桥梁工程文献综述

/摘要：本文从桥梁工程的定义动身，对桥梁工程做了基本的定界，接着介绍了桥梁的基本组成、桥梁的分类以及特点，随后，阐述了桥梁学科的历史发展以及规律，正是因为在历史的发展中我们不断总结和反思，才更好的推动了桥梁工程突飞猛进的发展。从历史过过渡到当下，进而引出了当下的一些桥梁学科的前沿问题，为后面对桥梁工程将来的展望奠定了基础。最终，对桥梁工程将来的发展方向做出了分析。关键词：组成；分类；历史，前沿；将来引言：本篇文献综述的论述主题是桥梁工程，紧紧围绕桥梁工程来绽开本文。桥梁工程指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程，以及探讨这一过程的科学和工程技术，它是土木工程中属于结构工程的的一个分支。桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的须要。我们在生活中桥梁到处可见，由此可看出桥梁在生产生活中的重要性，通过历史发展我们也可以了解到桥梁在文化，经济，军事每一个方面都有着重大的影响，桥梁随着时间的推移在不断的变更，但却历久弥新。随着科学技术的发展，经济，社会，文化水平的提高，桥梁建筑的需求越来越高。经过几十年的努力，我国的桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，都取得令世界瞩目的成就。现代建筑的价值源于创新精神，桥梁工程也不例外。作为一名工科学子，我们要克服因循守旧，不思进取的风气，敢于质疑传统，在结构形式、施工方法、设计理念和设计方法上创新，对更高科技、更高质量、更环保的工程技术的追求步履不停。正文：【1】桥梁的基本组成桥梁的组成和桥梁的结构体系有关。常见的桥梁组一般由上部结构、下部结构两部分组成。在桥跨和墩台之间还设有支座，用于连接和传力。除此之外，还有路堤、挡墙、护坡、导流堤、检查设备、台阶扶梯以及导航装置等附属设施。1.1上部结构桥梁位于支座以上的部分称为上部结构，它包括桥跨（也叫承重结构)和桥面。桥跨是桥梁中干脆承受桥上交通荷载并架空的结构部分；桥面是承重结构以上的各部分（指公路桥的行车道铺装，铁路桥的道砟，枕木，钢轨，排水防水系统，人行道，平安带，路缘石，栏杆，照明或电力装置，伸缩缝等）。1.2下部结构桥梁位于支座以下部分称为下部结构，也叫支承结构。它包括桥墩，桥台以及墩台的基础，基础位于墩台的最下部分，承受墩台传递的全部荷载（包括交通荷载和结构自重）并将其传递给地基的结构物。地基是承受由基础传递的荷载而产生变形的各个土层（包括岩层）。1.3正桥和引桥桥梁跨越主要障碍物（或通航河道）的结构称为正桥；连接正桥和路堤的桥梁区段称为引桥。正桥跨度大，基础深，是整个桥梁工程的重点；引桥一般跨度较小，基础较浅；在正桥和引桥的分界处，有时还会设置桥头建筑——桥头堡。1.4跨度跨度也叫跨径，是表现桥梁技术水平的重要指标，它表示桥梁的跨越实力。多跨桥梁的最大跨度称为主跨。桥跨结构两支座间的距离L1称为计算跨径，用于结构分析计算；设计洪水位线上两相邻墩台间的水平净距L0称为桥梁净跨径，各孔净跨径之和称为总跨径，它反映的是卡桥梁的泄洪实力。1.5桥梁全长《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定：有桥台的桥梁为两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离；无桥台的桥梁为桥面系长度。1.6桥下净空高度设计洪水位或设计通航水位和桥跨结构最下缘的高差H称为桥下净空高度，应大于通航或排水要求的最小数值。1.7建筑高度桥面到桥跨结构最下缘的高差h称为桥梁的建筑高度。其数值应小于在桥梁定线中所要求的容许建筑高度。【2】桥梁的分类及特点桥梁有许多分类方式，人们通常依据桥梁的结构形式、所用材料、所跨越的障碍以及其用途、跨径大小等对桥梁进行分类。2.1依据桥梁单孔跨径大小和多跨总长的不同，桥梁可分为；小桥、中桥、大桥、特大桥。2.2依据桥面在桥跨结构中的位置，桥梁可分为：上承式桥、中承式桥、下承式桥。（桥面布置在桥跨结构上面为上承式桥，布置在中间为中承式桥，布置在下面为下承式桥。2.3依据承重构件受力状况，桥梁可分：为梁桥、板桥、拱桥、钢结构桥、吊桥、组合体系桥。2.4依据运用年限，桥梁可分为：永久性桥、半永久性桥、临时桥。2.5依据桥梁主跨结构所用材料类型，桥梁可分为：木桥、圬工桥、钢桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥和钢-混凝土组合桥。