我国历史、文化悠久,是世界文明古国之一。就桥梁讲,我们的祖先在世界桥梁建筑史上曾写下光辉灿烂的一页。随着国家经济建设和交通事业的发展,当代的桥梁工作者正在创造桥梁建筑的新篇章。
据史料记载,远在3000余年前的周朝,渭河上就出现过浮桥。鉴于浮桥的架设具有简便快速的特点,常被用于军事。公元前257年,在山西蒲津渡建造跨越黄河的第一座浮桥;公元724年,改固索木桩为铁牛,易笮索为铁链,对蒲津渡浮桥进行改建;其遗址现已成为全国重点文物保护单位。汉唐以后,浮桥的运用日趋普遍。
在公元前550年左右,汾水上建有木柱木梁桥;秦、汉时期在渭河、灞河上修建的多座木梁桥,史书中均有确凿记载。秦代咸阳渭桥(后称中渭桥)为木梁桥,68孔,总长500余米,桥宽约14m,在2013年初的考古中基本得到证实;汉代又建东渭桥和西渭桥。在灞河上建桥,始于秦;西汉时期建木梁桥,隋唐时期建南北两座灞桥,其中南桥就是著名的“灞桥折柳”之处。这些桥屡毁屡建,多采用木柱木梁或木梁石柱桥式。
在拱式木桥中,宋代虹桥(1032—1033年)构造奇特。宋代画家张择端在其名画《清明上河图》中所描绘的是汴京(今河南开封)的虹桥。该桥采用两套木拱(一套由3根长木按梯形布置,另一套由5根短木组成),并配以横木,形成稳定的拱架,见图1.3。后来这一桥式传至浙江和福建等地,其结构与虹桥相似但有所改进(在拱架两端增加了形成水平桥面的梁柱构件以利通行,在桥上修建廊屋以保护木结构)。例如,始建于明隆庆四年(1570年)、1745年重建、1986年重修的浙江泰顺县泗溪溪东桥,建于1802年的浙江云和梅崇桥(跨度为33.4m,见图1.4)等,尽管历经风雨,至今仍基本保持原貌。
图1.3 宋代木虹桥(1032—1033年)
图1.4 浙江梅崇木廊桥结构示意
古代木桥的另一种形式是伸臂木梁桥,其发源于我国西北地区,散布在甘肃、四川、西藏等地。伸臂木梁桥的构造是由两岸向河心依次悬臂伸出木梁多层(上一层比下一层长),在中空处再以平置木梁连接两悬臂端。例如:甘肃渭源灞陵桥,始建于明洪武初年(1368年),全长约40m,跨度约30m,从两岸向跨中以4层悬臂梁伸出,形成独特的拱式伸臂木梁桥;兰州握桥(又名卧桥),始建于明永乐年间(1403—1424年),清代两次重建,1952年拆除,此桥由两岸向河心斜上伸出重叠的悬臂梁各5层,中接平梁,全长27m。
最晚自汉朝起,我国就已广泛修建石拱桥。在1957年出土的东汉画像砖上,刻有石拱桥图形,桥上有车马,桥下有两叶扁舟,证明当时已能修建跨河石拱桥。在隋大业元年(605年),李春在河北赵县修建了赵州石拱桥(又称安济桥),净跨37.02m,宽9m,见图1.5。该桥构思巧妙,造型美观,工艺精致,历1400余年而无恙,举世闻名,被评为“国际土木工程里程碑建筑”。江苏苏州的宝带桥,始建于唐元和年间(816—819年),桥长约317m,宽4.1m,共53孔。桥以长度闻名,远望犹如长龙卧踞,又似玉带浮于水面,显得秀丽精巧。1192年建成的位于北京西南的卢沟桥,共11孔,跨度11.4~13.5m,桥栏上配有栩栩如生的大小石狮485个,世所罕见。北京颐和园内的十七孔桥建于清乾隆年间(1736—1795年),玉带桥建于乾隆十五年(1750年);前者的拱洞随桥面的缓和下坡从桥中间向两端逐渐收小,后者则以两端有反弯曲线的玉石穹背高出绿丛。这两座桥都以同环境协调,使湖光山色增辉见称。
