到2020年末,我国现代桥梁总数已超越100万座,世界排名前十位的各类型桥梁中,我国独占半壁河山。世界第一高桥、世界第一长桥、世界最长公铁两用斜拉桥、世界最长跨海大桥……不断改写着世界桥梁制作的纪录。在中央电视台财经频道《我国经济大讲堂》节目中,我国工程院院士、桥梁工程专家秦顺全为旗帜深度解读了我国桥梁为什么能发明许多“世界第一”。
桥梁是一种跨过妨碍的承重结构,它是由若干构件组成的。从构件这个层面来讲,它的受力形状只要三种:受拉、受压和受弯。桥梁构件的受拉才干是最强的,受压才干次之,受弯才干是最弱的。构件的这三种受力形状组合成了四种最基本的桥型:悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥。
所谓悬索桥,是经过悬挂于索塔、锚固于两岸的一根主索作为首要的承载结构的桥梁。主索是用于受拉的,承载才干最大。在所有桥型中,悬索桥的跨过才干是最大的。
斜拉桥是一种用高强度的拉索将主梁斜向拉于主塔之上的桥梁。斜拉桥中,拉索是受拉的部分,它的承载力比较强。主梁首要是受压的,这种拉和压的组合决议了斜拉桥的跨过才干小于悬索桥,但又强于拱桥或梁桥。现代大多数的大跨度桥梁都是悬索桥和斜拉桥。
拱桥是经过一种弧形的结构,将竖向的荷载转化为拱轴线受压的桥梁。它的跨过才干小于斜拉桥,更小于悬索桥。我国古代庖动听民建成了许多石拱桥,包含河北的赵州桥、姑苏的宝带桥、北京的卢沟桥和颐和园的玉带桥等等。
梁桥是最陈旧的桥型,最早以树干和石板作为承重结构,它是以构件的受弯作为首要特征。因为构件的受弯才干是最弱的,所以梁桥的跨过才干也是最小的。可是,梁桥的结构十分简略,施工便利,当对跨过才干要求不高时,一定会挑选梁桥,因为它最经济。世界上绝大多数的桥梁都是梁式结构。我国有什物考古依据的最早的成规划的桥梁,是陕西咸阳的沙河桥,其间的一号桥建于战国晚期或是秦迁都咸阳不久,桥宽16米,在古桥中算是规划十分大的了。
桥梁的跨度越大,意味着技能难度越大,所以旗帜经常用桥梁的跨度来大致衡量一座桥梁制作的技能水平。到现在为止,四种桥梁跨度的世界纪录是多少呢?最长的悬索桥到达2023米,是土耳其的恰纳卡莱大桥。最长的斜拉桥为1176米,是我国的常泰长江大桥。最长的拱桥600米,是我国广西的天峨龙滩特大桥。最长的梁桥300米,是重庆的石板坡长江大桥。
制作武汉长江大桥的想象,最早是由湖广总督张之洞在清政府建筑京汉铁路的时分提出的,但因为建筑难度太大,没有施行。1913年、1929年、1936年、1946年,从前四次对武汉长江大桥进行了比较体系的规划和规划,但因为种种原因,终究都没有施行。
新我国建立今后,我国才真实拉开了制作现代化桥梁的前奏。1950年,全国桥梁精英会聚武汉,在苏联专家的协助下,武汉长江大桥于1955年开工制作,1957年10月15日建成通车。它是新我国建立今后制作的第一座长江大桥,一起也是我国历史上在长江干流上制作的第一座大桥。
第一个是建成学会阶段,指的是20世纪50年代。在建成武汉长江大桥的一起,旗帜也学会了怎么制作现代化的大型桥梁。这个阶段有两个标志性的工程:一个是1960年旗帜自主建成了重庆的白沙沱长江大桥。另一个是1960年旗帜又自主建成了京广线的郑州黄河新桥。为什么把它称为黄河新桥?因为这座桥替代了1906年由比利时人制作的郑州黄河老桥。
第二个是自主探究阶段,首要是20世纪60、70年代,其首要标志是南京长江大桥的自主规划与制作。在南京长江大桥的制作过程中,苏联对旗帜实行了全面的技能封闭,独当一面、自给自足的政策一直贯穿戴南京长江大桥制作的全过程。
