城市大跨径桥梁建设世纪回顾及展望Word文档格式.docx

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现代对桥梁最简洁的定义是：

桥是跨越障碍的通道。

城市桥梁通常指城区范围内建造的跨河、跨江、跨海的桥梁和立交桥及人行天桥等。

大跨径城市桥梁作为城市交通枢纽和重要的组成部分，主要指单孔跨径大于40m和多孔跨径总长大于100m的城市桥梁（即公路桥梁所指的大桥）。

现代大跨径城市桥梁的基本结构型式可分为悬索桥、斜拉桥、拱式桥、梁式桥和刚构桥。

提起大跨径桥梁，自然会联想起闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、上海南浦大桥、杨浦大桥和1997年建成通车的香港青马大桥等。

这些著名的大跨径桥梁几乎都是一件空间的艺术品，成为城市的象征，为建桥所在地起到增色添美的作用。

因此，人们不仅重视跨越江河和海峡的大跨径桥梁及其与功能发展相关的结构型式的发展，也重视城市大跨径桥梁的建设和进一步发展。

在此有必要针对不同桥型结构分述一下20世纪国内外城市大跨径桥梁的建设情况。

1．悬索桥

悬索桥（也称吊桥）是一种古老的桥型，也是跨越能力最大的一种桥型，主要承重结构由缆索（包括吊杆）、塔和锚碇三者组成（见图1）。

一般地说，悬索桥属地锚体系、1903年美国建造了一座跨度为488m的悬索桥（Williamsburg桥）。

本世纪30年代美国又相继建成了跨径为1280m的旧金山金门桥及跨径为1067m的乔治华盛顿桥。

英国也于80年代建成了跨径为1410m的著名的Humber桥，丹麦于1996年建成了跨径为1642m的Greatblt桥（该桥跨径目前尚属世界第一）。

日本也相继建成了跨径为1100m的南备赞濑户大桥和跨径为990m的北备赞濑户大桥等。

从世界上看，80年代到本世纪末是修建悬索桥的鼎盛时数，跨径超过1000m的悬索桥将达到近20座。

日本于1998年建成本世纪最大跨径的悬索桥明石海峡大桥，其主跨跨径为1990m。

我国在悬索桥方面的建桥技术异军突起。

90年代后，相继建成了主跨跨径为430m的汕头海湾大桥，主跨跨径为888m的虎门大桥，主跨跨径为900m的西陵长江大桥和正在动工修建的主跨跨径为1385m的江阴长江大桥（于1999年底建成）等大跨径悬索桥。

