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【王用中】适时发展我国桥梁钢结构
2011-12-27 来源:作者:王用中 来源:中国桥梁网
一、我国是桥梁大国,桥梁建设迅速发展

    经过20世纪80年代的“学习和追赶”、90年代的“跟踪和提高”两个重要发展阶段,我国已成为桥梁大国。随着我国公路、铁路大规模的发展,我国桥梁数量比世界上任何一个国家都至少多2-3倍,而且拱桥、梁桥、斜拉桥三种桥型的跨度记录都突破了世界纪录,并还在超越,我国是当之无愧的桥梁大国。表1为世界前五名已建成大跨度斜拉桥,表2为世界前五名已建成的大跨度拱桥,表3为世界前五名已建成大跨度梁式桥,表4为世界前五名已建成的大跨度悬索桥。
  
表1-世界前五名已建成大跨度斜拉桥

序号 桥名 国家 建成年份 跨径(m) 塔型与 拉索种类 加劲梁形式
塔高(m)
1 苏通长江大桥 中国 2008 2×100+300+1088+300+2×100 倒Y形(砼)   钢箱梁
300.4
2 香港昂船洲大桥 中国 2009 3×70+80+1018+80+3×70 柱形(砼)   钢箱梁
298
3 湖北鄂东长江大桥 中国 2010 3×67.5+72.5+926+72.5+3×67.5 242.5   钢箱梁(钢混结合面设在主跨距塔12.5m处)
4 多多罗桥 日本 1999 270+890+320 倒Y型(钢) 平行钢丝 钢箱梁,两端105.5、62.5m砼梁,混合式
220
5 诺曼底桥 法国 1995 547.8+856+737.5 倒Y型(砼) 钢绞线 主跨钢箱梁624m,其余砼梁,混合式
202.7

表2-世界前五名已建成的大跨度拱桥

排名 所属国家 桥名 主跨(m) 建成年份
1 中国 重庆朝天门大桥 552 2009
2 中国 上海卢浦大桥 550 2008
3 美国 新河谷桥 518 1977
4 美国 贝永纳桥 504 1931
5 澳大利亚 悉尼港桥 503 1932
 
表3-世界前五名已建成的大跨度梁式桥
 
序号
桥名
跨径()
结构形式
所在国家
建成年份
1
重庆长江大桥复线桥
86.5+3×138+138+330
-砼组合连续刚构
中国
2006
104.5
2
Stolmasundet
94+301+72
PC连续刚构
挪威
1998
3
Rio Niteroi(尼特罗伊大桥)
300
钢梁桥
巴西
1974
4
Asuncion
270
多跨带铰PCT
巴拉圭
1979
5
虎门大桥副航道桥
150+270+150
PC连续刚构
中国
1997

表4-世界前五名已建成的大跨度悬索桥

排名

桥名

所属国家

主跨跨径(m)

建成年份

1

明石海峡大桥

日本

1991

1998

2

舟山西堠门大桥

中国

1650

2009

3

大海带桥

丹麦

1624

1998

4

润扬长江大桥

中国

1490

2005

5

亨伯大桥

英国

1410

1981

   
    桥型方案为2000-3000m跨度的悬索桥的建设方案已在琼州海峡大桥等多个工程中出现,建成后将突破世界纪录,届时悬索桥的最大跨纪录亦为我国所创造。

    跨海大桥的建设是国家综合实力的体现,近年来我国跨海大桥建设成果辉煌,从另一侧面反映了我国桥梁建设的发展。建成的东海大桥、杭州湾大桥、青岛海湾大桥均为世界较大规模的桥梁工程,最近开工的港珠澳大桥、金门大桥亦将享誉世界,在大桥建设领域里我们确实已成为当之无愧的桥梁大国,然就桥梁技术整体发展水平,我国桥梁建设还存在发展不平衡,精细化程度不够等诸多问题。

