橋梁工程的技術進步與發(fā)展

/《橋梁工程的技術進步和發(fā)展》讀書筆記本文從橋梁跨度及其發(fā)展動力、橋梁概念設計、設計和規(guī)范、施工技術、平安和質(zhì)量、新的技術挑戰(zhàn)、展望和建議等七個方面的對橋梁工程的技術進步和發(fā)展進行了粗略的闡述。一、橋梁工程的基本屬性和內(nèi)涵橋梁就是供車輛（汽車、列車）和行人等跨越障礙（河流、山谷、海灣或其他線路等）的工程建筑。簡而言之，橋梁就是跨越障礙的通道。改革開放以來，我國馬路和鐵路建設事業(yè)得到迅猛發(fā)展，作為道路交通重要組成部分的橋梁建設也得到了相應發(fā)展，特殊是近十年來，我國大跨徑馬路橋梁和重載、多線、高速鐵路橋梁的建設進入了一個最輝煌的時期，一大批結(jié)構新奇、技術困難、設計和施工難度大、科技含量高的大跨徑橋梁相繼建成，標記著我國的橋梁建設水平已躋身于國際先進行列。隨著時代前進的步伐,人們對橋梁工程提出了更高的要求,對“適用、平安、經(jīng)濟、美觀、耐久、環(huán)?！钡臉蛄涸O計原則賦以更新的內(nèi)容。橋梁工程無論是現(xiàn)在還是以后都不會停步的，它的發(fā)展前景會更廣袤。建立橋梁工程所須要的科學學問包括多種分支，如工程規(guī)劃、勘察設計、理論探討、技術研發(fā)、建立施工以及管養(yǎng)維護等多方面的學問。二、橋梁跨度及其發(fā)展動力橋梁跨度大小并不是代表技術進步的唯一因素，通過不同時期同類橋梁的跨度比較可以看動身展的差距，但采納不同材料建立的各種橋式（梁、拱、索、組合體系）都有其理論上的跨度極限和合理的跨度范圍。1、百年來各類鋼橋跨度發(fā)展的特點對于結(jié)構耗用鋼材較大不經(jīng)濟的橋型逐步退出主要的橋型備選方案。如鋼懸臂桁架梁橋1900年前后超過500m，80年頭后則極少修建。而鋼連續(xù)桁架梁橋－1920年前超過200m，90年頭后期達400m，由于隨著跨度的增加其桁架桿件截面相應增加，該橋型向更大跨度發(fā)展的空間不大。鋼箱梁橋從20世紀50年頭至今，跨度限制在200－300m之間，向更大跨度發(fā)展的可能性較小。鋼拱橋在20世紀30年頭就超過500m，發(fā)展相對平穩(wěn)。鋼斜拉橋從上世紀50年頭跨度約200m發(fā)展到今日跨度約1000m，發(fā)展迅猛。鋼懸索橋從上世紀30年頭的跨度約1000m發(fā)展到今日跨度約2000m，發(fā)展快速。2、百年來各類混凝土橋跨度發(fā)展的特點大跨度的混凝土連續(xù)梁由于受到結(jié)構自重的約束，其跨度一般不超過200m?；炷吝B續(xù)剛構的跨度則從上世紀60年頭末期的100m左右發(fā)展到今日的300m左右，但向更大跨度的發(fā)展受到肯定制約。鋼筋混凝土拱橋跨度從1910年的100m左右發(fā)展到今日的450m左右，發(fā)展迅猛。鋼管混凝土拱橋在最近的20年時間內(nèi)，跨度從100m左右發(fā)展到500m左右，發(fā)展迅猛?；炷列崩瓨蚩缍葟?950年的約200m發(fā)展到今日的約500m，發(fā)展快速。3、推動橋梁工程發(fā)展的動力橋梁結(jié)構分析理論和方法、設計理論和計算技術、建筑材料等方面的發(fā)展和進步，以及行業(yè)之間的競爭等因素是推動橋梁工程發(fā)展的內(nèi)在動力，而社會政治穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展、陸地交通運輸工具的發(fā)展、建立裝備和施工技術以及建橋的環(huán)境條件是推動橋梁工程發(fā)展的外在動力。4、經(jīng)濟發(fā)展和技術創(chuàng)新的支撐作用經(jīng)濟發(fā)展和技術創(chuàng)新，供應了橋梁工程所須要的設計計算理論、計算手段、建筑材料、機械裝備、施工技術等，對橋梁工程的發(fā)展有著干脆的支撐作用。英國工業(yè)革命后世界鋼鐵產(chǎn)量增長快速，以鋼材為主要建材的橋梁得到大發(fā)展。