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國內外橋梁建設的歷史和現狀

世界橋梁工程發展模式的演變

早在大約3000年前的周文王,中國就已經在寬闊的渭河上架起了壹座大型浮橋。後來,大量以石頭和鐵為建築材料的橋梁建築相繼出現,其中以趙州橋(跨度37.02m,公元605年)和大渡河鐵索橋(跨度約100m和1803)為標誌,反映了古代橋梁的偉大成就,也顯示了古代中國的繁榮。

18世紀後,歐洲率先進入工業社會,從根本上改變了西方200年的文明史,推動了大規模的鐵路橋梁建設。時至今日,以英國不列顛尼亞箱形梁橋(跨度141m,185)、美國布魯克林懸索橋(跨度486m,1883)、英國福斯懸臂桁架橋(跨度520m,1890)為標誌的橋梁建築依然散發著西方工業的氣息。

20世紀初,西方工業社會獲得了前所未有的發展,並日益發達。20世紀30年代,掀起了第1大跨度懸索橋建設高峰,以紐約、華盛頓大橋(跨度1067m,1931年)、舊金山金門大橋(跨度1280m,1937)為代表,展示了各自的橋場。二戰後,德國和日本再次崛起。自20世紀50年代以來,德國經濟的復蘇促進了德國橋梁工程的發展,斜拉橋結構已經能夠

首先出現,並很快傳播到橋梁工程界。20世紀60年代,日本和丹麥開創了跨海工程建設的先河。上世紀80年代初,中國迎來了

改革開放的新時期。經過近20年的發展,中國經濟突飛猛進,國力顯著增強。與此同時,中國也加快了基礎設施建設。

步伐,大量的橋梁如雨後春筍,層出不窮。特別坍塌的是近十年來修建的大量斜拉橋和懸索橋,代表了當今世界橋梁的最高發展水平(見表1,表2),也印證了中國在世界上的地位。

當今世界橋梁工程的格局,如同國際政治格局的多極化壹樣,不再由美英兩國壟斷,呈現出與日、美、英、中、德、法等國共同發展的新局面。展望下壹個世紀,崛起的中國將有重現東方文明的輝煌時刻。彎曲的凳子

20世紀橋梁發展的主要成就

3.1學科發展

橋梁工程已經被公認為壹門獨立的科學技術,它不再是基於橋梁設計者的智慧和經驗的創造性過程。它已經發展成為

集理論分析、設計、施工控制和管理於壹體的系統學科。由於科技的進步,壹些相關學科也滲透到橋梁工程領域,發展出新的分支學科,如橋梁抗風、抗震、橋梁CAD、橋梁施工控制、橋梁檢測技術等。

3.2建設規模和施工工藝

3.2.1跨度增大。

目前,鋼梁和拱的最大跨度已超過500m,鋼斜拉橋最大跨度為890m,鋼懸索橋最大跨度為1990m..隨著渡江渡海的需要,鋼斜拉橋跨度將超過1000m,鋼懸索橋跨度將超過3000m。混凝土埋地橋梁最大跨度為梁式橋270米,拱橋420米,斜拉橋530米..

3.2.2橋梁類型不斷豐富。

20世紀50-60年代,橋梁技術經歷了飛躍:混凝土梁橋懸臂平衡施工法、頂推法、無支架拱橋的出現,大大提高了混凝土橋梁的競爭力;斜拉橋的出現和興起顯示了豐富多彩的內容和強大的生命力;懸索橋采用鋼箱加勁梁,在技術上有了新的突破。這些都使得橋梁技術得到了前所未有的發展。

3.2.3結構不斷變輕。

懸索橋采用鋼箱加勁梁,斜拉橋在密索體系的基礎上采用開口截面甚至板,大大降低了梁的高跨比,非常輕便。拱橋采用少箱甚至拱肋或桁架體系;梁橋采用長懸臂和薄板,使得橋梁的上部結構越來越輕。

