世界桥梁发展中的主要技术创新

世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆同济大学项海帆世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆2二.三.四.五.一.内容简介六.七.八.九.世界桥梁发展中的主要技术创新引言（历史的回顾）20世纪上半叶的技术创新20世纪50年代的技术创新20世纪60年代的技术创新20世纪70年代的技术创新20世纪80年代的技术创新20世纪90年代的技术创新21世纪桥梁展望结束语世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆3引言一18世纪前，桥梁大都是由天然材料，如木，石砖所建造石拱桥跨度小于30米，主跨37米的中国赵州桥是佼佼者木桥跨度更小，且防火、耐久性差，难以保存北宋清明上河图中的大木桥是杰作1779年，英国第一座铸铁拱桥，跨度30.65米的Coalbrookdale桥问世1801年英国伦敦泰晤士河桥（L=183米，600呎）中国6世纪已有铁链索人行桥，18世纪传入欧洲世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆4引言（续）一1883年美国纽约Brooklyn桥，主跨486米的城市悬索桥1890年苏格兰福思桥，主跨520米的铁路悬臂桁架桥1875年俄罗斯敞开式桥上弦失稳和1907年加拿大魁北克桥下弦失稳推动了稳定理论的发展1850年英国第一座铁路钢箱梁桥Britinnia桥(L=141米)问世世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆520世纪上半叶的技术创新（二次大战前）二进入20世纪后，电气、汽车和飞机相继发明，人类生活发生巨变1867年法国人发明了钢筋混凝土，从房屋进入桥梁20年代，美国大萧条时期率先修筑高速公路欧洲首创“米兰法”劲性骨架拱桥施工法，改变了过去满堂支架的落后和不安全工法1905年第一座钢筋混凝土桥问世，替代钢桥成为中小跨度桥梁的主流30年代，德国纳粹上台，为战争需要，修筑高速公路世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆620世纪上半叶的技术创新（二次大战前）（续）二法国Guyon,Freyssinet钢筋混凝土设计理论俄国Timoshenko,Dinnik,Vlasoff稳定和振动理论，薄壁杆件理论美国VonKarman,Newmark空间和非线性分析理论德国Melan,Bleich,Stüssi,Homberg,Leonhardt悬索桥挠度理论，钢梁排空间分析理论30年代，各种桥梁结构分析和设计理论相继建立，著名的有：比利时Massonett,R.C.梁排分析理论，箱梁分析理论中国李国豪（K.H.Lie）悬索桥实用挠度理论世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆720世纪上半叶的技术创新（二次大战前）（续）二大跨度悬索桥和拱桥的发展1937年旧金山金门大桥,主跨1280米Roebling布鲁克林桥(19世纪)Steinmann桁架式华丽桥塔1931年主跨503.6米的Bayonne桥Ammann金门大桥和Bayonne桥1931年纽约华盛顿桥,主跨突破千米,达到1067米三位美国悬索桥的设计大师世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆820世纪上半叶的技术创新（二次大战前）（续）二1940年,美国华盛顿州塔科马桥风毁开始了桥梁抗风研究的新纪元1932年，主跨503米的澳大利亚悉尼拱桥建成1943年，瑞典Sandö桥，主跨260米的钢筋混凝土拱桥世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆920世纪50年代的技术创新（战后）三法国Freyssinet于1928年已创立预应力混凝土，但因二次大战而未能实用德国Dishinger于1938年提出现代斜拉桥的构思，也未能实现50年代在修复和重建被破坏的欧洲桥梁中开始崭露头角预应力技术和斜拉桥复兴是战后桥梁发展中的两项最伟大的成就法国Freyssinet公司开发了一整套预应力材料、锚固、防腐、施工张拉设备世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1020世纪50年代的技术创新（战后）（续）三1953年,德国