橋梁工程文獻(xiàn)綜述

摘要：本文從橋梁工程的定義出發(fā)，對(duì)橋梁工程做了基本的定界，接著介紹了橋梁的基本組成、橋梁的分類以及特點(diǎn)，隨后，闡述了橋梁學(xué)科的歷史發(fā)展以及規(guī)律，正是因?yàn)樵跉v史的發(fā)展中我們不斷總結(jié)和反思，才更好的推動(dòng)了橋梁工程突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從歷史過過渡到當(dāng)下，進(jìn)而引出了當(dāng)下的一些橋梁學(xué)科的前沿問題，為后面對(duì)橋梁工程未來的展望奠定了基礎(chǔ)。最后，對(duì)橋梁工程未來的發(fā)展方向做出了分析。關(guān)鍵詞：組成；分類；歷史，前沿；未來引言：本篇文獻(xiàn)綜述的論述主題是橋梁工程，緊緊圍繞橋梁工程來展開本文。橋梁工程指橋梁勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)和檢定等的工作過程，以及研究這一過程的科學(xué)和工程技術(shù)，它是土木工程中屬于結(jié)構(gòu)工程的的一個(gè)分支。橋梁工程學(xué)的發(fā)展主要取決于交通運(yùn)輸對(duì)它的需要。我們?cè)谏钪袠蛄禾幪幙梢?，由此可看出橋梁在生產(chǎn)生活中的重要性，通過歷史發(fā)展我們也可以了解到橋梁在文化，經(jīng)濟(jì)，軍事每一個(gè)方面都有著重大的影響，橋梁隨著時(shí)間的推移在不斷的改變，但卻歷久彌新。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)，社會(huì)，文化水平的提高，橋梁建筑的需求越來越高。經(jīng)過幾十年的努力，我國(guó)的橋梁工程無論在建設(shè)規(guī)模上，還是在科技水平上，都取得令世界矚目的成就?，F(xiàn)代建筑的價(jià)值源于創(chuàng)新精神，橋梁工程也不例外。作為一名工科學(xué)子，我們要克服因循守舊，不思進(jìn)取的風(fēng)氣，敢于質(zhì)疑傳統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)形式、施工方法、設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法上創(chuàng)新，對(duì)更高科技、更高質(zhì)量、更環(huán)保的工程技術(shù)的追求步履不停。正文：1.【1】橋梁的基本組成橋梁的組成與橋梁的結(jié)構(gòu)體系有關(guān)。常見的橋梁組一般由上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)兩部分組成。在橋跨和墩臺(tái)之間還設(shè)有支座，用于連接和傳力。除此之外，還有路堤、擋墻、護(hù)坡、導(dǎo)流堤、檢查設(shè)備、臺(tái)階扶梯以及導(dǎo)航裝置等附屬設(shè)施。1.1上部結(jié)構(gòu)橋梁位于支座以上的部分稱為上部結(jié)構(gòu)，它包括橋跨（也叫承重結(jié)構(gòu)）和橋面。橋跨是橋梁中直接承受橋上交通荷載并架空的結(jié)構(gòu)部分；橋面是承重結(jié)構(gòu)以上的各部分（指公路橋的行車道鋪裝，鐵路橋的道砟，枕木，鋼軌，排水防水系統(tǒng)，人行道，安全帶，路緣石，欄桿，照明或電力裝置，伸縮縫等）。1.2下部結(jié)構(gòu)橋梁位于支座以下部分稱為下部結(jié)構(gòu)，也叫支承結(jié)構(gòu)。它包括橋墩，橋臺(tái)以及墩臺(tái)的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)位于墩臺(tái)的最下部分，承受墩臺(tái)傳遞的全部荷載（包括交通荷載和結(jié)構(gòu)自重）并將其傳遞給地基的結(jié)構(gòu)物。地基是承受由基礎(chǔ)傳遞的荷載而產(chǎn)生變形的各個(gè)土層（包括巖層）。1.3正橋與引橋橋梁跨越主要障礙物（或通航河道）的結(jié)構(gòu)稱為正橋；連接正橋和路堤的橋梁區(qū)段稱為引橋。