国内外大跨桥梁现状及发展趋势.txt
主讲人：浙江大学项贻强 教授 博士生导师
1.1 国内外大跨桥梁现状及发展趋势
1.1.1 我国公路桥梁建设水平
改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到了相应发展，特别是近十年来，我国大跨径桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期，一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大和科技含量高的大跨径桥梁相继建成，标志着我国的公路桥梁建设水平已跻身于国际先进行列。近几年建成的特大桥梁，不少在世界桥梁科技进步中具有显著地位。诸如正在建设的重庆朝天门大桥是世界最大跨度钢拱桥，并创造了该类型桥梁十余项世界第一；苏通大桥以主跨1088m为世界第一跨度斜拉桥，同时成为世界上连续长度最大的双塔斜拉桥；润扬长江公路大桥南汊悬索桥，以1490m跨度为世界第三大悬索桥；刚通车的杭州湾跨海大桥为世界第一长跨海大桥；万县长江大桥为目前世界上跨度最大的混凝土拱桥；此外江阴长江公路大桥、香港青马大桥，其跨度分别在悬索桥中居世界第四位和第五位；南京长江二桥、白沙洲长江大桥、荆沙长江大桥、鄂黄长江大桥、大佛寺长江大桥、李家沱长江大桥等特大桥的跨度名列预应力混凝土斜拉桥世界前十位。
一座座桥，实现了天堑的跨越，缩短了时间与空间的距离，美化了秀美山川，为我国疆域的沟通和经济的腾飞起着了重要的作用。
1.1.2 我国公路桥梁发展趋势
随着科技的发展，新材料的开发和应用，在桥梁设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。目前，我国桥梁建设正在与国际接轨，开始向大跨、新型、轻质和美观方向发展。
（1） 跨径不断增大
目前，世界上钢梁、钢拱的最大跨径已超过500m，钢斜拉桥为890m，而钢悬索桥达1990m。随着跨江跨海的需要，钢斜拉桥的跨径已经突破1000m，钢悬索桥将超过3000m。至于混凝土桥，梁桥的最大跨径为300m，拱桥已达420m，斜拉桥为530m。
（2） 桥型不断丰富
本世纪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。
（3） 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，非常轻盈；拱桥采用少箱
甚至拱肋或桁架体系；梁桥采用长悬臂、薄板件等，这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。
（4） 重视美学及环境保护
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，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。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，重视环境保护，达到人文景观同环境景观的完美结合。
1.2 大跨径桥梁的分类与特点
对桥梁按结构体系分类是以力学特征为基本着眼点，以主要的受力构件为基本依据，可分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥、刚架桥五大类。
1.2.1 梁式桥
梁式桥种类很多，也是公路桥梁中最常用的桥型，其跨越能力可从20m直到300m之间。公路桥梁最常用的大跨径梁式桥主要为预应力混凝土连续箱形梁桥（图1-1），70年代我国公路上开始修建连续箱梁桥，到目前为止我国已建成了多座连续箱梁桥，如一联长度1340m的钱塘江第二大桥和跨越高集海峡全长2070m的厦门大桥等，目前，我国预应力混凝土连续梁最大跨径为165m（南京二桥北汊主桥）。由于预应力混凝土连续箱梁它具有桥面接缝少、梁高小、刚度大、整体性强，外形美观，便于养护等在构造、施工和使用上的优点，近年来已成为建成较多的桥梁。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土。随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。大跨径梁桥的上部结构大多采用箱形截面，是因为箱形截面有较大的抗扭刚度，箱梁允许有最大细长度，同T形梁相比徐变变形较小。由于嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大，能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥，因此，箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥。
