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1、我国大跨桥梁建设成就及与世界先进水平的差距豳文章编号:16729889(2005)04000105现代交通技术2005年第4期我国大跨桥梁建设成就及与世界先进水平的差距韩大章,华新(江苏省交通规划设计院,江苏南京210005)摘要:简要回顾总结了我国大跨桥梁建设已取得的成就,分析了与国外桥梁建设先进水平问的差距,同时提出了赶超这些差距的一些具体措施.关键词:大跨桥梁;成就;差距中图分类号:U491文献标识码:AAchievementsofLongSpanBridgeConstructioninChinaandGapBetweenAdvancedLevelintheWorldandThatinC
2、hinaHANDazhang,HUAXin(JiangsuCommunicationPlanningandDesignInstitute,Nanjing210005,China)Abstract:Inthispaper,theachievementsoflongspanbridgeconstructioninchinaarebrieflyreviewed,thegapbetweenadvancedlevelintheworldandthatinchinaisanalyzed,themeasuretoreducethisgapisalsomentioned.Keywords:longspanbr
3、idge;achievement;gap0前言自上世纪八十年代末南浦大桥建成以后的10多年问,我国的大跨桥梁建设进入了一个成长期.资料显示,改革开放以来,仅斜拉桥一项,我国就已建成了100多座,成为世界上建造斜拉桥最多的国家.并且在跨度超过500In的世界斜拉桥中,我国已在数量上占据了重要的地位.江阴长江大桥的建成,标志着我国有了第一座超千米悬索桥,同时也成为世界上第六个能够建造千米级大桥的国家.刚刚建成通车的润扬长江公路大桥则是世界第三大跨悬索桥.此外,已建成的世界第一拱上海卢浦大桥,以及在建的36km长的杭州湾大桥,32.5km长的东海大桥,主跨1088In的世界第一大跨斜拉桥苏通大桥等,
4、说明我国桥梁建设技术水平建设达到世界先进行列,同时也说明我国的大跨桥梁进入了一个建设高潮,总结和分析我国大跨桥梁建设的成就,以及与世界建桥先进水平之间的差距,对于进一步提高我国大跨桥梁建设的水平,显得十分必要和具有现实的意义.1我国桥梁建设的成就及现状桥梁按其结构形式大致可分为拱桥,梁桥,斜拉桥和悬索桥四大类,后两者又可称为索结构桥梁.中国桥梁从新中国成立以来,从木桥,石桥经过混凝土桥,进入钢桥,从铆接桥梁进到栓焊桥梁.在桥型,桥跨,材料上都跨进了世界先进行列.目前我国在各类桥梁建设领域均取得了骄人的业绩.表1为国内外十种主要桥型跨度记录.从表中可以看出,我国已在多种桥型的建设上居世界领先水平
5、.首先,拱桥技术已在国际上处于领先水平.在石拱桥,双曲拱桥,钢管拱桥桥型中,我国拥有多项跨径的世界级纪录:石拱桥146In(山西丹河大桥),双曲拱桥150In(河南前河大桥),桁架拱桥330In(贵作者简介:韩大章(1964一),男,江苏邗江人,高级工程师,从事桥梁工程设计工作.现代交通技术2005年第4期表1国内外十种主要桥型跨度记录州江界河大桥),钢管混凝土拱桥360m(广东,r髻大桥,万州长江铁路桥)和箱式拱桥420m(重庆万县桥)等.据统计,世界上已建成跨径超过240m混凝土拱桥l5座,中国占4座,而跨径大于300m的混凝土拱桥,世界上仅有5座,中国占3座,其中西部地区占2座.已建成的
