對天津?yàn)I海兩座開啟橋的觀察與體會(huì)

文/王一帆 天津 300000

對天津?yàn)I海兩座開啟橋的觀察與體會(huì)

文/王一帆 天津 300000

天津?yàn)I海新區(qū)塘沽海門大橋和響螺灣開啟橋是坐落在海河上的兩座典型的開啟式橋梁，分別采用了垂直升降式和立轉(zhuǎn)式兩種開啟方式，對保證海河通航和海河兩岸通行發(fā)揮了非常重要的作用。區(qū)開放開發(fā)、天津自貿(mào)區(qū)建設(shè)的不斷推進(jìn)，將會(huì)有越來越多的開啟橋會(huì)矗立在美麗的濱海新區(qū)，本文作者從自己的認(rèn)識(shí)出發(fā)，對兩種開啟方式的開啟橋的不同特色、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，對濱海新區(qū)開啟橋的建設(shè)有一定的借鑒意義。

開啟橋；結(jié)構(gòu)；觀察；體會(huì)

天津是一座帶有濃厚的橋梁文化色彩的城市，特別是近代以來，天津建造了大量的造型各異的開啟橋。天津的開啟橋無論是在數(shù)量上還是形式上，均堪稱全國之最。茅以升有一句話：“幾乎全國的開合橋都集中在天津，這不能不算是天津的一種‘特產(chǎn)’”。天津有兩座開啟橋坐落在濱海新區(qū)，一座是建于上世紀(jì)八十年代的塘沽海門大橋，一座是建于本世紀(jì)初的天津響螺灣開啟橋。由于經(jīng)常經(jīng)過兩座橋梁，對兩座橋梁的開啟結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了比較濃厚的興趣，通過日常觀察、調(diào)查研究、查閱資料和分析思考，對兩座橋梁的開啟結(jié)構(gòu)、運(yùn)行維護(hù)產(chǎn)生了一些認(rèn)識(shí)。

1、塘沽海門大橋和天津響螺灣開啟橋的基本情況

開啟橋又名開合橋，也稱活動(dòng)橋，是部分橋跨結(jié)構(gòu)可以移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的一種橋梁。建造開啟橋的目的是江河水面有船舶航行，航道上空的空間不足以建設(shè)固定式橋梁時(shí)，通過建造開啟橋來實(shí)現(xiàn)閉合時(shí)橋上走車、開啟時(shí)橋下行船的“開啟時(shí)通航、閉合時(shí)通行”功能。常見的開啟橋的結(jié)構(gòu)有立轉(zhuǎn)式、升降式、平轉(zhuǎn)式三種。天津?yàn)I海新區(qū)塘沽海門大橋和天津響螺灣開啟橋兩座開啟橋分別采用了升降式、立轉(zhuǎn)式兩種開啟結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)情況見下圖：

沽海門大橋位于渤海西岸海河入海口，由塘沽北河岸跨越海河，至西大沽南河岸接岸，由鐵道部大橋工程局設(shè)計(jì)，鐵道部大橋工程局和交通部和第一航務(wù)工程局施工，于1985年11月13日建成通車，是我國目前提升高度最高的垂直升降式開啟橋。大橋總長550.1米，橋?qū)?×2＋14米，主橋分跨為2×48＋64＋2×48米，中間64米為升降部分，可提升高度24米，在升降部分的兩側(cè)各建有45米高的提升鋼塔架。大橋開啟時(shí)，寬60米，高31米。升降功能由兩組提升機(jī)實(shí)現(xiàn)，每組提升機(jī)有兩個(gè)卷筒，兩卷筒間為機(jī)械軸同步，兩套提升機(jī)通過平衡電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。提升機(jī)房分別設(shè)在橋跨兩端的提升塔樓頂部，控制臺(tái)集中在橋跨一端，上面設(shè)有高度及高差指示器，能隨時(shí)反映橋跨兩端同步情況，當(dāng)橋的升降部分斜度過大時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)平。

天津響螺灣開啟橋橫跨海河下游、連接天津于家堡金融區(qū)和響螺灣商務(wù)區(qū)，由天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，中國鐵建十四局三公司承建，2010年7月建成通車，是集土建、機(jī)械、液壓、電氣及智能化控制于一體的新型橋梁，是目前世界上最大的雙葉立轉(zhuǎn)式開啟立。全橋鋼箱梁重1638噸，球墨鑄鐵配重1730噸，橋長868.8米，為雙向4車道，其中主橋?yàn)殚_啟橋，主跨76米，凈跨為68米，橋梁轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為38米、橋梁開啟最大角度85度，橋下通航凈寬度68米，在不開啟狀態(tài)下其凈空大于7米，開啟時(shí)凈空超過27米。采用600千瓦的動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，大大提高了開啟速度，開啟時(shí)間為315秒，閉合時(shí)間為265秒。開啟橋由電氣系統(tǒng)控制的液壓機(jī)械完成，橋梁開啟時(shí)由橋中間向兩側(cè)立轉(zhuǎn)，就像是古代拉起護(hù)城河上的吊橋。