连续箱梁桥的施工方法多种多样，只能因时因地，根据安全经济、保证质量、降低造价、缩短工期等方面因素综合考虑选择。一般常用的方法有：立支架就地现浇、预制拼装（可以整孔、分段串联）、悬臂浇筑、顶推、用滑模逐跨现浇施工等。预应力钢束采用钢绞线，可以分段或连续配束，一般采用大吨位群锚。为了减轻箱梁自重，可以采用体外预应力钢束。虽然连续箱梁桥采用预应力混凝土建造，能就
地
取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理
论及施工技术上都发展得比较成熟。但由于结构本身的自重大（约占全部设计荷载的30%至60%），且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大限制了其跨越能力。还有大跨径连续箱梁要采用大吨位支座，如南京二桥北汊桥165m变截面连续箱梁，盆式橡胶支座吨位达65O0kN。这种样大吨位支座性能如何、将来如何更换等一系列问题有待研究。
1.2.2 拱式桥
拱桥，在桥梁的发展史上曾经占有重要地位，迄今为止，已有三千多年的历史，当今亦因其形态美、造价低、承载潜力大而得到广泛的应用，也是大跨径桥梁形式之一，跨径从几十米到四百多米。我国大跨度混凝土拱桥的建设技术，居国际领先水平。拱桥的受力特点为拱肋承压、支承处一般有水平推力，按其建造材料来分，可分为圬工拱桥、钢筋（骨）混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥、钢拱桥等。
（1） 圬工拱桥最常见的为石拱桥，我国古代石拱桥建造就有很高的成就，如修建于公元606年的河北赵县安济桥，跨径37.4m，矢高7.23m，宽约9m，在跨度方面曾保持记录达1350年之久，且至今保存完好。圬工拱桥不便于实现工厂化施工，施工周期较长，相应的费用较高。同时，圬工材料尽管适合承压，但其自重相对于许用应力而言较大，因而不适于用作大跨度桥梁。
（2） 钢筋混凝土拱桥为拱桥的主要形式，它分箱形拱、肋拱、桁架拱。根据近年的实践，常用的拱桥施工方法有主支架现浇、预制梁段缆索吊装、预制块件悬臂安装、半拱转体法、刚性或半刚性骨架法。我国钢筋混凝土拱桥的发展趋势为拱圈轻型化，长大化以及施工方法多样化。刚建成的万县长江大桥为劲性骨架箱拱，跨径420m，居世界第一。
（3） 在我国自90年代以来，钢管混凝土拱桥（图1-2）迅速发展，现已建成跨径大于200m的十几座，最大跨径为2005年建成的重庆巫山长江大桥（主跨460m）中承式钢管混凝土双肋拱桥，为世界第一钢管混凝土拱桥。钢管混凝土钢管混凝土是在钢管内填充混凝土，使钢管和混凝土在受压方面实现优势互补：钢管借助于其内部的混凝土其抗压性能和稳定性得以增强；而内部的混凝土由于处于三向受压状态而使自身的强度得以提高。钢管混凝土更接近于一种新材料，具有强度高、塑性好、耐高温、耐腐蚀、抗冲击性能好等优点。它不仅在力学方面性能优越，而且在施工方面也有许多优点。例如钢管本身可以兼作模板骨架，不用拆模、支模，混凝土可以泵灌；钢管本身可以
兼
作纵筋和箍筋，卷制钢管较制作、绑扎钢筋骨架容易。
1.2.3 斜拉桥
斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一，目
前为止建成或正在施工的斜拉桥共有40余座（图1-3）。大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。整体来说，我国斜拉桥设计施工水平已迈入国际先进行列，部分成果达到国际领先水平。目前，我国正建设的香港昂船洲大桥、建设将要通车的江苏苏通大桥，其主跨均达到1000m以上。我国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200m，数量占世界第一。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成主要承重构件，利用索塔上伸出的若干斜拉索在梁跨内增加了弹性支承，减小了梁内弯矩，受力特点为外荷载从梁传递到索，再到索塔。选择不同的结构外形和材料可以组合成多彩多姿、新颖别致的各种形式。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢、混凝土的。主梁有混凝土梁、钢箱梁、结合梁、混合式梁。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面，拉索材料有热挤PE防护平行钢丝索、PE外套防护钢绞线索。斜拉桥的施工方法主要采用悬臂浇筑和预制拼装。