首要,南京长江大桥桥址的水深和地质条件的杂乱程度超越了武汉长江大桥,根底工程的难度十分大。施工中最大的困难是根底的水下作业。其时世界上普遍认为,50米水深是空气潜水的极限,而南京长江大桥根底沉井的水底深度到达66米。怎么办呢?在水兵第六研讨所的协作下,大桥制作者提出了水面吸氧减压法这一潜水计划。更要害的是,潜水工人们发扬了勇于献身的奉献精神,冒着生命危险,用一般的设备发明了世界潜水史上的奇观,其间有96人次深潜到了70米的水深,总算完结了水下的根底工程。
其次,我国原先没有自己出产的桥梁钢,大桥制作者战胜各种困难,成功研发出了桥梁钢。深水根底技能的自主探究和桥梁钢的研发成功,为我国大规划自主制作大型桥梁发明了条件。
与此一起,我国桥梁工程师从国外的杂志上零零星星得到了一些关于斜拉桥的信息。混凝土斜拉桥是1956年德国工程师创始的,是适合于大跨度桥梁的一种新桥型,20世纪70年代的时分现已在欧美地区大范围运用。我国桥梁工程师所以着手从每一个技能细节开端进行困难的探究。1975年,旗帜国家建成了云阳汤溪河桥,它是我国第一座实验性的公路斜拉桥。到1981年,又建成了我国第一座铁路斜拉桥湘桂铁路红水河大桥。在这一时期,我国对新技能的困难探究为变革开放今后的大规划桥梁制作打下了根底。
第三个是学习追逐阶段,指的是20世纪80年代。在这个时期,大跨度的接连梁桥、斜拉桥和悬索桥成为趋势。比方,澳大利亚建成了Gateway桥,它的主跨到达260米,用混凝土制作。美国的Dames Point桥是混凝土的斜拉桥,跨度近400米。加拿大的Annacis桥是一座钢和混凝土结合的斜拉桥,主跨到达了465米。我国桥梁工程师看到了旗帜的技能水平与国外的距离,迈开了学习追逐的脚步。
其间最有代表性的是上海的南浦大桥。在南浦大桥制作之前,上海市区范围内黄浦江上没有一座桥,交游浦东和浦西彻底赖轮渡。因为航道的要求,南浦大桥有必要一跨过江,跨度超越了400米,而之前我国还没有制作这么大跨度桥梁的成功阅历。所以,在一开端的规划阶段从前有请外国人来规划南浦大桥的主意,可是终究仍是挑选了由旗帜我国人自主制作。南浦大桥于1988年开工,1991年建成通车,对浦东的大开发起了重要作用,一起也增强了旗帜自主制作大跨度斜拉桥的决心。
第四个是前进猛进阶段,是指20世纪90年代。这个时期,我国桥梁制作进入了一个黄金期。在悬索桥方面,1995年建成了广东汕头海湾大桥,主跨到达452米,这也是我国第一座现代化的悬索桥。1999年,我国建成了主跨为1385米的江阴长江大桥,这是我国桥梁的跨度第一次突破了千米等级。能够说,在20世纪90年代,我国桥梁全面把握了世界最早进的技能。
第五个是立异引领阶段,首要是指21世纪的第一个20年。我国桥梁不断开拓立异,一步一个脚印,逐渐完结了在跨海大桥、高速铁路大桥和跨过繁忙水域桥梁技能等方面在世界上的抢先。这个时期代表性的桥梁有:东海大桥,它是我国第一座跨海大桥;武汉天兴洲长江大桥,主跨为504米,它是世界上第一座三索面的公铁两用斜拉桥;泰州长江大桥,有两个1080米的主跨,它是世界上第一个跨度超越千米的多塔悬索桥;杨泗港长江大桥,主跨为1700米,是世界上最大跨度的双层承载的公路悬索桥;沪苏通长江大桥,主跨为1092米,是世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥。
从世界范围来看,大跨度桥梁20世纪70、80年代首要在欧美,20世纪90年代在日本,21世纪则在我国。旗帜完结了技能上的立异引领,我国桥梁成为我国制作的一张嘹亮的手刺。