古代石梁桥也同样杰出。我国建于宋朝的福建泉州万安桥(又称洛阳桥,1053—1059年)现长834m,共47孔,位于“波涛汹涌,水深不可址”的洛阳江口上。在建桥时先顺桥向抛投大量块石,在水面上形成一条长堤;然后在块石上放养牡蛎,靠蛎壳与块石相胶结形成的整体筏形基础来抵抗风浪。在这水下长堤上,用大条石纵横叠置(不用灰浆)形成桥墩,再架设石梁。目前世界上最长的石梁桥,是福建泉州安平桥。该桥始建于南宋绍兴八年(1138年),前后历经13年建成,长近五华里(俗称五里桥),共352孔,现存2070m,被誉为“天下无桥长此桥”,见图1.6。1237年建造的福建漳州虎渡桥,长335m,其所用的巨型条石尺寸为1.7m×1.9m×23.7m,质量将近200t,据记载这些石梁是利用潮水涨落浮运架设的。
图1.5 赵州桥(605年左右)
图1.6 安平桥(1138年)
我国是世界上公认最早有索桥的国家。据记载,至迟在汉唐时期,我国就从藤索、竹索发展到用铁链建造索桥,而西方直到16世纪才开始建造铁索桥。索桥起源于我国西南地区,据史料记载,公元7世纪时在云南塔城建有铁索桥。著名的古代索桥有四川灌县(现都江堰市)的竹索桥、云南宝山的霁虹桥和四川泸定的大渡河铁索桥等。灌县竹索桥是世界上最古老的索桥,相传由战国时代著名的水利工程专家李冰所建,最初采用竹子做缆,称为笮桥。现有史料记载该桥建于宋朝(990年),1803年仿旧制重建,名安澜桥,桥长340m,分为8孔,最大跨度61m,1975年仿旧式改为钢丝绳索桥。霁虹桥跨越澜沧江,始建于明成化年间(1476年),是我国最古老的铁索桥之一。该桥长约110m,宽约3.5m,由18根铁索链悬吊两岸,清康熙年间重修,1986年被洪水冲毁。大渡河铁索桥建成于1706年,跨度101.6m,宽约2.8m,由13条锚固于两岸的铁链组成,其为世界上第一座跨度超过100m 的桥梁,也是著名的重点文物和革命遗址。
近代中国受腐朽的封建制度统治,1840年后又屡遭西方帝国列强入侵,国运衰败,战争连年,生产力极为低下。1881年清政府修建唐(山)胥(各庄)铁路,是在中国有铁路和铁路桥的开端,但大部分桥梁是由外商承建的。1894年,我国铁路先驱詹天佑先生主持修建完成滦河铁路大桥(第一次采用气压沉箱基础,全长670.6m,17孔,包括30.5m上承式钢桁梁、61m 下承式钢桁梁、9.14m 上承式钢板梁等,已废弃)。1901年,沙俄承建了哈尔滨松花江铁路桥(19孔,1051m 长,1964年大修);1906年,比利时承建了郑州黄河铁路桥(102孔,3015m 长,1960年停用,1987年拆除);1908年,法国承建了云南屏边人字桥(单跨,桥长67m,现为全国重点文物保护单位);1936年,中国修建了原粤汉铁路省界桥(凌鸿勋设计建造,混凝土拱,主跨40m,已废弃)等。
在公路和城市道路方面,从20世纪初到20世纪30年代,也修建过一些钢桥。例如,天津大红桥(1888年建铁拱桥,跨度约40m,1924年被洪水冲垮,1937年改建为主跨约56m的钢系杆拱桥),浙江奉化方桥(1907年建成,德国工程师设计,单孔下承式钢桁梁,85.5m长,2007年被船撞毁),兰州黄河铁桥(1909年建成,德国人承建,5孔,233m长,1954年改造加固,2004年全面维修),广西龙州铁桥(1915年,法国人设计,黄英承建,单孔跨径106m下承式钢桁梁,1940年7月,为阻遏日军进犯将铁桥炸毁),湘西能滩吊桥(1938年,周凤九主持设计建造,单孔80m链式钢悬索桥,1970年停用)等。
1937年9月建成通车的杭州钱塘江大桥(图1.7),由我国桥梁先驱茅以升先生主持修建,是我国现代桥梁的里程碑建筑。该桥公铁两用,主跨为16×65.84m钢桁梁,采用气压沉箱基础,浮运法架设钢梁;同年12月为阻遏日军进犯将桥炸毁,1947年3月修复。
图1.7 杭州钱塘江桥(1937年)
