拉桥。

但是光有理论是不够的,必须真的磨练出来。于是,上海市法院选择了松江的茅岗,做了斜拉桥的第一座试验桥,——茅岗桥。

茅岗大桥于1982年竣工。

它曾是海上最大跨度的混凝土斜拉桥

”文章“考桥”的加入,意思是有问题可以原谅。出问题也是小范围的事情。如果黄浦江出现问题,大家都能看清楚。”

林元培在茅岗大桥项目中从事软件开发。这座200米的大桥成了他磨练思想的试验场。茅岗大桥的完美竣工也告诉了林元培一个明确的信息:——双塔双索面大跨度斜拉桥是可行的!

茅岗大桥是双塔双索面桥,也是后南浦大桥所接受的桥型

来源:俯视图

岘港大桥建成两年后,林元培走上了上海市政府研究所总工程师的岗位,也只是积攒了多年的履历。然而,面对黄浦江大桥的梦想,他不停地问自己——。

“如果明天要建黄浦江大桥,我有吗?”

为了有更好的把握,林元培仔细衡量了自己和梦想的差距。

首先是跨度。

桥的跨度越大,结构的设计和施工就越困难。

因为上海是港口,来往船只多,如果在水中设置桥墩,就有碰撞的可能。同时水下施工工期长,成本也不便宜。因此,希望黄浦江一旦过江,就能建一座桥。

黄浦江位于市区,尽管在一个狭窄的地方大约有400米宽。林元培简历只有200米(茅岗桥),远远落后。

其次是拉索。

斜拉索连接着桥面和桥塔,是斜拉桥最重要的受力构件之一。然而,国产斜拉索和国外斜拉索的质量差异很大,这将直接限制桥梁的可实现尺寸。

斜拉桥应力图

怎么解决?

林元培有个想法:过去推导公式的时候,总是先提出理论,再通过实验室的模型试验磨练出来,桥梁施工中的缺口也可能这样解决。

于是林元培用自己手中的中小桥梁,把这些真实的桥梁作为模型试验,一步步缩短自己与梦想的差距。

“中小桥梁风险不大,但你的想法可以磨练。”

恒丰路立交桥,1987年竣工

他的第一个实验是在上海恒进行的

丰北路。

恒丰路立交桥在铁路上海站的西侧,离上海站不外200米,火车都需要从桥下经由。因此铁路方面要求,如果桥的沉降影响到了下方火车的通行,那桥就必须撤走。

桥的要求高,在林元培看来却是好事——上海是软土地基,土力学研究了上百年,桥梁的沉降一直是问题。

而借此时机,林元培试验着把钢管桩一直向下打76米,打到硬土层上,以软土地基的深桩技术解决了沉降的问题。

同时他也在这个项目和厥后的广州海印大桥的项目中,一次又一次地修改斜拉索,使得中国的斜拉索的受力性能不停地向国际水平看齐。

海印大桥,1988年竣工

而另一个重要的试验,是重庆的嘉陵江石门大桥。

因为嘉陵江在中部有个岛,可以在桥的中部立索塔,所以相对于之前有履历的双塔斜拉桥的模型,这个桥只需要设计半个斜拉就好了。

嘉陵江石门大桥,1988年竣工,使用江中岛的地理特点,

接纳了单索塔的桥型,索塔离岸230米

只管挑战性很高,但在林元培眼中,它却是实现黄浦江大桥的最佳跳板。

“我其时就思量,半个斜拉桥的塔离岸上有230米,要是把它建成了,我再重复一次就是460米,460米就够黄浦江了。”

当林元培听到嘉陵江石门大桥合龙的消息时,竟然激动得昏了已往,“我们今天可以过黄浦江了!”

随后,他便在跨黄浦江大桥的可行性陈诉里写下,“今天在中国,设计施工400米以上的斜拉桥是可能的”。

这“可能”二字意味着,做了近20年的黄浦江大桥的梦,终于照进了现实。

南浦大桥,1991年竣工

1988年,浦东乘着革新开发的东风迎来开发,林元培也终于迎来了在黄浦江上建桥的时机,成为了南浦大桥的总设计师。

其时他做了两个方案,方案一是把嘉陵江大桥作为原型,而另一个方案,参照了其时世界上已有的460米跨度的加拿大安娜西斯桥(Annacis Bridge)。

加拿大 Annacis Bridge,建于1986年,

跨度465米,世界上第一座典型的组合梁斜拉桥

图源:structurae.net

在方案评选时,专家们都认为外国的方案好,施工快。作为少数派的林元培,便听从多数,根据定下来的方案开始组织施工。

可是思量到安娜西斯桥才建好没两年,林元培仍旧放心不下,于是项目还在打钢管桩的阶段,他便派同事先去加拿大考察一下。

效果同事去了两三天就打电话回来,说发现安娜西斯桥上有裂痕。

林元培听此消息后心急如焚,立刻也前往了加拿大,考察回来后他马上举行了盘算,盘算效果显示果真是有裂痕。

“既然我算得出来,说明它是有纪律的,不是工人操作中马纰漏虎弄出来的。有裂痕,雨水就要渗透下去,下面是钢钉和钢梁毗连,如果时间长了,钢钉锈了,桥就跨掉了啊。”

南浦大桥,主跨423米,塔架高150米

图源:structurae.net

林元培经由重复研究,为安娜西斯桥的4种裂痕划分找到了化解的方法,并决议更改设计。

“设计是工程的灵魂,工程的宁静、造价、工期,都在设计手里,如果有所不审慎,出了问题很难收场。

造桥可以有缺点,但不能有错误,不仅仅是经济上的影响,更重要的是人命的问题。执法是公正的,设计也要负起执法责任。”

