中国钢桥的发展历程及世界著名钢桥失效事故分析

我国早在1889年就开始了铁路钢桥的建设，至今已经有100多年的历史了，但在1949年前所建的铁路钢桥，标准杂乱，跨度都很小，建桥的钢材是进口的，结构是铆接的，采用的建造技术落后，工艺简陋，质量低劣；稍大一点的桥梁如郑州黄河老桥和济南泺口黄河桥等都是由外国商人承建的，自行设计建造的很少。自行设计建造有代表性的大桥只有 1937年建成的浙赣铁路钱塘江公铁路大桥，跨度为65.84m。

1949 年中华人民共和国成立后，各项建设蓬勃发展，桥梁建设也不例外。但改革开放以前，由于材料的原因，我国主要发展的是铁路钢桥，发展过程可以概括为三个里程碑：

第一个里程碑：武汉长江大桥。中华人民共和国成立初期，建桥用的材料都要进口，也没有建造大型复杂桥梁的经验。1956 年，我国从苏联进口低碳钢并接受其技术指导，建成京广铁路武汉长江公铁路大桥，首次在长江上实现了“一桥飞架南北，天堑变通途”。这是在长江上建造的第一座大桥，全长1156 m，桥跨结构为128 m铆接米字形连续钢桁梁。

第二个里程碑：南京长江大桥。20世纪60年代，为了连通京沪铁路，国家决定修建南京长江大桥以取代南京轮渡。为解决无低合金结构钢料的困难，鞍山钢铁公司于1962年研制成功 16 锰低合金高强度桥梁钢（16Mnq），屈服强度为 340 MPa，南京长江大桥除少部分仍用苏联进口的低合金钢外，其余全部用国产钢材代替了原定进口的钢材，当时这些钢的研制成功，十分鼓舞人心，被称为“争气钢”。南京长江大桥正桥钢梁全长 1576 m，结构为跨度160 m 铆接米字形连续钢桁梁，是完全依靠自己的技术力量和国产材料建成的长江大桥，标志着我国的建桥技术提升到了一个独立自主的新水平，所以南京长江大桥的建成是我国桥梁史上的第二个里程碑。

第三个里程碑：九江长江公铁路大桥。1965 年，为加快成昆铁路的建设，铁道部和国家科学技术委员会组建铁路栓焊钢梁科研、设计、制造、安装新技术攻关组，系统研究、发展了栓焊钢桥新技术。1965—1970年，我国一举建成13种不同结构的栓焊钢桥44座，达到了当时的国际先进水平，为加快成昆铁路建设起了重要作用，更有意义的是从此结束了我国使用近100年的铆接钢桥的历史，为我国钢桥技术发展开创了新纪元。栓焊钢桥比铆接钢桥可节约钢材 12%～15%，可加快建桥速度，改善工人劳动条件和结构的传力状态。20 世纪70年代初，九江长江公铁路桥的建造方案有两种：一是根据当时的条件，主张设计仍采用与南京长江大桥相似的米字形铆接钢梁方案；另一种是九江桥应当比南京桥前进一步，采用国产高强度钢建造一座高强、轻型、整体的栓焊接结构方案。最后是后者取得了国家有关主管部门领导的同意。但采用这一方案面临的困难很多，当时没有制造大跨度焊接钢梁的材料。原来造桥采用的16锰桥钢，在材质和规格上已不符合制造大跨度焊接钢桥的需要。因这种钢材的板厚效应很大，钢材的强度、韧性随板厚的增加下降很快，用原来的16锰桥钢建桥，铁路单线桁梁桥最大跨度只可能达到 112 m。为此，铁道部和冶金部决定研究开发 15 锰钒氮桥梁钢（15MnVNq），其屈服强度比 16 锰桥梁钢高，达到420 MPa。由于当时钢铁冶炼及轧制设备落后，合金元素不全，该研究前后经历了20多年。通过大量的焊接及力学性能试验和在北京密云建造白河试验桥的工程实践，我国优化生产出了15锰钒氮C级正火桥梁钢。这种钢的板厚效应小，板厚 56 mm，焊接性及力学性均较好。在当时的条下，取得如此的结果，确实非常不易，为改革开放后钢桥材料、焊接制造工艺、设计理论发展奠定了基础。当时由于设备和资源原因，15锰钒氮C级钢的降碳、脱硫、脱磷不够，加入的合金元素钒与氮也不理想，因此焊接工艺要求比较严格。有人形容说这个钢在焊接时既怕冷又怕热。经科研、设计、制造人员的艰苦努力，1993 年我国用这种钢建成了九江长江公铁两用大桥。该桥正桥钢梁全长 1806 m，主跨是 216 m 的刚性梁柔性拱，结构雄伟壮观，桥形秀丽。从此我国用国产高强度钢材建造大跨度栓焊钢桥，在材料、工艺、理论方面都没有问题了，彻底地完成了铆接钢桥向栓焊钢桥的过渡。这是我国钢桥史上的第三个里程碑。(www.xing528.com)

