浅谈桥梁工程的发展

浅谈桥梁工程的发展邱思福241190050福州大学阳光学院2011土木工程专业（1）摘要：交通事业是社会建设的主要组成部分之一，它对于发展国民经济,促进各地经济发展，促进文化交流和巩固国防，都具有非常重要的意义。桥梁又是公路，铁路，农村道路以及水利建设的重要组成部分。在经济上，桥梁的造价平均仅占公路总造价的1/5左右，在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在战争中具有重要的地位。本文主要阐述桥梁工程的发展历程，对桥梁建设取得的成就进行了总结，揭示桥梁工程得以迅猛发展的主导因素,并简要分析未来桥梁工程的发展趋势。关键词：桥梁发展历程桥梁结构发展因素事故分析未来发展一、概述作为一名土木工程专业的学生，我们必须对桥梁工程有着深入的认识和了解，桥梁工程是集桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程，以及研究这一过程的科学和工程技术，它是土木工程的一个分支。桥梁工程的发展主要取决于交通运输对它的需要，人类社会先后经历了工业革命、以及各种高新技术为主体的产业革命浪潮的冲击,使社会的各个领域发生了深刻的变革，在历史上，每当运输工具发生重大变化，对桥梁在载重、跨度等方面提出新的要求，便推动了桥梁工程技术的发展。在公路施工中，桥梁往往是全线通车的关键。桥梁是线路的重要组成部分，桥梁在交通事业中起着举足轻重。桥梁有着悠久的发展历史，未来桥梁的发展将会更加先进和全面。我们所关注的桥梁工程领域也因此获得了重大发展。而今我们正处新世纪之初，作为土木工程专业的学生，我们有必要对桥梁工程的发展历程做一回顾，对桥梁建设取得的成就进行了总结和队桥梁今后的发展进行分析。二、桥梁发展历史在距今约三千年的周文王时,我国就已在宽阔的渭河上架设过大型浮桥。后陆续涌现了一大批以石料铁为建材的桥梁建筑,其中以赵州桥(跨度37.02m,公元605年)、大渡河铁索桥(跨度约100m,1803年)等为标志体现了古代桥梁的伟大成就,也显示了古代中国的强盛。18世纪以后,欧洲率先进入工业社会,从根本上改变了200年西方文明的历史,促进了大规模的铁路桥梁建设。迄今,以英国不列颠尼亚箱梁桥(跨度141m,185年)、美国布鲁克林悬索桥(跨度486m,1883年)及英国福斯悬臂桁架桥(跨度520m,1890年)为标志的桥梁建筑仍散发着西方工业文明的气息。20世纪初期,西方工业社会获得空前发展,日趋发达。于30年代掀起了第1个大跨悬索桥建设高峰,以美国纽约华盛顿桥(跨度1067m,1931年)、旧金山金门大桥(跨度1280m,1937年)为代表显示出其桥梁领域的垄断实力。二战后,德国、日本再度堀起。50年代起,德国经济的复苏推动了德国桥梁工程的发展,斜拉桥结构得以初现光芒,并很快波及世界桥梁工程界。60年代,日本丹麦开辟了兴建跨海工程的先河。80年代初,我国迎来了改革开放的新时期。经过近20年的发展,我国经济突飞猛进,国力显著增强。同时,我国也加快了基础建设的步伐,一大批桥梁如雨后春笋,层出不穷。特别是近十年来建成的代表当今世界桥梁最高发展水平的一大批斜拉桥、悬索桥，更是确定了中国的世界地位。当今,世界桥梁工程的格局如同国际政局的多极化局面,不再是美、英垄断的天下,呈现了以日、美、英、中、德、法及其他国家共同发展的新局面。新世纪之初，我国交通建设取得了巨大的成绩，使国人多少淡忘了上世纪30年代茅以升先生挥泪炸桥时的苦难与屈辱。但是，当时中国并没有一跨千米、跨越峡谷海湾、位居“世界之最”的特大型桥梁。而近十年，千米级大跨径桥梁相继建成通车，为中国人送来了前所未有的自豪与荣耀。在东海海面，世界最大跨径斜拉桥苏通大桥犹如强弓满弦，长三角一体化的新动力蓄势待发。2008年通车的苏通大桥一举创造了最大主桥跨径、最高主塔、最长斜拉索和最大规模群桩基础4项世界纪录，1088米长的主跨也令世界拥有首座千米级斜拉桥。在胶州海湾，世界最长跨海大桥青岛海湾大桥似蛟龙卧波，41公里的全长使中国桥梁在2011年再次刷新了世界纪录。