1、大跨度桥梁发展方向及台湾海峡桥梁方案上海市政工程设计研究总院上海市政工程设计研究总院林元培林元培一、概论一、概论 桥梁是一种跨过障碍物（河流或深谷等）的桥梁是一种跨过障碍物（河流或深谷等）的桥梁是一种跨过障碍物（河流或深谷等）的桥梁是一种跨过障碍物（河流或深谷等）的结构物。建造什么样的桥，影响因素很多大体上结构物。建造什么样的桥，影响因素很多大体上结构物。建造什么样的桥，影响因素很多大体上结构物。建造什么样的桥，影响因素很多大体上有：水文、气象、地质、环境、大气腐蚀、交通有：水文、气象、地质、环境、大气腐蚀、交通有：水文、气象、地质、环境、大气腐蚀、交通有：水文、气象、地质、环境、大气腐蚀、交
2、通规划、美学、桥位、材料选择、制造工艺、施工规划、美学、桥位、材料选择、制造工艺、施工规划、美学、桥位、材料选择、制造工艺、施工规划、美学、桥位、材料选择、制造工艺、施工工艺、结构分析、方案综合等。工艺、结构分析、方案综合等。工艺、结构分析、方案综合等。工艺、结构分析、方案综合等。其中最主要最主要的5个要点是：1 1、桥型选择桥型选择桥型选择桥型选择2 2、材料选择、材料选择、材料选择、材料选择3 3、施工工艺、施工工艺、施工工艺、施工工艺4 4、结构分析、结构分析、结构分析、结构分析5 5、方案综合优化、方案综合优化、方案综合优化、方案综合优化1.1 1.1 桥型选择桥型选择 在任何体系中有
3、一条近于水平线的构造在任何体系中有一条近于水平线的构造用来走人或车辆的结构称之为桥面构造。用来走人或车辆的结构称之为桥面构造。支承桥面构造的构造，称之为支承构造。支承桥面构造的构造，称之为支承构造。支承桥面构造的构造，称之为支承构造。支承桥面构造的构造，称之为支承构造。整个桥梁体系由桥面构造和支承构造组成，用（整个桥梁体系由桥面构造和支承构造组成，用（整个桥梁体系由桥面构造和支承构造组成，用（整个桥梁体系由桥面构造和支承构造组成，用（,）表示。表示。表示。表示。,号之左表示支承构造受力，号之左表示支承构造受力，号之左表示支承构造受力，号之左表示支承构造受力，,号之右表示桥面构造号之右表示桥面构
4、造号之右表示桥面构造号之右表示桥面构造受力。受力。受力。受力。凡受拉为主的构造记为凡受拉为主的构造记为凡受拉为主的构造记为凡受拉为主的构造记为“”，凡受弯为主的构造记，凡受弯为主的构造记，凡受弯为主的构造记，凡受弯为主的构造记为为为为“0 0”，凡受压为主的构造记为，凡受压为主的构造记为，凡受压为主的构造记为，凡受压为主的构造记为“”，则桥梁体系一切，则桥梁体系一切，则桥梁体系一切，则桥梁体系一切可能的排列为：可能的排列为：可能的排列为：可能的排列为：（,）（,0,0）（,）（0,0,）（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）拱桥梁桥悬吊桥1.1.11.1.1 拱桥体系拱桥体系 （
5、,）表示支承构造受压，桥面构造受压，表示支承构造受压，桥面构造受压，一般称为斜腿钢架一般称为斜腿钢架（,）（,0,0）（,）（0,0,）（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）1.1.1 1.1.1 拱桥体系拱桥体系 （,0,0）表示支承构造受压，桥面构造受弯，表示支承构造受压，桥面构造受弯，一般称为拱桥一般称为拱桥（,）（,0,0）（,）（0,0,）（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）1.1.1 1.1.1 拱桥体系拱桥体系 （,）表示支承构造受压，桥面构造受表示支承构造受压，桥面构造受拉，一般称为系杆拱桥拉，一般称为系杆拱桥 （,）（,0,0）（,）（0,0,）
6、（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）1.1.2 1.1.2 梁桥体系梁桥体系 （0,0,）表示支承构造受弯，桥面构造受压，一表示支承构造受弯，桥面构造受压，一表示支承构造受弯，桥面构造受压，一表示支承构造受弯，桥面构造受压，一般称为简支梁桥般称为简支梁桥般称为简支梁桥般称为简支梁桥 （,）（,0,0）（,）（0,0,）（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）1.1.2 1.1.2 梁桥体系梁桥体系 （0,00,0）表示支承构造受弯，桥面构造受弯，表示支承构造受弯，桥面构造受弯，表示支承构造受弯，桥面构造受弯，表示支承构造受弯，桥面构造受弯，一般称为连续梁桥一般称为连