斜拉桥优点：梁体尺寸较小，使桥梁的跨越能力增大；受桥下净空和桥面标高的限制小；抗风稳定性优于悬索桥，且不需要集中锚锭构造；便于无支架施工。斜拉桥缺点：由于是多次超静定结构，计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且技术要求严格。斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥有更大的跨越能力。由于拉索的自锚特性而不需要悬索桥那样巨大锚碇，加之斜拉桥有良好的力学性能和经济指标，已成为大跨度桥梁最主要桥型，在跨径200～800m的范围内占据着优势。
1.2.4 悬索桥
悬索桥是特大跨径桥梁的主要型式之一，其造型优美，规模宏伟，常被人们称为“桥梁皇后”。从1883年美国建成布鲁克林桥（主跨486m）开始，至今已有120多年历史。20世纪80年代末，世界上修建悬索桥到了鼎盛时期，建成跨径大于1000m的悬索桥17座。日本于1998年建成了世界最大跨度的明石海峡大桥（主跨1991m），将悬索桥跨径从20世纪30年代的1000m提高到接近2000m，是世界悬索桥建设史上的一座丰碑。我国在悬索桥建设方面犹如异军突起，1995年在国内率先建成了汕头海湾大桥（主跨452m），在近五年内，相继建成西陵长江大桥（主跨900m）、虎门大桥（主跨888m）、宜昌长江大桥（主跨960m）以及名列世界第四位的江阴长江大桥（主跨1385m），名列世界第五位的（公铁两用桥名列第一位）香港青马大桥（主跨1377
m）
等11座大跨度悬索桥。多年来，我们积累了丰富的悬索桥设计与施工经验，已建成的润扬长江大桥（主跨1490m），标志着我国悬索桥设计和施工水平已迈入国际先
进水平行列。悬索桥由索塔、锚碇、主缆、吊索（或吊杆）和主梁（加劲梁）5大部分组成（图1-4）。主缆为主要承重构件，受力特点为外荷载从梁通过系杆传递到主缆，再到两端锚锭。主要材料为预应力钢索。
悬索桥由于主缆采用高强钢材，受力均匀，因此具有很大的跨越能力，但亦具有整体刚度小、抗风稳定性不佳产，费用高、施工难度大等缺点。此种结构当跨径大于800m时，方具有很大的竞争力。
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主讲人：浙江大学项贻强 教授 博士生导师
1.1 国内外大跨桥梁现状及发展趋势
1.1.1 我国公路桥梁建设水平
改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到了相应发展，特别是近十年来，我国大跨径桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期，一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大和科技含量高的大跨径桥梁相继建成，标志着我国的公路桥梁建设水平已跻身于国际先进行列。近几年建成的特大桥梁，不少在世界桥梁科技进步中具有显著地位。诸如正在建设的重庆朝天门大桥是世界最大跨度钢拱桥，并创造了该类型桥梁十余项世界第一；苏通大桥以主跨1088m为世界第一跨度斜拉桥，同时成为世界上连续长度最大的双塔斜拉桥；润扬长江公路大桥南汊悬索桥，以1490m跨度为世界第三大悬索桥；刚通车的杭州湾跨海大桥为世界第一长跨海大桥；万县长江大桥为目前世界上跨度最大的混凝土拱桥；此外江阴长江公路大桥、香港青马大桥，其跨度分别在悬索桥中居世界第四位和第五位；南京长江二桥、白沙洲长江大桥、荆沙长江大桥、鄂黄长江大桥、大佛寺长江大桥、李家沱长江大桥等特大桥的跨度名列预应力混凝土斜拉桥世界前十位。
一座座桥，实现了天堑的跨越，缩短了时间与空间的距离，美化了秀美山川，为我国疆域的沟通和经济的腾飞起着了重要的作用。
1.1.2 我国公路桥梁发展趋势
随着科技的发展，新材料的开发和应用，在桥梁设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。目前，我国桥梁建设正在与国际接轨，开始向大跨、新型、轻质和美观方向发展。
（1） 跨径不断增大
目前，世界上钢梁、钢拱的最大跨径已超过500m，钢斜拉桥为890m，而钢悬索桥达1990m。随着跨江跨海的需要，钢斜拉桥的跨径已经突破1000m，钢悬索桥将超过3000m。至于混凝土桥，梁桥的最大跨径为300m，拱桥已达420m，斜拉桥为530m。
（2） 桥型不断丰富
本世纪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。
