一、桥梁在交通建设中的地位
桥:在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中,为跨越各种障碍(如江河、沟谷或其他路线等),而修建的构造物,我们称为桥梁(或涵洞)。
桥梁既是交通线上重要的工程实体,又是一种空间艺术。建立四通八达的现代化交通网,大力发展交通运输事业,对于发展国民经济,加强全国各族人民的团结,促进文化交流和巩固国防等方面,都具有非常重要的作用。桥涵是交通线中的重要组成部分,而且往往是保证全线早日通车的关键。在经济上,桥梁和涵洞的造价一般说来平均占公路总造价的10~20%。在国防上,桥梁是交通运输的咽喉,在需要高度快速、机动的现代战争中,它具有非常重要的地位。此外,为了保证已有公路的正常运营,桥梁的养护与维修工作也十分重要。
纵观世界各国的大城市,常以工程雄伟的大桥作为城市的标志与骄傲。因而桥梁建筑已不单纯作为交通线上重要的工程实体,而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会之中。
二、我国桥梁的成就
我国的桥梁在上部结构、基础工程、设计水平、研究水平等领域已经有了相当大的成就,已属居世界领先水平。
(1)上部结构 :主跨超过200m的大型桥梁就有100多座,分布情况如下表:
| 桥型 | 建成数量 | 最大跨径 | 桥名 | 世界排名 | 建成年份 |
| 梁桥 | 10 | 270m | 虎门大桥 | 3 | 1996 |
| 拱桥 | 9 | 420m | 万县长江大桥 | 1 | 1997 |
| 斜拉桥 | 42 | 1088m | 苏通长江大桥 | 1 | 在建 |
| 悬索桥 | 18 | 1650m | 舟山西堠门大桥 | 2 | 在建 |
(2)基础工程
我国在深水急流中修建了不少桥梁,已积累了极为可贵的深水基础工程的设计和施工经验。五十年代,我国修建武汉长江大桥时,在世界上首次采用了大型管柱基础。随后,这种先进深水基础型式得到了推广和发展,大型管柱的直径从1.55m发展到5.8m,最大埋置深度达47.5m。在沉井施工方面,由于成功地采用了先进的触变泥浆套下沉技术,大幅度地减小了基础圬工数量(据某大桥的实践,减小达一半),并使下沉速度加快3~11倍。在中、小跨径公路桥建设中,我国还广泛采用和推广了就地成孔的钻孔灌注桩基础。北镇黄河公路桥成功地采用这种基础施工,钻孔深度达104m。为了排除钻孔坍孔的危险,又发展了套管法施工桩基础。在大跨桥梁中,除了采用大型管柱钻孔桩基础外,还有管柱桩与沉井组合基础,常用于深水桥墩。在大型基础施工中,还开创使用双壁钢围堰与钻孔灌注桩的基础。随着桥梁向大跨、轻型、高强、整体方向的发展,桥梁下部结构形式出现日新月异的变化。我国深水桥墩设计与施工水平,虽已处于世界前列,但我国江河纵横、海岸线很长,沿海有开发价值的岛屿众多,规划中的大桥甚至要修建70~100米水深的基础工程。这将是桥梁工程与近海工程结合的发展时代。
(3)设计水平
目前桥梁设计理论已进展到极限状态设计方法,正在向可靠度理论方向发展。对中、小跨常用桥型广泛编制了标准设计图纸,为加速我国桥梁建设作出了巨大贡献。在桥梁设计中,空间分析、结构复杂的次内力计算、稳定、振动与地震响应等方面进行了大量研究,并取得了有实际价值的成果。桥梁静、动力模型试验、野外测试、风洞试验的研究,又为我国发展长大桥梁提供了科学依据。
三、外国桥梁的成就:
(1)桥梁建设规模
悬索桥:世界最大的悬索桥---日本的明石海峡大桥,主跨1991m。
斜拉桥:世界最大的斜拉桥---日本的多多罗桥,主跨890m。
