林元培

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200092）

中國(guó)橋梁的發(fā)展

林元培

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200092）

林元培福建莆田人，橋梁專(zhuān)家，中國(guó)工程院院士，現(xiàn)為上海市政工程設(shè)計(jì)研究院資深總工程師。長(zhǎng)期從事橋梁理論研究與橋梁工程設(shè)計(jì)。主持設(shè)計(jì)的工程有上海的南浦大橋、楊浦大橋、徐浦大橋、盧浦大橋、東海大橋，重慶的嘉陵江石門(mén)大橋、李家沱長(zhǎng)江大橋、鵝公巖長(zhǎng)江大橋等所有橋型。目前從事橋梁體系理論及大跨度風(fēng)、車(chē)、橋聯(lián)合振動(dòng)理論研究。

人類(lèi)自有交通即有橋梁，它不僅是交通工具，亦是建筑物，它蘊(yùn)含著當(dāng)代科學(xué)與藝術(shù)的成就，歷經(jīng)千年傳承和發(fā)展，形成獨(dú)特的橋文化。橋梁的型式大體有4種：梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋。下面就這4種橋型的特點(diǎn)和技術(shù)進(jìn)步的方向作闡述。

梁橋

鋼梁橋國(guó)際上有跨度548 m的加拿大魁北克橋，我國(guó)有跨度192 m的宜賓金沙江鐵路橋。預(yù)應(yīng)力混凝土橋國(guó)際上有跨度301 m的挪威斯托爾馬橋，我國(guó)有跨度330 m的重慶石板坡橋。在跨度上我國(guó)處于國(guó)際先進(jìn)水平。

梁橋以預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁較為經(jīng)濟(jì)，但這種材料具有徐變收縮的特點(diǎn)，施工前很難預(yù)測(cè)其參數(shù)，導(dǎo)致預(yù)拱度很難正確預(yù)留。其解決的途徑是在構(gòu)造上預(yù)留張拉體外預(yù)應(yīng)力位置和錨頭位置。當(dāng)過(guò)量的徐變發(fā)生時(shí)，即張拉體外預(yù)應(yīng)力使其下垂撓度回升。同樣，在軟土地基上建造連續(xù)梁時(shí)須預(yù)留頂升構(gòu)造，一旦沉降過(guò)量即調(diào)整支座標(biāo)高，保證結(jié)構(gòu)不開(kāi)裂。這種橋型經(jīng)濟(jì)跨度在300 m以?xún)?nèi)，優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低、剛度好，可以大規(guī)模機(jī)械化施工。若要超過(guò)這跨度，必須與同跨度的其他橋型作經(jīng)濟(jì)比較后再定案。

拱橋

鋼拱橋國(guó)際上有跨度518 m的美國(guó)新河谷橋，我國(guó)有跨度550 m的上海盧浦大橋?；炷凉皹驀?guó)際上有跨度390 m的原南斯拉夫克爾克橋，我國(guó)有跨度420 m的重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋。在跨度上我國(guó)拱橋處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

這種橋型剛度好，是其他橋型所不及，在高速鐵路上行駛平穩(wěn)，不易脫軌。但由于施工階段受力狀態(tài)與運(yùn)行階段受力狀態(tài)不一致，導(dǎo)致施工措施費(fèi)較高，所以拱橋技術(shù)進(jìn)步的方向首先是降低其施工措施費(fèi)。

在結(jié)構(gòu)分析方面應(yīng)注意到由于近代橋梁允許采用電焊工藝，可以制造巨型閉口箱型斷面，其單元?jiǎng)偠葹?4×14矩陣，而一般開(kāi)口斷面其單元?jiǎng)偠葹?2×12矩陣，二者計(jì)算結(jié)果相差較大。

拱橋具有剛度和美學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。首先在跨度上推進(jìn)，目前可行的跨度在550 m左右，其跨度的潛力尚未完全發(fā)揮，應(yīng)向800 m推進(jìn)，與斜拉橋在剛度上進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

斜拉橋

斜拉橋國(guó)際上有2012年建成1104 m的俄羅斯拉斯基島橋，而我國(guó)在2008年就建成1088 m的蘇通大橋，跨度上我國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

在結(jié)構(gòu)分析方面應(yīng)該注意到大跨度斜拉橋在結(jié)構(gòu)形成時(shí)，其初始恒載內(nèi)力已經(jīng)相當(dāng)大，在計(jì)算活載引起的內(nèi)力和變形時(shí)其初始內(nèi)力存在與不存在的單元?jiǎng)偠染仃囃耆灰粯樱?jì)算結(jié)果有較大的差別。

