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2019-12-31 09:06:03 | 分类:道路桥梁 | 标签:道路桥梁,发展史

    桥梁就是供车辆(汽车、列车)和行人等跨越障碍(河流、山谷、海湾或其他线路等)的工程建筑。简而言之,桥梁就是跨越障碍的通道。建国以来中国的桥梁工程事业飞速发展,由于科学技术的进步,工业水平的提高,人类社会文明的发展,桥梁工程日新月异。随着时代前进的步伐,人们对桥梁工程提出了更高的要求,对“适用、安全、经济、美观”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的,它的发展前景会更广阔

1、 学科发展
  本世纪以来桥梁结构工程已发展成系统性的工程学科,主体框架已构筑完毕,但远未完善。可以预见,未来的世纪,这些分支将得以独立发展成熟,同时也会相互渗透。桥梁抗风领域,大跨度桥梁风致振动控制技术将成为研究的热点,试验仍将以风洞为依托。随着计算机技术的不断更新进步,数值风洞技术可望有突破。

随着计算机微处理器技术的迅猛发展,桥梁CAD技术将面临新的发展机遇。集结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世,并将迈入桥梁设计的网络时代。借助计算机和非线性数值方法的不断进步,使力学模型日益精细化,仿真度提高,可以在设计阶段逼真地描述大桥在地震、强风、海浪等恶劣自然条件下施工和运营的全过程,为决策提供动态的虚拟现实图像。
  大型桥梁基础的施工技术可分为大型群桩基础施工技术、大型冻结基础施工技术以及大型沉井基础施工技术等。以江阴长江大桥为代表的沉井基础施工、润扬大桥为代表的大型排桩冻结法施工、苏通桥基础为代表的大型群桩基础施工,都是我国在大型桥梁基础施工方面取得的创新成果。海上桥梁基础工程发展的重点在于海洋钻井平台技术的引进。目前世界桥梁基础尚未超过 100m 深海基础工程,下一步需进行 100——300m 深海基础的实践。大型桥梁基础施工技术不断创新。

旧桥加固检测技术的开发应用将成为下一世纪桥梁工程领域的另一道风景线。桥梁的健康监测和旧桥加固。随着桥梁的长大化、轻柔化和行车速度的提高,大跨度桥梁在运营阶段可能出现结构振动过大以及构件的疲劳、应力过大、老化失效、开裂等问题,并由此危及桥梁的正常使用和安全。这就需要建立完善的健康监测系统,对容易发生损伤的部位及时作出诊断和警报,对桥梁结构的健康状况进行评定,并向养护部门提供维修或加固的决策,以保证桥梁的使用寿命。通过正确评估旧桥的现有承载能力,以及研究发展旧桥的加固方法,可以延长桥梁结构的使用寿命,更好地保障交通的畅通,获得更大的经济效益。

2、新材料在桥梁工程中的应用

未来高性能混凝土在桥梁上程上将会得到应用。随着路桥建设的发展,普通混凝土在路桥工程中应用更加广泛。但是也带来了许多问题,普通混凝土因其性能的不足,导致桥梁出现裂缝而影响到工程的施工质量,甚至桥梁垮塌事件屡见不鲜,普通混凝土在桥梁施工中出现的这种问题给工程人员带来了不少麻烦。普通混凝上的性能有待提高,然而随着科学技术的发展,高强度混凝卜的研发和运用弥补了普通混凝土的不足,与普通混凝土相比,高性能混凝上具有耐久性好、抗折性好和使用周期长等优点。

新型钢材料的应用也将推动桥梁工程的发展。钢材料在桥梁建设中尤为重要,随着钢材料的发展,我国还将进一步的开展低含碳量以及其他合金元素、经过微合金化和晶粒细化处理的超高强度钢材的研究以及生产。此种高强度的钢材具有优异的焊接功能。在我围已建的采用了焊接性能良好的14MnNbq及15MnVNq钢以及栓焊整体节点所组成的大型桥梁,还需进一步的发展,向更高强度钢及全焊钢梁结构发展。抗腐蚀性好、结构表面不需要油漆的耐候钢也逐步得到应用。

先进复合材料也会得到较大的推广使用。先进复合材料(Advanced Composites)又称纤维增强塑料(Fibre Reinforced Plastics,简称FRP),是以非金属纤维(如玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维)作增强材料,以树脂(如不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基酯树脂)作基体材料的复合材料。树脂将纤维束结成整体,既能保护纤维免受机械破坏和化学腐蚀,又能使纤维整体受力。先进复合材料具有以下特点:1、强度高。用S玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维做成的复合材料筋束,其抗拉强度高于高强钢丝,用E玻璃纤维做成的复合材料筋束,其抗拉强度与高强钢丝接近。2、耐腐蚀。玻璃纤维复合材料水管的寿命为钢水管和混凝土水管的两倍。3、应变关系直至破断均呈线性。4、弹性模量。碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材,但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。5、疲劳特性。碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝,E玻璃纤维复合材料的疲劳强度则介于普遍钢丝和高强钢丝之间。金属材料在交变应力作用下,疲劳极限仅为静荷强度的30%~40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展,以及存在纤维内力再分配的可能性,复合材料的疲劳极限较高,约为静荷强度的70%~80%,并在破坏前有变形显著的征兆。6、容重轻。约为钢的五分之一至四分之一。

总的来说,新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点,玻璃纤维和碳纤维增强塑料从最初作为加固补强材料向最终替代传统的钢材和混凝土两种基本建筑材料方向发展,从而引发桥梁工程材料的革命性转变。在这一过程中,高性能轻骨料混凝土、超强度钢材和预应力钢材及其防腐工艺的进步也不会停止。