Finsterwald在建造Worms莱茵河桥,首创挂篮悬浇的预应力施工工艺,开发了德国Dywiday预应力系统，以后成为著名的DSI公司1956年,德国Dishinger在瑞典成功地建造了第一座现代斜拉桥,主跨182.6米的Strömsund桥斜拉桥迅速在德国推广,建成了杜塞尔多夫北桥（L=260m,1958）和科隆Severin桥（L=301m,1960）世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1120世纪50年代的技术创新（战后）（续）三斜拉桥以其便于悬臂拼装、经济及多姿多态,在桥梁设计竞赛中战胜传统桥型，成为大跨度桥梁主流德国Leonhardt首创各向异性钢桥面,代替笨重的钢筋混凝土桥面板德国首创结合梁桥面保留钢筋混凝土桥面板,但与钢主梁共同工作各种计算理论（预应力混凝土，各向异性桥面，结合梁）逐步建立并完善，为60年代战后第一次建设高潮准备了理论基础世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1220世纪60年代的技术创新四在欧美各国大兴土木的高潮中，创造了许多工艺预应力混凝土预制节段的悬拼工法在移动托架上的拼装工法预应力夹片锚和抗疲劳的拉索镦头锚问世高强度螺栓摩擦式连接代替铆钉连接德国Leonhardt首创的斜拉桥施工控制的倒退分析法（BackAnalysis）得到推广，促进了斜拉桥向大跨度发展在移动架桥机下的悬挂拼装工法世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1320世纪60年代的技术创新（续）四60年代建造的斜拉桥，著名的有：委内瑞拉Maracaibo桥，L=235m,1962意大利Morandi设计德国波恩Ebert桥，L=280m,1967德国汉堡Köhlbrand桥，L=367m,1970德国杜塞尔多夫Knie桥，L=320m,1969斜拉桥从稀索发展到密索，从钢桥面发展到预应力混凝土桥面和各种结合形式，提高了斜拉桥的竞争力和适用范围世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1420世纪60年代的技术创新（续）四采用先进施工技术建造的大跨度桥梁有：德国Bendorf桥，挂篮现浇工法法国Oleron桥，架桥机悬拼工法德国，移动托架拼装工法另一重大创新是英国式悬索桥诞生—扁平箱梁代替钢桁架主梁—混凝土桥塔代替钢塔（箱形或桁架式）—主跨988米的英国塞文桥（1966）世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1520世纪70年代的技术创新五70年代是预应力技术的成熟期斜拉桥从德国向欧、美、日推广在法国，斜拉桥和预应力结合出现了PC斜拉桥德国于1979年建成杜塞尔多夫Flehe桥，混合桥面、独塔不对称，主跨368米，相当于双塔斜拉桥已突破700米1974年Müller设计建成了主跨320米跨越塞纳河的Brottone桥，预应力箱梁和单索面独柱桥塔形成另一种风格的斜拉桥，并首创千吨级拉索和万吨级盆式支座世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1620世纪70年代的技术创新（续）五预应力连续梁桥的顶推施工技术问世—桥头预制，完成工厂化施工，每周一个节段—在鼻梁帮助下，逐段向前顶托—聚四氟支座减少摩擦力—跨越深谷的长桥、曲线桥的经济施工世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1720世纪70年代的技术创新（续）五瑞士著名教授，设计大师ChristianMenn的创作Salginatobel镰刀形拱桥，20世纪最美桥梁第一名矮塔斜拉桥，Sunniberg桥连续刚架桥Fegire桥，用双薄壁柔性克服温度效应，削减负弯矩，使跨度突破200米板拉桥，采用预应力体外索，是介于连续梁和斜拉桥之间的新桥型1983年澳大利亚门道桥，主跨260米世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1820世纪80年代的技术创新六60年代末，日本和丹麦二个岛国开始实施跨海工程计划1973年，日本建成关门桥，主跨712米的美国式悬索桥1970年，丹麦建成主跨600米的小海带桥中国进入改革开放新时期，广东率先起步，引入60年代新材料、新技术和新工艺，进行学习和跟踪预应力索在水泥灌浆防腐的管道内发生锈蚀，防腐失效，引起国际桥梁界关注，原用于加固桥梁的体外索具