跨海大橋、長江大橋為什么很多是彎的

去年7月，世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋——滬蘇通長江公鐵大橋正式通車。滬蘇通長江公鐵大橋全長約11千米，橋位所處的江面寬約5.8千米，大橋在跨江時有個明顯的“拐彎”，遠看似一座被“折彎”的大橋。那么為什么滬蘇通長江公鐵大橋和許多跨海大橋、長江大橋一樣是彎的呢？

從理論上講，工程師們希望盡可能地將所有的橋都設計成直的。原因很簡單，兩點之間線段最短，直的大橋不僅省材料、省人工，更關鍵的是省腦。相比起受力簡單、基本屬于平面受力結構的直橋，彎橋的受力要復雜許多倍。彎矩、扭矩、彎扭聯(lián)合作用，使得彎橋的受力令人難以捉摸，計算和設計都變得十分復雜。

因此，對于那些比較短的大橋，尤其是跨河、跨谷的單跨部分，工程師們都是盡可能地讓它們保持直線，這樣可以盡可能地簡化受力，最大限度確保安全。

可是跨海大橋就不同了，它的橋長動輒幾十公里，比如我們所熟知的港珠澳大橋，主橋長55千米;東海大橋，長32.5千米……所有這些跨海大橋就沒有一條是直的，這是為什么呢？

要知道“跨海大橋為什么是彎的”，我們可以先從“公路為什么是彎的”開始講起，開在高速公路上時，我們一定會發(fā)現(xiàn)，無論你怎么開，前方的道路永遠不會出現(xiàn)超過三分鐘的連續(xù)直路，舒舒服服地開上一小會兒，總是要拐一下，避讓開什么東西，或者干脆什么也沒有的時候也會轉彎。這一方面是因為，陸地上難免會有些丘陵起伏，最好的辦法就是讓我們的道路稍微拐拐繞過它們;而另一方面，長時間的直線駕駛會令駕駛員迅速疲勞，釀成事故。因此，即使是幾十公里的大平原，工程師們也會故意將道路設計得拐上幾個彎，讓司機動動手，動動腦，可以十分有效地降低事故發(fā)生率。

與那些只有一兩公里長的河上“小橋”不同，動輒三五十公里的跨海大橋本質上也是一條高速公路。司機在上面開車，如果不去隔三岔五地拐幾個彎兒，也是很容易疲勞、很容易出事故的。光憑這一點，跨海大橋有點彎曲，從而引導駕駛員的視線來避免視覺疲勞和精神懈怠，這也是很正常的。

滬蘇通長江公鐵大橋是南接蘇州張家港，北連南通市，位于蘇通長江公路大橋上游、江陰長江公路大橋下游，是通滬鐵路、通蘇嘉甬鐵路、錫通高速公路共同的過江通道。大橋上層為雙向六車道高速公路，設計速度100千米/小時;下層為雙向四線鐵路。滬蘇通長江公鐵大橋采用主跨1092米的鋼桁梁斜拉橋結構，也是世界上首座超過千米跨度的公鐵兩用橋梁。

從航拍的照片上看，滬蘇通長江公鐵大橋在主橋往天生港航道橋過渡的一段有一個明顯的大彎。遠看如長虹臥波，平添藝術感。

滬蘇通長江公鐵大橋為什么被設計成彎曲的？還得從水文條件與橋梁結構的關系說起。

原來，大橋所跨越的這一段長江，水位總體呈現(xiàn)兩側深、中間淺的格局。水位較深的位置，一個是靠近南岸的主航道，還有一個是靠近北岸的天生港航道，該航道是由江水漲落潮逐漸形成，專為附近的大型船舶修造企業(yè)提供航路。滬蘇通長江大橋的主航道橋和專用航道橋就分別修建在這兩個航道上方。兩座橋的中間，有一座江中島，名叫“長青沙”。在長青沙的影響下，原本連成一塊的長江航道被分成主航道和專用航道，兩個航道的水流方向也變得不再一致，存在約25度的角度差。

中鐵大橋局副總工程師、滬蘇通長江公鐵大橋總工程師李軍堂介紹，一般而言，行駛的輪船在通過航道時，應盡可能與橋身垂直，或者說讓行駛的輪船與水流方向盡可能處于同一直線，從而降低輪船撞上橋墩的風險。

在這一設計原則的指導下，主航道橋與專用航道橋分別采取了不同的“姿態(tài)”面向航道，于是滬蘇通長江公鐵大橋就在兩個航道中間的水域出現(xiàn)了一個“拐彎”。可以說，滬蘇通長江公鐵大橋設計成彎曲狀，主要是基于安全方面的考慮。

事實上，跨海大橋的彎曲受多種因素影響。其中最重要的原因就是地質環(huán)境，海洋的底部并不像它的表面那樣平整，而是充滿了丘陵起伏。受到海水和海洋生物的腐蝕后，海底的地質環(huán)境也會千奇百怪，有的地方是堅固的基巖，可以直接把橋墩架在上面;有的地方則是疏松的淤泥，需要打下深深的樁到幾十米以下的基巖上，橋墩才能穩(wěn)固;有些地方則干脆就是斷裂帶，根本就不能搭建任何建筑物，更別說幾萬噸重、設計壽命120年的大橋了。

滬蘇通長江公鐵大橋是世界首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋。圖片|江蘇省交通運輸廳

大橋的布線，還要考慮到最重要的一點：海洋中的洋流和海流。在海洋中，海水是24小時不停地流動的，而且全年無休，這會持之以恒地對大橋造成沖擊，它的流動雖然有一定的規(guī)律可循，但卻來自多個方向。橋梁太長，跨過的水域太廣，而不同的水域可能有不同的水流方向，所以在橋梁延伸到不同的地方時，也要采取不一樣的走向。通過設計S形曲線，能讓水流通過引導減少對橋梁造成的傷害。

橋梁設計師還會考慮風力因素。反復無常的臺風在水面以上不停地襲擾著大橋，面對這種來自四面八方的橫向力，直橋的抵抗能力很差，彎曲的橋梁在遇到大風時，會比直線橋更“堅挺”。另外，從美學角度說，橋梁設計成彎曲狀易建立藝術性和美感。

◎ 來源| 綜合揚子晚報、成都交通運輸局