20世紀30年頭后美國的經(jīng)濟復原和持續(xù)增長使高速馬路和城市道路得以大發(fā)展，推動了鋼拱橋和懸索橋的發(fā)展。二戰(zhàn)后歐洲的經(jīng)濟的發(fā)展帶動了汽車和馬路建設的發(fā)展，鋼斜拉橋、鋼正交異性板、掛籃懸澆、預應力技術、扁平鋼箱、混凝土塔、PC斜拉橋、矮塔斜拉橋、連續(xù)剛構、組合結(jié)構等橋梁工程新的設計理念和技術應運而生，并帶動了各種先進的施工技術，如懸臂拼裝、移動模架、頂推、大型浮吊整體吊裝架設等。日本經(jīng)濟起飛后，推動了高速鐵路的發(fā)展，建設完成了本四聯(lián)絡線，出現(xiàn)了多座大跨度的斜拉橋和懸索橋及其相關技術。我國80年頭以來的改革開放使馬路鐵路得以迅猛發(fā)展，橋梁建設成就輝煌，建成了大量鋼管混凝土拱橋、大跨重載鐵路斜拉橋、大跨懸索橋等有世界影響的大型橋梁工程。三、橋梁概念設計1、橋梁工程設計存在的主要問題和應對思路由于經(jīng)濟高速發(fā)展，使得市場需求旺盛，社會往往追求大、多、快等虛假目標，設計單位的科技創(chuàng)新和技術儲備不足，過份追求效益。在設計創(chuàng)新方面存在如下不足：創(chuàng)新激勵機制欠缺，成果有限；無原則的獨樹一幟，或仿照抄襲。在橋梁美學方面存在如下不足：建筑師的介入有限，建筑師的作用相對弱化。而工程師仍占據(jù)主導地位，缺乏兩者的合作機制。在設計上不算經(jīng)濟賬，經(jīng)濟指標差，工程質(zhì)量隱患多，耐久性不足等方面的問題。因此設計單位應順應趨勢，增加企業(yè)競爭力，建立設計創(chuàng)新的激勵機制，促進建筑師和工程師的合作，提高工程師橋梁美學處理的基本技能，推行先進的設計理念，包括全壽命設計、橋梁概念設計等，以提高設計產(chǎn)品的競爭性。3、橋梁概念設計的任務和原則目標以橋梁為對象的概念設計，是一項綜合考慮技術、社會、經(jīng)濟、環(huán)境等因素的優(yōu)化決策過程。在內(nèi)容上須要體現(xiàn)其設計的深度和廣度，盡可能地采納可視化的表現(xiàn)手法。設計出來的橋梁結(jié)構便于養(yǎng)護修理、能促進技術進步，橋梁結(jié)構經(jīng)久耐用，壽命長。橋梁工程設計應遵循的3大原則：功效（Efficiency）、美麗（Elegance）、經(jīng)濟（Economy）等三E原則。同時橋梁工程設計還應具備功能適用、結(jié)構平安、經(jīng)濟合理、造型美觀、材料耐久、環(huán)保協(xié)調(diào)等6大目標。4、橋梁選型和造型橋梁選型和造型均屬于橋梁概念設計范疇，是橋梁概念設計中最富有創(chuàng)建性的工作是橋梁力學和美學得以體現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。選型是力學要求，造型是美學手段，兩者互為關聯(lián)。橋梁選型就是選用一種簡潔的結(jié)構力學體系（如梁、拱、索結(jié)構）或由簡潔體系形成的組合體系（如梁－拱、斜拉－懸吊、斜拉－拱組合等），初步構成滿意功能要求、受力合理的橋梁空間結(jié)構型式。橋梁造型即是在橋梁選型基本確定之后，基于建筑美學法則，對初步構思成型的橋梁整體或局部進行形態(tài)變換或調(diào)整，優(yōu)化結(jié)構的空間布局、配置方式和尺度改變，并結(jié)合環(huán)境因素對橋梁風格進行定位。橋梁造型優(yōu)劣的評判沒有一個統(tǒng)一的標準，但應遵循基本審美原則。此外還應遵循受力明確、構造從簡、比例協(xié)調(diào)、線條流暢、適應環(huán)境、具備特色、表現(xiàn)動勢、突出亮點的造型原則。大型橋梁應體現(xiàn)其建筑的規(guī)模，中型橋梁應體現(xiàn)其獨特的造型，而小型橋梁則應更多地體現(xiàn)其造型的細微環(huán)節(jié)。四、橋梁工程的設計規(guī)范我國的馬路橋梁的設計規(guī)范經(jīng)過幾次的修改后，已大量采納了美國、歐洲等發(fā)達國家的先進規(guī)范，而鐵路橋梁的設計規(guī)范相對我國鐵路建設的快速發(fā)展相對落后。