橋梁工程的技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展

/《橋梁工程的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展》讀書(shū)筆記本文從橋梁跨度及其發(fā)展動(dòng)力、橋梁概念設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)和規(guī)范、施工技術(shù)、平安和質(zhì)量、新的技術(shù)挑戰(zhàn)、展望和建議等七個(gè)方面的對(duì)橋梁工程的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展進(jìn)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(chē)輛（汽車(chē)、列車(chē)）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(jiǎn)而言之，橋梁就是跨越障礙的通道。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)馬路和鐵路建設(shè)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(shè)也得到了相應(yīng)發(fā)展，特殊是近十年來(lái)，我國(guó)大跨徑馬路橋梁和重載、多線、高速鐵路橋梁的建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)最輝煌的時(shí)期，一大批結(jié)構(gòu)新奇、技術(shù)困難、設(shè)計(jì)和施工難度大、科技含量高的大跨徑橋梁相繼建成，標(biāo)記著我國(guó)的橋梁建設(shè)水平已躋身于國(guó)際先進(jìn)行列。隨著時(shí)代前進(jìn)的步伐,人們對(duì)橋梁工程提出了更高的要求,對(duì)“適用、平安、經(jīng)濟(jì)、美觀、耐久、環(huán)?！钡臉蛄涸O(shè)計(jì)原則賦以更新的內(nèi)容。橋梁工程無(wú)論是現(xiàn)在還是以后都不會(huì)停步的，它的發(fā)展前景會(huì)更廣袤。建立橋梁工程所須要的科學(xué)學(xué)問(wèn)包括多種分支，如工程規(guī)劃、勘察設(shè)計(jì)、理論探討、技術(shù)研發(fā)、建立施工以及管養(yǎng)維護(hù)等多方面的學(xué)問(wèn)。二、橋梁跨度及其發(fā)展動(dòng)力橋梁跨度大小并不是代表技術(shù)進(jìn)步的唯一因素，通過(guò)不同時(shí)期同類(lèi)橋梁的跨度比較可以看動(dòng)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(lái)各類(lèi)鋼橋跨度發(fā)展的特點(diǎn)對(duì)于結(jié)構(gòu)耗用鋼材較大不經(jīng)濟(jì)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(guò)500m，80年頭后則極少修建。而鋼連續(xù)桁架梁橋－1920年前超過(guò)200m，90年頭后期達(dá)400m，由于隨著跨度的增加其桁架桿件截面相應(yīng)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(jì)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(jì)30年頭就超過(guò)500m，發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)。鋼斜拉橋從上世紀(jì)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(jì)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(lái)各類(lèi)混凝土橋跨度發(fā)展的特點(diǎn)大跨度的混凝土連續(xù)梁由于受到結(jié)構(gòu)自重的約束，其跨度一般不超過(guò)200m?；炷吝B續(xù)剛構(gòu)的跨度則從上世紀(jì)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(shí)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(dòng)橋梁工程發(fā)展的動(dòng)力橋梁結(jié)構(gòu)分析理論和方法、設(shè)計(jì)理論和計(jì)算技術(shù)、建筑材料等方面的發(fā)展和進(jìn)步，以及行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)等因素是推動(dòng)橋梁工程發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力，而社會(huì)政治穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、陸地交通運(yùn)輸工具的發(fā)展、建立裝備和施工技術(shù)以及建橋的環(huán)境條件是推動(dòng)橋梁工程發(fā)展的外在動(dòng)力。4、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的支撐作用經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，供應(yīng)了橋梁工程所須要的設(shè)計(jì)計(jì)算理論、計(jì)算手段、建筑材料、機(jī)械裝備、施工技術(shù)等，對(duì)橋梁工程的發(fā)展有著干脆的支撐作用。英國(guó)工業(yè)革命后世界鋼鐵產(chǎn)量增長(zhǎng)快速，以鋼材為主要建材的橋梁得到大發(fā)展。20世紀(jì)30年頭后美國(guó)的經(jīng)濟(jì)復(fù)原和持續(xù)增長(zhǎng)使高速馬路和城市道路得以大發(fā)展，推動(dòng)了鋼拱橋和懸索橋的發(fā)展。二戰(zhàn)后歐洲的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了汽車(chē)和馬路建設(shè)的發(fā)展，鋼斜拉橋、鋼正交異性板、掛籃懸澆、預(yù)應(yīng)力技術(shù)、扁平鋼箱、混凝土塔、PC斜拉橋、矮塔斜拉橋、連續(xù)剛構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等橋梁工程新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并帶動(dòng)了各種先進(jìn)的施工技術(shù)，如懸臂拼裝、移動(dòng)模架、頂推、大型浮吊整體吊裝架設(shè)等。