近现代大跨度桥梁技术发展进程及展望

1引言 (2)

2桥梁发展历程 (3)

2.1混凝土梁桥 (3)

2.2钢梁桥 (6)

2.3拱桥 (6)

2.4悬索桥 (7)

2.5斜拉桥 (8)

2.6其他桥型 (9)

321世纪桥梁发展展望 (9)

3.1桥梁技术发展方向 (9)

3.2各桥型发展方向 (11)

3.3材料发展 (11)

4总结 (12)

5参考文献 (13)

6小组分工 (13)近现代大跨度桥梁技术发展动态

摘要：人类社会先后经历了工业、以及各种高新技术为主体的产业浪潮的冲击,使社会的各个领域发生了深刻的变革,作为经济发展枢纽的桥梁工程也随之迅速发展。为了桥梁建筑能朝着大跨径进一步发展，本文试从桥梁建筑的类型、发展历程、未来展望等方面探求桥梁的正确发展方向。

关键词：桥梁建筑、发展历程、未来展望

1引言

自18世纪80年代以来的200多年间，随着大工业的兴起和交通运输的需要而发展起来的世界桥梁，桥跨由英国熟铁链杆桥曼内海峡桥主跨177米的最初桥跨的世界之最，到1931年美国建成乔治华盛顿桥，主跨首先突破1000米大关，达到1067米，百米到千米桥跨的发展历经了一个半世纪。20世纪的后70年里，美国的主跨1280米的金门大桥、主跨12米的维拉扎纳大桥，两次刷新了当时的世界桥跨记录，到20世纪十年代英国的恒比尔河大桥、日本的明石海峡大桥先后再次刷新世界桥跨记录，桥跨才开始接近2000米大关。

21世纪世界桥梁跨度有多长?随着意大利主跨3300米的墨西拿海峡大桥设计的完成，人类社会的建桥技术、新型材料运用使桥梁跨度已步入登峰造极阶段。据有关桥梁专家预测，筹建中的西班牙与摩洛哥之间的直布罗陀海峡大桥、美俄之间的白令海峡大桥的桥梁跨度将突破墨西拿海峡大桥主跨的长度，成为21世纪新的世界桥梁跨度之最。这些主跨接近4000米达到登峰造极水平的特大型桥梁建成之后，除大洋洲孤悬于大洋之中外，亚非欧美四大洲将联为一体.

2桥梁发展历程

2.1混凝土梁桥

2.1.1简支梁桥

简支梁桥对于做桥梁设计的人是最熟悉最基本的，是结构受力和构造最简单的桥型，属于静定结构，在目前中小跨径公路桥梁或城市桥梁中应用广泛。混凝土简支梁按建筑材料分为钢筋混凝土简支梁、预应力混凝土简支梁和部分预应力混凝土简支梁等若干类。这几类桥梁具有能就地取材、工业化施工耐久性好、适应性强、整体性好以及美观等许多优点。预应力混凝土梁桥更兼有节省钢材和跨越能力大的长处。

那么简支梁桥的最大跨径可做到多少？实际上简支梁桥的设计本内容参考主要受跨中正弯矩的控制，钢筋混凝土简支梁的经济合理跨径在20m以下，预应力混凝土简支梁的合理跨径一般不超过50m，我国目前预应力简支粱的标准设计最大跨径为40m。

2.1.2悬臂梁桥

悬臂梁桥有单悬臂梁和双悬臂梁两种。单悬臂梁是简支梁的一端从支点伸出以支承一孔吊梁的体系。双悬臂梁是简支梁的两端从支点伸出形成两个悬臂的体系。其构造比较复杂、行车不够平顺，目前已较少采用。悬臂梁桥一般为静定结构，结构内力不受地基变形影响，对基础要求较低。

悬臂梁桥虽然在力学性能上优于简支梁桥，可适用于更大跨径的桥梁方案，但由于悬臂梁桥的某些区段同时存在正、负弯矩，无论采用何种主梁截面形式，其构造较为复杂；而且跨径增大以后，梁体重量快速增加，不易采用装配式施工，往往要在费用昂贵、速度缓慢的支架上现浇。