正橋跨度大，基礎(chǔ)深，是整個(gè)橋梁工程的重點(diǎn)；引橋一般跨度較小，基礎(chǔ)較淺；在正橋和引橋的分界處，有時(shí)還會(huì)設(shè)置橋頭建筑一一橋頭堡。1.4跨度跨度也叫跨徑，是表現(xiàn)橋梁技術(shù)水平的重要指標(biāo)，它表示橋梁的跨越能力。多跨橋梁的最大跨度稱為主跨。橋跨結(jié)構(gòu)兩支座間的距離L1稱為計(jì)算跨徑，用于結(jié)構(gòu)分析計(jì)算；設(shè)計(jì)洪水位線上兩相鄰墩臺(tái)間的水平凈距L0稱為橋梁凈跨徑，各孔凈跨徑之和稱為總跨徑，它反映的是卡橋梁的泄洪能力。1.5橋梁全長(zhǎng)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)規(guī)定：有橋臺(tái)的橋梁為兩岸橋臺(tái)側(cè)墻或八字墻尾端間的距離；無橋臺(tái)的橋梁為橋面系長(zhǎng)度。6橋下凈空高度設(shè)計(jì)洪水位或設(shè)計(jì)通航水位與橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差H稱為橋下凈空高度，應(yīng)大于通航或排水要求的最小數(shù)值。1.7建筑高度橋面到橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差h稱為橋梁的建筑高度。其數(shù)值應(yīng)小于在橋梁定線中所要求的容許建筑高度。【2】橋梁的分類及特點(diǎn)橋梁有許多分類方式，人們通常根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式、所用材料、所跨越的障礙以及其用途、跨徑大小等對(duì)橋梁進(jìn)行分類。2.1根據(jù)橋梁?jiǎn)慰卓鐝酱笮『投嗫缈傞L(zhǎng)的不同，橋梁可分為；小橋、中橋、大橋、特大橋。2.2根據(jù)橋面在橋跨結(jié)構(gòu)中的位置，橋梁可分為：上承式橋、中承式橋、下承式橋。(橋面布置在橋跨結(jié)構(gòu)上面為上承式橋，布置在中間為中承式橋，布置在下面為下承式橋。2.3根據(jù)承重構(gòu)件受力情況，橋梁可分：為梁橋、板橋、拱橋、鋼結(jié)構(gòu)橋、吊橋、組合體系橋。2.4根據(jù)使用年限，橋梁可分為：永久性橋、半永久性橋、臨時(shí)橋。2.5根據(jù)橋梁主跨結(jié)構(gòu)所用材料類型，橋梁可分為：木橋、圬工橋、鋼橋、鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋和鋼-混凝土組合橋。2.6根據(jù)橋梁的用途，橋梁可分為：公路橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、人行橋、農(nóng)用橋以及管道橋等。2.7根據(jù)橋梁的平面形狀，橋梁可分為：直橋、斜橋、彎橋。2.8根據(jù)橋梁所跨越的障礙物，橋梁可分為：跨河橋、跨谷橋、跨線橋、地道橋、立交橋以及旱橋等。⑶橋梁學(xué)科的發(fā)展歷史及規(guī)律3.1距今約三千年時(shí)，我國(guó)已掌握架設(shè)大型浮橋的技術(shù)，在寬闊的渭河上架設(shè)浮橋。至18世紀(jì)前，橋梁建筑大都以石料、鐵、木材為主要的建材，其中以趙州橋和大渡河鐵索橋?yàn)榈湫痛恚w現(xiàn)了古代中國(guó)橋梁的偉大成就。趙州橋原名安濟(jì)橋，建于隋代，橋全長(zhǎng)約50.82米，拱矢高7.23米，是我國(guó)⑷【5】現(xiàn)存的石拱橋中最古老并為當(dāng)時(shí)跨徑最大的石拱橋，且是世界橋梁史上敞肩拱的首創(chuàng)。瀘定橋建于清康熙年間，水平跨度100米，橋梁寬度2.9米，跨度超越了19世紀(jì)歐洲和北美所建造的第一批這種類型的鐵橋，且在250年后的今天仍在使用中。18世紀(jì)以后，歐洲進(jìn)入工業(yè)社會(huì)，開始進(jìn)行大規(guī)模的鐵路橋梁建設(shè)，這是現(xiàn)代橋梁的開端。19世紀(jì)，波特蘭水泥、現(xiàn)代鋼材在歐洲出現(xiàn)，土木工程實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，橋梁結(jié)構(gòu)形式及規(guī)模有了突破，混凝土橋和鋼橋的發(fā)展獲得了空前的發(fā)展。