有可检查、可更换，不预留管道，减薄壁厚，减轻自重等优点得到了发展世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆1920世纪80年代的技术创新（续）六日本首创平行钢丝索股的悬索桥主缆施工法，代替传统的美国“空中纺缆法”高性能混凝土的发展—从50年代C20,25通过磨细水泥和掺加硅粉技术，提高到C60,80的商品化混凝土—减轻自重，增加跨越能力—提高防腐和耐久性指标—出现C100,130的试验桥世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆2020世纪80年代的技术创新（续）六纤维增强塑料（FRP）加固技术脊骨梁大挑臂城市高架桥—小型预制中间脊梁和独柱墩用纵向预应力形成骨架—安装两侧预制大悬臂板，用横向预应力成型—第一代单车道匝道桥到第二代双车道（宽8-10m）最后达到四车道（宽18-20m)—不影响地面交通条件下施工，占地小—造型美观，适用曲线段的城市高架混合结构新发展（MixedStructure)从传统的上下层结合，发展到横向结合和纵向结合以及替代腹板，充分发挥钢和混凝土两种材料的优点世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆2120世纪90年代的技术创新七90年代是20世纪桥梁的冲刷阶段，纪录跨度桥梁相继建成法国诺曼第大桥L=856m斜拉桥1995平行钢绞线拉索和施工控制技术中国万县长江大桥L=420m钢筋混凝土拱桥1997钢管混凝土劲性拱架及其悬拼悬浇控制技术丹麦大海带桥L=1624m悬索桥1997塔墩防撞技术世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆2220世纪90年代的技术创新七挪威Stolmasundet桥L=301mP.C.连续刚架桥1998预应力悬臂施工技术瑞典厄勒松海峡大桥L=490m公铁两用斜拉桥19989000t巨型浮吊整孔架设技术日本多多罗大桥L=890m斜拉桥1999长拉索防雨振措施日本明石海峡大桥L=1991m悬索桥1998180MP高强度钢丝塔墩深水基础技术桥塔抗震设计和减振技术世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆23欧非直布罗陀海峡工程20世纪90年代的技术创新（续）七在日本、丹麦完成跨海工程的带动下，世界进入跨海工程前期工作热潮意大利墨西拿海峡桥工程分体桥面的抗风技术欧亚白令海峡工程英伦三岛之间的跨海工程包括六个跨海工程（跨越纪淡海峡、丰予海峡、长岛海峡、津轻海峡、东京湾和伊势湾）日本第二国土轴工程（太平洋沿岸高速公路）日韩朝鲜海峡工程日俄拉彼鲁兹海峡工程和鞑靼海峡工程世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆24中国沿太平洋高速公路包括五个工程（跨越渤海海峡、长江口、杭州湾、珠江口和琼州海峡）20世纪90年代的技术创新（续）七菲律宾连岛工程中国舟山连岛工程中国也同步开展了跨海工程的规划工作马来西亚—印尼马六甲海峡工程印尼连岛工程（如爪洼和巴厘之间）中国台湾海峡工程世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆2520世纪90年代的技术创新（续）七桥梁结构分析向数值化、精细化方向发展跟踪变形状态的非线性分析IT技术在规划、设计、结构分析、施工管理以及健康监测和养护管理等方面的应用全断面和复杂部位的三维空间分析强震作用下的坍塌过程分析考虑极限状态的全过程弹塑性稳定分析非线性耦合风振分析为大跨度柔性跨海大桥工程作好技术准备世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆2621世纪桥梁展望八以信息技术(IT)为核心的知识产业革命悄然兴趣知识经济时代是一个智能化和高效率的社会知识经济时代中桥梁建设的特征—规划和设计：快速优化和仿真分析，逼真演示桥梁的功能、安全和景观以便于决策—制造和架设：GPS定位、遥控管理和控制施工,智能化制造系统加工部件，巨型建设机器人整体安装—监测和管理：自动损伤诊断，报警和养护对策智能化，信息化，远距离自动控制—21世纪桥梁工程的壮丽景象!世界桥梁发展中的主要技术创新同济大学项海帆27结束语九现代桥梁从18世纪算起已有200余年跨度从不足百米已逼近2000米对交通的需要推动人类征服大江、深谷和海峡通过对材料、结构、理论、设备、工艺的不断创新，克服困难，解决问题，取得技术进步科学技术