我国香港地区青山屿干线上的青马大桥也于1997年通车，该大桥的主跨跨径为1377m，系铁路公路两用悬索桥。

这些大跨桥梁工程的建设成功标志着我国桥梁技术已接近国际先进水平，而美国、日本和英国三国的悬索桥，代表着当代悬索桥的最高水平（详见表1）。

2．斜拉桥

斜拉桥自本世纪50年代开始修建以来，发展十分迅速。

一般地说，斜拉桥属自锚体系。

斜拉桥由塔、梁、索、墩等主要部件组成，给这些主要部件以不同的组合和布置，就能使斜拉桥的外形新颖别致、丰富多采；

而近年来，自锚与部分地锚相结合斜拉桥的出现，又为斜拉桥的发展开辟了新的视野（见图2）。

第一座现代斜拉桥为始建于1955年的瑞典stromsund桥（跨径为182m）。

目前世界上已建成的各类斜拉桥达200余座。

从初期的钢斜拉桥，发展为混凝土、钢与混凝土的组合和复合斜拉桥。

世界上建成的最大跨径的斜拉桥为法国的Normandy

桥，主跨跨径为856m，日本的多多罗桥，也正在修建中，跨径890m。

而这些大跨径斜拉桥均为钢斜拉桥。

我国的斜拉桥的建设和发展也很迅速。

根据我国的国情和特点，斜拉桥以预应力混凝土斜拉桥和叠合型斜拉桥为主（详见表2和表3）。

1993年建成的上海杨浦大桥（叠合梁斜拉桥）是我国目前最大的城市桥梁，主跨为602m，也是世界上同类型跨径最大的斜拉桥。

日本和德国经济实力雄厚，均为钢铁大国，修建的斜拉桥以钢斜拉桥为主。

钢斜拉桥由于质量轻，施工节段长，跨越能力大，在早期斜拉桥的建设中得到广泛应用。

但价格昂贵，维修养护工作量大。

美国和我国一直是以混凝土斜拉桥为主。

美国不采用钢斜拉桥的原因是因为钢焊接工作量大，需较多的劳动力，且养护工作量大，无法与混凝土斜拉桥竞争。

而我国钢材较少，且价格贵，修建混凝土斜拉桥有更大的优势。

为使斜拉桥的跨径有更大发展，在90年代中期出现了超过叠合梁跨径的复合梁斜拉桥，即主跨为钢梁、边跨为混凝土梁的斜拉桥，著名的超大跨复合斜拉桥是法国的NOrmandy桥和日本的多多罗桥。

它们将成为世界斜拉桥发展的里程碑。

3．拱桥

拱桥是指在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压力，拱桥的支座则不但要承受竖直方向的力，还要承受水平方向的力。

因此拱桥对基础与地基的要求比梁桥要高。

拱桥分为上承式拱桥（桥面的拱助的上方）、中承式拱桥（桥面一部分在拱助上方，一部分在拱肋下方）与下承式拱桥（桥面在拱肋下方）。

我国修建拱桥的历史悠久。

现代无支架施工的建桥技术使拱桥具有很大的竞争力，应该说拱桥仍是城市大跨径桥梁的主要桥型之一（见图3）。

拱桥按结构类型可分为：

（1）石拱桥

我国修建得最早，其类型有板拱、肋拱和石肋拱。

目前世界上最大跨径的石拱桥是我国湖南省凤凰县的鸟巢河大桥，跨径为120m。

（2）钢桁架拱桥

世界上最大的钢桥架拱桥是美国的

NewriverGorge桥，主跨长518.16m；

我国最大钢拱桥为四川攀枝花市的3003桥，跨径为180m。

根据我国的国情，钢拱桥不是我国的重点。

澳大利亚于1932年建造的悉尼港桥与现代化、别具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。

该桥主跨径为503m，系公铁两用的中承式钢拱桥。

（3）混凝土拱桥

这类拱桥主要有箱形拱、桁架拱、刚架拱、肋拱、桁式组合拱、双曲拱、中承式拱等。

我国混凝土拱的不少桥型已属世界先进水平，如新近建成的万县长江大桥为420m的箱形拱桥，它的跨径已超过南斯拉夫的KRK桥（跨径为390m）而居世界首位。

在桁式组合拱桥型中，贵州江界河桥跨径为330m，居混凝土流架体系的世界首位。

笔者曾赴四川宜宾参观小南门金沙江大桥（跨径为240m的中承式拱）。

该桥1990年建成时居世界同类桥型跨径的首位，而1998年建成的跨径为312m的广西邑江大桥，已一跃成为世界中承拱体系桥梁的首位。

（4）钢和混凝土复合材料的钢管混凝土拱

近年来其也有较大的发展。

钢管混凝土是由普通混凝土填入薄壁圆形钢管内形成的一种组合材料，其力学性能十分优越。

有一些大跨径拱桥已用钢管混凝土直接作为主拱圈。

如贵州落脚河桥采用集束钢管作为中承拱的拱肋，其跨径已达240m。

世界上有代表性的拱桥见表4。

4．预应力混凝土梁式桥和刚构桥

梁式桥是指在竖直荷载作用下，梁的截面只承受弯矩，支座只承受竖直方向的力。

梁式桥分为上承式桥（桥面设在梁的上方）与下承式桥（桥面设在梁的下方）。

多孔梁桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁；

在桥墩上连续的称为连续梁（见图4）。

刚构桥是指梁身与桥墩或桥台连为一体者。

刚构桥的受力兼有梁桥与拱桥的一些特点。

刚构桥由于在施工安装上有许多优点，特别是当这些优点与预应力混凝土结构的优点结合在一起时，显得更为突出。

因此预应力混凝土刚构桥在近50年内得到很大的发展，在结构型式上不断创新，在跨度上不断创造新的纪录（见图5）。

预应力混凝土梁式桥的发展和应用，虽然只有50多年的历史，但其在各种跨径上的桥型用途最大，数量最多。

其结构形式包括简支梁、连续梁、带跨中饺连续梁、带挂孔的T型刚构等。

跨径覆盖10～270m。

无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨越宽阔河流的大桥、预应力混凝土梁式桥都有其明显的优势，往往取代其他体系而成为中选的优胜方案

