梁桥的现状与展望

梁桥的现状与展望摘要：随着经济社会的迅猛发展，近年来，我国的桥梁工程的建设发展迅速，并取得了很大的突破，尤其是大跨径桥梁、新桥型的应用方面取得了巨大的成就。但是，作为发展历史最为悠久的一种桥型──梁桥出现了很多的问题，阻碍了梁桥的进一步的发展与进步。本文将着重介绍梁桥的现状，包括发展中取得的重大成就及目前存在的一些问题，并进一步对梁桥未来的发展进行展望。关键词：梁桥；问题；现状；展望PresentsituationandProspectofbeambridgeAbstract:withtherapiddevelopmentofsocialeconomy,inrecentyears,theconstructionofthedevelopmentofbridgeengineeringinourcountryquicklyandachievedgreatbreakthrough,especiallytheapplicationoflong-spanbridges,bridgehasmadegreatachievements.Butasthedevelopmenthistoryoftheoldestbridge,girderbridgeappearedalotofproblems,hinderingthebridgefurtherdevelopmentandprogress.Thispaperwillfocusonthestatusquoofbeambridge,includingthemajorachievementsinthedevelopmentandsomeexistingproblems,andfurthertothefuturedevelopmentofbeambridge.Keywords:girderbridge;problem;statusquo;prospect0前言梁桥是以受弯为主的结构，是一种最古老、最简单实用的桥型。在中国古代，由于石材、木材的受力特性和实用长度的限制，桥梁跨径难以突破，因此在数量上难以与拱桥相比。梁桥真正作为一种最普遍、最常用的桥型，是在工业革命的成果传人中国之后，钢材和混凝土材料得以广泛使用。钢梁桥首先出现在铁路桥梁中，以后钢筋混凝土、预应力混凝土成为最常用的建桥材料，特别是预应力混凝土采用无支架的平衡悬臂施工方法，使混凝土梁桥增大了跨径，成为一种最为经济实用的桥型，与拱桥、斜拉桥和悬索桥形成四种最重要的桥型。预应力混凝土梁桥，以其刚度好，行车平顺，施工工艺成熟，养护简单，造价便宜等一系列优点而倍受工程界欢迎。目前，我国在建和已建的跨径超过200m的连续刚构桥已达20多座，跨径在100~200m之间的预应力梁桥已有100多座；世界范围内共有跨径超过240m的特大跨径连续刚构桥共20多座，其中一半以上在中国。大跨径预应力混凝土梁桥在我国交通建设中发挥着非常重要的作用。1梁桥的现状1.1梁桥发展取得的显著成就改革开放让我国桥梁建设事业得到飞速发展，我国的梁式桥的建设也取得了巨大的成就。世界跨径第一的梁式桥为重庆石板坡长江复线桥，位于我国重庆，主跨为330m。在世界梁桥跨径排名中，有10座位于我国，由此可见我国梁桥的发展确实取得了显著的成就。世界大跨径梁式桥排名如表1-1。世界大跨径梁式桥排名表1-1序号桥名国家建成主跨（m）结构型式1重庆石板坡长江复线大桥中国2006330PC刚构2Stolma桥挪威1998301PC刚构3Raftsundet桥挪威1998298PC刚构4Asuncion桥巴拉圭1979270带铰T构5虎门大桥辅航道桥中国1997270PC刚构6苏通大桥辅航道桥中国2006268PC刚构7云南元江大桥中国2003265PC刚构8Gateway桥澳大利亚1985260PC刚构9Varodd-2桥挪威1994260连续梁10厦门下白石大桥中国2003260PC刚构11泸州长江二桥中国2001252PC刚构12Schottwien桥奥地利