日本經(jīng)濟(jì)起飛后，推動(dòng)了高速鐵路的發(fā)展，建設(shè)完成了本四聯(lián)絡(luò)線，出現(xiàn)了多座大跨度的斜拉橋和懸索橋及其相關(guān)技術(shù)。我國(guó)80年頭以來(lái)的改革開(kāi)放使馬路鐵路得以迅猛發(fā)展，橋梁建設(shè)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(shè)計(jì)1、橋梁工程設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題和應(yīng)對(duì)思路由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，使得市場(chǎng)需求旺盛，社會(huì)往往追求大、多、快等虛假目標(biāo)，設(shè)計(jì)單位的科技創(chuàng)新和技術(shù)儲(chǔ)備不足，過(guò)份追求效益。在設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面存在如下不足：創(chuàng)新激勵(lì)機(jī)制欠缺，成果有限；無(wú)原則的獨(dú)樹(shù)一幟，或仿照抄襲。在橋梁美學(xué)方面存在如下不足：建筑師的介入有限，建筑師的作用相對(duì)弱化。而工程師仍占據(jù)主導(dǎo)地位，缺乏兩者的合作機(jī)制。在設(shè)計(jì)上不算經(jīng)濟(jì)賬，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差，工程質(zhì)量隱患多，耐久性不足等方面的問(wèn)題。因此設(shè)計(jì)單位應(yīng)順應(yīng)趨勢(shì)，增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，建立設(shè)計(jì)創(chuàng)新的激勵(lì)機(jī)制，促進(jìn)建筑師和工程師的合作，提高工程師橋梁美學(xué)處理的基本技能，推行先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，包括全壽命設(shè)計(jì)、橋梁概念設(shè)計(jì)等，以提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)性。3、橋梁概念設(shè)計(jì)的任務(wù)和原則目標(biāo)以橋梁為對(duì)象的概念設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)綜合考慮技術(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素的優(yōu)化決策過(guò)程。在內(nèi)容上須要體現(xiàn)其設(shè)計(jì)的深度和廣度，盡可能地采納可視化的表現(xiàn)手法。設(shè)計(jì)出來(lái)的橋梁結(jié)構(gòu)便于養(yǎng)護(hù)修理、能促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用，壽命長(zhǎng)。橋梁工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的3大原則：功效（Efficiency）、美麗（Elegance）、經(jīng)濟(jì)（Economy）等三E原則。同時(shí)橋梁工程設(shè)計(jì)還應(yīng)具備功能適用、結(jié)構(gòu)平安、經(jīng)濟(jì)合理、造型美觀、材料耐久、環(huán)保協(xié)調(diào)等6大目標(biāo)。4、橋梁選型和造型橋梁選型和造型均屬于橋梁概念設(shè)計(jì)范疇，是橋梁概念設(shè)計(jì)中最富有創(chuàng)建性的工作是橋梁力學(xué)和美學(xué)得以體現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。選型是力學(xué)要求，造型是美學(xué)手段，兩者互為關(guān)聯(lián)。橋梁選型就是選用一種簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)力學(xué)體系（如梁、拱、索結(jié)構(gòu)）或由簡(jiǎn)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(gòu)成滿意功能要求、受力合理的橋梁空間結(jié)構(gòu)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(xué)法則，對(duì)初步構(gòu)思成型的橋梁整體或局部進(jìn)行形態(tài)變換或調(diào)整，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的空間布局、配置方式和尺度改變，并結(jié)合環(huán)境因素對(duì)橋梁風(fēng)格進(jìn)行定位。橋梁造型優(yōu)劣的評(píng)判沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)遵循基本審美原則。此外還應(yīng)遵循受力明確、構(gòu)造從簡(jiǎn)、比例協(xié)調(diào)、線條流暢、適應(yīng)環(huán)境、具備特色、表現(xiàn)動(dòng)勢(shì)、突出亮點(diǎn)的造型原則。大型橋梁應(yīng)體現(xiàn)其建筑的規(guī)模，中型橋梁應(yīng)體現(xiàn)其獨(dú)特的造型，而小型橋梁則應(yīng)更多地體現(xiàn)其造型的細(xì)微環(huán)節(jié)。四、橋梁工程的設(shè)計(jì)規(guī)范我國(guó)的馬路橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)過(guò)幾次的修改后，已大量采納了美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)規(guī)范，而鐵路橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范相對(duì)我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展相對(duì)落后。橋梁工程的設(shè)計(jì)規(guī)范采納極限狀態(tài)法是必定趨勢(shì)，可以有效地提升國(guó)際環(huán)境下橋梁技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)力，形成國(guó)際橋橋梁工程設(shè)計(jì)和學(xué)術(shù)溝通的共同語(yǔ)言，避開(kāi)成為高鐵成套技術(shù)優(yōu)勢(shì)中的“短板”。