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【王用中】適時發(fā)展我國橋梁鋼結(jié)構(gòu)
2011-12-27 來源:作者:王用中 來源:中國橋梁網(wǎng)
一、我國是橋梁大國,橋梁建設(shè)迅速發(fā)展

    經(jīng)過20世紀80年代的“學(xué)習(xí)和追趕”、90年代的“跟蹤和提高”兩個重要發(fā)展階段,我國已成為橋梁大國。隨著我國公路、鐵路大規(guī)模的發(fā)展,我國橋梁數(shù)量比世界上任何一個國家都至少多2-3倍,而且拱橋、梁橋、斜拉橋三種橋型的跨度記錄都突破了世界紀錄,并還在超越,我國是當(dāng)之無愧的橋梁大國。表1為世界前五名已建成大跨度斜拉橋,表2為世界前五名已建成的大跨度拱橋,表3為世界前五名已建成大跨度梁式橋,表4為世界前五名已建成的大跨度懸索橋。
  
表1-世界前五名已建成大跨度斜拉橋

序號 橋名 國家 建成年份 跨徑(m) 塔型與 拉索種類 加勁梁形式
塔高(m)
1 蘇通長江大橋 中國 2008 2×100+300+1088+300+2×100 倒Y形(砼)   鋼箱梁
300.4
2 香港昂船洲大橋 中國 2009 3×70+80+1018+80+3×70 柱形(砼)   鋼箱梁
298
3 湖北鄂東長江大橋 中國 2010 3×67.5+72.5+926+72.5+3×67.5 242.5   鋼箱梁(鋼混結(jié)合面設(shè)在主跨距塔12.5m處)
4 多多羅橋 日本 1999 270+890+320 倒Y型(鋼) 平行鋼絲 鋼箱梁,兩端105.5、62.5m砼梁,混合式
220
5 諾曼底橋 法國 1995 547.8+856+737.5 倒Y型(砼) 鋼絞線 主跨鋼箱梁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橋

排名 所屬國家 橋名 主跨(m) 建成年份
1 中國 重慶朝天門大橋 552 2009
2 中國 上海盧浦大橋 550 2008
3 美國 新河谷橋 518 1977
4 美國 貝永納橋 504 1931
5 澳大利亞 悉尼港橋 503 1932
 
表3-世界前五名已建成的大跨度梁式橋
 
序號
橋名
跨徑()
結(jié)構(gòu)形式
所在國家
建成年份
1
重慶長江大橋復(fù)線橋
86.5+3×138+138+330
-砼組合連續(xù)剛構(gòu)
中國
2006
104.5
2
Stolmasundet
94+301+72
PC連續(xù)剛構(gòu)
挪威
1998
3
Rio Niteroi(尼特羅伊大橋)
300
鋼梁橋
巴西
1974
4
Asuncion
270
多跨帶鉸PCT構(gòu)
巴拉圭
1979
5
虎門大橋副航道橋
150+270+150
PC連續(xù)剛構(gòu)
中國
1997

表4-世界前五名已建成的大跨度懸索橋

排名

橋名

所屬國家

主跨跨徑(m)

建成年份

1

明石海峽大橋

日本

1991

1998

2

舟山西堠門大橋

中國

1650

2009

3

大海帶橋

丹麥

1624

1998

4

潤揚長江大橋

中國

1490

2005

5

亨伯大橋

英國

1410

1981

   
    橋型方案為2000-3000m跨度的懸索橋的建設(shè)方案已在瓊州海峽大橋等多個工程中出現(xiàn),建成后將突破世界紀錄,屆時懸索橋的最大跨紀錄亦為我國所創(chuàng)造。

    跨海大橋的建設(shè)是國家綜合實力的體現(xiàn),近年來我國跨海大橋建設(shè)成果輝煌,從另一側(cè)面反映了我國橋梁建設(shè)的發(fā)展。建成的東海大橋、杭州灣大橋、青島海灣大橋均為世界較大規(guī)模的橋梁工程,最近開工的港珠澳大橋、金門大橋亦將享譽世界,在大橋建設(shè)領(lǐng)域里我們確實已成為當(dāng)之無愧的橋梁大國,然就橋梁技術(shù)整體發(fā)展水平,我國橋梁建設(shè)還存在發(fā)展不平衡,精細化程度不夠等諸多問題。