（3） 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，非常轻盈；拱桥采用少箱
甚至拱肋或桁架体系；梁桥采用长悬臂、薄板件等，这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。
（4） 重视美学及环境保护
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，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。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，重视环境保护，达到人文景观同环境景观的完美结合。
1.2 大跨径桥梁的分类与特点
对桥梁按结构体系分类是以力学特征为基本着眼点，以主要的受力构件为基本依据，可分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥、刚架桥五大类。
1.2.1 梁式桥
梁式桥种类很多，也是公路桥梁中最常用的桥型，其跨越能力可从20m直到300m之间。公路桥梁最常用的大跨径梁式桥主要为预应力混凝土连续箱形梁桥（图1-1），70年代我国公路上开始修建连续箱梁桥，到目前为止我国已建成了多座连续箱梁桥，如一联长度1340m的钱塘江第二大桥和跨越高集海峡全长2070m的厦门大桥等，目前，我国预应力混凝土连续梁最大跨径为165m（南京二桥北汊主桥）。由于预应力混凝土连续箱梁它具有桥面接缝少、梁高小、刚度大、整体性强，外形美观，便于养护等在构造、施工和使用上的优点，近年来已成为建成较多的桥梁。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土。随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。大跨径梁桥的上部结构大多采用箱形截面，是因为箱形截面有较大的抗扭刚度，箱梁允许有最大细长度，同T形梁相比徐变变形较小。由于嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大，能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥，因此，箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥。
连续箱梁桥的施工方法多种多样，只能因时因地，根据安全经济、保证质量、降低造价、缩短工期等方面因素综合考虑选择。一般常用的方法有：立支架就地现浇、预制拼装（可以整孔、分段串联）、悬臂浇筑、顶推、用滑模逐跨现浇施工等。预应力钢束采用钢绞线，可以分段或连续配束，一般采用大吨位群锚。为了减轻箱梁自重，可以采用体外预应力钢束。虽然连续箱梁桥采用预应力混凝土建造，能就
地
取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理
论及施工技术上都发展得比较成熟。但由于结构本身的自重大（约占全部设计荷载的30%至60%），且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大限制了其跨越能力。还有大跨径连续箱梁要采用大吨位支座，如南京二桥北汊桥165m变截面连续箱梁，盆式橡胶支座吨位达65O0kN。这种样大吨位支座性能如何、将来如何更换等一系列问题有待研究。
1.2.2 拱式桥
拱桥，在桥梁的发展史上曾经占有重要地位，迄今为止，已有三千多年的历史，当今亦因其形态美、造价低、承载潜力大而得到广泛的应用，也是大跨径桥梁形式之一，跨径从几十米到四百多米。我国大跨度混凝土拱桥的建设技术，居国际领先水平。拱桥的受力特点为拱肋承压、支承处一般有水平推力，按其建造材料来分，可分为圬工拱桥、钢筋（骨）混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥、钢拱桥等。
（1） 圬工拱桥最常见的为石拱桥，我国古代石拱桥建造就有很高的成就，如修建于公元606年的河北赵县安济桥，跨径37.4m，矢高7.23m，宽约9m，在跨度方面曾保持记录达1350年之久，且至今保存完好。圬工拱桥不便于实现工厂化施工，施工周期较长，相应的费用较高。同时，圬工材料尽管适合承压，但其自重相对于许用应力而言较大，因而不适于用作大跨度桥梁。