五、橋梁工程的施工技術(shù)橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工方法主要三大類(lèi)：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(dòng)支架法、造橋機(jī)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(jī)法、轉(zhuǎn)體法、浮運(yùn)法、縱移法、橫移法等。應(yīng)依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)及施工方法配備相應(yīng)的專(zhuān)用設(shè)備和特殊機(jī)具。橋梁深水基礎(chǔ)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(jìn)合理的施工技術(shù)和施工組織，以確保施工平安，提高工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，限制工程費(fèi)用。先進(jìn)合理的施工技術(shù)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(wèn)題的潛在誘因，事故是質(zhì)量問(wèn)題的最終表現(xiàn)。削減橋梁事故的途徑：在技術(shù)層面實(shí)行措施規(guī)避、預(yù)防自然災(zāi)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(shù)挑戰(zhàn)1、近海超長(zhǎng)大橋梁的技術(shù)挑戰(zhàn)隨著跨海大橋的增多，橋梁工程的勘探和測(cè)量工作須要深水鉆探現(xiàn)代技術(shù)和裝備、跨海測(cè)量現(xiàn)代技術(shù)和裝備等多種特別規(guī)技術(shù)和裝備的同步發(fā)展。深水基礎(chǔ)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)包括新型深水基礎(chǔ)的合理選型及應(yīng)用開(kāi)發(fā)、深大基礎(chǔ)的地震響應(yīng)和抗震性能、深大基礎(chǔ)的多場(chǎng)耦合作用效應(yīng)分析、深海深厚層淤泥質(zhì)軟土地基加固技術(shù)等。海上長(zhǎng)橋正常運(yùn)營(yíng)的保障體系包括健康監(jiān)測(cè)及運(yùn)營(yíng)限制體系、橋梁損傷檢測(cè)評(píng)估及搶修系統(tǒng)、高速行車(chē)平安保障體系、人為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)防體系等。長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)包括多跨長(zhǎng)大橋梁的合理結(jié)構(gòu)體系及橋型、大跨柔性橋梁靜動(dòng)力性能及空間剛度、困難結(jié)構(gòu)精細(xì)化空間分析及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)、海洋環(huán)境中結(jié)構(gòu)耐久性及新型長(zhǎng)效防腐技術(shù)、環(huán)境荷載（地震，風(fēng)振，海嘯等）設(shè)計(jì)及災(zāi)難影響。海上橋梁施工的關(guān)鍵技術(shù)包括深水基礎(chǔ)施工方法和技術(shù)裝備、多塔多跨新型大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的建立技術(shù)及裝備、超大尺寸預(yù)制構(gòu)件的浮運(yùn)拼裝技術(shù)及裝備、惡劣環(huán)境下施工平安限制系統(tǒng)。2、艱險(xiǎn)山區(qū)橋梁的技術(shù)挑戰(zhàn)在交通欠發(fā)達(dá)地區(qū)、山地自然災(zāi)難頻繁嚴(yán)峻的地區(qū)建設(shè)橋梁工程具有選線困難、彎坡斜橋、高墩高支擋結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。須要解決合理橋式、抗震減震、防災(zāi)救災(zāi)、設(shè)計(jì)理論、構(gòu)造措施、可檢易換、環(huán)境愛(ài)護(hù)、橋隧連接等諸多橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。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(jìn)的機(jī)械設(shè)備，更須要高質(zhì)量的設(shè)計(jì)和施工。3、橋梁工程中的可持續(xù)設(shè)計(jì)理念可持續(xù)性科學(xué)和工程能夠促進(jìn)人類(lèi)長(zhǎng)遠(yuǎn)生存和可持續(xù)發(fā)展，有利于人和自然共生共存的科學(xué)技術(shù)。可持續(xù)設(shè)計(jì)也稱為環(huán)境設(shè)計(jì)，環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)，是可持續(xù)性科學(xué)和工程在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的詳細(xì)應(yīng)用，是以經(jīng)濟(jì)、社會(huì)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(shè)計(jì)方法。橋梁可持續(xù)設(shè)計(jì)的基本原則：以先進(jìn)技術(shù)為保障，綜合考慮橋梁在全壽命期內(nèi)的社會(huì)、環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)等因素的影響，使所設(shè)計(jì)的橋梁對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)盡可能地大，負(fù)面影響盡可能地小。橋梁可持續(xù)設(shè)計(jì)的技術(shù)目標(biāo)是提高耐久性，延長(zhǎng)橋梁運(yùn)用壽命。七、對(duì)將來(lái)橋梁工程的展望和建議橋梁工程的將來(lái)發(fā)展的展望和建議：懸索橋、斜拉橋等橋梁結(jié)構(gòu)將持續(xù)向大跨逐步發(fā)展；重視橋梁美學(xué)、景觀設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)修理理論