2.1.3连续梁桥

连续梁桥是指两跨或两跨以上连续的梁桥，属于超静定体系。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小，由此可以增大桥下净空，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少，并且因为跨中截面的弯矩减小，使得桥跨可以增大。

2.1.4连续刚构桥

连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一，一般采用变截面箱梁。我国公路系统从80年中期开始设计、建造连续刚构桥，至今方兴未艾。连续刚构可以多跨相连，也可以将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系。一联内无缝，改善了行车条件；梁、墩固结，不设支座；合理选择梁与墩的刚度，可以减小梁跨中弯矩，从而可以减小梁的建筑高度。所以，连续刚构保持了T形刚构和连续

梁的优点。

连续刚构桥适合于大跨径、高墩。高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。柔性墩需要考

虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性；墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。

由于连续刚构受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝

土桥时，优先考虑这种桥形。当然，桥墩较矮时，这种桥型受到。

现在，有人正准备设计300m左右跨径的预应力混凝土连续刚构，在我看来，若能采用轻质高强混凝土材料，其跨径有望达300m左右。由于连续刚构跨径加大，自重随着加大，恒载比例已高达90％以上，故片面增大跨径，已无实际意义。此时应考虑选择斜拉桥或别的桥型。

2.2钢梁桥

钢桁梁桥可以看作是将实腹的钢板梁桥按照一定规则空腹化的

结构形式，结构整体上为梁的受力方式，即主要承受弯矩和剪力的

结构。钢桁梁桥由主桁、联结系、桥面系、制动联结系、桥面、支

座及桥墩（桥台）组成。钢桁梁桥由桁架杆件组成，尽管整体上看

钢桁梁桥以受弯和受剪为主，但具体到每根桁架杆件则主要承受轴

向力。与实腹梁相比是用稀疏的腹杆代替整体的腹板，从而节省钢材和减轻结构自重，又由于腹杆钢材用量比实腹梁的腹板有所减少，钢桁梁可做成较大高度，从而具有较大的刚度及更大的跨越能力。但是，钢桁梁的杆件和节点较多，构造较为复杂，制造较为费工。

2.3拱桥

拱桥是以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造，大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造,以承受发生的力矩。

按其现代建筑材料可分为钢拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥等。

2.3.1钢拱桥

钢拱桥是上部结构用钢材建造的拱桥类型。其优点是跨越能力大，且自重是三种拱桥中最轻的；缺点是结构复杂，由于三铰拱钢拱桥一般不用，所以对地基要求高，造价高，且维护费用高。适用于大跨度桥梁中。

2.3.2钢筋混凝土拱桥

钢筋混凝土拱桥是用混凝土建造的拱桥，包括素混凝土和钢筋混凝土两类。其优点是加工和制造较石拱桥方便，工期短；缺点是由于混凝土抗拉强度很低，故其跨越能力小，且混凝土耗费量大。一般用于小跨径桥梁。

2.3.3钢管混凝土拱桥

钢管混凝土拱桥属于钢——混凝土组合结构中的一种。钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。

2.4悬索桥

悬索桥，又名吊桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小荷载所引起的挠度变形。

悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，许多桥梁使用这种结构方式。现代悬索桥，是由索桥演变而来。适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。是大跨径桥梁的主要形式。

悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。

2.5斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。

斜拉桥作为一种拉索体系，斜拉桥比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面，斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A 型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。

2.6其他桥型

随着桥梁结构创新和桥梁美学日益受到重视，新的或改进的桥型层出不穷。具备生命力的桥型具备合理的结构受力、良好的经济效益和简洁的美学处理。

目前比较新颖的桥型有：独缆悬索桥，自锚式悬索桥，斜拉－拱桥组合体系，新型鞍式斜拉体系与部分（矮塔）斜拉桥，以及人行桥——充分体现桥梁构思的桥等等。

321世纪桥梁发展展望

3.1桥梁技术发展方向

3.1.1桥型不断丰富

20世纪50~60年代,桥梁技术经历了一次飞跃:混凝土梁桥悬臂平衡施工法、顶推法和拱桥无支架方法的出现,极大地提高了混凝土桥梁的竞争能力;斜拉桥的涌现和崛起,展示了丰富多彩的内容和极大的生命力;悬索桥采用钢箱加劲梁,技术上出现新的突破。所有这一切,使桥梁的种类得到空前的发展。