7、续梁桥一般称为连续梁桥一般称为连续梁桥（,）（,0,0）（,）（0,0,）（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）1.1.2 1.1.2 梁桥梁桥体系 （0,0,）表示支承构造受弯，桥面构造受拉，表示支承构造受弯，桥面构造受拉，一般称为悬臂梁桥一般称为悬臂梁桥（,）（,0,0）（,）（0,0,）（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）1.1.3 1.1.3 悬吊体系悬吊体系 （,+,+）表示支承构造受拉，桥面构造受表示支承构造受拉，桥面构造受压，一般称为斜拉桥压，一般称为斜拉桥 比如说自锚式吊桥亦属斜拉桥比如说自锚式吊桥亦属斜拉桥（,）（,0,0）（,）（0,0,）（0
8、,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）1.1.3 1.1.3 悬吊体系悬吊体系 （,0,0）表示支承构造受拉，桥面构造表示支承构造受拉，桥面构造受弯，一般称为悬索桥受弯，一般称为悬索桥（,）（,0,0）（,）（0,0,）（0,00,0）（0,0,）（,）（,0,0）（,）综述上述讨论综述上述讨论：尽管桥梁可能有千姿百态，但从力学观点来看只有三尽管桥梁可能有千姿百态，但从力学观点来看只有三大体系：即拱桥体系，梁桥体系，悬吊体系。而每种体系大体系：即拱桥体系，梁桥体系，悬吊体系。而每种体系中其桥面构造只有三种可能受力即或受压力，或受弯曲，中其桥面构造只有三种可能受力即或受压力，或受弯曲，
9、或受拉力。所以桥型一切可能的排列只有九种，除第九种或受拉力。所以桥型一切可能的排列只有九种，除第九种桥型桥型（,），），），），表示支承构造受拉，桥面构造受拉，正在探表示支承构造受拉，桥面构造受拉，正在探索中，其他八种桥型都已变为现实。在具体的桥梁设计中索中，其他八种桥型都已变为现实。在具体的桥梁设计中可根据当地情况，适当地挑选几种桥型（或其组合）进行可根据当地情况，适当地挑选几种桥型（或其组合）进行方案比较即可。方案比较即可。不必沉思冥想。不必沉思冥想。1.2 1.2 材料的选择材料的选择 当前桥梁工程中所用的材料为石、木、混凝土、钢筋、当前桥梁工程中所用的材料为石、木、混凝土、钢筋、当前桥
10、梁工程中所用的材料为石、木、混凝土、钢筋、当前桥梁工程中所用的材料为石、木、混凝土、钢筋、低合金钢、钢材、高强钢丝、高碳纤维。钢筋与混凝土相结低合金钢、钢材、高强钢丝、高碳纤维。钢筋与混凝土相结低合金钢、钢材、高强钢丝、高碳纤维。钢筋与混凝土相结低合金钢、钢材、高强钢丝、高碳纤维。钢筋与混凝土相结合成钢筋混凝土构件克服了抗拉能力差的缺点，成了很好的合成钢筋混凝土构件克服了抗拉能力差的缺点，成了很好的合成钢筋混凝土构件克服了抗拉能力差的缺点，成了很好的合成钢筋混凝土构件克服了抗拉能力差的缺点，成了很好的梁柱构件。高强钢丝与钢筋混凝土相结合克服了钢筋混凝土梁柱构件。高强钢丝与钢筋混凝土相结合克服了
11、钢筋混凝土梁柱构件。高强钢丝与钢筋混凝土相结合克服了钢筋混凝土梁柱构件。高强钢丝与钢筋混凝土相结合克服了钢筋混凝土有徐变收缩的缺点可以制造出与钢构件相竞争的构件。钢材有徐变收缩的缺点可以制造出与钢构件相竞争的构件。钢材有徐变收缩的缺点可以制造出与钢构件相竞争的构件。钢材有徐变收缩的缺点可以制造出与钢构件相竞争的构件。钢材杆件由于其重量轻，强度高，施工简单，在土建工程中一向杆件由于其重量轻，强度高，施工简单，在土建工程中一向杆件由于其重量轻，强度高，施工简单，在土建工程中一向杆件由于其重量轻，强度高，施工简单，在土建工程中一向有很大市场。最新一种材料是高碳纤维其应用正在发展中，有很大市场。最新一
