浅谈中国桥梁工程

浅谈中国桥梁工程摘要：在中国历史上，桥梁占有辉煌的一页，古代的桥梁技术曾领先世界，中国古代木桥，石桥和铁索桥技术都长时间占据世界领先的地位，如今随着我国交通建设的发展，桥梁建设也取得了辉煌的成就，其所取得的进步在世界桥梁建设史上也令人惊叹不已。可以遇见，中国将在未来的桥梁建设史上做出重大贡献本文首先在总结了中国桥梁工程建设成就的同时对未来桥梁工程的发展趋势进行了展望。一、中国重要桥梁简要回顾要说到中国桥梁，不得不说的便是武汉长江大桥。武汉长江大桥建成于1957年，是我国第一座长江大桥。该桥的胜利建成，结束了我国万里长江无桥的状况，从此“一桥飞架南北，天堑变通途”。桥的正桥为三联3x128m的连续钢桁粱，双线铁路上层公路桥面宽18m，两侧各设2.25m人行道，包括引桥在内全桥总长1670.4物，大型钢梁的制造和架设、深水管柱基础的施工等，对发展我国现代桥染技术开创了新路。在第一座长江大桥建成后12年，在1969年胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥，这是我国自行设计、制造、施工，并使用国产高强钢材的现代大型桥梁，正桥除北岸第一孔为128m简支钢桁粱外，其余为9孔3联，每联为3xl60m的连续钢桁粱。上层是公路桥面，下层为双线铁路，包括引桥在内，铁路部分全长6772m，公路部分为4589m，桥址处水深流急，河床地，质极为复杂桥墩基础的施工非常困难。南京长江大桥的建成显示出我国的建桥事业已达到了世界先进水平，也是我国桥梁史又一个重要标志。随着时代的发展，各种先进的施工技术和理念不断涌入国内，桥梁工程的也取得了突飞猛进的发展。尤其是预应力混凝土技术的完善，桥梁的跨度得到了很大的提升。国内先后建成了上海杨浦大桥、上海徐浦大桥等一些大跨度斜拉桥，以及当时跨度位列全球第四的江阴长江大桥。江阴长江大桥跨度达到了1385米，属于大跨度悬索桥。2012年3月31日，正式通车矮寨大桥主跨1176米，跨峡谷悬索桥，创世界第一，也是世界上首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案，首次采用轨索滑移法架设钢桁梁，首次采用岩锚吊索结构，并用碳纤维作为预应力筋材，创造了四项世界第一。双层公路、观光通道两用桥梁，四车道高速公路特大桥。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，全长1073.65m，悬索桥的主跨为1176m，，极大地改善湘渝两省市的交通现状，对两省市乃至中西部的对接具有极其重要的意义，这也表示我国在峡谷悬索桥建设方面成就非凡。二、我国桥梁工程的发展大跨度桥梁我国的桥梁工程的发展对象主要集中在长江黄河之上。长江黄河把中国国土分成三份，阻碍了南北交通的发展，虽然目前已经建成了若干跨江、跨河大桥，但为数不多，南北交通还是比较困难，影响了国内经济的快速发展[1]。所以，跨江、跨河等大跨度桥梁的建设会是这几年的主流。比如2004年的上海长江隧桥工程，该工程是交通部确定的国家重点公路建设规划中上海至西安线的重要组成部分。工程起自浦东五号沟，与郊区环线相接，经长兴岛，止于祟明陈家镇，全长约25.5公里。其中，以隧道方式穿越长江南港水域，长约8.9公里；以桥梁方式跨越长江北港水域，长约10.3公里；长兴岛和崇明岛接线道路共长约6.3公里。又比如2008年正式通车的苏通长江公路大桥，苏通大桥是江苏省公路主骨架网“纵一”——赣榆至吴江高速公路的重要组成部分，是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。该桥由113座桥墩构成，长达8146米，有92座桥墩立在江水之中。其中第68与69两座为主塔桥墩，每墩耗资约6亿元，工程最为壮观，墩长114米、宽48米，相当于一个足球场大小，厚约9米，灌注混凝土达5万立方米，墩下由131根，长达120米，每根直径2.5至2.8米的钻孔灌注桩组成，这是世界上规模最大、入土最深的桥梁桩基础，因此创下第1项世界纪录。