赵州桥是一座石拱桥,跨度为37米,假如旗帜用现代的技能来制作一座石拱桥,跨度最大能做到多大呢?2000年的时分,我国工程师从前在丹河大桥做过测验,它的跨度能够做到146米。《清明上河图》中的木桥跨度大约是20米,假如旗帜用今日的现代技能来造一座木桥,最大跨度又能做到多少呢?2013年,旗帜又在姑苏的胥江桥做过测验,它的跨度能够到达75.5米。
今日的桥梁大多要到达千米级的跨径,才干满意通航的需求。而整个桥梁的承载力80%是用来扛自己的分量,削减本身的分量是前进跨过才干的一个十分重要的途径。所以,在大跨度桥梁的制作中,高强度、高功用的资料是重中之重。
制作武汉长江大桥只花了两年零一个月的时刻,而南京长江大桥的制作花了9年多的时刻,其间最重要的一个要素便是制作用的钢材遇到了问题。桥梁钢是一种比较特别的资料,除了需求较高的承载力之外,对资料的塑性、耐性要求都十分高。在新我国建立之前,我国没有才干出产自己的桥梁钢,所以在武汉长江大桥制作的时分,大部分都选用了苏联供给的低碳钢。1956年决议建筑南京长江大桥时,旗帜向苏联订货了大桥所需求的3.2万吨钢材,可是1960年,中苏关系决裂,苏联回绝持续供给大桥剩下的钢材。为了处理桥梁钢的卡脖子难题,旗帜提出了“自给自足、发愤图强”的标语。桥梁工程专家方秦汉先生与鞍钢联合攻关,经过在炼钢中参加合金元素锰和优化钢材的轧制工艺,重复实验,战胜重重困难,于1963年总算研发成功了16锰桥梁钢。它被称为我国人民的“争光钢”,不光满意了南京长江大桥制作的需求,还成为20世纪70、80年代首要的桥梁用钢。
到了20世纪90年代初,旗帜计划建筑芜湖长江大桥,因为航道的需求,它的主跨到达了312米,16锰桥梁钢的强度和功用现已不能满意要求,其时符合要求的只要国外的钢材。旗帜向外方进行询价,外方开出了每吨600美元的高价。这时分,方秦汉先生又一次带领团队与武钢进行联合攻关,经过降硫、降磷、加铌的技能手段,到1997年大桥开工之前,成功研发出了满意要求的14锰铌桥梁钢,也便是旗帜现在规程中的Q370.Q370研发成功今后,外方的报价立刻降到每吨400美元,和其时Q370的价格相差不多,可是旗帜仍是坚定地挑选了国产钢材。因为这一正确的挑选,不光芜湖长江大桥选用了国产钢材,一起也使这种钢材在全国其他工程上得到了大规划推行和运用。因为运用规划的添加,钢材的价格下降了,质量前进了。从此,我国桥梁只用我国钢。
从那时起,旗帜就紧盯世界桥梁钢的先进水平,不断研发高功用的桥梁钢,意图是满意桥梁跨度不断添加的需求。到2003年,旗帜成功研发了Q420的桥梁钢,首要运用在京沪高铁的南京大胜关长江大桥上。到2014年,旗帜又成功研发了Q500的桥梁钢,它的研发成功标志着我国的桥梁钢形成了一个齐备的系列,它的技能指标现已到达了世界先进水平。可是,旗帜仍没有停下脚步,2017年,在毛新平院士的掌管下,旗帜开端研讨Q690的桥梁钢,并在武汉江汉七桥上运用。经过不懈的尽力,我国桥梁钢完结了从被卡脖子到奋力追逐,再到技能引领的跨过。
关于建桥资料而言,除了钢材之外,还有混凝土和高强度钢丝。我国的混凝土技能在功用、外加剂、泵送才干等方面也现已到达世界先进水平。旗帜研发的高功用混凝土的抗压强度到达了200兆帕,这个强度现已相当于武汉长江大桥制作中运用的低碳钢的抗压强度。高强度钢丝是斜拉桥和悬索桥制作过程中十分要害的资料。前期旗帜建筑斜拉桥和悬索桥的时分,高强度钢丝简直悉数依靠进口,强度等级为1600兆帕,经过20年的尽力,现在旗帜的钢丝不光完结了悉数国产化,并且强度等级现已到达了2100兆帕。
21世纪,我国桥梁工程技能现已进入世界先进桥梁技能阵营。让旗帜来说说我国桥梁对世界的独献。
