| 国外桥梁发展动向和趋势 一、概述 一部桥梁发展的历史，是桥梁跨径不断增大的历史；是桥型不断丰富的历史；是结构不断轻型化的历史。 1、跨径不断增大 目前，钢梁、钢拱的最大跨径已超过500m，钢斜拉桥为890m，而钢悬索桥达1990m。随着跨江跨海的需要，钢斜拉桥的跨径将突破1000m，钢悬索桥将超过3000m。至于混凝土桥，梁桥的最大跨径为270m，拱桥已达420m，斜拉桥为530m。 2、桥型不断丰富 本世纪50～60年代，桥梁技术经历了一次飞跃：混凝土梁桥悬臂平衡施工法、顶推法和拱桥无支架方法的出现，极大地提高了混凝土桥梁的竞争能力；斜拉桥的涌现和崛起，展示了丰富多彩的内容和极大的生命力；悬索桥采用钢箱加劲梁，技术上出现新的突破。所有这一切，使桥梁技术得到空前的发展。 3、结构不断轻型化 悬索桥采用钢箱加劲梁，斜拉桥在密索体系的基础上采用开口截面甚至是板，使梁的高跨比大大减少，非常轻颖；拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系；梁桥采用长悬臂、板件减薄等，这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。 二、以下分别就各种桥型，进行简述。 梁桥 梁桥仍然是最常用的一种桥型，目前，国外跨径在15m以下，用钢筋混凝土梁桥；以上则用预应力混凝土梁桥；跨径25-40m，往往用结合梁桥或预弯预应力梁桥。从50年代德国首次采用平衡悬臂施工法修建跨径114.2m的Worms桥以后，混凝土梁桥也用于大跨径桥梁。最大的混凝土梁桥，国外是跨径270m的巴拉圭Asuncion桥。 钢梁桥一般用于大跨径，尤其是桁架梁，用于特大跨径。最大的钢桁梁桥，是跨径549m的加拿大魁北克桥，为悬臂梁桥，公铁两用。 1、混凝土连续梁和连续刚构桥有了快速发展。 交通运输的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的T型刚构已经不能满足要求，因而连续梁和连续刚构得到了迅速发展。 连续梁的不足之处是需用大吨位的盆式橡胶支座，养护工作量大。连续刚构的结构特点是梁保持连续，梁墩固结。既保持了连续梁行车平顺舒适的优点，又保持了T型刚构不设支座减少养护工作量的优点。 2、预应力应用更加丰富和灵活 部分预应力在公路桥梁中得到较广泛的采用。不仅允许出现拉应力，而且允许在极端荷载时出现开裂。其优点是，可以避免全预应力时易出现的沿钢束纵向开裂及拱度过大；刚度较全预应力为小，有利于抗震；并可充分利用钢筋骨架，减少钢束，节省用钢量。 体外预应力得到了应用与发展。体外预应力早在本世界20年代末就开始应用，70年代后应用多了起来。体外配索，可以减小截面尺寸，减轻结构恒载，提高构件的施工质量；力筋的线型更适合设计要求，其更换维修也较方便。加固桥梁时用体外索更是方便。著名的美国Longkey桥，跨径36m，即是采用了体外索。 大吨位预应力应用增加。现在不少桥梁中已采用每束500t的预应力索。预应力索一般平弯，锚固于箱梁腋上，可以减小板件的厚度，减轻自重，局部应力也易于解决。 无粘结预应力得到了应用与发展。无粘结预应力在国外50年代中期广泛用于建筑业，美国目前楼板中，99%采用现浇无粘结预应力。无粘结预应力结构施工方便，无需孔道压浆，修复容易，可以减小截面高度；荷载作用下应力幅度比有粘结的预应力小，有利于抗疲劳和耐久性能。 双预应力，即除用预张拉预应力外，还采用了预压力筋，使梁的载面在预拉及预压力筋作用下工作。简支梁双预应力梁端部的局部应力较大，后来日本将预压力筋设在离端部一定距离的上缘预留槽中，而不是锚在梁端部，使局部应力问题趋于缓和。 