日本名港跨海大橋是一個世界級的跨海斜拉橋群，自西向東分別包括名港西大橋、名港中央大橋和名港東大橋，統稱名港跨海大橋。該橋連接名古屋港和周邊幾座城市，是日本一條重要陸路交通大動脈。名古屋港是日本最大也是最繁忙的國際貿易港口之一，陸上交通的通暢對當地經濟發展至關重要。日本名古屋跨海大橋於1998年建成通車，是當時世界上為數不多的特大跨徑斜拉橋。
大橋在設計階段採用了當時最先進的工程技術和最新的抗震設計規範，後來因為1995年神戶大地震的發生，日本政府提高了所有抗震設計要求並修訂了抗震設計規範，因此日本當局也相應提高了名港跨海大橋的抗震要求。由於大橋是當地重要的基礎設施，也是重要的東西交通線，所以大橋管養部門決定對其進行抗震設備升級改造。
名港跨海大橋東、中、西三部分目前正處於不同的加固改造階段。名港東大橋的改造升級正處於概念設計階段；名港西大橋的維修加固工程已經完成，其中就包括最大黏滯阻尼器的更換。名港中央大橋的維修加固方案目前已經確定，預計其黏滯阻尼器維修加固規模將超越名港西大橋，成為日本最大的阻尼器加固工程。
最具成本效益的解決方案
名港西大橋全長758米，是一座三跨斜拉橋，1985年建成通車。大橋管養部門根據神戶大地震後的地震設計規範，對大橋原始結構進行了地震評估，並強調在某些特定位置，大橋結構極易受到地震所帶來的破壞。評估結果表明，在強地震作用下，梁的縱向位移過大，將會引起相鄰高架橋對中心梁體的衝擊。另外，大梁鋼構件的應力和橋墩末端的剪力，都遠遠超過了其承載力極限。以上結果表明，大橋的抗震改造已經迫在眉睫。但由於橋梁位置的特殊性，大橋管養部門不能對梁體和橋塔進行大規模加固施工，因此如何找到一個最具成本效益的解決方案，成為懸在養護人員頭上的達摩克利斯之劍。
最終，大橋管養部門發現，安裝減隔震支座和黏滯阻尼器是一個非常有效的解決方案。支座和阻尼器可以吸收地震能量並降低鋼構件所受衝擊，控制地震對橋體所帶來的傷害，減少橋塔在屈曲點以下的局部應力，最小化主梁加勁施工，大幅降低主梁的縱向位移，避免相鄰結構件的相互衝擊。同時，養護管理部門還對名港西大橋原有的減隔震支座，以及連接橋面和下部結構的橫向、縱向黏滯阻尼器（其主要作用是在橋墩間分配水平慣性力並吸收地震能量）進行了更換。
大型阻尼器的挑戰
黏滯阻尼器是一種將黏滯流體推入節流孔並產生節流阻力的液壓裝置，這種裝置可以吸收和消散地震能量。名港西大橋抗震規範對所安裝的縱向黏性阻尼器，最大衝程要求是±650mm，最大響應速度是3.2m/s。一般情況下，日本最大阻尼衝程要求是±350mm，遠遠低於以上標準；阻尼器性能的評估通常也是在最大響應速度 1.5m/s 的情況下進行。因此，對應用在該大橋中的大型阻尼器進行設計、測試和製造也是一個不小的挑戰。承擔名港西大橋阻尼器生產、製造任務的公司是日本川金株式會社（Kawakin Core-Tech），為了確認較大衝程和較大響應速度對阻尼器性能所帶來的影響，該公司對所產阻尼器進行了大量的測試和評估。
他們首先對小直徑節流孔阻尼器樣品進行了測試。測試過程中，技術人員發現當響應速度達到 3.2m/s時，由於速度過快，日本現有測試設備無法滿足測試要求，無法對阻尼器進行測試。因此，技術人員為了重新創造流動條件，不得不對節流孔進行了縮小。
測試結果證實，抗震設計規定的流速範圍內獲得的阻尼力和設計值相差不超過±10%。於是，川金株式會社又製作了另外一個測試樣品，該試樣的阻尼套筒匹配了衝程為±650mm的阻尼器。最後的動力學測試結果顯示，阻尼腔周圍尺寸的變化並沒有改變其響應速度，將可能導致杆件撓度偏轉或影響流體的壓力變化。
名港西大橋的抗震改造是一項重大的工程挑戰，具有劃時代的意義，需要聯合日本最傑出的工程、施工和製造公司通力合作才能完成。在這次改造工程中，他們將首次採用日本建造史上最尖端的抗震設備。正在進行的名港中央大橋抗震改造工程，其施工難度和所面臨的挑戰有望或者超越名港西大橋。同時，這一重大基礎設施工程的維修改造也是日本令和年間最重要的任務之一，從此拉開了日本養護新時代的到來。
本文刊載 /《大橋養護與運營》雜誌 2020年 第2期 總第10期
作者 / Javier Lopez Gimenez＼Hiroshi Shimmyo＼Takehiko Himeno
資料來源 / Bridge Design & Engineering