世界斜拉桥最大主跨1088米、最长斜拉索577米、最大群桩基础131根、最高主桥塔300.4米。苏通大桥的建成彰显了大跨度桥梁的主流地位。但是我们不得不承认，大跨度桥梁必定会有其饱和的那一天，跨海桥梁工程是历史发展的方向。如果说21世纪初期是本土大跨度桥梁工程的天下，那么21世纪中后期，跨海桥梁工程的发展是避免不了的。跨海工程的发展主要目的是为了解决一些城市之间的交通往来。东南沿海一些城市目前还主要靠渡轮来解决交通问题，一旦发展跨海桥梁工程，将会给这些地区带来很大的便捷，同时能够促进这些地区经济的进一步发展。其实早在20世纪末，国内一些地区就把跨海桥梁工程纳入了交通规划之中。比如沿太平洋海岸的南北公路干线——同三线（黑龙江省沿江至海南省三亚）上将通过五个跨海工程来实现真正的贯通，这五个跨海工程分别是：渤海海峡工程、长江口越江工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程以及琼州海峡工程。其中琼州海峡工程可能成为中国最困难的跨海工程。20千米的海峡宽度，平均60米的水深，需要建造连续多孔的特大跨度桥梁。加上灾害性的地震和台风的频繁袭击以及复杂的地质条件，将会是21世纪中国桥梁工程师面临的严峻挑战。这五个跨海工程一旦完成，南北交通将得到空前的发展。铁路桥梁随着我铁路发展的尤其是高铁技术的飞速发展，高速铁路的技术体系也在不断完善，由于我国自身地理环境的复杂和多变，对高速铁路的工程建造中桥梁建设的发展提出了越来越严格的要求。现如今我国的高速铁路，不但设备质量可靠，而且运输安全稳定、经营状况良好。虽然我国高速铁路的起步较晚，但是国家有着前所未有的投入和支持，使得无论是固定的硬件设备还是核心的其他设备上都有稳定可靠的供给。随着高速列车安全保障体系逐渐加固，职工队伍素质日趋提高，对于保持零伤亡的安全行驶记录的要求的加大，以及高速铁路本身被广大群众的逐渐接受和认可等客户需求上的满足，都是需要建立在牢固的基础设施建设上的，而其中很重要的一点就是道路桥梁的建设设[2]不断发展中的中国高速铁路表明,高速铁路在我国还有进一步提高的空间和潜力，这需要充分利用自身优势,促进我国高速铁路的跨越式发展[3]。因此，在未来得一段时间里，不但要持续发展高速铁路,并且要在技术和管理上赶超一些发达国家,从而实现中国铁路现代化。由此可见,高速铁路对中国及其经济发展的重要性,中国高速铁路的发展需要桥梁建设等基础设施的支撑，需要专业技术的不断提高和突破。那么,在我国科研和发展的支持下,在广大施工一线的工人群众的大力支持下,我国发展高速铁路将会有更大的进步,前景也将会一片光明。三、展望桥梁计算问题桥梁结构计算方面一直是桥梁工程发展道路上的一个难点。不同规范，计算方法也有一些差别。桥梁计算之所以比较困难，个人认为主要还是由于其受荷载复杂性导致的[4]。一座使用中的桥梁，可能受到如下荷载：机动车震动荷载，水流冲击力，风荷载，意外的船撞击力，温差引起的内力，地震力等。目前普遍采用的分析方法有四种：有限元分析法、横向分布系数法、加权参数法以及试验法。其中有限单元法和加权参数法是普遍采用的方法。有限元法和加权残数法都是将微分方程转化为代数方程,但转化的方法不同。有限元法需找到相应的变分原理，这在数学上并不是容易的事。但是有限元法的基本特点是格式标准,容易编制出适应性广的程序。而加权残数法中的权函数和试函数的选取非常灵活,针对性好,但难以编制出适应性广的程序。有限元法和加权残数法比较,对于具体问题,前者的计算效率不如后者,甚至前者不能解决的问题,后者可以解决,但有限元法有通用程序可用,而加权残数法往往需要编制程序。所以鉴于实用性，有限单元法使用的更加普遍。像ANSYS等软件都是以有限单元法为计算基础的[5]。采用这四种方法计算时，难点关键在模型的选择以及受力情况的模拟，一般情况下不可能将受力情况模拟的和实际情况一模一样，所以计算结果与实际不一定吻合。