中华人民共和国成立后,桥梁工程得到很大改观和发展。在国民经济恢复时期和第一个五年计划期间,国家迅速修复并加固了不少旧桥,也新建了不少重要大桥。在20世纪50—60年代,修订了桥梁设计规范,编制了桥梁标准设计,逐步培养并形成了一支桥梁工程设计与施工队伍,为桥梁工程的稳步发展创造了有利条件。
1957年,武汉长江大桥建成。它使中国的南北铁路网连接起来,结束了我国万里长江无桥的状况,标志着我国钢桥技术提高到新的水平。该桥为公铁两用,大桥正桥为3×128m的连续钢桁架梁,下层为双线铁路,上层为18m 宽的公路桥面,全桥总长1670.4m。1969年,南京长江大桥建成(图1.8)。这是我国自行设计、制造、施工,并采用国产高强钢材的现代化公铁两用桥。大桥正桥为3×160m的连续钢桁架梁及1孔128m 的简支钢桁架梁。下层为双线铁路,全长6772m;上层公路桥总长4589m。因桥址处水深流急,河床地质极为复杂,基础施工非常困难。该桥的建成,标志着我国钢桥建设技术上了一个新台阶。
在20世纪60—70年代,我国建造的大跨度桥梁多采用钢桁架梁结构,如:宜(宾)珙(县)铁路支线上的金沙江大桥(112m+176m+112m 的三跨连续钢桁梁,1968年),成(都)昆(明)线金沙江三堆子桥(铁路简支钢桁梁,跨度192m,1969年),枝城大桥(连续钢桁架梁,最大跨度160m,公铁桥面处于同一平面,1971年),山东北镇黄河公路大桥(4×112m 三角形连续钢桁架梁,1972年)等。1993年,九江长江大桥(公铁两用桥,见图1.9)建成,该桥主跨采用180m+216m+180m 的钢桁架梁加柔性拱,第一次使连续钢梁桥的跨度超过200m。2013年,在广东东莞建成的穗菀深城际轨道东江南特大桥,采用加劲连续钢桁梁形式,主跨提升到264m。2020年建成的浙江宁波三官堂大桥,为主跨达465m的三跨连续钢桁梁结构。
图1.8 南京长江大桥(1969年)
图1.9 九江长江大桥(1993年)
2000年8月,芜湖长江大桥(图1.10)顺利合龙。它的建成,表明我国已彻底结束长江上火车轮渡的历史。芜湖长江大桥主跨为连续钢桁架梁加低塔斜拉索加劲的组合体系,分跨为180m+312m+180m,其余为最大跨度为144m 的连续钢桁架梁,主跨基础采用大直径双壁钢围堰钻孔桩。下层铁路桥全长10.6km,上层公路桥为4车道,宽18m,全长6.08km。大桥建设体现出钢桥的当代水平,除桥型外,还采用钢筋混凝土桥面板与主桁结合的板桁组合结构、厚板焊接整体节点、大尺寸箱形杆件等。
图1.10 芜湖长江大桥(2000年)
我国大跨径铁路(包括公铁两用)桥梁以桁架梁形式为主。材料主要采用低合金钢,结构的连接从早期的铆接过渡到栓焊连接(指杆件或构件在工厂焊接制造,在工地采用高强度螺栓拼接),施工采用伸臂拼装等方法。在20世纪80年代,我国开始研制钢箱梁和正交异性桥面板结构。1982年,在陕西安康建成专用线铁路斜腿刚架桥(主跨176m,居当时世界同类桥梁首位)。近20年来,随着大跨度公路悬索桥、斜拉桥的建设,全焊加劲钢箱梁结构得到较多的应用。进入21世纪后,随着我国高铁的发展,钢桁梁桥在新结构、新材料、新工艺、新设备等方面均取得了长足的进步。
钢筋混凝土简支梁在小跨度桥梁中应用较早。从20世纪50年代起,我国就开始对预应力混凝土桥进行研究和试验。1956年,建成第一座跨度为20m 的公路预应力混凝土简支梁桥(京周公路哑吧河桥)和跨度为23.8m 的铁路预应力混凝土简支梁桥(东陇海线新沂河桥)。几十年来,按各种标准跨度、不同截面形式、先张法或后张法、普通高度梁或低高度梁等,逐步形成了系列标准设计,使混凝土简支梁桥在中小跨度范围内得到广泛应用。跨度较大的预应力混凝土简支梁桥的例子是:浙江瑞安飞云江公路桥(1985年,62m,T形梁),洛阳黄河铁路桥(1991年,50m,T形梁),南昆铁路线打梗大桥和白水河1号桥(1995年,56m,箱形梁)等。