2、兩座開啟橋的活動(dòng)橋跨的受力分析

垂直升降式開啟橋主要考慮活動(dòng)的橋跨所受到力的平衡，立轉(zhuǎn)式開啟橋主要考慮的不僅僅是活動(dòng)的橋跨所受到的力的平衡，還要考慮所受的力矩的平衡。具體受力分析如下：

2.1 塘沽海門大橋升降部分受力情況分析

存在以下力的關(guān)系：

G=F1+F1′，可以保證能夠?qū)虻幕顒?dòng)部分進(jìn)行升降

F1=F1′，可以保證橋的活動(dòng)部分能夠保持一個(gè)基本水平的狀態(tài)進(jìn)行升降。

2.2 天津響螺灣開啟橋開啟部分（兩片中的一片）受力情況分析

力存在以下關(guān)系：G1（矢量）+ G2（矢量）= T1（矢量）+ T2（矢量）

力矩存在以下關(guān)系：G1 * S1 = G1 * S1 + T1 * S3

3、兩座開啟橋優(yōu)劣情況的認(rèn)識(shí)

兩座開啟橋采用的垂直升降式和立轉(zhuǎn)式兩種不同的開啟方式，具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，體現(xiàn)出不同的優(yōu)勢，也存在各自的缺點(diǎn)。我認(rèn)為兩座開啟橋至少存在以下幾方面的不同：

3.1 開啟速度和通行效率方面

塘沽海門大橋是垂直升降式開啟橋，開啟或者閉合一次需要20分鐘左右時(shí)間，天津響螺灣開啟橋是立轉(zhuǎn)式開啟梁，每完成一次開啟或者閉合都僅需3分多鐘。快速的開啟與閉合對于緩解大橋開閉所造成的車流擁塞會(huì)產(chǎn)生立竿見影的效果，所以立轉(zhuǎn)式橋梁通行效率更高一些。將來隨著響螺灣商務(wù)區(qū)和于家堡金融區(qū)建設(shè)的不斷推進(jìn)，特別是天津自貿(mào)區(qū)的各項(xiàng)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，天津響螺灣開啟橋的船舶通行量和地面交通通行量會(huì)比塘沽海門大橋增長的更快更多。所以就開啟效率上看，天津響螺灣開啟橋所采用的立轉(zhuǎn)式開啟方式更有優(yōu)勢，每開啟一次可以節(jié)約半個(gè)小時(shí)以上有時(shí)間，通行效率會(huì)有很大提高。

3.2 開啟寬度和開啟高度方面

塘沽海門大橋開啟后，通航凈寬60米，開啟后的凈空高31米。天津響螺灣開啟橋通航凈寬度68米，開啟時(shí)凈空27米。從了解到數(shù)據(jù)上看，兩座橋各有千秋，相差不多，但是從功能上均能夠滿足海河通航的基本要求。我感覺在建設(shè)開啟橋中，由于垂直升降的結(jié)構(gòu)簡單、明快，相對更加容易實(shí)現(xiàn)，而立轉(zhuǎn)式開啟橋結(jié)構(gòu)、技術(shù)、設(shè)備和控制要求均要更加高精尖一些，采用垂直升降式的開啟橋，通航的寬度和通航的高度更容易提升、拓展。所以如果是有更寬更高的開啟通航要求，而對通行效率要求相對較低一些的地區(qū)，可以考慮垂直升降式開啟橋，要更優(yōu)于立轉(zhuǎn)式開啟橋。

3.3 技術(shù)含量和運(yùn)行安全方面

塘沽海門大橋的開啟機(jī)構(gòu)的兩套提升機(jī)依靠一種稱作“平衡電機(jī)”的設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步，同一提升機(jī)的兩個(gè)卷筒通過機(jī)械軸連接實(shí)現(xiàn)同步，這樣就保證了啟升和下降過程中橋的四個(gè)角的保持水平，這種控制和運(yùn)行的特點(diǎn)是低速穩(wěn)定、可控性強(qiáng)、超重載荷，可以說雖然犧牲了開啟速度，但是實(shí)現(xiàn)了安全和平衡。天津響螺灣開啟橋采用了較多的高科技，在開啟橋閉合時(shí)兩塊臂梁鎖緊形成一個(gè)鋼性整體，關(guān)閉后液壓馬達(dá)自動(dòng)鎖死，同時(shí)采用了工業(yè)以太網(wǎng)通過水下光纜進(jìn)行連接，通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行控制，使起升液壓系統(tǒng)有條不紊的工作，這些新思路、新方法、新技術(shù)的集合運(yùn)用，運(yùn)行更加科學(xué)有序、安全高效、穩(wěn)定可靠。

總結(jié)：

開啟橋不是一般意義上的橋梁，它是機(jī)電液與結(jié)構(gòu)的完美組合體，可以滿足江河航道的通航功能和江河兩岸的通行功能。橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，占地與拆遷量小，減少了工程造價(jià)。不同開啟方式的開啟橋適用于不同的環(huán)境，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選用不同的開啟方式。隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，這種橋梁型式將煥發(fā)新的青春，為我國橋梁建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，發(fā)揮其自身獨(dú)特的作用。

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王一帆（身份證號(hào)：12010919990714651 X），男，天津市人，高中在校學(xué)生,研究方向：土木工程專業(yè)。