（2） 钢筋混凝土拱桥为拱桥的主要形式，它分箱形拱、肋拱、桁架拱。根据近年的实践，常用的拱桥施工方法有主支架现浇、预制梁段缆索吊装、预制块件悬臂安装、半拱转体法、刚性或半刚性骨架法。我国钢筋混凝土拱桥的发展趋势为拱圈轻型化，长大化以及施工方法多样化。刚建成的万县长江大桥为劲性骨架箱拱，跨径420m，居世界第一。
（3） 在我国自90年代以来，钢管混凝土拱桥（图1-2）迅速发展，现已建成跨径大于200m的十几座，最大跨径为2005年建成的重庆巫山长江大桥（主跨460m）中承式钢管混凝土双肋拱桥，为世界第一钢管混凝土拱桥。钢管混凝土钢管混凝土是在钢管内填充混凝土，使钢管和混凝土在受压方面实现优势互补：钢管借助于其内部的混凝土其抗压性能和稳定性得以增强；而内部的混凝土由于处于三向受压状态而使自身的强度得以提高。钢管混凝土更接近于一种新材料，具有强度高、塑性好、耐高温、耐腐蚀、抗冲击性能好等优点。它不仅在力学方面性能优越，而且在施工方面也有许多优点。例如钢管本身可以兼作模板骨架，不用拆模、支模，混凝土可以泵灌；钢管本身可以
兼
作纵筋和箍筋，卷制钢管较制作、绑扎钢筋骨架容易。
1.2.3 斜拉桥
斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一，目
前为止建成或正在施工的斜拉桥共有40余座（图1-3）。大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。整体来说，我国斜拉桥设计施工水平已迈入国际先进行列，部分成果达到国际领先水平。目前，我国正建设的香港昂船洲大桥、建设将要通车的江苏苏通大桥，其主跨均达到1000m以上。我国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200m，数量占世界第一。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成主要承重构件，利用索塔上伸出的若干斜拉索在梁跨内增加了弹性支承，减小了梁内弯矩，受力特点为外荷载从梁传递到索，再到索塔。选择不同的结构外形和材料可以组合成多彩多姿、新颖别致的各种形式。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢、混凝土的。主梁有混凝土梁、钢箱梁、结合梁、混合式梁。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面，拉索材料有热挤PE防护平行钢丝索、PE外套防护钢绞线索。斜拉桥的施工方法主要采用悬臂浇筑和预制拼装。
斜拉桥优点：梁体尺寸较小，使桥梁的跨越能力增大；受桥下净空和桥面标高的限制小；抗风稳定性优于悬索桥，且不需要集中锚锭构造；便于无支架施工。斜拉桥缺点：由于是多次超静定结构，计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且技术要求严格。斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥有更大的跨越能力。由于拉索的自锚特性而不需要悬索桥那样巨大锚碇，加之斜拉桥有良好的力学性能和经济指标，已成为大跨度桥梁最主要桥型，在跨径200～800m的范围内占据着优势。
1.2.4 悬索桥
悬索桥是特大跨径桥梁的主要型式之一，其造型优美，规模宏伟，常被人们称为“桥梁皇后”。从1883年美国建成布鲁克林桥（主跨486m）开始，至今已有120多年历史。20世纪80年代末，世界上修建悬索桥到了鼎盛时期，建成跨径大于1000m的悬索桥17座。日本于1998年建成了世界最大跨度的明石海峡大桥（主跨1991m），将悬索桥跨径从20世纪30年代的1000m提高到接近2000m，是世界悬索桥建设史上的一座丰碑。我国在悬索桥建设方面犹如异军突起，1995年在国内率先建成了汕头海湾大桥（主跨452m），在近五年内，相继建成西陵长江大桥（主跨900m）、虎门大桥（主跨888m）、宜昌长江大桥（主跨960m）以及名列世界第四位的江阴长江大桥（主跨1385m），名列世界第五位的（公铁两用桥名列第一位）香港青马大桥（主跨1377
m）
等11座大跨度悬索桥。多年来，我们积累了丰富的悬索桥设计与施工经验，已建成的润扬长江大桥（主跨1490m），标志着我国悬索桥设计和施工水平已迈入国际先
进水平行列。悬索桥由索塔、锚碇、主缆、吊索（或吊杆）和主梁（加劲梁）5大部分组成（图1-4）。主缆为主要承重构件，受力特点为外荷载从梁通过系杆传递到主缆，再到两端锚锭。主要材料为预应力钢索。
悬索桥由于主缆采用高强钢材，受力均匀，因此具有很大的跨越能力，但亦具有整体刚度小、抗风稳定性不佳产，费用高、施工难度大等缺点。此种结构当跨径大于800m时，方具有很大的竞争力。