1965年,我国采用悬臂施工方法,开始建造预应力混凝土 T 形刚构桥,如江苏盐河公路桥(分跨16.5m+33.0m+16.5m)和河南五陵卫河窄轨铁路桥(分跨25m+50m+25m),这为以后修建大跨度预应力混凝土桥提供了有益的经验。1966年,我国铁路上首次应用悬臂拼装法建成了成昆线旧庄河一号桥(预应力混凝土悬臂梁,分跨25m+48m+25m)。1968年,我国公路上首次应用悬臂浇筑法建成广西柳州柳江大桥(T 形刚构,主跨124m,挂孔长25m);1971年建成福建乌龙江公路大桥,主孔跨径为3×144m;1980年建成的重庆长江公路大桥为挂孔式T 构,主跨达174m。近年来,单个T构的桥式(不设铰或挂孔)得到应用,如宜万铁路马水河大桥(主跨2×117m,2010年),雅泸高速公路唐家湾大桥(主跨2×114m,2012年)等。
从20世纪80年代起,采用悬臂法施工的大跨度预应力混凝土连续梁桥以及连续刚构桥得到迅速发展。通常,这类桥型在纵向采用三跨对称布置的变高度变截面梁,在横向采用单箱(或多箱)单室(或多室)的箱形截面,纵横向钢筋采用大吨位钢绞线预应力体系,竖向预应力采用高强度粗钢筋或钢绞线,施工方法为对称悬臂浇筑或拼装。近年来,主要在城市跨线桥、立交桥中,中等跨度的全焊连续钢箱梁桥开始得到应用。
公路预应力混凝土连续梁桥的典型例子是:广东顺德容奇大桥(分跨73.3m+3×90.0m+73.3m,1983年),湖北沙洋汉江大桥(分跨62.4m+6×111.0m+62.4m,1985年),云南六库怒江大桥(分跨85m+154m+85m,1990年,见图1.11)等。1996年,采用预制悬臂拼装方法,建成了广东佛开高速公路九江桥(分跨50m+100m+2×160m+100m+50m)。2000年后,连续梁桥的跨度有所增长。例如,南京长江二桥北汊桥(分跨90m+3×165m+90m,2001年),舟山长松大桥(分跨94m+170m+94m,2007年),宜宾向家坝金沙江大桥(分跨70m+170m+90m,2007年),广州海怡大桥(分跨95m+166m+108m,2010年)等。钢箱连续梁桥的典型例子是:2011年建成的上海崇启大桥,上部结构为102m+4×185m+102m的6跨连续变截面钢箱梁,采用两台浮吊进行抬吊架设,吊装长度为146.8m,起吊质量2100余吨。
图1.11 云南六库怒江大桥(1990年)(www.xing528.com)
在预应力混凝土连续刚构桥方面,1988年在国内首次建成的广东洛溪公路大桥(双薄壁墩,分跨65m+125m+180m+110m,图1.12),是混凝土梁桥向更大跨度发展的开端,也为这一桥型在国内的发展奠定了坚实基础。在随后的20多年里,先后修建了百余座同类桥梁,如黄石长江大桥(主跨245m,1995年),虎门大桥辅助航道桥跨(主跨270m,1997年),重庆嘉陵江黄花园大桥(主跨250m,1999年),四川泸州长江二桥(主跨252m,2000年),福建下白石大桥(主跨260m,2003年),云南元江大桥(主跨265m,2003年),苏通长江大桥辅航道桥(主跨268m,2008)等。2006年建成的重庆石板坡大桥,采用混合梁构造(主跨跨中设置103m长的钢箱),把连续刚构桥的跨度推进到了330m。雅泸高速公路上的腊八斤大桥,主跨200m,墩高达到182.5m,主墩采用新颖的钢管混凝土组合箱形截面。
图1.12 广东洛溪大桥(1988年)