    作为我国结构工程的分部,如同我国结构工程一样,混凝土、预应力混凝土桥梁仍是主导桥型,由于基础设施的大规模投入,我国近年来混凝土用量已超过30亿m3,占世界混凝土用量的大部分,其耗用的砂、石料、水泥数量巨大,而水泥、骨料的生产以及产生的大量建筑垃圾让我们付出了巨大的环保代价。混凝土桥的质量控制与普遍出现的弊病及混凝土结构耐久性的质疑开始让工程界更多关注钢、钢混组合结构桥。相对混凝土预应力混凝土桥,钢、钢混组合结构桥具有质量易控制、施工快速、耐久性更有保证等特点,且随着经济的发展,造价与混凝土桥更有可比性,故而成为我国当前桥梁发展的技术方向。为此应采用钢、混凝土组合结构、推广钢结构以彻底改变我国工程结构以混凝土材料为主的现况,减少我国混凝土用量以与发达国家工程结构、桥梁结构发展趋势保持一致。

    二、我国是钢铁大国,钢桥的应用却差强人意

    自上世纪90年代,我国钢铁产量已连续十余年保持世界第一,并且遥遥领先于其它国家,2008年中国钢铁产量比排名2-8位的日本、美国、俄罗斯、印度等七个国家总各还多,图1为1996年到2008年世界粗钢总产量与我国产量对比,图2为2008年世界粗钢产量前9个国家产量对比。
   
    然而随着世界经济的不景气与有意识地对我国经济发展的打压,近年来我国钢铁工业面临国际铁砂价格上涨、钢铁出口受阻、产品滞销等问题(图3)。为保证我国钢铁工业正常发展,确有必要增大钢铁内需,即应在各工程领域扩大钢结构的应用。
    
  

图1-粗钢产量对比    图2-世界前九名国家粗钢产量对比
   


图3-中国钢材进出口和净出口量变化2005-2010
 
    随着钢铁总量的增加,钢铁产品品种丰富、质量提高,这两方面均达到了国际先进水平,与之应运而生的是工程钢结构应用的普及及与钢结构为依托的钢结构企业的发展,据统计我国已有30多家具有特级资质(年产量超过5万吨)、产品质量优良、管理科学的钢结构制造企业,其制造水平达到了国际先进水平;30多家具有实力的钢结构安装企业承担了国内重点大型钢结构工程安装,其新技术、新工艺、新设备层出不穷,其施工安装水平也达到了国际先进水平,建成了具有世界水准的钢结构工程,如鸟巢、重庆朝天门桥(图4)等标志性建筑。

   

图4—重庆朝天门大桥

    在桥梁建设领域,钢桥、钢-混凝土组合桥、钢管混凝土桥近年来在大桥建设中亦有日益广泛的应用,取得了令人瞩目的成就,上述500m以上大跨度悬索桥、斜拉桥的加劲梁多采用钢箱梁,大跨度拱桥中的钢拱、钢管混凝土拱桥占了主导地位(图4)。钢铁业的发展、钢结构的技术进步是适时地发展我国桥梁钢结构的前提。但相对于发达国家我国钢桥技术发展极不平衡,一方面是特大桥的高水准应用,另一方面是中小型钢桥的低水准应用且总量很少。截止到2008年底我国桥梁总数超过59万座,钢桥数量不足桥梁总量的1%,而美国60万座桥梁中钢桥占33%、日本13万座桥中钢结构桥占41%,、法国钢桥、钢混组合梁桥占了桥梁总量的85%,相对而言中国明显落后,我国钢桥应用的落后与我国当前综合国力不相应、与经济发展状况及发展方针不相应。

    三、顺应钢铁产业的发展,适时发展我国桥梁钢结构

    钢结构是节能、环保结构。钢材强度高,钢结构相对比较轻,施工安装较便利,构件尺寸相对较小,可以更有效利用材料,且可通过再利用、回炉等措施循环使用,故较少“建筑垃圾”问题。相对混凝土结构,钢结构延性更好,故安全贮备更大,抗震性能更好,故为结构工程界所推荐,属建筑结构、桥梁结构发展方向,顺应我国产业的发展方向,应使之成为我国桥梁主导结构桥型式。

    桥梁钢结构的发展紧随着钢材及其制造技术的进步而发展,钢桥在制造方面经历了钢钉连接、铆接、高强螺栓连接及焊接的发展过程。现代钢桥工厂制作全部为焊接,工地拼装也以焊接为主、高强度螺栓连接为辅。表5为我国铁路钢桥发展的5个标志性桥梁工程,显示出我国桥梁用钢由低碳钢—低合金钢—高强度钢—高性能钢的发展轨迹。

   表5-铁路钢桥的标志性发展阶段

大桥名称
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