桥梁工程的技术进步与发展

/《桥梁工程的技术进步和发展》读书笔记本文从桥梁跨度及其发展动力、桥梁概念设计、设计和规范、施工技术、平安和质量、新的技术挑战、展望和建议等七个方面的对桥梁工程的技术进步和发展进行了粗略的阐述。一、桥梁工程的基本属性和内涵桥梁就是供车辆（汽车、列车）和行人等跨越障碍（河流、山谷、海湾或其他线路等）的工程建筑。简而言之，桥梁就是跨越障碍的通道。改革开放以来，我国马路和铁路建设事业得到迅猛发展，作为道路交通重要组成部分的桥梁建设也得到了相应发展，特殊是近十年来，我国大跨径马路桥梁和重载、多线、高速铁路桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期，一大批结构新奇、技术困难、设计和施工难度大、科技含量高的大跨径桥梁相继建成，标记着我国的桥梁建设水平已跻身于国际先进行列。随着时代前进的步伐,人们对桥梁工程提出了更高的要求,对“适用、平安、经济、美观、耐久、环保”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更广袤。建立桥梁工程所须要的科学学问包括多种分支，如工程规划、勘察设计、理论探讨、技术研发、建立施工以及管养维护等多方面的学问。二、桥梁跨度及其发展动力桥梁跨度大小并不是代表技术进步的唯一因素，通过不同时期同类桥梁的跨度比较可以看动身展的差距，但采纳不同材料建立的各种桥式（梁、拱、索、组合体系）都有其理论上的跨度极限和合理的跨度范围。1、百年来各类钢桥跨度发展的特点对于结构耗用钢材较大不经济的桥型逐步退出主要的桥型备选方案。如钢悬臂桁架梁桥1900年前后超过500m，80年头后则极少修建。而钢连续桁架梁桥－1920年前超过200m，90年头后期达400m，由于随着跨度的增加其桁架杆件截面相应增加，该桥型向更大跨度发展的空间不大。钢箱梁桥从20世纪50年头至今，跨度限制在200－300m之间，向更大跨度发展的可能性较小。钢拱桥在20世纪30年头就超过500m，发展相对平稳。钢斜拉桥从上世纪50年头跨度约200m发展到今日跨度约1000m，发展迅猛。钢悬索桥从上世纪30年头的跨度约1000m发展到今日跨度约2000m，发展快速。2、百年来各类混凝土桥跨度发展的特点大跨度的混凝土连续梁由于受到结构自重的约束，其跨度一般不超过200m。混凝土连续刚构的跨度则从上世纪60年头末期的100m左右发展到今日的300m左右，但向更大跨度的发展受到肯定制约。钢筋混凝土拱桥跨度从1910年的100m左右发展到今日的450m左右，发展迅猛。钢管混凝土拱桥在最近的20年时间内，跨度从100m左右发展到500m左右，发展迅猛。混凝土斜拉桥跨度从1950年的约200m发展到今日的约500m，发展快速。3、推动桥梁工程发展的动力桥梁结构分析理论和方法、设计理论和计算技术、建筑材料等方面的发展和进步，以及行业之间的竞争等因素是推动桥梁工程发展的内在动力，而社会政治稳定、经济发展、陆地交通运输工具的发展、建立装备和施工技术以及建桥的环境条件是推动桥梁工程发展的外在动力。4、经济发展和技术创新的支撑作用经济发展和技术创新，供应了桥梁工程所须要的设计计算理论、计算手段、建筑材料、机械装备、施工技术等，对桥梁工程的发展有着干脆的支撑作用。英国工业革命后世界钢铁产量增长快速，以钢材为主要建材的桥梁得到大发展。20世纪30年头后美国的经济复原和持续增长使高速马路和城市道路得以大发展，推动了钢拱桥和悬索桥的发展。二战后欧洲的经济的发展带动了汽车和马路建设的发展，钢斜拉桥、钢正交异性板、挂篮悬浇、预应力技术、扁平钢箱、混凝土塔、PC斜拉桥、矮塔斜拉桥、连续刚构、组合结构等桥梁工程新的设计理念和技术应运而生，并带动了各种先进的施工技术，如悬臂拼装、移动模架、顶推、大型浮吊整体吊装架设等。日本经济起飞后，推动了高速铁路的发展，建设完成了本四联络线，出现了多座大跨度的斜拉桥和悬索桥及其相关技术。我国80年头以来的改革开放使马路铁路得以迅猛发展，桥梁建设成就辉煌，建成了大量钢管混凝土拱桥、大跨重载铁路斜拉桥、大跨悬索桥等有世界影响的大型桥梁工程。三、桥梁概念设计1、桥梁工程设计存在的主要问题和应对思路由于经济高速发展，使得市场需求旺盛，社会往往追求大、多、快等虚假目标，设计单位的科技创新和技术储备不足，过份追求效益。在设计创新方面存在如下不足：创新激励机制欠缺，成果有限；无原则的独树一帜，或仿照抄袭。在桥梁美学方面存在如下不足：建筑师的介入有限，建筑师的作用相对弱化。而工程师仍占据主导地位，缺乏两者的合作机制。在设计上不算经济账，经济指标差，工程质量隐患多，耐久性不足等方面的问题。因此设计单位应顺应趋势，增加企业竞争力，建立设计创新的激励机制，促进建筑师和工程师的合作，提高工程师桥梁美学处理的基本技能，推行先进的设计理念，包括全寿命设计、桥梁概念设计等，以提高设计产品的竞争性。