橋梁工程的設計規(guī)范采納極限狀態(tài)法是必定趨勢，可以有效地提升國際環(huán)境下橋梁技術和標準的競爭力，形成國際橋橋梁工程設計和學術溝通的共同語言，避開成為高鐵成套技術優(yōu)勢中的“短板”。五、橋梁工程的施工技術橋梁上部結(jié)構的施工方法主要三大類：支架法、懸臂法、大件轉(zhuǎn)移法。其中支架法包括落地支架法、移動支架法、造橋機法。懸臂法包括懸臂澆筑法、懸臂拼裝法。大件轉(zhuǎn)移法包括大件吊裝法、架橋機法、轉(zhuǎn)體法、浮運法、縱移法、橫移法等。應依據(jù)橋梁結(jié)構及施工方法配備相應的專用設備和特殊機具。橋梁深水基礎的施工方法主要有：樁，管柱，沉井。鋼圍堰等。橋梁高墩高塔的施工方法主要有：爬模和翻?！，F(xiàn)代化的大型橋梁工程必需采納先進合理的施工技術和施工組織，以確保施工平安，提高工程質(zhì)量，加快施工進度，限制工程費用。先進合理的施工技術和施工組織是提高施工平安和提高工程質(zhì)量的保證。質(zhì)量是平安問題的潛在誘因，事故是質(zhì)量問題的最終表現(xiàn)。削減橋梁事故的途徑：在技術層面實行措施規(guī)避、預防自然災難；在管理層面提高人員的素養(yǎng)，降低人為因素。六、新的技術挑戰(zhàn)1、近海超長大橋梁的技術挑戰(zhàn)隨著跨海大橋的增多，橋梁工程的勘探和測量工作須要深水鉆探現(xiàn)代技術和裝備、跨海測量現(xiàn)代技術和裝備等多種特別規(guī)技術和裝備的同步發(fā)展。深水基礎設計關鍵技術包括新型深水基礎的合理選型及應用開發(fā)、深大基礎的地震響應和抗震性能、深大基礎的多場耦合作用效應分析、深海深厚層淤泥質(zhì)軟土地基加固技術等。海上長橋正常運營的保障體系包括健康監(jiān)測及運營限制體系、橋梁損傷檢測評估及搶修系統(tǒng)、高速行車平安保障體系、人為風險評估及預防體系等。長大結(jié)構設計的關鍵技術包括多跨長大橋梁的合理結(jié)構體系及橋型、大跨柔性橋梁靜動力性能及空間剛度、困難結(jié)構精細化空間分析及其技術實現(xiàn)、海洋環(huán)境中結(jié)構耐久性及新型長效防腐技術、環(huán)境荷載（地震，風振，海嘯等）設計及災難影響。海上橋梁施工的關鍵技術包括深水基礎施工方法和技術裝備、多塔多跨新型大跨度橋梁結(jié)構的建立技術及裝備、超大尺寸預制構件的浮運拼裝技術及裝備、惡劣環(huán)境下施工平安限制系統(tǒng)。2、艱險山區(qū)橋梁的技術挑戰(zhàn)在交通欠發(fā)達地區(qū)、山地自然災難頻繁嚴峻的地區(qū)建設橋梁工程具有選線困難、彎坡斜橋、高墩高支擋結(jié)構等特點。須要解決合理橋式、抗震減震、防災救災、設計理論、構造措施、可檢易換、環(huán)境愛護、橋隧連接等諸多橋梁設計的重點和難點。橋梁的施工由于施工環(huán)境惡劣，管養(yǎng)條件差，施工須要配備性能先進的機械設備，更須要高質(zhì)量的設計和施工。3、橋梁工程中的可持續(xù)設計理念可持續(xù)性科學和工程能夠促進人類長遠生存和可持續(xù)發(fā)展，有利于人和自然共生共存的科學技術?？沙掷m(xù)設計也稱為環(huán)境設計，環(huán)境意識設計，是可持續(xù)性科學和工程在設計領域的詳細應用，是以經(jīng)濟、社會及環(huán)境三者可持續(xù)發(fā)展為基本原則的一種系統(tǒng)設計方法。橋梁可持續(xù)設計的基本原則：以先進技術為保障，綜合考慮橋梁在全壽命期內(nèi)的社會、環(huán)境以及經(jīng)濟等因素的影響，使所設計的橋梁對社會的貢獻盡可能地大，負面影響盡可能地小。橋梁可持續(xù)設計的技術目標是提高耐久性，延長橋梁運用壽命。七、對將來橋梁工程的展望和建議橋梁工程的將來發(fā)展的展望和建議：懸索橋、斜拉橋等橋梁結(jié)構將持續(xù)向大跨逐步發(fā)展；重視橋梁美學、景觀設計和環(huán)境因素；逐步提高橋梁施工的平安、質(zhì)量和效率；橋梁設計、養(yǎng)護修理理論