（见图4）。

（1）连续梁桥是一种超静定结构体系，具有经济、美观、可靠、刚度大、整体性好、行车舒适等特点。

但它对基础要求较高，截面型式一般为箱型。

法国在中等跨径预应力混凝土连续梁中采用了桁式腹板的箱梁截面。

并采用体外预应力体系。

法国近10多年来还采用钢桁式腹板与上下预应力混凝土板组合的箱形断面，发展了复合材料的预应力桥梁。

目前世界连续梁最大跨径为250m，系葡萄牙的坡托桥。

（2）T型刚构桥属于悬臂体系桥梁，它的受力特点是桥跨结构以T型刚架的形式悬臂伸出，并用挂梁或铰将刚架彼此联成整体。

在竖向荷载作用下，墩（柱）脚产生竖向、水平反力和弯矩，它既有拱的受力特点，又兼有梁的受力特点。

我国的乌龙江大桥、柳州大桥、重庆长江大桥均为此种结构桥型；

目前世界上预应力混凝土T型刚构桥最大跨径为270m，系巴拉

圭的亚松森桥。

（3）连续刚构桥是近些年来大力发展的桥型。

预应力混凝土连续刚桥（单墩或双壁墩）体现了T型刚构和连续梁相结合的特性，它的使用更为广泛。

不但用于直桥和中等跨径的城市高架桥，更适用于曲线桥和大跨径桥梁。

1996年以前世界上连续刚构的最大跨径为260m，系澳大利亚的门道桥。

我国相继建成了广东番禺洛溪桥（L＝180m）和黄石长江桥（L=245m），近期又建成跨径居世界第一的广东虎门辅航道桥（L＝270m）。

它标志着我国在连续刚构桥型的建桥技术已居世界领先水平。

世界上有代表性的预应力混凝土梁式桥见表5。

5．组合体系桥梁

除以上四种桥梁基本结构型式以外，本世纪还有一种桥梁结构型式，其承重结构系由两种结构型式组合而成。

这种结构型式的桥梁称为组合体系桥梁。

其组合方式有（图6）：

①实腹梁与桁架的组合；

②梁与拱的组合，如兰新铁路新疆昌吉河桥与九江长江大桥；

③梁与悬吊系统的组合，如丹东中朝边界上的鸭绿江桥；

④梁与斜拉索的组合，如正在建设中的芜湖长江大桥；

⑤悬索与斜拉索的组合，如纽约布鲁克林桥。

土耳其即将在马尔马拉（Marmara）海东部修建的伊兹米特海湾桥，也采用悬索与斜拉索组合体系，跨度为600m＋2000m＋600m。

边孔及中孔靠边孔的600m范围内用斜拉索承重，不设竖直吊索。

中孔跨中800m范围内用悬索承重，不设斜拉索。

这种将自锚式的斜拉桥与地锚式的悬索桥2种体系结合在一起的方法，是进一步扩大桥梁跨度的一种很有前途的方法（图7）。

三、21世纪国内外城市大跨径桥梁的发展趋势

1．悬索桥

（1）悬索桥一般在特大跨径桥梁范围占统治地位。

人们将不断研究悬索桥主索的取材、制作架设、锚固和防护、选择主索跨比、初始拉力、荷载分布以及如何调整和解决施工各阶段索形和桥面预拱度等设计和施工中诸多问题，以使建桥技术达到新的水平。

（2）悬索桥的新形式仍在不断探索中，如美国式（采用竖直吊杆及桁架加劲梁）、英国式（采用矮扁平翼状钢箱加劲梁及三角形的斜吊杆）、丹麦式（亦称混合式，即用竖吊杆和钢箱加劲梁）及其他形式的悬索桥（如带斜拉索桥）等，以期丰富悬索桥的内容和形关。

（3）着力研究高强、轻质新型材料。

倘若人类在新型材料的研究上取得突破，不仅连接欧洲和非洲间的直布罗陀特大桥（L＝5000m，水深450m）将成为现实，而且权威专家预言建造主跨L＝8000m的跨海峡悬索桥的理想也是可以实现的。