虽然现在有ANSYS等有限元分析软件，但并不能够克服以上难点。所以。国内桥梁工程发展前景必定会是先进理论的发展前景，只有更加完善的分析理论推出，才会有更加优秀的桥梁诞生。抗震防灾设计桥梁的抗震研究是桥梁工程不可忽视的一个问题，国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，现在桥梁的破坏大多沿顺桥向和横桥向发生，而顺桥向震害尤其严重[6]。分析地震破坏的原因主要表现在以下几个方面：（1）地震位移造成的粱式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或粱体相互磁撞引起的破坏；（2）由于地基土(如饱和粉细纱和饱和粘沙土)的地震液化影响同样加大了地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大；（3）支座破坏，在地震力的作用下，由于支座设计没有充分考虑抗震要求；（4）软弱的下部结构破坏；（5）在松软地基上的桥梁，特别是特大桥、大中桥，地震时往往发生河岸滑移使桥台向河心移动，导致全桥长度的缩短；（6）另外桥粱结构的震害还表现在如结构构造及连接不当造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成桥台沉降或斜度过大造成桥墩台承受过大的扭矩而引起的破坏等多种原因[7]。由以上原因，可以发现地震对桥梁的破坏是多方面的，只要有一个环节造成桥梁的破坏，就可能导致桥梁的破坏。这也是桥梁工程抗震研究复杂性的原因。国内要在该方面有所突破，个人觉得还是比较困难的。毕竟国内的地震研究不是很出色，但这肯定会是今后科学研究着的工作方向，是发展跨海桥梁工程、大跨度桥梁工程的基础。耐久性设计耐久性的定义为结构在预期作用和预定的维护条件下，能在规定期限内长期维持其设计性能要求的能力。这里的期限应理解为构造物的使用年限。2004年颁布的桥梁规范增加了桥梁耐久性设计的内容。桥梁耐久性设计之所以写入新的桥梁规范，是由于其逐步彰显出的问题导致的。一般来说，桥梁结构耐久性不足的后果主要体现在以下几个方面：混凝土方面：开裂、渗漏、侵蚀、碳化、碱骨料反应等；钢筋、钢束方面：锈蚀、脆化、疲劳、应力损失等；粘接方面：钢筋和混凝土之间粘接力削弱、锚具失效、注浆不密实设等[8]。2006年4月发生的深汕高速一座跨度16米的空心板梁桥突然发生坍塌，这类事故是在桥梁运行了若干年之后发生的，很大原因在于桥梁发生了耐久性损失，承载力不足，导致了桥梁的坍塌。新世纪国内桥梁工程的发展应该主义这方面设计的力度。虽然我国桥梁建设和国外顶尖技术还有一定的差距，不过我们要承认差距,不甘落后,只要我国继续坚持自主设计和建设的原则,勤劳智慧的中国人民一定能在下一世纪的宏伟桥梁工程建设中创造出令世界震惊的成就,成为国际桥梁工程界的重要一员,重现东方文明的辉煌。参考文献[1]程庆国我国桥梁工程的成就与展望[会议论文]-1998[2]戴公连,胡楠,刘文硕.中国高速铁路桥梁建设新进展[C].第十九届全国桥梁学术会议论文集，2010-06.[3]马国峰桥梁工程前沿发展动态[期刊论文]-山西建筑2002,28(7)[4]牛斌.中国高速铁路桥梁综述[C].第十八届全国桥梁学术会议论文集（上册），2008-05.[5]雷德武我国公路桥梁的发展[期刊论文]-黑龙江科技信息2008(24)[6]陈强.浅谈我国高速铁路桥梁建设的设计特点[J].黑龙江科技信息，2011（10）.[7]孙峻岭现代桥梁工程工业化技术与代表性桥梁工程[会议论文]-2009[8]项海帆.桥梁工程的宏伟发展前景,《桥梁漫笔》.北京:中国铁道出版社,1997[9]阮欣,陈艾荣,石雪飞．桥梁工程风险评估［Ｍ］．北京：人民交通出版社,2008.[10]李国豪,范立础.桥梁工程的现状与展望.土木工程学报1985,18(2)