国外还较多应用预弯预应力梁。预弯预应力梁是在钢工字梁上，对称加两集中力，浇筑混凝土底板，卸除集中力，这样底板混凝土受到预压，然后再浇筑腹板和顶板混凝土。有的国家如日本已有浇筑好底板的梁体作为商品供应。 3、箱梁内力计算更切合实际 对于箱梁，必要时需考虑约束扭转、翘曲、畸度、剪滞的内力。由于剪滞的影响，箱梁顶底板在受弯情况下，其纵向应力是不均匀的，靠箱肋处大，横向跨中处小。配筋时要用有效宽度。目前已按试验结果，将纵向应力按多次抛物线分布，得出实用结果。 箱梁温差应力的计算。箱梁由于架设方向及环境的不同，会承受不同的温差。温差应力必须考虑，在特定的情况下，温差应力很大，甚至超过荷载应力。因此，必须按照现场可能出现的温差，计算内力，加以组合，进行配筋。 按施工步骤计算恒载内力。按结构的最终体系计算恒载内力，往往并不是实际的内力。必须按照施工顺序，逐阶段地进行计算，在计算中考虑混凝土龄期不同的徐变收缩影响。这样，既得到了各施工阶段的控制内力，又得到了结构形成时的内力和将来的内力。 同样，也必须考虑施工顺序步骤计算挠度，并反算得到预拱度。 4、施工方法丰富先进 近年来悬臂施工法中悬拼的应用有所增加。各节段间带有齿槛，涂环氧，使连接良好，并增大抗剪能力。可以缩短工期，特别是利用吊装能力大的浮吊时，可加大节段长度，则更能加快施工进度。国外悬拼最大的桥为跨径182.9m的澳CaptainCook桥。顶推施工法也处在不断发展过程，一开始是集中顶推，两则各用一个千斤顶推动，而且用竖向千斤顶以使水平千斤顶回程。以后发展成为多点顶推，使顶推力与摩阻力平衡，使顶推法可用于柔性墩，同时也不使用竖向千斤顶。在这以后，又有下列发展： (1)用环形滑道，不必喂氟板。 (2)支座设在梁上，不需顶推后重行设置。 (3)拉索锚具可自动开启或闭锁。梁前进时锚定，千斤回程时自动开启。 (4)在横向中央设一个滑道，避免两侧滑道时必须两侧同步，特别适用于平曲线梁的顶推。 目前，顶推施工法不仅用于直线梁，而且用于竖曲线上的梁，以及平曲线上的梁。香港曾把顶推法成功地使用在处在切线、缓和曲线和R=430m圆曲线的梁上，把线形用最接近的圆曲线来模拟，其差值藉调整箱顶板的悬臂长度来补偿。同时因为超高的不同，箱梁腹板的高度也是变化的；在处于3%纵坡和竖曲线的梁，则使板底保持同一个纵坡而改变箱高。因此，箱梁几何尺寸、浇筑平台的模板系统大为复杂，但胜利建成，为顶推法提供了新的经验。 80年代，逐跨拼装法在国外得到较多的应用。美国LongKey桥101孔，每孔36m，用可移动桁架，用浮吊将梁块件放在桁架上就位，一次张拉，完成整孔，每周完成三孔。 斜拉桥 自1955年瑞典建成第一座现代斜拉桥--跨径186.2m的Stromsund桥以来，至今已有40多年了，斜拉桥的发展，方兴未艾，具有强烈的势头，并开始出现多跨斜拉桥。结构不断趋于轻型化；从初期的钢斜拉桥，发展为混凝土梁、结合梁和混合式斜拉桥。跨径不断增大：已建成最大跨径斜拉桥为跨径856m法国Normandy桥，跨径890m的日本多多罗桥正在建设中，跨径1000m以上的斜拉桥在不久的将来即会出现。 1、斜拉桥的发展阶段 斜拉桥的发展，经历了以下三代： (1)用环形滑道，不必喂氟板。 (2)支座设在梁上，不需顶推后重行设置。 (3)拉索锚具可自动开启或闭锁。梁前进时锚定，千斤回程时自动开启。 (4)在横向中央设一个滑道，避免两侧滑道时必须两侧同步，特别适用于平曲线梁的顶推。 目前，顶推施工法不仅用于直线梁，而且用于竖曲线上的梁，以及平曲线上的梁。香港曾把顶推法成功地使用在处在切线、缓和曲线和R=430m圆曲线的梁上，把线形用最接近的圆曲线来模拟，其差值藉调整箱顶板的悬臂长度来补偿。