混凝土拱桥:世界最大的混凝土拱桥---中国的万县长江大桥,主跨420m。
预应力混凝土桥:世界最大的预应力混凝土桥---挪威的斯托尔马桥,主跨301m。
(2)高强轻质材料的应用
桥梁建筑材料在17世纪以前,主要是石与木料,虽然中国在11世纪就出现瓦,公元前5世纪至三世纪就出现砖,人类第一次创造人工材料推动了房屋等工程的发展,但桥梁应用甚少。18世纪末,炼铁技术发展,开始应用于桥梁,1779年首次建成了铸铁拱桥(Coalbookrack桥,主跨30m)。留世于今的是著名法国巴黎塞纳河上的亚历山大三世铸铁拱桥(主跨107.5m,1899年)。19世纪有了锻铁,19世纪中叶出现了现代建筑钢材和钢丝,这是人工建筑材料又一次突破。20世纪,建筑钢材从普通钢发展到高强合金钢材、全气候钢,结构的连接从铆接、栓接、发展到焊接。结构高强轻型化,钢管、钢箱梁断面型式的应用,制造工艺自动化、工厂化、施工技术机械化,从而创造出千姿百态的现代钢桥。本世纪钢桥的发展主要反应在悬索桥与斜拉桥的建设。悬索桥从本世纪初的1000m(纽约华盛顿,主跨1067m,1931年建成)至本世纪末突破至1991m。其标志性建筑为1937年建成的美国金门大桥(主跨988m,悬索桥,世界第一次创用扁箱流线型的加劲梁,改善了结构空气动力稳定性),1997年建成的中国香港特区青马大桥(主跨1377m,世界上跨径最大的现代化公铁两用桥)以及1998年建成的日本明石海峡大桥(主跨1991m,并在施工期间经受了1995年日本阪神大地震)。
(3)预应力技术的应用
20世纪建桥历史中最突出的成就是预应力混凝土技术的广泛应用,粗略估计,当今世界上70%以上的现代化桥梁都采用预应力混凝土新技术。由于高强钢丝或钢绞线的防护愈来愈成熟可靠,预应力拉索技术不但应用于桥梁结构。而且渗透到各类结构中去,创造出各种索结构与索膜结构。从19世纪20年代制成波特兰水泥,经过一个世纪,出现了预应力混凝土。由于混凝土抗裂性能的提高使混凝土梁桥跨越能力大大提高。特别在20世纪50年代后,创造了混凝土桥梁的悬臂施工方法,由此发展了梁式桥、拱式桥的新结构型式。在六十年代预应力混凝土首次被应用于斜拉桥,即委内瑞拉的马拉开波桥。从此,预应力混凝土桥梁从世纪初跨越30米左右跃进到世纪末跨越500米左右(斯卡圣德脱Skarnsumdet桥)。此外,钢筋混凝土和预应力混凝土还大量应用于其它土木工程。因而,20世纪是钢筋混凝土与预应力混凝土桥梁占主导地位的发展时期,法国、德国工程师们做出了卓越贡献。
(4)计算机技术的应用
20世纪因电子计算机出现,有了高速数值运算方法,使结构和力学理论注入新的生命力,使各类力学问题都可迎刃而解。不但在结构线性、非线性的空间分析、稳定分析、动力分析、风与地震响应分析有深入的发展,而且随着其它工业发展,科学试验手段更趋先进,特别是对结构防灾(大风、大地震)和科学试验方法的发展(风洞、地震模拟振动台),使人类能够建造更高的塔楼和更大跨的桥梁。
(5)洲际连络桥
建设海峡工程沟通全球交通,世纪初就是桥梁界的梦想。早在本世纪初,第一个海峡工程是美国的旧金山奥克莱海湾(San Francisco Oakland Bay)大桥,长6.8km,建成于1936年。发展到本世纪末的二十年中,联接日本的本州四国的三条联络线(海峡工程)将陆续建成,如1988年建成的兜岛-板出线,长9.9km,1998年建成的明石海峡大桥,3.91km,1999年建成的今治-尾道线,长60km。连接丹麦岛间的大带海峡( Great Belt Strait)桥,长17.5km,建成于1988年。