迄今，以美國(guó)布魯克林懸索橋及英國(guó)福斯懸臂桁，架橋?yàn)闃?biāo)志的橋梁建筑仍散發(fā)著西方工業(yè)文明的氣息?！?】其中，福斯鐵路橋建于1890年，是跨越福斯灣海峽上的第一座橋梁，結(jié)構(gòu)體系新穎，采用“紡錘型”桁架形式，施工歷時(shí)七年，動(dòng)用了四千多名工人，高空施工犧牲98人，并造成了數(shù)百名人員傷殘。20世紀(jì)初，預(yù)應(yīng)力混凝土研制成功，開始了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的時(shí)代，結(jié)構(gòu)開始向大跨度結(jié)構(gòu)發(fā)展。30年代起世界上掀起了建設(shè)大跨懸索橋的高峰，50年代斜拉橋結(jié)構(gòu)得以初現(xiàn)光芒并很快波及世界橋梁工程界。60年代日本、丹麥開辟了興建跨海工程的先河。80年代初，我國(guó)迎來了改革開放的新時(shí)期，加快了基礎(chǔ)建設(shè)的步伐。特別是近十年，我國(guó)建成了代表當(dāng)今世界橋梁最高發(fā)展水平的一大批斜拉橋和懸索橋，從此確定了中國(guó)在世界橋梁工程界的地位。2008年我國(guó)建成的跨徑1088m的蘇通大橋是當(dāng)今世界跨度最大的斜拉橋，創(chuàng)造了最大跨度、最深基礎(chǔ)、最高橋塔、最長(zhǎng)拉索四項(xiàng)世界之最；2009年建成的西堠門大橋主跨1650米，是目前世界上跨度。第二的懸索橋，且是世界上最大跨度的鋼箱梁懸索橋。3.4步入新世紀(jì)，以碳纖維為代表的高級(jí)復(fù)合材料、光纖傳感技術(shù)、智能化施工等新技術(shù)正逐步滲透到橋梁工程領(lǐng)域之中，各種組合結(jié)構(gòu)、輕型結(jié)構(gòu)異軍突起。從橋梁發(fā)展的歷史過程可以看出，橋梁從3000年前發(fā)展到今天，始終與新材料和新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。目前，橋梁工程學(xué)科已發(fā)展成為融理論分析、設(shè)計(jì)、施工控制及管理于一體的系統(tǒng)性學(xué)科。由于科技的進(jìn)步，一些相關(guān)的學(xué)科也滲透到橋梁工程領(lǐng)域中，發(fā)展了新的分支學(xué)科，如橋梁抗風(fēng)、抗震、橋梁CAD、橋梁的施工控制以及橋梁檢測(cè)技術(shù)等等。此外，橋梁學(xué)科與建筑、藝術(shù)、材料、電氣化等學(xué)科的交叉發(fā)展也愈來愈多回顧橋梁工程的發(fā)展歷程，我們?yōu)樽鎳?guó)在橋梁建設(shè)中的進(jìn)步和成就而驕傲，同時(shí)作為新世紀(jì)的橋梁工作者，我們更應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到我國(guó)的橋梁學(xué)科體系尚待充實(shí)與完善，我國(guó)的橋梁建設(shè)水平還需要加大科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新。建造偉大的橋梁充滿挑戰(zhàn)性。建造優(yōu)美的橋梁是展現(xiàn)最新科技的最佳場(chǎng)所，也充滿了與自然環(huán)境斗爭(zhēng)及與人類自己斗爭(zhēng)的艱辛，這就需要我們一代又一代的橋梁工作者前仆后繼，不懈努力。我期待能為祖國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)做出自己的一點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)。⑵橋梁學(xué)科的前沿問題4.1跨海大橋的建設(shè)跨海大橋是橋梁工程中最具有挑戰(zhàn)性的工程?？绾４髽蛲缍却螅陨斫Y(jié)構(gòu)受力性能復(fù)雜，同時(shí)復(fù)雜的自然環(huán)境給施工帶來許多限制和難題。