2.6依据桥梁的用途，桥梁可分为：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、农用桥以及管道桥等。2.7依据桥梁的平面形态，桥梁可分为：直桥、斜桥、弯桥。2.8依据桥梁所跨越的障碍物，桥梁可分为：跨河桥、跨谷桥、跨线桥、地道桥、立交桥以及旱桥等。3.【3】桥梁学科的发展历史及规律3.1距今约三千年时，我国已驾驭架设大型浮桥的技术，在宽敞的渭河上架设浮桥。至18世纪前，桥梁建筑大都以石料、铁、木材为主要的建材，其中以赵州桥和大渡河铁索桥为典型代表，体现了古代中国桥梁的宏大成就。赵州桥原名安济桥，建于隋代，桥全长约50．82米，拱矢高7．23米，是我国【4】【5】现存的石拱桥中最古老并为当时跨径最大的石拱桥，且是世界桥梁史上敞肩拱的首创。泸定桥建于清康熙年间，水平跨度100米，桥梁宽度2．9米，跨度超越了19世纪欧洲和北美所建立的第一批这种类型的铁桥，且在250年后的今日仍在运用中。3.218世纪以后，欧洲进入工业社会，起先进行大规模的铁路桥梁建设，这是现代桥梁的开端。19世纪，波特兰水泥、现代钢材在欧洲出现，土木工程实现了质的飞跃，桥梁结构形式及规模有了突破，混凝土桥和钢桥的发展获得了空前的发展。迄今，以美国布鲁克林悬索桥及英国福斯悬臂桁，架桥为标记的桥梁建筑仍散发着西方工业文明的气息。【6】其中，福斯铁路桥建于1890年，是跨越福斯湾海峡上的第一座桥梁，结构体系新颖 ，接受“纺锤型”桁架形式，施工历时七年，动用了四千多名工人，高空施工牺牲98人，并造成了数百名人员伤残。3.320世纪初，预应力混凝土研制成功，起先了预应力混凝土桥梁结构的时代，结构起先向大跨度结构发展。30年头起世界上掀起了建设大跨悬索桥的高峰，50年头斜拉桥结构得以初现光线并很快波及世界桥梁工程界。60年头日本、丹麦开拓了兴建跨海工程的先河。80年头初，我国迎来了改革开放的新时期，加快了基础建设的步伐。特别是近十年，我国建成了代表当今世界桥梁最高发展水平的一大批斜拉桥和悬索桥，从今确定了中国在世界桥梁工程界的地位。2008年我国建成的跨径1088m的苏通大桥是当今世界跨度最大的斜拉桥，创建了最大跨度、最深基础、最高桥塔、最长拉索四项世界之最；2009年建成的西堠门大桥主跨1650米，是目前世界上跨度。其次的悬索桥，且是世界上最大跨度的钢箱梁悬索桥。3.4步入新世纪，以碳纤维为代表的高级复合材料、光纤传感技术、智能化施工等新技术正逐步渗透到桥梁工程领域之中，各种组合结构、轻型结构异军突起。从桥梁发展的历史过程可以看出，桥梁从3000年前发展到今日，始终和新材料和新技术的发展休戚相关。目前，桥梁工程学科已发展成为融理论分析、设计、施工限制及管理于一体的系统性学科。由于科技的进步，一些相关的学科也渗透到桥梁工程领域中，发展了新的分支学科，如桥梁抗风、抗震、桥梁CAD、桥梁的施工限制以及桥梁检测技术等等。此外，桥梁学科和建筑、艺术、材料、电气化等学科的交叉发展也愈来愈多回顾桥梁工程的发展历程，我们为祖国在桥梁建设中的进步和成就而高傲，同时作为新世纪的桥梁工作者，我们更应当醒悟地相识到我国的桥梁学科体系尚待充溢和完善，我国的桥梁建设水平还须要加大科学探讨和技术创新。建立宏大的桥梁充溢挑战性。建立漂亮的桥梁是呈现最新科技的最佳场所，也充溢了和自然环境斗争及和人类自己斗争的艰辛，这就须要我们一代又一代的桥梁工作者前仆后继，不懈努力。我期盼能为祖国的基础建设做出自己的一点点贡献。4.【7】桥梁学科的前沿问题4．1跨海大桥的建设跨海大桥是桥梁工程中最具有挑战性的工程。跨海大桥往往跨度大，自身结构受力性能困难，同时困难的自然环境给施工带来许多限制和难题。但跨海大桥的修建对于改善桥两端地区的交通状况具有极其重要的战略意义，同时能够极大地带动旁边区域的经济发展，因此不少国家从上世纪六十年头起先接连修建跨海大桥，以便将本土的领土乃至世界五大洲连接起来，形成一个世界范围内的交通网。其中，以美国1937年建成的金门大桥（和日本1998年建成的日本明石海峡桥最为闻名。尽管目前桥梁建立技术有了极大地发展，但是在跨海大桥的建设中，仍存在如何确定最佳桥位、突破现有的测量手段、抗拒海水侵蚀提高耐久性、深水基础的施工以及海上施工机械的研发等大量尚待解决的问题。【8】4．2桥梁动力学问题的探讨桥梁动力学问题主要包括桥梁抗风、桥梁抗震和车振效应这三个方面，这三个方面的探讨目前都很活跃，处在学科探讨的前沿。人们对桥梁抗风问题的探讨始于1940年美国华盛顿州新建的塔科马桥（Tacoma）毁于暴风，至此人们才发觉风振对大跨度桥梁的影响，掀开了有关桥梁抗风理论探讨的序幕。