3、超级跨海工程
  综观大跨径桥梁的发展趋势,可以看到世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。就中国来说,国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程、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。其中难度最大的有渤海湾跨海工程,海峡宽57公里,建成后将成为世界上最长的桥梁;琼州海峡跨海工程,海峡宽20公里,水深40米,海床以下130米深未见基岩,常年受到台风、海浪频繁袭击。在世界上,正在建设的著名大桥有土耳其伊兹米特海湾大桥(悬索桥,主跨1668米)、希腊里海安蒂雷翁桥(多跨斜拉桥,主跨286+3×560+286米);已获批准修建的意大利与西西里岛之间墨西拿海峡大桥,主跨3300米悬索桥,其使用寿命均按200年标准设计,主塔高376米,桥面宽60米,主缆直径1.24米,估计造价45亿美元。

超级跨海工作前期工作的开展可以从建设“硬件工程”和“软件工程”两方面着手。所谓硬件工程,首先是新材料的研制与开发,它将是超级跨海桥梁工程成功的决定性因素,对节约工程造价、缩短施工周期均有重大的意义。其次是施工工艺、施工技术的更新。它是超级跨海工程实现的前提。由于超级跨海工程规模宏大,施工作业只限于海上,受周围环境、气候的影响极大,传统的架设技术将无法适应,施工难度将难以预料,因此要求对现有的施工工艺及技术进行不断更新。所谓软件工程,首先是从理论上认清超级跨海大桥结构中可能存在的力学难点及其对策,为今后超大跨结构的设计、施工扫清障碍。其次研究科学的决策思想及施工管理体制将是超级工程成功的保障。

超级跨海大桥必将出现许多超大跨度的斜拉桥和悬索桥,以避开深水基础和满足超大型船队的通航要求。这些大型工程所包含的特殊问题的出现给桥梁工程研究人员提出了新的研究课题,而这些课题又是必须在工程实际中得到妥善的解决。如跨海连岛工程,这些桥梁或因通航要求、或因地质条件需要桥梁采用大的跨度,而这些沿海地区往往受台风频袭,风对桥梁的作用被凸现出来,对大跨度桥梁,风可能控制结构设计,对超大跨度桥梁,风将控制结构设计。在大跨度桥梁设计中,风洞试验已经成为方案选择、检验设计的重要一环。

4、城市桥梁的发展

随着我国国民经济的发展和城市化进程的加快,城市交通已经成为经济发展与城市可持续发展的重中之重。城市交通负担着大量的客货运输、转乘、中转、集散等任务,近几年随着国家对基础设施建设投资力度的加大,城市交通状况虽然得到了前所未有的改善,但仍无法与急剧增长的城市车辆的要求相适应。大多数城市交通拥堵频繁,影响了人们的工作和生活出行,降低了运输效率;恶性事故不断,给人们的生命财产造成了巨大损失。因此,目前迫切需要优化城市交通,建立快速、高效、便捷的城市交通系统。而城市桥梁在城市交通中又起着举足轻重的作用,所以城市桥梁系统的发展也是必不可少的。

近年来,信息和交通运输业越来越成为推动地区和国民经济,提高综合国力的主要力量,各类城市都增大基础建设投入,架桥铺路。如北京市2001年建成的

四环快速路全长65.3 km,有147座各式桥梁,而2003年建成的五环高速路全长98.6 km,桥梁总数则达到259座。在此后的若干年内应大量增加城市立交桥的建设,优化城市交通,减少交通拥堵等现象,使居民的出行变得更为方便快捷。

,改善居民的生活质量。

    同时,城市桥梁也应该注意造型的美观。桥梁作为造型建筑,也应是一件艺术品,是人类文明的象征,受经济条件和认识水平的制约,当前我国交通建设大多停留在实用阶段,对景观的重视还远远未达到应有的高度,许多人一提到景观,以为就是单纯的绿化,更多的人在建筑设计初期并没有融入景观的意识。现代的人们急切地呼唤着艺术,文化素质不断提高的人们纷纷把目光投向更高层次的精神世界,对桥梁的文化性、艺术性提出了更高的要求。

5、重视桥梁美学

桥梁是人类最杰出的建筑之一,闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥等这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品,成为陆地、江河、海洋和天空的景观,成为城市标志性建筑。宏伟壮观的澳大利亚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。因此,21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型,重视桥梁美学和景观设计,达到人文景观同环境景观的完美结合。

近年来我国的桥梁建设事业有了很大的发展,设计与施工水平迅速提高,在美学方面也有了深的探索,并且取得了瞩目的成就,厦门海沧大桥、武汉白沙洲大桥、钱塘江四桥(复兴大桥)、润扬长江公路大桥等在桥型的选择,孔径布置等方面也有独创的特点,在继承中有发展和创制,同时和周围的环境融为一体,体现了桥梁结构和环境的和谐,增强了美感。另外,一些桥梁的附属设施如厦门大桥巨大的金字塔型收费站,和只各具特色的雕刻也非常壮观,特别是桥头的自然地貌和原有的建筑物溶为一体,厦门海沧大桥东锚锭旁边的游乐园,使的桥梁不仅具有通行的功能,而且具有休闲娱乐等综合功能。

随着我国经济的发展,桥梁美学问题会被越来越来重视起来,在现代的桥梁建筑中,美学已经被列为一门独立的项目进行研究,如桥梁型的选择一定要因地制宜,不要以为地追求特大超大,桥梁的装饰要和桥梁的建筑风格桥梁周围的建筑物协调一致,在城市和风景区的大桥,桥梁的装饰和美化方面的投资会进一步加大,相信,只要我们重视美学在桥梁建设时,注意博览众长,吸收古今中外的成功经验,将会有更多的大桥成为我们生活中的一道道亮丽的风景线的。

浅论论桥梁工程的发展


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