但跨海大橋的修建對(duì)于改善橋兩端地區(qū)的交通狀況具有極其重要的戰(zhàn)略意義，同時(shí)能夠極大地帶動(dòng)附近區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此不少國(guó)家從上世紀(jì)六十年代開始陸續(xù)修建跨海大橋，以便將本國(guó)的領(lǐng)土乃至世界五大洲連接起來，形成一個(gè)世界范圍內(nèi)的交通網(wǎng)。其中，以美國(guó)1937年建成的金門大橋（和日本1998年建成的日本明石海峽橋最為著名。盡管目前橋梁建造技術(shù)有了極大地發(fā)展，但是在跨海大橋的建設(shè)中，仍存在如何確定最佳橋位、突破現(xiàn)有的測(cè)量手段、抵抗海水侵蝕提高耐久性、深水基礎(chǔ)的施工以及海上施工機(jī)械的研發(fā)等大量尚待解決的問題。【8】4.2橋梁動(dòng)力學(xué)問題的研究橋梁動(dòng)力學(xué)問題主要包括橋梁抗風(fēng)、橋梁抗震和車振效應(yīng)這三個(gè)方面，這三個(gè)方面的研究目前都很活躍，處在學(xué)科研究的前沿。人們對(duì)橋梁抗風(fēng)問題的研究始于1940年美國(guó)華盛頓州新建的塔科馬橋（Tacoma）毀于暴風(fēng)，至此人們才發(fā)現(xiàn)風(fēng)振對(duì)大跨度橋梁的影響，掀開了有關(guān)橋梁抗風(fēng)理論研究的序幕。多年來，關(guān)于橋梁對(duì)風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)的分類，已經(jīng)取得較為一致的認(rèn)識(shí)，目前的研究主要集中在動(dòng)力失穩(wěn)（主要是顫振）和紊流響應(yīng)（抖振）方面。橋梁抗震領(lǐng)域，如何尋求有效的手段來抵抗地震對(duì)橋梁的破壞，是目前研究的主要方向。目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法正從傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論向延性抗震理論過渡，以期能解決地震中常出現(xiàn)的落梁、基礎(chǔ)破壞等現(xiàn)象。自上世紀(jì)60年代起，隔震、減震方面的研究日趨活躍，減隔震裝置的研究也成為研究的熱點(diǎn)。列車在通過橋梁時(shí)將引起橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，而橋梁的振動(dòng)又反過來會(huì)影響車輛的振動(dòng)，這種相互作用、相互影響的問題就是車輛與橋梁之間振動(dòng)耦合的問題。同時(shí)，軌道不平順也影響到車一橋的振動(dòng)，形成列車一軌道一橋梁的大系統(tǒng)動(dòng)力相互作用問題。一百多年來關(guān)于列車一橋梁振動(dòng)的研究表明了車橋振動(dòng)這一問題的復(fù)雜性與困難性。尤其目前我國(guó)正在進(jìn)行高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，高速鐵路列車時(shí)速高達(dá)350km/h，它引起橋梁振動(dòng)的主要因素和振動(dòng)機(jī)理與中低速情況有很大差別，因此，橋梁設(shè)計(jì)除采用靜態(tài)計(jì)算外，還須進(jìn)行車一線一橋耦合振動(dòng)分析，以保證在高速行車下司機(jī)和旅客的安全性和舒適性。4.3舊橋的加固橋梁設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，也就是說所有的橋梁都有一定的壽命，因此橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)和加固是橋梁學(xué)科里不可或缺的一部分。既有橋梁維修加固的核心問題是對(duì)現(xiàn)有橋梁的力學(xué)性能的評(píng)估。其研究?jī)?nèi)容包括對(duì)橋梁剩余壽命的評(píng)估、對(duì)橋梁損傷程度的評(píng)估、對(duì)橋梁承載能力的評(píng)估和加固方法的確定。