由于高強(qiáng)鋼絲出現(xiàn)，它能在較大跨度情況下鋼絲垂度較小，致使其表觀彈性模量較大。但如今斜拉跨度已達(dá)1000 m以上，其垂度已較大，致使其表觀彈性模量降低。若再不采取構(gòu)造措施，斜拉橋剛度將和懸索橋相差不多，斜拉橋剛度優(yōu)勢(shì)將逐漸失去。為此應(yīng)在斜拉橋中最長(zhǎng)索的中點(diǎn)設(shè)置支承，支承該鋼索和其他鋼索，提高剛度與懸索橋剛度再競(jìng)爭(zhēng)。

這種橋型造型堅(jiān)挺，線條流暢，結(jié)構(gòu)為自錨式不需錨錠，在同等跨度下與懸索橋相比剛度好、造價(jià)低。因此應(yīng)擴(kuò)大其使用范圍，要在跨度上進(jìn)行推進(jìn)。目前可行的跨度僅在1100 m左右，其跨度潛力仍未充分發(fā)揮。應(yīng)爭(zhēng)取在1500 m跨度內(nèi)斜拉橋取代懸索橋。

懸索橋

懸索橋國(guó)際上有跨度1990 m的日本明石海峽大橋，我國(guó)有跨度1650 m的舟山西喉門(mén)大橋，在跨度上我國(guó)處于國(guó)際先進(jìn)水平。

在結(jié)構(gòu)分析上應(yīng)解決好風(fēng)、車(chē)、橋共同振動(dòng)問(wèn)題。斯堪倫教授曾通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)解決橋梁的顫振風(fēng)速問(wèn)題，但結(jié)構(gòu)會(huì)在小于顫振風(fēng)速情況下，風(fēng)、車(chē)、橋聯(lián)合振動(dòng)亦能使橋梁的應(yīng)力和變形超過(guò)規(guī)范允許值，這問(wèn)題已經(jīng)開(kāi)始研究。

這種橋型目前跨度最大，非其他橋型所能及，且造型優(yōu)美，但每平方米造價(jià)最高。傳統(tǒng)的懸索橋有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是鋼纜不能更換，影響使用壽命。二是大跨度時(shí)橫斷面轉(zhuǎn)角較大，影響行車(chē)速度。今后在構(gòu)造上應(yīng)將傳統(tǒng)的兩根鋼纜左右布置改成上下布置，每根鋼纜用兩根斜吊桿各與橋面左右端連接，形成等腰三角形的橫斷面布置，這樣鋼纜可以更換，橫斷面轉(zhuǎn)角較小。

以上談了4種橋型，但在一個(gè)工程中只能有一個(gè)橋型。往往是做了幾個(gè)橋型方案，從中優(yōu)選一個(gè)。主要從風(fēng)險(xiǎn)、造價(jià)、美觀三者之間反復(fù)權(quán)衡。其中的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自于創(chuàng)新，若不創(chuàng)新，按老辦法去做，就沒(méi)有什么風(fēng)險(xiǎn)。但創(chuàng)新能帶來(lái)效益，所以橋梁創(chuàng)新就是永恒的主題。風(fēng)險(xiǎn)的背后必有幾個(gè)創(chuàng)新者不放心的問(wèn)題，這些問(wèn)題必須要有解決預(yù)案。這些預(yù)案沒(méi)有先例，是否可靠可先在實(shí)驗(yàn)室或中小橋中去試驗(yàn)，直到成功為止。然后用在創(chuàng)新工程中，使風(fēng)險(xiǎn)大為降低。但最關(guān)鍵的問(wèn)題是這些不放心的問(wèn)題是否已充分提到，不要在工程實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的是沒(méi)有提到的問(wèn)題，致使工程因沒(méi)有預(yù)案而蒙受重大損失。這種事在橋梁史中已出現(xiàn)多次。創(chuàng)新能否成功同創(chuàng)新者的經(jīng)驗(yàn)、素質(zhì)有很大關(guān)系。

關(guān)于造價(jià)，只要橋型一定，即可量化。另外美觀也是重大問(wèn)題，每座橋梁都要經(jīng)得起百年欣賞。風(fēng)險(xiǎn)、造價(jià)、美觀三者既獨(dú)立，總體上又相互制約。幾種橋型方案往往是各有利弊，最后經(jīng)各方面推敲，選出一種橋型。

中國(guó)橋梁歷史悠久，長(zhǎng)期在自力更生條件下吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)再創(chuàng)新，對(duì)世界橋梁作出重大貢獻(xiàn)。我們將不斷創(chuàng)新，在國(guó)際上多參與競(jìng)爭(zhēng)，多參加投標(biāo)、承包，作出新貢獻(xiàn)，從橋梁大國(guó)走向橋梁強(qiáng)國(guó)。

—— 摘自《科技導(dǎo)報(bào)》2015年 第22期 第1頁(yè)