近20年来,大跨度预应力混凝土连续梁和连续刚构体系也广泛应用于铁路桥梁。1986年,广西防城建成茅岭江桥(连续梁,单线,主跨80m)。1991年,浙江杭州建成钱塘江二桥(连续梁,双线,主跨80m;一联长度达1340m;2011年,又建成跨度和联长相同的四线高速铁路新桥)。1995年,四川渡口建成攀钢专用线金沙江桥(连续刚构,单线,主跨168m)。1996年,南昆线上建成了多座各具特色的预应力混凝土桥,如清水河桥、板其2号桥、南盘江桥等。清水河桥采用连续刚构体系,主跨128m,墩高100m。板其2号桥采用曲线连续刚构体系,主跨布置为44m+72m+44m,曲线半径R=450m,是我国铁路上的第一座连续刚构弯梁桥。南盘江桥的主跨是带“V”形支承的连续梁体系,按部分预应力混凝土理论设计。2001年,建成宁波大榭跨海大桥(连续刚构,主跨170m,公路与预留单线铁路合建于同一平面)。2004年,建成渝怀线黄草乌江双线铁路桥(连续刚构,主跨168m)。2009年,建成襄渝铁路牛角坪双线铁路连续刚构桥,主跨达192m。2012年,建成兰渝铁路重庆朝阳嘉陵江大桥,使单线铁路连续刚构桥的跨度达到176m。
我国石拱桥历史悠久。中华人民共和国成立以来,修建了大量经济美观的石拱桥。1959年建成的湖南黄虎港桥,主跨50m,首次采用木板拱架技术施工;1961年建成的洛阳龙门桥,主跨90m,采用钢拱架施工;同年建成的云南长虹桥主跨达112.5m。1972年,建成了四川丰都县九溪沟公路大桥,跨度达到116m。1990年,湖南凤凰建成乌巢河桥,跨度达120m,见图1.13。2000年完成的山西晋城至河南焦作公路线上的丹河大桥,跨度达146m。铁路石拱桥的跨度记录为54m(成昆铁路一线天桥,1966年)。
图1.13 湖南凤凰乌巢河桥(1990年)
除传统石拱桥外,我国还创造出一些特殊的混凝土和钢筋混凝土拱桥结构。1964年,公路双曲拱桥开始建于江苏无锡。这种桥在结构上“化整为零”,造型美观,节省钢材,无需大型起吊设备,适宜于小跨轻载;随后这种桥型被推行到干线公路,其最大跨度曾达150m(河南嵩县前河桥,1968年)。但因其构造难以适应大跨度、重载以及软土地基条件,结构耐久性差,已不再新建。另外,还有钢筋混凝土桁架拱、刚架拱、扁壳拱等,这些桥型在设计上或施工上各具特色,为中小跨度的拱桥建筑做出了贡献。在铁路桥梁方面,1966年6月竣工的丰沙线永定河7号桥,采用一孔150m跨度的中承装配式钢筋混凝土拱,是当时亚洲跨度最大的钢筋混凝土拱桥。
由于受支架施工方法的限制,采用砌体材料难以(也不宜)建造大跨度拱桥。无支架施工方法对推动钢筋混凝土拱桥向大跨度发展起到了重要的作用。目前采用的无支架施工方法主要是借助缆索吊装设备,采用悬臂法(包括斜拉扣挂法和悬臂桁架法,每种方法又可分为悬臂拼装或悬臂浇筑)、大件转移法(包括转体法、顶推法和大件吊装法等)施工。
公路桥梁方面,1988年,跨度200m 的四川涪陵乌江公路大桥建成。该桥拱圈为箱形截面,采用转体法施工。1990年建成的四川宜宾金沙江中承式公路拱桥的跨度为240m,采用斜拉扣挂劲性骨架、然后浇筑拱圈混凝土的施工方法。1996年建成的广西邕宁邕江公路桥,跨度312m,采用上述同一施工技术。1997年,重庆万州长江公路大桥完工(图1.14)。该桥跨度达420m;主拱圈采用钢管混凝土与劲性骨架组合的钢筋混凝土箱形截面,采用斜拉扣挂方法施工。近年来修建的西攀路白沙沟1#大桥(主跨150m,2007年)、攀枝花新密地大桥(主跨182m,2013年)等,均采用挂篮悬臂浇筑法施工。铁路桥梁方面,云桂铁路云南境内的南盘江大桥(主跨为416m),沪昆高铁贵州境内的北盘江特大桥(主跨445m),均采用带劲性骨架的钢筋混凝土拱。两桥均采用斜拉扣挂劲性骨架、然后分段浇筑拱圈混凝土的施工方法。