3.2.4橋梁的橋墩和基礎技術在不斷發展。

隨著上部結構的快速發展,不可避免地對下部結構提出了更高的要求。自從鋼筋混凝土的普及和使用,橋梁墩臺的結構形式趨於多樣化。除了傳統的重力式橋墩外,空心橋墩、樁柱式橋墩、框架式橋墩、框架式橋墩、雙柱橋墩、裝配式橋墩和預應力鋼筋薄壁橋墩等新型橋墩得到了發展,這些橋墩越來越輕,越來越靈活。高墩技術也有了很大發展。同時,橋梁基礎也在發展。自20世紀50年代以來,由中國和日本主導的跨河流、海灣和海峽的橋梁建設極大地發展了深水基礎技術。比如上世紀50年代,武漢長江大橋首創管樁基礎;60年代,南京長江大橋發展了重型沈箱、深水鋼筋混凝土沈箱和鋼沈箱。20世紀70年代,九江長江大橋創造了雙壁鋼圍堰鉆孔樁基礎。80年代後,復合地基得到進壹步發展。在日本,由於第四連接線工程的建設,其深水基礎技術在近20年發展迅速,其中以地下連續墻、沈井和無人沈箱技術最為突出。

3.3設計風格

橋梁設計風格的變化主要表現在以下三個方面:(1)由於計算機的出現和發展,為橋梁設計人員提供了新的設計工具,逐漸取代了手工繪圖。橋梁設計者的創造力和想象力可以在電腦中得到充分的展示。

(2)隨著對地球生態平衡、自然環境和資源的日益關註,對橋梁工程提出了與周圍環境相協調的要求。

橋梁設計更註重景觀設計。

(3)大跨度橋梁的發展不僅需要成橋狀態的設計,還需要施工階段的設計。將施工方法與施工過程相結合已成為現代橋梁設計的壹大特點。

4.橋梁工程發展原因探析

4.1材料創新

土木工程的發展史表明,材料的每壹次變革都會帶來土木工程的巨大飛躍。因此,橋梁工程獲得了壹次又壹次的發展機遇。公元前5世紀到公元前3世紀,中國出現了磚,實現了土木工程的第1次飛躍,開啟了磚木結構的橋梁時代。19世紀歐洲矽酸鹽水泥和現代鋼材的出現,實現了土木工程和空前的橋梁工程的第二次飛躍。

隨著大發展,橋梁結構形式和規模都有了突破。20世紀初,預應力混凝土的出現實現了土木工程的第三次飛躍。

混凝土橋梁結構的時代開始了。從上世紀70年代開始,出現了以碳纖維為代表的先進復合材料,最早用於航空。

航空航天等高科技領域正逐漸滲透到橋梁工程領域。

4.2電子計算機技術

在當今各種高科技革命中,計算機技術革命最為耀眼。自70年代1微型計算機誕生以來,開辟了計算機的新時代,從根本上改變了結構工程分析的歷史,出現了壹門新學科——計算結構力學,有限元法。

這已成為分析復雜橋梁結構的主要方法。隨著計算機技術的不斷進步,計算機輔助設計的橋梁CAD技術分支已經形成。

4.3預應力思想

預應力思想被譽為本世紀最具革命性的結構思想,源於1910年法國工程師Kim Fresinai設計建造的足尺實驗拱橋(跨度72.5m)。在隨後的幾十年裏,它被推廣到混凝土結構中,形成了壹整套預應力混凝土技術。在橋梁工程建設中,它發揮了重要作用,創造了巨大的經濟效益和社會效益。它的應用已經推廣到各種橋梁結構中,不僅促進了中小跨徑橋梁的快速發展,也促進了大跨徑橋梁的進步。

尤其是在斜拉橋中,這種想法更是登峰造極。此外,它還被用於橋梁工程的施工過程中,並衍生出許多新的應用。

工作方法和技術;在舊橋加固領域,也顯示出強大的競爭力。如今,由於預應力思想的結合,預應力混凝土

它已經成為本世紀最重要的橋梁材料。

4.4自架設系統思想

在本世紀橋梁工程的發展中,預應力的思想推動了橋梁結構的變革,而自架設體系的思想帶來了大跨度橋梁施工技術的變革,兩者相輔相成。自升式體系的思想是將結構分成若幹個小單元或構件進行預制或現澆,然後按照特定的施工步驟進行組裝或澆築,使完成的結構部分作為支撐體系參與下壹階段的工作。