最终,他领导百余名工程师对3000多张图纸举行了一一修改,让南浦大桥在黄浦江上立了起来。

而在今后20余年的时间里,桥身上也没有泛起过裂痕。这座桥不仅开创了我国现代大跨度斜拉桥的先河,也为我国斜拉索的革新生长打下了基础。

杨浦大桥,1993年竣工

图源:structurae.net

而就在在南浦大桥还未竣工之时,杨浦大桥设计也被提上了日程。

作为工业区的杨浦,交通量很大,亟需一座大桥毗连对岸,然而杨浦大桥所在地的河面宽600米,其时世界斜拉桥跨度纪录才530米,如果要像南浦大桥一样一跨过江,就得做出个世界纪录。

“世界纪录是有风险的,但我重复推敲,我们还是有掌握的,就上!”

在挑战世界纪录的历程中,林元培不仅从力学理论上证明晰跨度602m的结构是稳定的,同时也优化改良了桥塔拉索锚固的结构,从工艺结构上解决了大桥的结构难题。

1993年杨浦大桥正式竣工通车,一下子将中国斜拉桥推到了国际领先水平。

徐浦大桥,1997年竣工

图源:structurae.net

杨浦大桥的乐成,振奋人心,600米跨度都实现了,之后的徐浦大桥的跨度只需要590米,自然胸有成竹。

所以林元培毅然将这个桥的正副设计卖力人的重担,交给了3位30多岁的青年技术人员。

“我跟他们说,你们独立思考,独立设计,我是在旁边看着。如果你们出了什么问题,未来责任是我的,你们做起来不要畏畏缩缩,斗胆做!”

而被林元培委以重任的年轻人,厥后也被评为中国工程设计大师,林元培“放手不放眼”,教给了年轻人设计的义务与责任,徐浦大桥也乐成完工。

卢浦大桥,2003年竣工

图源:structurae.net

徐浦大桥竣工通车后的第四年,卢浦大桥也开始了建设。

然而卢浦大桥在还未进设计之前,人们便对它议论纷纷——

一种意见认为,黄浦江上已经做了三座斜拉桥了,第四座应该换个样子,给上海做个不但调的景观;

而另一种意见认为,还是继续做斜拉桥好,斜拉桥的设计和工程我们已经驾轻就熟,可以省时省工,何乐不为?

最后方案评选,市政院的拱桥方案中了标。

然而差别于已经驾轻就熟的斜拉桥,要做一个满足各方期待的拱桥,林元培另有许多关键问题需要解决。

第一,就是要如何做得宁静。

拱桥的力学特点是它会将桥面受到的竖向的力,转为桥基处水平向外的推力,因此它的桥基做在岩石上是最可靠的。

而上海是软土地基,如果将桥基处庞大的水平推力推到了软土上,软土一散,桥就塌了。

因此,如何平衡掉这个推力就需要想措施。

拱桥的受力特点:会将桥面荷载转化为桥基处的推力

林元培想了个方法——将卢浦大桥桥基处2万多吨推力,引到了桥面上。

他使用斜拉桥中的钢索,在拱桥上拉了800多米的水平索,使用钢索的拉力平衡掉桥基的推力,这样就即便这座拱桥架在软土地基上,也能像做在岩石上一样宁静。

卢浦大桥使用水平索平衡桥基的推力

第二,就是要如何做得雅观悦目。

其实其时世界上已经有了跨度500米的拱桥,例如悉尼海港大桥(Harbour Bridge),但它们接纳的都是30年月的工艺——

使用钢厂里轧制出来的小构件,毗连成桁架式的结构——这样做出来的造型看起来很是繁琐。

而21世纪初,电焊的工艺已经能保证断面受力足够大,一根电焊的构件甚至可以抵得上轧制出来的几十根小构件。

因此已经可以通过焊接将构件做得很大,这样大桥的造型就可以做得比力简朴。

悉尼海港大桥,接纳桁架式结构

图源:wikipedia.org

卢浦大桥,使用电焊工艺实现了简约的造型

图源:wikipedia.org

2003年,卢浦大桥也建成通车,更成为了中国首个获得国际桥梁与结构工程协会(IABCE)“良好结构奖”的大桥。

至此,现在黄浦江市区段内的四座大桥都已完工,它们不仅是林元培桥梁理论的结晶,更是他敢于为创新负担责任的体现。

追念上世纪80年月,经济规模逐年增大的上海,天天过江量高达104万人次和2.2万车次,但黄浦江市区段内却没有一座跨江大桥。

而如今,浦江之上的座座大桥,不仅毗连起了浦西与浦东,更成为了一到处奇特的江上风物。

作为黄浦江大桥之父,林元培说,“我很有幸来设计上海的几座大桥,我们上两代的总工程师想了半天,他们没有时机,而我遇到革新开放,所以我很谢谢我们这个时代给我的机缘。”

本演讲由林元培在上海设计之都十周年工业设计主线论坛上揭晓。

指导单元:上海市经济和信息化委员会,上海市杨浦区人民政府。

运动主办单元:上海杨浦滨江投资开发有限公司,造就科技。

战略互助单元:脉伽特(上海)设计咨询有限公司,上海杨树浦馨懿房地产开发有限公司。

(本文未经造就授权,克制转载。)

编辑 | 柴朝宸

版面 | 顾天红

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