3.1.2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。

3.1.3施工技术不断发展

桥梁上部结构的施工方法，70年代以后随着预应力混凝土的广泛应用，已经得到了迅速发展，并发生了重大的变革。在钢筋混凝土桥梁的时代，可以说主要是现场浇注的施工方法。由于桥梁类型增加与跨径增大，构件生产的预制化，结构设计方法的进步、机械设备的发展，由此而引起施工方法的进步和发展，形成了多种多样的施工方法。主要有：就地浇注法；预制安装法；悬臂施工法；转体施工法；顶推法施工；移动模架逐孔施工法；横移法施工；提升与浮运施工

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。

3.2各桥型发展方向

3.2.1预应力混凝土梁桥

由于收到材料，300m跨度已接近极限，再提高跨度需向混合结构方向发展，能否成立，需由各种桥梁方案来取舍。

3.2.2拱桥

拱桥跨度已达550m,与斜拉桥相比刚度大，因此可以向800m跨度前进，目的是需要和斜拉桥竞争取得好的刚度。

3.2.3斜拉桥

斜拉桥结构是自锚式不需锚锭，而悬索桥必须有锚锭，故悬索桥和斜拉桥在相同跨度下相比，斜拉桥造价要低得多，因此我们可以通过对斜拉桥进行技术改进，目前斜拉桥跨度已达1100m,可以使跨度向1500m方向推进。

3.2.3悬索桥

悬索桥跨度已达2000m左右，可以通过方案改进进行下一步提高跨度。

3.3材料发展

当前桥梁工程中所采用的材料为石、木、混凝土、钢筋、低合金钢、钢材、高强钢丝、高碳纤维。钢筋与混凝土结合成钢筋混凝土构件克服了抗拉能力差的缺点，形成了很好的梁柱构件。高强钢丝与钢筋混凝土相结合克服了钢筋混凝土有徐变收缩的缺点，制造出与钢构件相竞争的构件。钢材杆件由于其重量轻、强度高、施工简单，在土建工程中一向有很大市场。

最新材料是高碳纤维的发展，有强度高（约3500Mpa）、重量轻（是钢材的1/6）的优点但价格相对昂贵，多用于混凝土构件的修补与维护，随着科技进一步发展，必定有更加先进、合适的材料。

4总结

各种桥型在某种材料条件下都有它的极限跨度，这些跨度记录是当前做方案的重要参考，超过这些记录时就要十分认真地判断它的风险，通过技术进步去突破记录是一件十分重要的工作，它扩大了各种桥型的适用范围，使得未来桥梁方案能做到更加合理。

其次，并不是为了大跨度而做大跨度桥。任何工程都需要经过方案比对，包括风险、功能、造价、工期和美观，不适当的跨度在方案比较中会被淘汰。跨度不是随心所欲的结果，而是经济上的需要和性能的需要。

比如说，斜拉桥要做大跨度是为了同悬索桥竞争，因为它是自锚式的，可以省去地上两个锚锭，有经济优势；拱桥要做大跨度是为了和斜拉桥竞争，因为拱桥的刚度比斜拉桥大，使火车不易脱轨，有安全优势；这些都是方案上的需要。

5参考文献

[1]方明山,项海帆.超大跨度桥梁结构体系的演变及发展趋势[J].同济大学学报(自然科学版),1997,25(增刊):33~38.

[2]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1997

[3]王楠楠.张喜刚:引领桥梁技术的中国式跨越[J].交通建设与管理,2010,10

6小组分工

彭升跃:

负责文稿大纲编辑以及文档中第3节“21世纪桥梁发展展望”、第4节“总结”的书写，以及文档整体修改；

黄吉强:

负责文档中2.1节“混凝土梁桥”、2.2节“钢梁桥”内容的书写；郭华起:

负责文档中2.3节“拱桥”、2.4节“悬索桥”部分的书写；

焦效林:

负责文档中2.5节“斜拉桥”、2.6节“其他桥型”部分的书写；刘林奇:

负责文档中“引言”、“摘要”、“参考文献”等部分的书写。

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