3、桥梁概念设计的任务和原则目标以桥梁为对象的概念设计，是一项综合考虑技术、社会、经济、环境等因素的优化决策过程。在内容上须要体现其设计的深度和广度，尽可能地采纳可视化的表现手法。设计出来的桥梁结构便于养护修理、能促进技术进步，桥梁结构经久耐用，寿命长。桥梁工程设计应遵循的3大原则：功效（Efficiency）、美丽（Elegance）、经济（Economy）等三E原则。同时桥梁工程设计还应具备功能适用、结构平安、经济合理、造型美观、材料耐久、环保协调等6大目标。4、桥梁选型和造型桥梁选型和造型均属于桥梁概念设计范畴，是桥梁概念设计中最富有创建性的工作是桥梁力学和美学得以体现的重要环节。选型是力学要求，造型是美学手段，两者互为关联。桥梁选型就是选用一种简洁的结构力学体系（如梁、拱、索结构）或由简洁体系形成的组合体系（如梁－拱、斜拉－悬吊、斜拉－拱组合等），初步构成满意功能要求、受力合理的桥梁空间结构型式。桥梁造型即是在桥梁选型基本确定之后，基于建筑美学法则，对初步构思成型的桥梁整体或局部进行形态变换或调整，优化结构的空间布局、配置方式和尺度改变，并结合环境因素对桥梁风格进行定位。桥梁造型优劣的评判没有一个统一的标准，但应遵循基本审美原则。此外还应遵循受力明确、构造从简、比例协调、线条流畅、适应环境、具备特色、表现动势、突出亮点的造型原则。大型桥梁应体现其建筑的规模，中型桥梁应体现其独特的造型，而小型桥梁则应更多地体现其造型的细微环节。四、桥梁工程的设计规范我国的马路桥梁的设计规范经过几次的修改后，已大量采纳了美国、欧洲等发达国家的先进规范，而铁路桥梁的设计规范相对我国铁路建设的快速发展相对落后。桥梁工程的设计规范采纳极限状态法是必定趋势，可以有效地提升国际环境下桥梁技术和标准的竞争力，形成国际桥桥梁工程设计和学术沟通的共同语言，避开成为高铁成套技术优势中的“短板”。五、桥梁工程的施工技术桥梁上部结构的施工方法主要三大类：支架法、悬臂法、大件转移法。其中支架法包括落地支架法、移动支架法、造桥机法。悬臂法包括悬臂浇筑法、悬臂拼装法。大件转移法包括大件吊装法、架桥机法、转体法、浮运法、纵移法、横移法等。应依据桥梁结构及施工方法配备相应的专用设备和特殊机具。桥梁深水基础的施工方法主要有：桩，管柱，沉井。钢围堰等。桥梁高墩高塔的施工方法主要有：爬模和翻模。现代化的大型桥梁工程必需采纳先进合理的施工技术和施工组织，以确保施工平安，提高工程质量，加快施工进度，限制工程费用。先进合理的施工技术和施工组织是提高施工平安和提高工程质量的保证。质量是平安问题的潜在诱因，事故是质量问题的最终表现。削减桥梁事故的途径：在技术层面实行措施规避、预防自然灾难；在管理层面提高人员的素养，降低人为因素。六、新的技术挑战1、近海超长大桥梁的技术挑战随着跨海大桥的增多，桥梁工程的勘探和测量工作须要深水钻探现代技术和装备、跨海测量现代技术和装备等多种特别规技术和装备的同步发展。深水基础设计关键技术包括新型深水基础的合理选型及应用开发、深大基础的地震响应和抗震性能、深大基础的多场耦合作用效应分析、深海深厚层淤泥质软土地基加固技术等。海上长桥正常运营的保障体系包括健康监测及运营限制体系、桥梁损伤检测评估及抢修系统、高速行车平安保障体系、人为风险评估及预防体系等。长大结构设计的关键技术包括多跨长大桥梁的合理结构体系及桥型、大跨柔性桥梁静动力性能及空间刚度、困难结构精细化空间分析及其技术实现、海洋环境中结构耐久性及新型长效防腐技术、环境荷载（地震，风振，海啸等）设计及灾难影响。海上桥梁施工的关键技术包括深水基础施工方法和技术装备、多塔多跨新型大跨度桥梁结构的建立技术及装备、超大尺寸预制构件的浮运拼装技术及装备、恶劣环境下施工平安限制系统。2、艰险山区桥梁的技术挑战在交通欠发达地区、山地自然灾难频繁严峻的地区建设桥梁工程具有选线困难、弯坡斜桥、高墩高支挡结构等特点。须要解决合理桥式、抗震减震、防灾救灾、设计理论、构造措施、可检易换、环境爱护、桥隧连接等诸多桥梁设计的重点和难点。桥梁的施工由于施工环境恶劣，管养条件差，施工须要配备性能先进的机械设备，更须要高质量的设计和施工。3、桥梁工程中的可持续设计理念可持续性科学和工程能够促进人类长远生存和可持续发展，有利于人和自然共生共存的科学技术。可持续设计也称为环境设计，环境意识设计，是可持续性科学和工程在设计领域的详细应用，是以经济、社会及环境三者可持续发展为基本原则的一种系统设计方法。桥梁可持续设计的基本原则：以先进技术为保障，综合考虑桥梁在全寿命期内的社会、环境以及经济等因素的影响，使所设计的桥梁对社会的贡献尽可能地大，负面影响尽可能地小。桥梁可持续设计的技术目标是提高耐久性，延长桥梁运用寿命。七、对将来桥梁工程的展望和建议桥梁工程的将来发展的展望和建议：悬索桥、斜拉桥等桥梁结构将持续向大跨逐步发展；重视桥梁美学、景观设计和环境因素；逐步提高桥梁施工的平安、质量和效率；桥梁设计、养护修理理论