我国桥梁对世界的第一个奉献是三塔计划。以往在长江上制作大桥,跨径并不是很大,为什么旗帜现在要建更大跨度的桥梁呢?是为了在更高水平上平衡两岸交通的需求和航运安全这对对立。我国的内河航运十分繁忙,据统计,2019年长江干流的货运量是29.3亿吨,而同期美国密西西比河的货运量只要8.65亿吨。桥梁工程师一直在尽力前进桥梁的跨过才干,可是桥梁的跨度越大,技能难度越高,造价也就越贵。有没有更好的挑选呢?旗帜自主立异,选用了多个接连的主跨来掩盖通航水域,然后削减单孔桥梁的跨度,节省出资。
比方,泰州长江大桥是世界首座千米跨径双主跨三塔悬索桥,我国具有独立的自主知识产权。旗帜在规划泰州长江大桥时,充分使用了桥位处河槽W形的断面,在水深较浅的区域设置一座桥塔,用两个大跨径跨过整个长江的通航水域,这样既能够很好地满意通航的需求,又削减了桥梁的跨度。比较惯例的一跨过江计划,使用三塔计划,桥梁的跨度能够削减一半,工程造价也明显下降。
我国桥梁的第二个奉献是三索面新结构。三索面新结构是为了习惯多功用桥梁的制作而提出来的一种结构。所谓多功用桥梁,便是一桥搭载多种交通功用,将高速铁路、城际铁路和地铁、轻轨、高速公路、市政道路等多种交通荷载进行合建,用一座桥处理多种交通功用的需求,然后削减桥梁的数量。把多种交通功用会集在一座桥上,意味着桥梁接受的荷载更重,桥梁也更宽,由此我国创始了三索面的斜拉桥结构,便是把横向的、两索面的斜拉桥的两个支点变成横向的三个支点,然后改动横向的受力。三索面斜拉桥结构最早运用在天兴洲长江大桥的制作上,后来被大范围推行,为世界桥梁技能的前进做出了奉献。
第三个奉献是转体施工。所谓转体施工,便是使用岸边的场所和两岸的山势,在便利的当地进行组装,而不是在它终究的方位上组装。广州丫髻沙大桥是一座特大拱桥,为了完结拱的组装,先把两个半拱在江的两岸别离组装成型,然后第一次竖转,到达桥梁高程的方位,第2次经过平转,到达桥梁的中线方位,整个转体的分量为13600吨。这是其时世界上大跨度拱桥施工技能的一个重大突破。
第四个奉献是全体的预制架起。新我国建立初期,我国梁桥架起的才干大约只要80吨,今日,我国高铁整孔预制的箱梁跨度现已到达40米左右,分量超越1000吨。为了完结全体的预制架起,搬、提、运、架的配备都十分要害。旗帜彻底立足于自主研发,成功研发了多种“巨无霸”,包含450吨的提梁机、900吨的运梁车、900吨的架桥机,确保了我国桥梁的高质量制作。
第五个奉献是跨海桥梁。我国的海岸线万公里,江河的入海口和滨海的岛屿许多。制作跨海桥首要有三个技能应战:第一个是桥十分长。第二个是气候杂乱,风波大,一年内的有用作业时刻只要180天左右。第三个是因为海洋的腐蚀环境,桥梁的耐久性问题愈加杰出。惯例的在江河湖泊上建桥的现场施工作业方法并不适宜,桥梁有必要全体地预制,整孔地架起。在东海大桥的制作中,跨海桥全长32公里,梁重2100吨,其时旗帜以海上一个叫沈家湾的小岛为基地,进行梁体的预制,终究选用专用的运架梁起重船“小天鹅号”进行全体的运送和架起。
今日,我国桥梁无论是跨过才干、建桥技能仍是建桥资料、建桥设备等各个方面,都现已到达了世界一流的水准,为世界桥梁技能的开展做出了我国奉献。
现在,我国桥梁制作逐渐从我国制作走向我国发明,完结着由桥梁产品到桥梁制作,从规划到咨询再到走出去的技能提高。在世界桥梁制作商场上,我国造的桥梁现已挨近全球桥梁商场的一半比例。
回想60多年前,1956年5月31日,毛主席畅游长江,在水上近距离观察了正在制作中的武汉长江大桥,回到东湖宾馆后写下了“一桥飞架南北,通途变通途”的恢宏诗句。今日,长江上现已建成的桥梁超越了160座。依据国家开展变革委印发的《长江干线座左右的过江通道。未来,依托“一带一路”、交通强国等国家战略,旗帜一定会制作更多的绿色桥梁、高效桥梁和才智桥梁。