1989250PC刚构13Doutor桥葡萄牙1991250PC刚构14Skye桥英国1995250PC刚构15Confederation桥加拿大1997250带挂梁T构16重庆黄花园大桥中国1999250PC刚构17黄石长江大桥中国1995245PC刚构18滨名大桥日本1976240带铰T构19江津长江大桥中国1997240PC刚构20重庆高家花园大桥中国1997240PC刚构1.2几座典型的预应力混凝土梁桥介绍(1)重庆石板坡长江复线大桥①跨径组合：86.5m+4×138m+156m+330m+104.5m，由于通航的需要，取消了一个桥墩，这样使主跨达330m，是目前世界主跨最大的梁桥。②由于当跨度增大时，混凝土梁的承载能力会被结构自身的重量消耗掉，所以在330m的跨中采用108m钢箱梁取代混凝土梁。③主墩采用双薄壁墩，其余桥墩采用空心墩。除在第1、2号及过渡墩上设置滑动支座外，其余桥墩均与主梁固结。(2)广州洛溪大桥主跨180m，1988年建成通车。在当时同类桥型中居世界第六，亚洲第一，获得全国优秀设计金质奖等十一项奖项。①该桥全长1916米，宽15.5米。主桥长480米，双向四车道，于1984年10月动工，1988年建成通车，桥在当时是亚洲同类桥梁之冠，排名更是全球第六位，更有“洛溪飞虹”的美誉。②桥墩在国内首次采用双墙式薄壁墩，提高了墩身的柔性，改善了主梁的受力性能。③引进大吨位预应力体系和大型伸缩缝装置。④推进了连续刚构桥型在我国的发展。（3）虎门大桥辅航道桥①主跨270米，1997年建成，当时为同类桥型世界跨径最大。②取消了预应力下弯束、连续束。③先中后边跨合龙，采用导梁代替落地支架施工。④上部结构轻型化。⑤是我国连续刚构桥发展中的一座重要的桥梁，在设计、施工上都取得了重要的成果，为今后实现更大跨越做了充分准备。1.3目前存在的问题虽然梁桥的发展取得了一定的成就，但是人民对道路和桥梁建设的要求越来越高，前期施工和后期运营使用中的一些问题逐渐暴露出来。梁桥目前存在的问题，本文主要从施工工程和使用过程两个方面来进行说明。1.3.1梁桥施工中存在的问题（1）施工的材料满足不了工程需要虽然随着科技的发展，我国研发了许多新型材料来进行桥梁建设，但是对于梁式桥来说，混凝土和钢筋还是最主要的材料。由于混凝土的自重比较大，这很大限制了梁式桥跨径的增大。并且，在工程中使用的钢筋的抗拉强度、抗腐蚀性强度往往达不到使用要求，这些也严重影响了梁桥的质量和使用寿命。（2）施工技术满足不了质量要求目前，我国道路桥梁建设由于施工环境比较复杂，材料往往无法满足需求，再加上施工技术多种多样，这就容易导致道路桥梁的耐用度和结构强度达不到使用的要求，严重影响到道路桥梁的建设工作[1]。尤其传统的梁桥主要是钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构，在我国目前施工的混凝土制作中，钢筋与混凝土的相容性不是很好，这是由于相关的技术的不成熟，造成了桥梁垮塌的事故。（3）施工管理存在不足一般施工队伍对于施工管理重视不够，施工管理技术比较落后，当前的施工过程中采用的施工管理往往是对施工过程中的步骤等过于简单的记录，没有对整个工程的施工技术进行有效的记录。其次，施工技术人员、施工管理人员素质不高。一些管里人员往往是从普通的工人代替的由于缺乏施工管理技术的全面概念在对施工管理中不能得到真实完整的施工技术资料[2]。1.3.2梁桥在运营使用中出现的问题随着大跨径混凝土箱梁桥的大量修建，近年来主梁跨中下挠，梁体开裂梁桥两大通病日益突显，严重影响这一桥型的发展。据统计，跨径80~100m以下的梁桥，病害较少；跨径100~160m的梁桥，病害就较多；跨径在160m以上的梁桥，病害就更多。（1）箱梁桥长期下挠问题预应力混凝土箱梁桥的跨中下挠,不仅导致养护费用的大幅增加,破坏桥梁的美观,更重要的是造成桥梁交通运营和结构安全度的降低[3]。