自20世纪90年代起,钢管混凝土拱在发挥材料性能,降低工程造价,美化结构造型和减少施工设备等方面的优点逐步被桥梁界所重视,钢管混凝土拱桥应运而生。1990年,建成跨度115m 的中国第一座钢管混凝土拱桥——四川旺苍东河大桥。近年来,已修建了数百座这样的公路和铁路拱桥,例如,广东高明桥(2×100m 中承式拱,1991年),柳州文惠桥(3×180m 中承式钢管拱,1994年),广东三山西桥(中承式钢管混凝土刚架系杆拱,跨度200m,1995年),武汉汉江三桥(跨度最大的下承式钢管混凝土拱,主跨280m,2000年),广州丫髻沙珠江桥(中承式系杆拱,主跨360m,转体法施工,2000年),湖北支井河大桥(上承式,主跨430m,2008年),重庆巫峡长江大桥(中承式,主跨460m,2005年),四川泸州合江一桥(中承式,主跨530m,2013年)等。2020年合龙的广西平南三桥,主跨达575m。在铁路桥梁方面,2001年建成的水柏铁路北盘江大桥(单线),为上承式提篮拱,主跨236m,采用转体法施工。2011年合龙的准朔铁路黄河特大桥,为双线上承式提篮拱,主跨360m。2018年主拱合龙的拉(萨)林(芝)铁路藏木雅鲁藏布江特大桥,主跨430m,是国内首座耐候钢大跨桥。
进入21世纪后,钢拱桥(钢箱拱和钢桁架拱)受到青睐。钢箱拱多采用中承式提篮拱结构,2002年建成跨度130m 的云南小湾大桥,接着又相继建成上海卢浦大桥(主跨550m,2003年,见图1.15)、厦门钟宅湾大桥(主跨208m,2004年)和重庆菜园坝大桥(主跨420m,2007年)等。2011年建成的宁波明州大桥,主跨450m,采用中承式双肢钢箱系杆提篮钢箱拱结构。2011年合龙的南广铁路肇庆西江特大桥,是我国首座中承式铁路钢箱提篮拱桥(双线),主跨达450m。在钢桁架拱方面,宜万铁路上的万州长江大桥采用单拱连续钢桁架梁结构,主跨达到360m,2005年合龙。2009年合龙的南京大胜关长江大桥是世界上设计活载(6线铁路)最大的高速铁路桥,桥型为6跨连续钢桁梁拱桥,两连拱的主跨为2×336m。2019年完成主体结构的大瑞铁路怒江特大桥,为跨度490m 的四线车站桥,是目前世界上跨度最大的铁路钢桁拱桥。广州新光大桥(主跨428m,2007年)采用飞雁式连续中承式三跨钢箱桁架拱结构,部分拱段采用整体提升施工。重庆朝天门大桥为三跨中承式系杆钢桁架拱结构,同时承担城市轨道交通和道路交通,主跨达到创纪录的552m,2009年建成通车。
图1.14 重庆万州长江大桥(1997年)
图1.15 上海卢浦大桥(2003年)
自20世纪50年代公路斜拉桥问世以来,这种结构合理、跨越能力大、外形美观的桥型就异军突起,发展迅猛。在20世纪70年代,我国开始探索和实践斜拉桥,修建了四川云阳汤溪河桥(主跨76m,1975年,已废弃)和上海松江县新五桥(主跨54m,1975年)。至今,我国已成为世界上斜拉桥最多的国家之一,截至2019年,已建成的跨度超过500m的各类斜拉桥近50座,占世界同类桥梁的70%;在建的29座跨度超过500m的各类斜拉桥中,我国就占25座。
在80年代,我国建成的跨度超过200m 的公路斜拉桥有:上海泖港大桥(混凝土梁,主跨200m,1982年),济南黄河大桥(混凝土梁,主跨220m,1982年),山东东营黄河桥(钢梁,主跨288m,1987年),天津永和桥(混凝土梁,主跨260m,1987年),重庆石门桥(混凝土梁,独塔,主跨200m+230m,1988年)等。