而在东海海面，两座30公里以上的跨海特大桥杭州湾大桥与东海大桥如双龙戏水，使长三角经济如虎添翼。在武陵山区，世界第一跨峡谷悬索桥湖南湘西矮寨特大悬索桥如神女红绸，在355米的高空飞架德夯大峡谷。2012年通车的矮寨大桥，凌空主跨长达1176米，车行其上，崇山峻岭近在咫尺，车外云蒸霞蔚如临仙境。在嘉陵江畔，世界最大跨径拱桥重庆朝天门长江大桥如弯月临江，552米的主跨比世界著名拱桥澳大利亚悉尼大桥的跨度更胜一筹。顺江而下，曾被誉为天堑的万里长江上，如今已有百余座大桥飞架南北。在夜幕降临时俯瞰这一座座长江大桥，车灯如流火，桥灯如星辰，恰似道道璀璨的银河坠落凡间。盛世造桥。短短十年，中国建设者谱写了中国山河画卷中最亮丽的桥梁篇章。截至2012年6月底，在世界前10大斜拉桥中，中国雄踞7个席位；在世界10大悬索桥、10大拱桥、10大梁桥中，中国也均稳居半壁江山。仅主跨逾1000米的大桥，中国就拥有10座以上。三、桥梁结构桥梁的结构不断轻型化，悬索桥采用钢箱加劲梁,斜拉桥在密索体系的基础上采用开口截面甚至是板,使梁的高跨比大大减少,非常轻颖;拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系;梁桥采用长悬臂、板件减薄等,这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。随着上部结构的迅猛发展,必然给下部结构提出更高的要求。自钢筋混凝土推广使用以来,桥梁墩台的结构形式趋于多样化。除了传统的重力墩台外,发展了空心墩、桩柱式墩台、构架式墩台、框架式墩台、双柱式墩、拼装墩台及预应力钢筋薄壁墩等新型墩台,并日趋轻型、柔性化。高墩技术也有较大发展。与此同时,桥梁基础也在发展。50年代以后,越江、跨海湾、海峡大桥的兴建以中国、日本为首大力发展了深水基础技术。如50年代在武汉长江大桥中首创了管柱基础;60年代在南京长江大桥中发展了重型沉井、深水钢筋混凝土沉井和钢沉井;70年代在九江长江大桥中创造了双壁钢围堰钻孔桩基础;80年代后进一步发展了复合基础。在日本,由于本四联络线工程的建设,近20年来,其深水基础技术发展很快,以地下连续墙、设置沉井和无人沉箱技术最为突出。四、桥梁工程发展探因土木工程发展史表明,材料的每一次变革都会带来土木工程的巨大飞跃。桥梁工程因此获得了一次又一次的发展机遇。公元前5世纪至公元前3世纪,砖出现于中国,实现了土木工程的第1次飞跃,开始了砖、木结构的桥梁时代。19世纪波特兰水泥、现代钢材在欧洲的出现,实现了土木工程的第2次飞跃,桥梁工程获得了空前大发展,桥梁结构形式及规模有了突破。20世纪初叶,预应力混凝土的出现,实现了土木工程的第3次飞跃,开始了混凝土桥梁结构的时代。20世纪70年代开始，出现了以碳纤维为代表的高级复合材料,首先被用于航空、航天等高科技领域，现正逐步渗透到桥梁工程领域之中。1、当今的各种高新技术革命中,以计算机技术革命最为耀眼。自本世纪70年代第1台微型计算机的诞生,开辟了计算机新时代,从根本上改变了结构工程分析的历史,一门新的学科———计算结构力学得以产生,有限元法就此成为分析复杂桥梁结构形式的主要方法。随着计算机技术的不断进步,促成了以计算机为辅助设计的桥梁CAD技术分支学科的形成。预应力思想被喻为本世纪中最为革命的结构思想,它源于1910年法国工程师金.弗来西奈设计建造的足尺试验拱桥(跨度72.5m)中。此后的数十年里被推广到混凝土结构中,形成了一整套预应力混凝土技术。在桥梁工程的建设中,发挥出重大作用,创造了巨大的经济与社会效益,其应用已遍及各种桥梁结构形式,不仅带动了中小跨度桥梁的迅猛发展,也促成了大跨度桥梁的进步。尤其在斜拉桥中,这种思想的发挥达到了顶点。此外,它也被用于桥梁工程的施工过程之中,衍生出许多新的施工方法和工艺;而在旧桥加固领域里,也显示出很强的竞争力。当今由于预应力思想的结合,使得预应力混凝土已成为本世纪最主要的桥梁材料。2、在本世纪桥梁工程的发展历程中,预应力思想促进了桥梁结构形式的变革,而自架设体系思想带来了大跨度桥梁施工技术的变革,两种思想交相辉映。