12、种材料是高碳纤维其应用正在发展中，有很大市场。最新一种材料是高碳纤维其应用正在发展中，有很大市场。最新一种材料是高碳纤维其应用正在发展中，其有强度高，重量轻的优点但价格十分昂贵，在工程中未能其有强度高，重量轻的优点但价格十分昂贵，在工程中未能其有强度高，重量轻的优点但价格十分昂贵，在工程中未能其有强度高，重量轻的优点但价格十分昂贵，在工程中未能大量推广，多应用于混凝土构件的修补和维护。随着生产工大量推广，多应用于混凝土构件的修补和维护。随着生产工大量推广，多应用于混凝土构件的修补和维护。随着生产工大量推广，多应用于混凝土构件的修补和维护。随着生产工艺改进，工程中不断推广，加大需求量，其价格会逐
13、步降下艺改进，工程中不断推广，加大需求量，其价格会逐步降下艺改进，工程中不断推广，加大需求量，其价格会逐步降下艺改进，工程中不断推广，加大需求量，其价格会逐步降下来。来。来。来。在桥梁中随着跨度的增大。混凝土材料，钢在桥梁中随着跨度的增大。混凝土材料，钢在桥梁中随着跨度的增大。混凝土材料，钢在桥梁中随着跨度的增大。混凝土材料，钢材的强度渐渐不够使用，例如混凝土预应力梁桥材的强度渐渐不够使用，例如混凝土预应力梁桥材的强度渐渐不够使用，例如混凝土预应力梁桥材的强度渐渐不够使用，例如混凝土预应力梁桥当跨度超过当跨度超过当跨度超过当跨度超过300m300m后应力几乎用足，只有提高标号后应力几乎用足，只
14、有提高标号后应力几乎用足，只有提高标号后应力几乎用足，只有提高标号或改变材料才能把跨度继续做大。又如在斜拉桥或改变材料才能把跨度继续做大。又如在斜拉桥或改变材料才能把跨度继续做大。又如在斜拉桥或改变材料才能把跨度继续做大。又如在斜拉桥中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大，最有利于中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大，最有利于中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大，最有利于中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大，最有利于同悬索桥的竞争。要推动桥梁跨度发展、材料的同悬索桥的竞争。要推动桥梁跨度发展、材料的同悬索桥的竞争。要推动桥梁跨度发展、材料的同悬索桥的竞争。要推动桥梁跨度发展、材料的发展是一根本问题。发展是一根本
15、问题。发展是一根本问题。发展是一根本问题。1.3 1.3 施工工艺施工工艺 施工工艺分制造工艺和安装工艺二部分，施工工艺分制造工艺和安装工艺二部分，施工工艺分制造工艺和安装工艺二部分，施工工艺分制造工艺和安装工艺二部分，制造工艺大多在工厂完成，工艺一般都比较制造工艺大多在工厂完成，工艺一般都比较制造工艺大多在工厂完成，工艺一般都比较制造工艺大多在工厂完成，工艺一般都比较成熟。成熟。成熟。成熟。而安装工艺同桥梁结构性质有关，应由而安装工艺同桥梁结构性质有关，应由而安装工艺同桥梁结构性质有关，应由而安装工艺同桥梁结构性质有关，应由设计单位与施工单位共同协商制定。设计单位与施工单位共同协商制定。设计
16、单位与施工单位共同协商制定。设计单位与施工单位共同协商制定。在桥梁跨度不大时，起重能力不大时容易安装，即使在桥梁跨度不大时，起重能力不大时容易安装，即使是混凝土构件在支架上现场浇筑也可建成。但当在大江大是混凝土构件在支架上现场浇筑也可建成。但当在大江大河上建筑桥梁时，就不可能搭支架去浇筑，也没有那么大河上建筑桥梁时，就不可能搭支架去浇筑，也没有那么大的起吊设备去吊装，必须要提出一套可操作的安装工艺，的起吊设备去吊装，必须要提出一套可操作的安装工艺，在不妨碍河道上的船舶通行情况下，一段段安装制造直至在不妨碍河道上的船舶通行情况下，一段段安装制造直至合龙。这一套安装工艺往往归结为一套设备或措施，其费合龙。这一套安装工艺往往归结为一套设备或措施，其费用称之为施工措施费。整个桥的造价大体上就是材料费加用称之为施工措施费。整个桥的造价大体上就是材料费加制作费加施工措施费等等。一套好的施工工艺将占有较小制作费加施工措施费等等。一套好的施工工艺将占有较小的施工措施费。桥梁的尺寸个性很强，这一套措施设备施的施工措施费。桥梁的尺寸个性很强，这一套措施设备施工完了以后在下一座桥梁中往往难于重复利用，所以深