多年来，关于桥梁对风致振动响应的分类，已经取得较为一样的相识，目前的探讨主要集中在动力失稳（主要是颤振）和紊流响应（抖振）方面。桥梁抗震领域，如何寻求有效的手段来抗拒地震对桥梁的破坏，是目前探讨的主要方向。目前结构设计的方法正从传统的强度理论向延性抗震理论过渡，以期能解决地震中常出现的落梁、基础破坏等现象。自上世纪60年头起，隔震、减震方面的探讨日趋活跃，减隔震装置的探讨也成为探讨的热点。列车在通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来会影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题就是车辆和桥梁之间振动耦合的问题。同时，轨道不平顺也影响到车－桥的振动，形成列车－轨道－桥梁的大系统动力相互作用问题。一百多年来关于列车—桥梁振动的探讨表明白车桥振动这一问题的困难性和困难性。尤其目前我国正在进行高速铁路的大规模建设，高速铁路列车时速高达350km/h，它引起桥梁振动的主要因素和振动机理和中低速状况有很大差别，因此，桥梁设计除接受静态计算外，还须进行车－线－桥耦合振动分析，以保证在高速行车下司机和旅客的平安性和舒适性。4．3旧桥的加固桥梁设计有设计基准期，也就是说全部的桥梁都有确定的寿命，因此桥梁的修理、养护和加固是桥梁学科里不行或缺的一部分。既有桥梁修理加固的核心问题是对现有桥梁的力学性能的评估。其探讨内容包括对桥梁剩余寿命的评估、对桥梁损伤程度的评估、对桥梁承载实力的评估和加固方法的确定。4．4桥梁的智能化施工为了确保桥梁在施工过程中结构受力和变形始终处于平安范围，且成桥后桥梁的线形及受力状态符合设计要求，在桥梁施工过程中必需进行严格的施工限制。目前世界桥梁正在向更大的跨度挑战，为了确保这些巨型结构的平安，探讨开发一种智能化的施工限制系统有着极其重要的社会意义和良好的市场前景。目前国内外许多探讨机构都在进行该技术的探讨，主要内容包括数据高速采集系统、数据双向传输系统、智能参数识别系统和计算分析和决策限制系统等方面，以实现桥梁施工限制的高精度、高智能和高效率。[9]桥梁工程将来的发展方向7.1大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展探讨大跨度桥梁在气动、地震和行车动力的作用下，结构的平安和稳定性，将截面做成适应气动要求的各种流线型加劲梁，增大特大跨度桥梁的刚度；接受以斜揽为主的空间网状承重体系；接受悬索加斜拉的混合体系；接受轻型而刚度大的符合材料做加劲梁，接受自重轻、强度高的碳纤维材料做主缆。7.2新材料的开放发和应用新材料应具有高强、高弹膜、轻质的特点，探讨超高强硅烟盒聚合物混凝土、高强双相钢丝钢纤维增加混凝土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁工程用的钢和混凝土。7.3在设计阶段接受高度发展的计算机帮助手段进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化的制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥感技术限制桥梁施工。7.4大型深水基础工程目前世界桥梁基础尚未超过100米深海基础工程，下一步须要进行100`300米的深海基础的实践。7.5桥梁的平安性桥梁建成交付运用后，将通过自动检测和管理系统保证桥梁的平安和正常运行，一旦发生故障或损伤，将自动报告损伤部位和养护对策。7.6重视桥梁美学以及环境爱惜桥梁是人类最杰出的建筑之一，闻名遐迩的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥和南京长江二桥、中国香港青马大桥，这些闻名的大桥都是一件件宝贵的空间艺术品，称为陆地、江河、海洋和天空的景观，称为城市标记性建筑。宏伟壮美的澳大利亚悉尼港桥和现代化独具匠心的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。因此，21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，重视环境爱惜，达到人文景观同环境景观的完备结合。8.参考文献[1]《土木工程概论》，主编杨春峰，夏栋舟，中国建材工业出版社[2]《土木工程概论》，主编杨春峰，夏栋舟，中国建材工业出版社[3]《桥梁工程的发展历史回顾和将来展望》程勇（中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司，南