自架设体系思想是通过将结构离散成若干小的单元或构件,以便于预制或现浇,然后按特定的施工步骤进行拼装或浇注,已完成的结构部分就可以作为支撑体系参与下一阶段的施工,直到全部结构的完成。它体现了“化整为零、集零为整”的特点。这种思想在大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥及连续梁桥等桥型的施工中得到灵活应用。在施工过程中,由于存在着体系转化及受几何非线性、材料非线性因素的影响,施工期间结构的受力状态比成桥状态更为不利,于是提出了对施工阶段进行控制设计的要求。3、几经发展,施工控制技术已逐步成为一门新兴的桥梁工程分支学科。体制桥梁工程的建设过程实际上也是施工组织活动的过程。18世纪,欧洲兴起花型建筑的热潮,开始出现设计与施工的分离。后来在英国进一步发展成了工程建设监理体制。1956年由国际咨询工程师联合会(FIDIC)和欧洲建筑工程联合会(FIEC)共同发起对英国土木工程师学会(ICE)制定的合同条款进行修改,颁布“FIDIC”合同条件,后经历了1969、1977、1987年的3次改版。几十年来它已被世界各国土木工程界广泛接受和借鉴,给桥梁工程建设行业注入了新的活力,为确保桥梁的工程质量、加快工程进度、控制工程造价提供了可靠的保障。五、桥梁事故分析由于地面交通线路日趋拥挤，已经无法满足车辆交通运行的要求。桥梁工程是建造于江、河之上的交通结构，各地区广泛开展桥梁工程建造，能有效地缓解地面交通的压力。但是，受到多方面因素的影响，我国桥梁施工期间常会出现各种意外事故，给桥梁结构性能造成极大的损坏。坍塌事故是常见的病害之一，若不及时处理会减弱桥梁结构的使用价值，施工单位需采取科学的防治策略。桥梁工程坍塌事故发生的因素，行业勘测显示，坍塌是桥梁工程建设期间常见的病害，每年国内桥梁均有不同程度的坍塌现象，给桥梁交通的顺利运行埋下了安全隐患。伴随着社会经济的快速发展，桥梁工程在交通事业发展中的作用更加显著，完善桥梁工程建设是施工单位需要关注的重点内容。一般情况下，造成桥梁工程坍塌的原因较多，既有桥梁结构自身的结构问题，也有外界因素产生的不利影响。1、方案因素。设计是桥梁工程建设的初始阶段，设计单位受建设单位委托完成项目规划任务，以提供科学可靠的项目方案。从实际情况看，设计单位在规划桥梁工程期间，未做好充分的准备工作，导致桥梁设计方案与应用要求不符合，限制了桥梁结构性能的持续发挥。如：桥梁结构设计不合理，未设置有效的防护体系，减弱了其抗病害的能力。2、环境因素。自然环境是影响桥梁坍塌的外在因素，这主要是由于外界环境变化产生的破坏，最终导致了坍塌现象的发生。具体情况：一是泥石流。泥石流是一种破坏力很大的山区自然灾害，常常会冲毁桥梁，造成严重的坍塌事故。二是冰凌，冰凌对桥的危害主要体现在对桥墩的危害，如：覆盖冰层形成时，由于气温剧烈变化，冰膨胀所引起的静冰压力。3、外力因素。随着经济的快速发展，跨线桥尤其是城市高架桥大量修建，再加上各种车辆的数量也在急剧增加，使得汽车与城市桥梁屡屡发生事故。车撞桥对桥梁造成的损坏是无法估量的，每一次的撞击都会使桥梁受到巨大的冲击。由于汽车撞桥事故及车辆超载等原因，使很多城市桥梁的平均使用寿命减少了近20年。因此，车撞桥的问题应引起我们足够的重视。六、桥梁未来的发展迄今为止，古今中外所有的桥梁均按照构造和受力体系分类，大致可分为8种：刚架桥、拱桥、系杆拱桥、简支梁桥、连续梁桥、T构桥、斜拉桥、悬索桥。如中国古桥赵州桥、各种石拱桥、混凝土拱桥、钢管拱桥均属拱桥类；南京长江大桥、九江长江大桥、杭州钱江二桥等属连续梁桥类；美国旧金山的金门大桥、中国西陵长江大桥、汕头海湾大桥均属悬索吊桥；武汉长江二桥、芜湖长江大桥、宜昌夷陵长江大桥等均属斜拉桥类。未来世界桥梁将实现新型、大跨、轻质、灵敏和美观的国际桥梁发展新目标。随着高强度钢、玻璃钢、铝合金、碳纤维等太空轻质材料的大量启用，桥梁建筑的主要材料将不断更新，桥梁结构的形式将呈现出多样化发展格局。未来建成的新型大桥将“头脑”灵活，“感觉”敏捷，计算机系统和传感器系统将可以感知风力、气温状况，同时