进入90年代,斜拉桥向更大跨度发展。除混凝土梁和钢梁外,也开始采用结合梁(梁部是钢梁与混凝土桥面板的结合)和混合梁(桥的边跨梁段采用混凝土梁,中跨梁段采用钢梁)。跨度超过400m 的桥有:上海南浦大桥(结合梁,主跨423m,1991年),上海杨浦大桥(结合梁,主跨602m,1993年),上海徐浦大桥(混合梁,主跨590m,1997年),郧阳汉江大桥(混凝土梁,主跨414m,1993年),重庆长江二桥(混凝土梁,主跨444m,1995年),武汉长江三桥(混合梁,主跨618m,2000年),福建青州闽江大桥(结合梁,主跨605m,2000年),南京长江二桥(钢箱梁,主跨628m,2001年,见图1.16),南京长江三桥(钢箱梁,钢塔,主跨648m,2005年),上海长江大桥(分离式钢梁,主跨730m,2009年),荆岳长江大桥(钢梁,主跨816m,2010年)等。千米级的特大跨度斜拉桥包括:香港昂船州大桥(混合梁,主跨1018m,2009年)、苏通长江大桥(钢箱梁,主跨1088m,2008年)和鄂东长江大桥(混合梁,主跨926m,2010年)。这些桥梁的建成,使我国斜拉桥的设计施工水平占据世界领先地位。
图1.16 南京长江二桥(1997年)
随着桥梁科技的进步,斜拉桥也开始广泛应用于公铁两用桥梁。我国早期的铁路斜拉桥是广西红水河桥(混凝土梁,主跨96m,单线,1981年建成)。2009年建成的武汉天兴洲公铁两用桥(钢桁梁,见图1.17),主桥采用“双塔三索面斜拉桥”方案,主跨504m,公路桥面为双向6车道,铁路桥面布置两条客运专线和两条货运线。该桥因其独特的设计和特有的施工技术,成为我国公铁两用桥建设史上新的里程碑。2014年通车的黄冈长江大桥,集城铁、国铁、高速公路三位一体,主桥为双塔钢桁梁斜拉桥,主跨达567m,桁梁为上宽下窄的倒梯形。另外,主跨达1092m的公铁两用斜拉桥(沪通长江大桥),在2019年实现全桥合龙;主跨达1176m的常泰长江大桥,也在同年开工建设。
图1.17 天兴洲长江大桥(2009年)
斜拉桥以其结构形式多样、造型挺拔飘逸而受到人们青睐。目前我国常采用的是双塔双(密)索面(半)漂浮结构体系,主塔材料多采用预应力混凝土,主梁材料为预应力混凝土或钢或两者的组合,主梁截面为双主梁式、箱形、桁架等,采用悬臂方法施工。
在取得了双塔斜拉桥的建设经验、解决了体系刚度和长联的温度影响后,多塔斜拉桥的建设得到发展。1998年建成的香港汀九桥为不等高三塔结合梁斜拉桥,分跨127m+448m+475m+127m。接着建成了岳阳洞庭湖大桥(2000年,三塔,主跨310m,混凝土梁)和宜昌夷陵长江大桥(2001年,三塔,主跨348m,混凝土梁)等。2012年通车的武汉二七长江大桥为三塔双索面结合梁斜拉桥,主跨达616m。浙江绍嘉大桥为5跨428m的独柱式六塔斜拉桥,桥宽40.5m,联长达2680m。郴州赤石特大桥为四塔双索面预应力混凝土斜拉桥,最大跨度380m,最高主塔达287.6m。2017年建成的蒙华铁路洞庭湖大桥,为主跨406m的三塔斜拉双线重载铁路桥。在建的马鞍山长江大桥,按四线铁路和双向六车道标准设计,其中长江左汊主通航桥采用主跨2×1120m 三塔钢桁梁斜拉桥,为世界上首个单跨超千米的三塔斜拉桥。
尽管悬索桥在我国有悠久的历史,也曾建造过一些悬索桥,但直到20世纪90年代,随着交通事业的飞速发展和对特大跨度桥梁的需求,我国才真正开始修建大跨度公路悬索桥。截至2019年,已建成的跨度超过600m的各类悬索桥超过40座,约占世界同类桥梁的50%;在建的26座跨度超过600m的各类悬索桥中,我国就占22座。