6、上海卢浦大桥(主跨550m)为中承式钢箱拱桥,主跨比世界第一的美国新河桥还长31.8m目前正在建设的巫山长江大桥(主跨460m),这将又是一座创世界纪录特大跨径钢管混凝土拱桥.其次,梁桥建设已居世界领先水平.在梁桥方面,主要有连续梁桥和连续刚构桥.连续刚构桥比连续梁桥有更大的跨越能力.1997年建成的虎门大桥副航道桥(主跨270m)为当时Pc连续刚构世界第一.目前,世界已建成跨度大于240mPC梁桥l7座,中国占7座,近几年相继建成了泸州长江二桥(主跨252m),重庆黄花园大桥(主跨250m),黄石长江大桥(主跨245m),重庆高家花园桥(主跨240m),贵州六广河大桥(主跨240m),在建的
7、苏通大桥辅航道桥跨径达268m,近期还将建成一大批大跨径PC连续刚构桥.第三,现代索桥技术突飞猛进.我国至今已建成各种类型斜拉桥100多座,其中跨径大于200m的有50多座.1991年建成了上海南浦大桥(主跨为423m结合梁斜拉桥),开创了我国修建400m以上大跨度斜拉桥的先河.此后,大跨径斜拉桥如雨后春笋般地发展起来.据统计,我国跨度大于400m的斜拉桥已有20座,中国已成为世界上拥有斜拉桥最多的国家.在世界前十位大跨斜拉桥排名榜上,中国有6座,其中跨度600m以上的斜拉桥世界上仅综_述有6座,中国占了4座.我国斜拉桥设计施工水平已迈入国际先进行列,部分成果达到国际领先水平.我国在悬索桥建设
8、方面亦是异军突起,20世纪末的十年里,有9座450m以上跨径的悬索桥相继建成,从1995年建成的汕头海湾大桥(跨径450m),到1997年建成的珠江虎门大桥(跨径888m),到1999年建成的江阴长江大桥(跨径l385m),每一步跨跃都是约450m.在国际桥梁大会美国匹兹堡年度会议上,首届尤金?菲戈金奖就颁发给了江阴长江公路大桥,这是中国首次荣获国际桥梁大奖.1997年建成的香港青马大桥(主跨l377m)为公铁两用世界第一大跨桥梁.2005年,世界第三大跨悬索桥主跨l490m润扬大桥建成通车,同时又一座更大跨径的悬索桥舟山西喉门大桥(跨径l640m)业已开工建设,为世界第二大跨悬索桥.目前,我
9、国已积累了丰富的悬索桥设计与施工经验.未来若干年,中国桥梁建设市场毫无疑问将成为一个更加令世界瞩目的”大舞台”.我国的大江大河多,不少大城市也沿江靠海,建设桥梁是其一大选择.以”同三线”为例,从黑龙江同江市到海南三亚市,仅跨海工程就有五个,其中杭州湾跨海大桥已经开工建设,青岛的海湾工程大桥也在紧锣密鼓地规划之中.未来仅长江上的大桥就将超过50座,各地城市中的大桥建设则更是数量庞大,规模也不小.大规模的桥梁建设将给中国的桥梁界提供了充分展示的广阔舞台.2与世界先进水平的差距虽然我国的桥梁建设突飞猛进,但桥梁的理论研究和综合实力与世界先进水平相比还有差距,真正属于自己的知识产权的东西还不多,桥梁的
10、品质,使用性能,后期维修养护与管理等方面也与国外桥梁建设先进水平之问有一定的差距.第一,我国桥梁设计,施工方面的规范更新很慢,有的甚至要l520年才会动一次.产生这个问题的主要原因是科研投入太少,以至于没有人愿意去专心搞科学研究.现在国家每年投入2000亿到3000亿元来修建路桥,这样的投入算是相当大了,但基础性的研究,如对材料性能的研究,规范标准制定的投入较少.而欧美一些发达国家每年都会根据实践中出现的问题,对相关技术规范进行补充,调整,每5年就会对规范进行改版.比如日本的桥梁规范是由相应的专门委员会负责编写.其委员会由全国桥梁设计,施工方面的专家组成.根据世界桥梁的镰毒遗发展状况和设计,施