（1）今后斜拉桥在结构体系上仍以飘浮式或半飘浮式为主，主要的目的是为了抵抗温度及地震。

（2）主梁采用的材料上，混凝土斜拉桥仍将是斜拉桥的主要形式；

对超大跨径的斜拉桥，叠合梁和复合桥面系统显示出极大的优越性。

（3）塔和索的形式也随着斜拉桥跨径的增加而取得新的进展。

譬如将不断采用双塔对称、单塔不对称、多塔多跨等形式以满足桥梁的功能，取得与环境的协调的效果；

为解决随着斜拉桥跨径增大、索的钢束的重度也愈大、刚度在降低的矛盾，将采取增加辅助索等方式。

（4）在结构分析方面将考虑结构的初始内力等，并对动静力的分析也将更加深入；

权威专家认为，随着世界建桥技术的理论水平、材料水平和工艺水平的不断发展，21世纪建造跨度在1600m的斜拉桥将成为现实。

3．拱桥

（1）随着拱桥的无支架施工方法的应用和发展，拱桥在跨径200～500m是有竞争力的，我国的云南、贵州和四川3省及重庆直辖市等，将因地制宜地建造更多的拱桥，我国建造拱桥的前景将是极为广阔的。

（2）拱圈将向着轻型化的方向发展，且一些大跨径拱桥在施工阶段采用钢-混凝土组合杆件，或钢管混凝土合龙后再浇筑拱圈，可大大减轻吊装重量。

因此，带有钢管的半刚性骨架很可能成为特大跨径拱桥最有前途的施工方法。

（3）多孔连拱的长拱桥，作为经济桥型之一，将会得到极大的发展。

因为拱圈的轻型化，减少了对下部构造的要求，使连拱结合采用桩基柔性墩成为可能。

（4）中承拱、系杆拱有更多采用的趋势。

在平原地区通航河流上，往往考虑采用中承拱桥，可达到降低桥高的效果。

这种桥型矢跨比大，可减少推力；

且造型美观，造价也较低，将为城镇起到增添景色的作用。

4．预应力混凝土梁式桥

（1）连续梁桥结构在40～60m范围，将继续占绝对优势。

顶推法、移动模架法、逐孔架设法等施工方法将更加成熟。

预应力混凝土连续梁将更广泛地应用于城市桥梁，而且，为充分利用城市空间，并改善城市桥梁交通的分道行驶，将不断采用双层桥面的形式以及钢筋混凝土结合梁的形式。

（2）在预应力钢筋布置方面，国内外将趋于使用大吨位钢束和张拉锚固体系；

将更广泛地应用部分预应力筋、预弯预应力筋、双预应力筋、体外布筋等预应力新技术。

（3）在一切适宜的桥址，更多地设计和修建连续刚桥这种结构体系。

通过墩梁的固结，以尽可能不采用养护和调换不易的大吨位支座。

（4）不断加强高强轻质材料的研究和应用，以达到减小结构尺寸和自重，加大桥跨、降低建筑高度和造价等功能；

同时充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面等，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。

（5）随着高速公路和城市立交桥的发展，越来越要求路线顺畅、行车舒适，必然会出现斜桥、弯桥、坡桥和异型桥，在需要大幅度降低梁高、增大净空时，将更广泛采用双预应力和预弯预应力梁。

四、结语

20世纪各种大跨径桥梁均在国内外的桥梁工程中得以建设和高速发展。

无论是结构型式、施工方法，还是新型材料的应用均在不断地完善和进步。

从世界上的典型工程实例中可见，大跨径桥梁在世界各地工程建设中有着重要的地位，必将有新的发展前景和开拓方向（图9）。

从城市大跨径桥梁结构的发展趋势，在新世纪即将到来的时候，可以看到，世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮，仅就我国而言，21世纪计划从黑龙江省同江悬到海南省三亚市的同三线沿海高等级公路干线，修建包含5个特大型跨海和越江工程，自北向南依次为渤海湾跨海工程、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跨海工程。

目前正进行交通功能、经济分析、工程技术难度和可行性，以及筹措资金的可能性等前期综合咨询工作。

据悉，琼州海峡平均宽度约50km，水深平均深度达70m，最深处为160m。

桥梁方案将采用主跨为2000～2500m的多跨连续悬索桥，塔墩基础水深在70～80m之间，估计总投资将在300亿元人民币以上。

即将兴建的意大利南端的墨西拿海峡桥，跨径将达到3300m；

为建造直布罗陀海峡大桥，沟通欧洲和非洲大陆，有关专家已构思采用混合型双悬臂悬索桥，跨径将达5000m之巨，可以预见，21世纪桥梁工程建设必将取得新的突破。

参考文献

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