比如帕劳共和国1977年建成的跨中带铰的连续刚构KororBabeldaob桥,主跨241m,是当时世界上最长的后张预应力混凝土箱形梁桥,建成后变形不断加大,跨中下挠高达1.2m,于1996年加固后不久垮塌[4]；武汉长江二桥两岸连续刚构125米边跨跨中下挠严重。从2000年以来，基本年下挠2cm。造成预应力混凝土箱梁桥下挠的主要原因是混凝土的收缩徐变和施工方法的问题。混凝土的收缩徐变一直是个复杂的问题，目前为止还是没有准确的预测模型。（2）梁体开裂问题梁体开裂问题主要包括横向裂缝、纵向裂缝、腹板斜裂缝。导致梁体开裂的原因是多面的，比如最初的设计不足，施工的不规范，使用中车辆超载等等。国内也发生了许多连续刚构底板崩裂的事故，比如2003年，贵阳小关水库特大桥在张拉箱梁底板合拢段纵向预应力束的过程中，发生了崩裂；1996年，佛开高速潭州大桥，合龙时底板崩裂。2梁桥的展望由于经济和科技都在不断的进步，材料本身的局限性成为限制梁桥向大跨径发展的重要障碍。从上述中可以看出，传统的材料和施工技术在当前的发展过程中已经暴露出很多的不足，因此必须要做出适当的改变，用新型的施工技术和新型建材来替代传统技术和传统建材，只有这样才能不断提高工程质量，促进梁桥的发展。2.1传统材料的改进与新材料的应用2.1.1混凝土材料目前新型的混凝土材料有智能混凝土材料、轻质混凝土材料、低强混凝土材料、活性微粉混凝土材料以及高性能混凝土材料。一般新型的混凝土材料就是在普通混凝土中添加一些物质如钢渣、纤维、砂石等，往往只能改善混凝土某一方面的性能。以智能混凝土为例，在混凝土材料中添加适量的碳纤维，不仅能改善水泥基的强度和韧性，还可以作为传感器将自身的受力情况和内部损伤程度通过电信号传输的方式进行输出，从而加强工作人员对建筑物内部受力情况和周围环境变化的实时控制[5]。2.1.2玻璃钢玻璃钢也称玻璃纤维增强材料，（GFRP，GlassFiberRein-forcedPlastic)，1939年美国发明的常温常压下成型的不饱和聚酯树脂，与早前发明的玻璃纤维结合在一起，所形成的一种复合材料[6]。玻璃钢作为一种复合材料有着很多的优点，包括可设计性好、力学性能好、耐化学腐蚀性强、透光性好、电性能好、隔音性能好等。1986年建成的重庆交院桥，采用GFRP箱梁，建造成本比钢桥省了50%[6]。玻璃钢比铝合金还轻，比重仅是钢铁的1/5~1/4，其抗拉强度接近甚至超过碳素钢，抗疲劳性能也很优秀。这些特点恰恰是梁桥向大跨径发展所需要的，可以弥补混凝土结构过于笨重，易开裂等缺点，或许未来能代替混凝土在梁桥的建设中广泛的应用。2.1.3活性瓷釉(CRE)涂层钢筋防腐蚀技术CRE涂层（ChemicallyReactiveEnamelCoating），译为“活性瓷釉涂层”，是近几年国际上才开始系统研究的一项新型钢筋防腐蚀涂层技术。CRE涂层技术以玻璃粉和活性硅酸钙(CS)为主要原料并掺入微量其他化学成份，高温熔化后覆在钢筋表面，在钢筋表面形成一层致密的保护层，从而达到增强钢筋抗腐蚀能力和与混凝土黏结力的目的。CRE涂层能够显著提高钢筋的耐腐蚀能力，增加钢筋与混凝土之间黏结强度，提升结构的整体稳定性，从而改善结构的安全性和耐久性；该涂层材料成本低廉，加工工艺简单，利于大范围使用[7]。CRE涂层技术可有效增加钢筋混凝土结构的使用寿命，将这一技术应用于梁桥的建设中，可极大的提升梁桥的使用寿命，提升结构的安全性，对于今后梁桥的发展有一定的意义。2.2向信息化发展在这个信息极速发展的时代，梁桥的发展向着信息化发展也是大势所趋。（1）随着计算机技术、信息技术、传感器技术的发展，现在可以随时实时得知桥梁的承载情况、风力、温度的状况。比如：可以设置安全防范预警系统、通信系统、传感器系统。（2）智能节能技术。能建筑其实就是在设计和建造的过程中，均尽量采用节能型的材料和器具，利用智能土木结构使得建筑本身具备监测控制能力，随着外部环境的变化而适当地做出调整，把建筑的自身能耗降低到最低的水准[8]。（3）3D打印技术。这是近几年特别火热的