2000年，我国建成公铁两用桥的标志性工程——芜湖长江公铁路大桥。由于航运与空运的净空限制，该桥采用的是矮塔斜拉桥，主桁为无竖杆三角形桁架，桁高12 m，节间长14 m，最大跨度为 312 m，正桥全长 2192.4 m。这座桥与以前的栓焊结构比较有几个特点：一是我国钢铁及钢结构焊接制造业的进步，采用了新开发的14锰铌正火桥梁钢，这种钢的韧性及可焊性好；二是在结构上将散装节点改为整体焊接节点，栓焊结构向全焊结构发展进了一步，反映了改革开放后我国的钢铁工业与钢桥制造业方面的大发展，可以加快施工速度，降低成本，提高工程质量；三是将公路混凝土桥面通过主桁节点的焊接栓钉与主桁结合成整体。最初采用栓焊钢桥时，由于焊接技术落后，对焊接结构的认识也不足，所以在结构中采用的栓较多。芜湖长江公铁路大桥由于采用了整体节点，受力焊缝增多，高强度螺栓用得较少了，这在栓焊结构中是一进步。

为开发汉江资源，我国于1976年建成汉江斜腿刚构桥，主跨176 m，采用薄壁箱形结构，腹板厚 10 mm、高4400 mm，为保证腹板的稳定，采用纵横肋加强，这座桥技术先进，在世界同类钢桥结构中居首位；2002年，在红军长征经过的北盘江上建成北盘江上承提篮式铁路拱桥，主跨236m，在世界同类钢桥结构中也位居首位。武汉天兴洲长江公铁路大桥为钢斜拉桥，桥上有4线铁路6线公路，主跨504 m；2011年建成的南京大胜关长江公铁路大桥为桁架拱桥，桥上4线铁路2线城铁，主跨336 m。这些桥都是结构新颖、技术先进的特大铁路钢桥，都可供高速铁路通过。

改革开放前，由于钢材的原因，我国公路桥梁建得较少。改革开放后，有了钢材，公路桥发展得非常快。由于公路的动荷载较小，主要是恒载，很适合斜拉桥和吊桥的发展，设计跨度发展很快，有代表性的主要有：1987年首先建成的东营黄河公路斜拉桥，主跨 288 m；1993 年建成的杨浦公路斜拉桥，主跨 602 m；1996年建成的长江西陵峡公路悬索桥，主跨990 m；1997年建成的香港青马双层公铁（轻轨）悬索桥，主跨1377m；1999年建成的江阴长江公路悬索桥，主跨1385m；2004年建成的上海卢浦桥，为中承式系杆拱桥，主跨550 m；2004 年建成的苏通长江斜拉桥，主跨108 m；2009 年建成的舟山西堠门悬索桥，主跨1650 m；以及同为2009年建成的重庆朝天门长江中承式连续钢桁系杆拱桥，主跨552 m。

我国的钢桥发展虽比国外晚，但由于我国技术人员在近几十年的建桥工作中，先是本着自力更生、奋发图强的精神，改革开放后又以引进、吸收、创新的赶超意识，不断克服重重的困难，推动桥梁工程技术的前进，使我国桥梁的结构形式、设计理论、用料、工艺均已达到了国际先进水平。更可贵的是通过几十年的研究实践，我国已培养出了一支强大的桥梁科研、建设技术队伍和建成了一批具有强大研究、制造、施工能力的机构。我国的地域辽阔，铁路、公路要跨越的海湾、大江、大河、高山、深谷非常多，要修建的大桥还很多，预计在不久的将来桥梁技术还会有更大的突飞猛进发展，尤其是在钢材和钢桥产品质量方面会有跳跃式的提高。