11、工中反映出来的问题,基本上每年都再版,修订一次,使规范不断丰富,不断完善,成为广大设计人员的得力工具.我国的桥梁设计规范,主要是由交通部公路规划设计院标规室主持编写的.如公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,1985年出版一次,直到2004年才更新,周期偏长,而且内容不如日本的丰富,与日本相比,我国的桥梁规范编写还没有制度化,也缺乏一个由经验丰富的专家组组成的机构,长期进行规范的研究和编写工作.由于规范不够完善,指导设计带来一定的弊端,如我国有些桥梁出现病害,或多或少与设计规范有关,按照规范设计同一座桥,有经验的工程师设计不出问题,而缺乏经验的工程师则出现问题,但均满足规范要求,这说明规范
12、在某些方面需要改进.第二,材料与机械设备落后.我们现在使用的桥梁建材与国外发达国家桥梁建材相比强度低,性能差.我国是钢材生产大国,钢产量为世界第一,但我们现在普遍使用的还是Q345钢,而日本,美国等早已广泛采用高强度钢和耐候钢了.同样我国也是水泥生产大国,但大多结构仍采用50号以下的混凝土,高性能混凝土的研究开发和使用还很少.目前国外最新设计的桥梁结构看上去都很轻灵纤细,我们的桥梁结构则往往采用”肥梁胖柱”,显得很笨拙.高新建材的应用,也是解决存在这些问题的一个重要方面.由于经济实力的限制,施工手段只能是土洋结合.虽说土的成分趋向减少,但现在还是不具备较大规模的现代化手段.另外施工机械设备落后
13、,如起重能力低,大吨位的吊机设备的缺乏等,都在一定程度上制约了施工能力,造成有些好的设计方案因施工能力达不到而无法实现.材料与机械设备落后,这与我们国家的综合国力有关,桥梁建设要去国外竞争这些都是”硬伤”.第三,自主创新设计不够,模仿较多.国内大跨桥梁的设计,从计算理论到施工方法,从总体方案到构造细节,大多是采用或参考,模仿国外先进桥梁的.如预应力混凝土的设计理论,各向异性钢桥面板的设计理论,结梁设计理论,现代斜拉桥设计理论,钢结构的栓焊艺,斜拉桥的施工工艺及控制工艺等.在大跨斜拉桥和悬索桥中,几乎所有的重大技术进步,都是国外最先提出并采用的.例如从桁架梁到扁平钢箱梁的发展,主缆的架设工法(A
14、S法和PP-WS法),斜拉索的不同形式(平行钢丝和平行钢绞线),钢箱梁和主缆内部空气干燥除湿防腐,悬索桥采用中央扣减少短吊索疲劳,控制纵向位移的大型现代交通技术2005年第4期阻尼器和抑制结构振动的调质阻尼器,拉索在塔上的各种锚固方式(钢锚箱,钢锚梁和环向预应力),轻型框架式锚碇,主梁的各种形式(全钢,组合梁,混合梁等),斜拉索减振器和辅助索,斜拉桥的施工工艺等,均是国外首创并成功运用后才在我国采用的.虽然我国桥梁在跨度上与世界上最大跨的桥梁已相差不远,甚至某些桥型创造了世界纪录,但国内首次采用某项新结构,新材料,新工艺的还很少,我国桥梁的设计水平和世界先进水平相比还有差距,设计理念还有待提升
15、,要真正成为桥梁强国,必须有自己的东西,必须重视科技创新,不仅要在结构形式和施工方法上创新,还要在设计理念,计算理论和设计方法上创新.但这种创新不能是为创新而创新,不能是不合理的创新,一味追求大跨,独特,与众不同,导致不合理的结构形式和经济指标上升.应注重桥梁的内在品质,提高桥梁的科技含量.在引进国外或国内某种桥梁结构型式时,设计人员要研究其使用条件,为何要采用,移过来是否适合,要能讲出理由,不能东施效颦,否则贻笑大方.必须强调结构的适用性,同时还要考虑与环境的协调.比如国内杭州湾二通道,公路桥梁采用了非常好的双层钢桁架方案,云南昆明草海大桥的双层桥面方案均构思巧妙,非常适合当地的建设条件,如
16、将此双层方案到处套用,不考虑其适用性,经济性,则显得牵强附会,且有追时髦之嫌.在甲地是合理的结构型式,经济的方案,在乙地可能就是不合理的结构型式,不经济的方案.第四,桥梁安全性与耐久性问题突出.自上世纪九十年代以来,我国桥梁建设有了很大的发展,取得了举世瞩目的成就,但在桥梁建设的同时,也产生了一些新的问题,即一些桥梁过早地进入了”老年阶段”,提早出现了需要大修的现象,如国外斜拉桥平均使用30年以上才换索,而国内一些斜拉桥(如济南黄河大桥,广东九江大桥,海印大桥)使用十至十五年就要换索了(国外如委内瑞拉马拉开波混凝土斜拉桥,日本WYE钢斜拉桥,美国PK桥,德国汉堡科尔布兰特钢斜拉桥也出现此类问题