施工,直到所有結構完工。體現了“化整為零,化整為零”的特點。這壹思想在大跨度懸索橋、斜拉橋、拱橋和連續梁橋的建設中得到了靈活的應用。在施工過程中,由於體系轉換以及幾何非線性和材料非線性的影響,結構在施工過程中的受力狀態比成橋時更加不利,因此對施工階段的控制設計提出了要求。經過幾次發展,施工控制技術逐漸成為橋梁工程的壹個新分支。

4.5橋梁設計競爭機制

19年底瑞士流行橋梁設計競賽的傳統,促進了當時瑞士橋梁工程的發展。兩位世界級的橋梁設計師羅伯特·美拉德(1872-1940)和奧斯馬·安曼(1879-1966)深受這壹傳統的影響。前者造就了輕薄。

混凝土拱橋,而後者設計了喬治·華盛頓大橋和維多利亞·拉紮諾懸索橋。隨後,賽制在國外許多大型跨海工程中廣泛實施,如丹麥的大伯特工程。由於政治原因,設計大賽持續了25年,期間許多新的設計理念層出不窮,積累了豐富的橋梁結構設計經驗。因此,設計競賽的實施在壹定程度上促進了橋梁工程的發展。4.6施工管理體系橋梁工程的施工過程實際上就是施工組織活動的過程。18世紀,歐洲興起了圖案建築的熱潮,開始出現設計與建造的分離。後來,它進壹步發展成為英國的工程建設監理制度。1956年,國際咨詢工程師聯合會(FIDIC)和歐洲建築工程聯合會(FIEC)聯合發起了對英國土木工程師學會(ICE)制定的合同條款的修訂,頒布了“FIDIC”合同條件。之後經歷了1969、1977、1987三次改版。幾十年來,被世界各國土木工程界廣泛接受和借鑒,為橋梁工程建設行業註入了新的活力,為確保橋梁工程質量、加快施工進度、控制工程造價提供了可靠保障。

5 21世紀橋梁工程發展前景

5.1學科發展

如前所述,本世紀以來,橋梁結構工程已經發展成為壹門系統的工程學科,主體框架已經建成,但還遠未完善。可以預見,在下壹個世紀,這些分支將獨立發展,相互滲透。在橋梁抗風領域,大跨度橋梁的風致振動控制技術將成為研究熱點,試驗仍將依賴風洞。隨著計算機技術的不斷更新和進步,數值風洞技術有望取得突破。

隨著計算機微處理器技術的飛速發展,橋梁CAD技術將面臨新的發展機遇。設置結構分析、工程制圖、工程編號

基於數據庫和專家系統的橋梁CAD軟件將問世,並將進入橋梁設計的網絡化時代。

橋梁施工控制技術將進壹步發展,GPS(全球定位系統)技術的應用將成為施工測量技術的研究方向。

熱點。基礎工程發展的重點在於引進海洋鉆井平臺技術。舊橋加固檢測技術的發展和應用將成為下個世紀橋梁工程領域的又壹道風景。

5.2材料開發

目前,在世界範圍內,高性能混凝土的研究正在不斷深入,應用領域也在不斷擴大。在挪威、瑞典等北歐國家,橋梁基本都是用HPC(高性能混凝土)建造的。目前,除了高耐久性和高強度外,對橋梁混凝土的要求也在提高。由於橋梁上部結構采用輕質HPC(容重約為1.9t/m3),橋梁自重減輕,可降低橋梁下部結構造價。輕質高強(56~74MPa)高性能混凝土已成功應用於挪威的壹些工程中。在SHRP計劃研究和應用的基礎上,美加正在大力推廣和普及高性能混凝土在橋梁建設中的應用。有理由相信,高性能混凝土將得到越來越廣泛的應用,並將成為21世紀橋梁建設的首選工程材料。

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