4.4橋梁的智能化施工為了確保橋梁在施工過程中結(jié)構(gòu)受力和變形始終處于安全范圍，且成橋后橋梁的線形及受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，在橋梁施工過程中必須進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制。目前世界橋梁正在向更大的跨度挑戰(zhàn)，為了確保這些巨型結(jié)構(gòu)的安全，研究開發(fā)一種智能化的施工控制系統(tǒng)有著極其重要的社會(huì)意義和良好的市場(chǎng)前景。目前國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行該技術(shù)的研究，主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)高速采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)雙向傳輸系統(tǒng)、智能參數(shù)識(shí)別系統(tǒng)與計(jì)算分析與決策控制系統(tǒng)等方面，以實(shí)現(xiàn)橋梁施工控制的高精度、高智能與高效率。[9]橋梁工程未來的發(fā)展方向7.1大跨度橋梁向更長(zhǎng)、更大、更柔的方向發(fā)展研究大跨度橋梁在氣動(dòng)、地震和行車動(dòng)力的作用下，結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性，將截面做成適應(yīng)氣動(dòng)要求的各種流線型加勁梁，增大特大跨度橋梁的剛度；采用以斜攬為主的空間網(wǎng)狀承重體系；采用懸索加斜拉的混合體系；采用輕型而剛度大的符合材料做加勁梁，采用自重輕、強(qiáng)度高的碳纖維材料做主纜。7.2新材料的開放發(fā)和應(yīng)用新材料應(yīng)具有高強(qiáng)、高彈膜、輕質(zhì)的特點(diǎn)，研究超高強(qiáng)硅煙盒聚合物混凝土、高強(qiáng)雙相鋼絲鋼纖維增強(qiáng)混凝土、纖維塑料等一系列材料取代目前橋梁工程用的鋼和混凝土。7.3在設(shè)計(jì)階段采用高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)輔助手段進(jìn)行有效的快速優(yōu)化和仿真分析，運(yùn)用智能化的制造系統(tǒng)在工廠生產(chǎn)部件，利用GPS和遙感技術(shù)控制橋梁施工。7.4大型深水基礎(chǔ)工程目前世界橋梁基礎(chǔ)尚未超過100米深?；A(chǔ)工程，下一步需要進(jìn)行100'300米的深?；A(chǔ)的實(shí)踐。7.5橋梁的安全性橋梁建成交付使用后，將通過自動(dòng)檢測(cè)和管理系統(tǒng)保證橋梁的安全和正常運(yùn)行，一旦發(fā)生故障或損傷，將自動(dòng)報(bào)告損傷部位和養(yǎng)護(hù)對(duì)策。7.6重視橋梁美學(xué)以及環(huán)境保護(hù)橋梁是人類最杰出的建筑之一，聞名遐邇的美國(guó)舊金山金門大橋、澳大利亞悉尼港橋、英國(guó)倫敦橋、日本明石海峽大橋、中國(guó)上海楊浦大橋和南京長(zhǎng)江二橋、中國(guó)香港青馬大橋，這些著名的大橋都是一件件寶貴的空間藝術(shù)品，稱為陸地、江河、海洋和天空的景觀，稱為城市標(biāo)志性建筑。宏偉壯觀的澳大利亞悉尼港橋與現(xiàn)代化別具一格的悉尼歌劇院融為一體，成為今日悉尼的象征。因此，21世紀(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)必將更加重視建筑藝術(shù)造型，重視橋梁美學(xué)和景觀設(shè)計(jì)，重視環(huán)境保護(hù)，達(dá)到人文景觀同環(huán)境景觀的完美結(jié)合。參考文獻(xiàn)［1］ 《土木工程概論》，主編楊春峰，夏棟舟，中國(guó)建材工業(yè)出版社［2］ 《土木工程概論》，主編楊春峰，夏棟舟，中國(guó)建材工業(yè)出版社［3］ 《橋梁工程的發(fā)展歷史回顧與未來展望》程勇（中鐵四院集團(tuán)南寧勘察設(shè)計(jì)院有限公司，南