17、),有些桥梁远未达到设计使用年限即已成为危桥,安全性存在了隐患.由于建设体制上的原因,建设方受政绩及经济利益的驱动,建桥的准备时间少,前期工作包括设计时间太短,施工工期紧,只注重建设,不重视养护维修,往往会造成桥梁的一些部位耐久性差,工程质量打折扣.同时,车辆严重超载也危及桥梁的安全性和耐久性.待桥梁出现问题后再维修,使得后期投入的养护维修费用十分庞大,社会效益降低,甚至远远超?3?现代交通技术2005年第4期过建造中节省的费用.重庆綦江桥,宜宾南门桥在倒塌或破坏前均有征兆,无人管理,无人养护而导致严重后果.在耐久性的研究方面,目前大多只体现在桥梁的设计和施工环节,如在设计时采取一些措施,施工
18、中采用一些耐久性材料等.其实桥梁的耐久性是一个系统工程,涉及到桥梁建设和使用的各个环节(规划,设计,施工,运营,养护维修),必须建好四个系统:一是质量系统,包括规划,设计,建造,运用,美观五个方面,在设计时要考虑好如何便于养护维修.二是监测系统,要进行有效的诊断评估,建立健康监测系统,但更重要的是,健康监测系统建立后,如何正确地使用它.现在的情况往往是,桥梁建成后由业主管理,管理方缺乏长期从事专业技术工作的人员,监测系统时时刻刻记录的一大堆数据无人去仔细分析整理,导致健康监测效果不理想,这就好象看病一样,先进的医疗设备固然必要,但更关键的还是医生的水平.目前国内有一种倾向,完全依赖健康监测系统
19、,甚至不需要建立的也盲目建立.健康监测目前正是热点,甚至出现”智能结构”的设想.但由于诸多因素,如混凝土物理特性,化学特性,结构的热照温差影响,结构的徐变收缩,钢筋受力机理等方面存在理论上需要完善的地方,造成结构病害原因不明,无法解释,则采集的信息无法正确分析,因此,很多方面需回到常规的监测.笔者认为应该建立有重点的,实用的,能正确分析的健康监测系统.三是养护维修系统,要建立起H常例行的维修养护制度,如香港路政暑对青马大桥要求每天工作人员坐在汽车内,巡视引桥及主桥,每周要仔细巡视,注意构件损坏程度,每六个月作详细近距离视察,每年做详细近距离巡视检查.英国的塞文桥委托咨询公司专门养护管理,按结构
20、物的重要程度分类定期检查,上海的南浦桥,杨浦桥委托专业单位定期”体检”.江阴大桥建立养护管理制度,编写了养护管理手册,使工作有序.H常常规的检查更加重要,国外对此有规章制度规定.四是加固与修复系统.桥梁的使用性能是随着时间的增长而逐渐下降的,在桥梁的设计使用期限内,需要对其进行不断地养护维修和加固,使其使用性能不断地维持在警戒线以上.应当建养一体化而不能建归建养归养,只重建设不重养护.第五,桥梁美学及环境保护重视不够.桥梁等大型工程建设既要重视质量又要重视景观和环境保护,不但满足交通功能的要求,而且要与周围环境和整个城市融为一体,成为一道独具特色的建筑”艺术品”.长期来中国的桥梁建设以实用为主
21、,对于桥梁景观方面的设计虽然最近也开始考虑了,但是还很不够.目前,一些发达国家进行大型工程的设计,施工时,”景观”已被纳入与工程同步,把那种融美观,和谐,环保于一体的建筑视为理想的作品.总体上看,我国在景观设计方面比较薄弱,起步也比较晚,但随着大跨桥梁以及工程的进展,业主及施工单位越来越认识到”景观”的重要性,在大型工程的前期招标中,景观已作为一个重要指标来参与竞标,而且往往成为决定工程是否中标的关键因素.21世纪的桥梁结构必将更加重视艺术造型,重视桥梁美学和景观设计,重视环境保护,达到人文景观同环境景观的完美结合.但目前桥梁界存在着一种误区,设计人员一谈创新,往往刻意去追求,视技术上不合理的