同时因为超高的不同，箱梁腹板的高度也是变化的；在处于3%纵坡和竖曲线的梁，则使板底保持同一个纵坡而改变箱高。因此，箱梁几何尺寸、浇筑平台的模板系统大为复杂，但胜利建成，为顶推法提供了新的经验。 80年代，逐跨拼装法在国外得到较多的应用。美国LongKey桥101孔，每孔36m，用可移动桁架，用浮吊将梁块件放在桁架上就位，一次张拉，完成整孔，每周完成三孔。 桥梁基础 基础尤其是大跨径桥梁的深水基础，往往需要解决施工技术上的许多难点，也往往是控制整个桥梁工程进度的关键工程，其费用也占桥梁造价相当大的比重。 近年来，国外都修建了不少跨越大江大河、甚至跨越海湾的深水基础，取得了很大的成绩与不少新经验：大直径钢管桩、大直径混凝土灌注桩和空心桩、复合基础均得到较广泛的采用，地下连续墙已开始在桥梁基础中采用，超大的沉井也已经出现并顺利设置或下沉。这一切都标志着，桥梁基础工程技术已取得了很大的发展。 下面按基础的主要类型进行介绍。 １、大直径钢管桩、柱 具有施工工艺简便、速度快，可沉入很深土层等优点，近年来发展很快，日本大量采用。 大直径钢管桩用作摩擦桩，经历两个阶段：初期一般在管内浇筑混凝土，以防止钢管的锈蚀。这样做也会带来一些不利影响：需在管内取土，而对提高桩的承载能力作用不大；增大了桩的刚度，在地震时使桩顶受力增大；增加了施工难度与造价。 以后逐渐倾向于管内不填混凝土，由于管内土存在闭塞效应，因此钢管桩的承载能力比钢管外壁土壤摩阻力要增大不少。而闭塞效应的机理目前还不很清楚，因此往往通过静载试验来确定其承载力。具体实例如，日本跨径240m的滨名大桥每主墩采用49根直径1.6m钢管桩，组成水上承台。 在冲刷深、复盖层较薄时，往往将钢管桩沉至岩面钻孔嵌岩，成为管柱基础。这时往往用混凝土填实。如日本主跨为220m及185m的内海大桥，水中四个深水墩均采用直径2m的钢管柱基础 2、大直径钻孔灌注桩 大直径灌注桩具有承载力大、刚度大、施工快、造价省的优点。国外很多采用直径2～4m的大直径钻孔桩；而且往往采用扩孔方法，直径可达3～4m，而在日本横滨港横断大桥-跨径460m的钢斜拉桥的基础中，将多柱基础嵌岩扩孔至直径10m，是目前世界最大的嵌岩直径。 在连续结构、尤其是连拱或连续斜拉桥设计中，刚度起关键作用，以减少下部构造的水平位移，减少由此引起的附加内力。这时桩基水平向承载力不控制设计，而是刚度控制设计，大直径灌注桩具有非常明显的优势。 ３、沉井 沉井基础承载能力大，刚度大，可以适用于深水，但体积庞大，随着桩基的广泛采用,沉井的应用范围有所减少。不过在特大跨径的桥梁中，沉井仍为主要基础型式之一。 在大跨径桥梁的深水基础中，底节多采用浮式钢壳沉井，用双壁空心结构，浮运至墩位，灌水落床，再浇筑混凝土，接高下沉，直至设计标高。日本明石海峡大桥，最大施工水深60m，两主塔分别采用直径80m和78m、高70m和67m的浮式钢壳沉井，壁厚12m，分为16个舱，是目前规模最大的桥梁沉井基础。其特点是设置沉井，用大型抓斗挖泥船开挖至海底支承地基，整平岩基，再用切削机磨平，然后设置沉井，在其周围抛石进行冲刷防护，最后沉井内进行水下混凝土施工。日本濑户大桥也用同样方法施工。 4、复合基础 将桩或管柱与沉井组合的一种深水基础。沉井下到一定深度,封底，然后钻孔，将沉井内的桩嵌岩，沉井封底与桩或柱共同受力。 其优点是： i)可以降低承台的高度。 ii)可提供桩的施工场地。 iii)适应性强,尤其适应在岩面标高差异很大以及落差较大的河流。 iv)沉井可作防撞设施，保护桩及墩身。 日本跨径420m的公铁两用斜拉桥--柜石岛桥3#墩岩面倾斜，水深近20m，采用46×29×30.5m钢壳设置沉井与16根4m直径的灌注桩组合的复合基础。 |