1995年建成通车的汕头海湾大桥是我国第一座大跨度悬索桥(三跨双铰预应力混凝土加劲梁,主跨452m),见图1.18。该桥的完成具有开创性意义,为随后修建的大跨度悬索桥积累了经验。1996年,被誉为“神州第一跨”的西陵长江大桥(全焊钢箱加劲梁,主跨900m)建成通车。1997年,虎门大桥(钢箱加劲梁,主跨888m)和香港青马大桥(主跨1377m,公铁两用,双层桥面)建成通车。1999年完工的江阴长江大桥(主跨1385m,钢加劲梁,见图1.19),已跃居到世界大跨度悬索桥前列。进入21世纪后,悬索桥建设继续保持发展势头。先后建成润扬长江公路大桥(钢箱加劲梁,主跨1490m,2005年),武汉阳逻长江公路大桥(主跨1280m,2007年),舟山西堠门大桥(主跨1650m,2009年),广东南沙大桥坭洲水道桥(主跨1688m,2019年)和武汉杨泗港大桥(主跨1700m,2019年)等一批大跨度悬索桥。在建的桥梁包括南京仙新路过江通道(主跨1760m)和深中通道伶仃航道桥(主跨1666m)等。
图1.18 汕头海湾大桥(1995年)
图1.19 江阴长江大桥(1999年)
在山区建造悬索桥,需要克服地形陡峻、地质复杂、交通不便等困难。近年来在山区建造的几座千米级大跨悬索桥,如四渡河大桥(主跨900m,单跨钢桁加劲梁,2009年)、坝陵河大桥(主跨1088m,单跨钢桁加劲梁,2009年)、矮寨大桥(主跨1176m,单跨钢桁加劲梁,2012年)等,为山区大跨悬索桥的建设积累了成功的经验。
在技术创新方面,2012年建成世界上首座千米级三塔悬索桥——江苏泰州长江大桥(主跨2×1080m,不等高塔,中塔为钢塔)。同类桥梁包括马鞍山长江大桥(主跨2×1080m,中塔为钢混叠合塔,2013年)和武汉鹦鹉洲长江大桥(主跨2×850m,结合梁,2014年)。在建的镇江五峰山长江大桥(主跨1092m),是我国首座公铁两用悬索桥。
从20世纪90年代中期起,我国开始规划超长的跨海桥梁工程。2002年6月,东海跨海大桥开工建设。该桥全长约为31km,主通航孔采用主跨420m 的双塔双索面结合梁斜拉桥,另设辅通航孔3处,引桥为50~70m 的预应力混凝土连续箱梁,2005年年底建成通车。宁波杭州湾跨海大桥位于同(江)三(亚)国道主干线上,大桥全长36km,设南北两个航道,其中北航道桥为主跨448m 的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,南航道桥为主跨318m 的单塔双索面钢箱梁斜拉桥,引桥采用30~80m 的预应力混凝土连续箱梁,2008年建成通车。2009年建成通车的舟山大陆连岛工程,全长26.54km,包含主跨1650m的西堠门大桥和主跨620m的金塘大桥等5座桥梁。2011年建成通车的青岛海湾大桥,全长达35.4km,整个海湾大桥工程包括3处航道桥(采用斜拉桥、自锚式悬索桥等桥式)、海上非通航孔桥和路上引桥等。2018年建成通车的港珠澳大桥,采用桥岛隧组合方案,是中国桥梁建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁项目。大桥全长为49.968km,主体工程“海中桥隧”长35.578km,按120年使用寿命设计。桥梁工程主要包括3处航道桥(斜拉桥)和非通航孔桥(85m跨分幅式组合连续箱梁和110m跨整体式钢箱连续梁),见图1.20。
图1.20 港珠澳大桥(2018年)
自1978年我国实行改革开放政策以来,伴随着国家经济的腾飞和陆地交通事业的持续发展,桥梁工程的建设日新月异,桥梁工程也进入了快速发展时期。40余年来,我国的桥梁事业经历了从小到大,从弱到强,从“学习与追赶”到“提高与紧跟”的成长壮大过程,正在迈入“创新与超越”的新时期。
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