22、作品为创新,对景观亦然,将稀奇古怪视为景观效果好,有创意而不注意桥梁结构与环境的协调,视景观设计非建筑师(房屋建筑领域)参与不可,或只需要建筑师即可.在国外建筑师(具备桥梁结构知识)参与桥梁设计,甚至国外有以建筑师为主进行桥梁方案设计,而我国现有建筑师大多对桥梁结构没有经验(熟悉房屋建筑结构),因此,他们只能起到评判和参谋的作用,这就需要我国桥梁界要有一批具备桥梁结构知识的建筑师,另一方面我国桥梁工程师需要加强桥梁美学修养,加强桥梁美学研究,真正的桥梁建筑师应该是桥梁工程师自己,事实上,目前国内对桥梁美学颇有研究的学者均为桥梁工程师出身.可喜的是,国内现也出现了少数桥梁景观设计公司,配合桥梁设
23、计单位进行桥梁方案设计.3结语以上简要回顾总结了我国大跨桥梁的建设成就,同时分析了与国外先进桥梁间的差距.差距有的表现在宏观水平上,其涉及国家的经济制度,综合国力和社会体制,也有的表现在具体细节上,如桥梁设计,施工和管理的理念.在其它方面,我们与国外先进水平之间也存在一定的差距,如在桥梁科研和关键技术研究方面,有大型桥梁结构的数值化,精细化分析,跟踪变形状态的非线性分析,考虑极限状态的全过程弹塑性稳定分析,全断面和复杂部位的三维空间分析,强震作用下的坍塌过程分析,非线性耦合风振分析等.在制造和架设方面有GPS定位,遥控管理和控制施工,智能化制造系统加工部件,巨型建设机器人整体安装等,在监测和管
24、理(下转第9页)于筋材约束土体侧向变形,客观上起到了减小路堤工后沉降的目的.3结论本文采用非线性有限元法就实际工况下软基上土工织物加筋路堤的应力与变形特性进行了深入研究,所得结论与建议可归纳如下:(I)在未进行任何地基处理的情况下,由于渗透性较低的缘故,软土孔隙压力的消散过程相当缓慢,因此到达固结稳定所需时间也较长.超静孔隙压力消散导致地基有效应力增加,从而地基塑性变形增大.(2)沿坐标方向,软基中与路堤中心线距离越小,顶部沉降变形越大.沿Y坐标方向,地基顶部竖向变形最大,随深度增加变形越来越小.(3)筋材内变形的非均匀性导致筋材出现拉伸应变.在路堤填筑阶段筋材应变呈振荡型变化,路堤竣工后应变
25、有所减小并区域稳定.(4)筋材主要作用在于协调土体变形,减小不均匀沉降;由于筋材约束土体侧向变形,客观上起到了减小路堤工后沉降的目的.现代交通技术2005年第4期一_-_-_-_-_-_-_-_-_-_一参考文献【l】SamM.B.Helwany,JonathanT.H.Wu.BurkhardFroess1.GRSbridgeabutmentsaneffectivemeanstoalleviatebridgeapproachsettlement.GeotextilesandGeomembrances,2003,2l:l77l96.【2】M.L.Lopes,M.Ladeira.Influence
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28、,报警和养护对策,智能化,信息化,远距离自动控制等.目前我国桥梁建设市场的发展速度很快.改革开放初期,我国的桥梁界比国外要落后60年.经过20年的赶超和实践,如今差距逐渐缩小.但是在今后的一段相当长的时期内,我国的造桥界有着许多实践机会,而国外先进国家的桥梁建设相应发展缓慢.随着我国经济建设的发展,大跨桥梁的建设取得了长足的进步,奠定了进一步缩小与国际先进水平差距的基础,但这需要多方面的共同努力,最关键最根本的是要完善我国现有的建设管理体制,吸收国外先进的建设管理经验,才能根本上解决这些问题,赶超世界先进水平.参考文献【l】项海帆.世界桥梁发展中的主要创新.组合结构桥梁与桥梁设计新理念高级研修
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