    作為我國結(jié)構(gòu)工程的分部,如同我國結(jié)構(gòu)工程一樣,混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁仍是主導(dǎo)橋型,由于基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模投入,我國近年來混凝土用量已超過30億m3,占世界混凝土用量的大部分,其耗用的砂、石料、水泥數(shù)量巨大,而水泥、骨料的生產(chǎn)以及產(chǎn)生的大量建筑垃圾讓我們付出了巨大的環(huán)保代價。混凝土橋的質(zhì)量控制與普遍出現(xiàn)的弊病及混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的質(zhì)疑開始讓工程界更多關(guān)注鋼、鋼混組合結(jié)構(gòu)橋。相對混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土橋,鋼、鋼混組合結(jié)構(gòu)橋具有質(zhì)量易控制、施工快速、耐久性更有保證等特點,且隨著經(jīng)濟的發(fā)展,造價與混凝土橋更有可比性,故而成為我國當(dāng)前橋梁發(fā)展的技術(shù)方向。為此應(yīng)采用鋼、混凝土組合結(jié)構(gòu)、推廣鋼結(jié)構(gòu)以徹底改變我國工程結(jié)構(gòu)以混凝土材料為主的現(xiàn)況,減少我國混凝土用量以與發(fā)達國家工程結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢保持一致。

    二、我國是鋼鐵大國,鋼橋的應(yīng)用卻差強人意

    自上世紀90年代,我國鋼鐵產(chǎn)量已連續(xù)十余年保持世界第一,并且遙遙領(lǐng)先于其它國家,2008年中國鋼鐵產(chǎn)量比排名2-8位的日本、美國、俄羅斯、印度等七個國家總各還多,圖1為1996年到2008年世界粗鋼總產(chǎn)量與我國產(chǎn)量對比,圖2為2008年世界粗鋼產(chǎn)量前9個國家產(chǎn)量對比。
   
    然而隨著世界經(jīng)濟的不景氣與有意識地對我國經(jīng)濟發(fā)展的打壓,近年來我國鋼鐵工業(yè)面臨國際鐵砂價格上漲、鋼鐵出口受阻、產(chǎn)品滯銷等問題(圖3)。為保證我國鋼鐵工業(yè)正常發(fā)展,確有必要增大鋼鐵內(nèi)需,即應(yīng)在各工程領(lǐng)域擴大鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
    
  

圖1-粗鋼產(chǎn)量對比    圖2-世界前九名國家粗鋼產(chǎn)量對比
   


圖3-中國鋼材進出口和凈出口量變化2005-2010
 
    隨著鋼鐵總量的增加,鋼鐵產(chǎn)品品種豐富、質(zhì)量提高,這兩方面均達到了國際先進水平,與之應(yīng)運而生的是工程鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的普及及與鋼結(jié)構(gòu)為依托的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的發(fā)展,據(jù)統(tǒng)計我國已有30多家具有特級資質(zhì)(年產(chǎn)量超過5萬噸)、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、管理科學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè),其制造水平達到了國際先進水平;30多家具有實力的鋼結(jié)構(gòu)安裝企業(yè)承擔(dān)了國內(nèi)重點大型鋼結(jié)構(gòu)工程安裝,其新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備層出不窮,其施工安裝水平也達到了國際先進水平,建成了具有世界水準的鋼結(jié)構(gòu)工程,如鳥巢、重慶朝天門橋(圖4)等標志性建筑。

   

圖4—重慶朝天門大橋

    在橋梁建設(shè)領(lǐng)域,鋼橋、鋼-混凝土組合橋、鋼管混凝土橋近年來在大橋建設(shè)中亦有日益廣泛的應(yīng)用,取得了令人矚目的成就,上述500m以上大跨度懸索橋、斜拉橋的加勁梁多采用鋼箱梁,大跨度拱橋中的鋼拱、鋼管混凝土拱橋占了主導(dǎo)地位(圖4)。鋼鐵業(yè)的發(fā)展、鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)進步是適時地發(fā)展我國橋梁鋼結(jié)構(gòu)的前提。但相對于發(fā)達國家我國鋼橋技術(shù)發(fā)展極不平衡,一方面是特大橋的高水準應(yīng)用,另一方面是中小型鋼橋的低水準應(yīng)用且總量很少。截止到2008年底我國橋梁總數(shù)超過59萬座,鋼橋數(shù)量不足橋梁總量的1%,而美國60萬座橋梁中鋼橋占33%、日本13萬座橋中鋼結(jié)構(gòu)橋占41%,、法國鋼橋、鋼混組合梁橋占了橋梁總量的85%,相對而言中國明顯落后,我國鋼橋應(yīng)用的落后與我國當(dāng)前綜合國力不相應(yīng)、與經(jīng)濟發(fā)展狀況及發(fā)展方針不相應(yīng)。

    三、順應(yīng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,適時發(fā)展我國橋梁鋼結(jié)構(gòu)

    鋼結(jié)構(gòu)是節(jié)能、環(huán)保結(jié)構(gòu)。鋼材強度高,鋼結(jié)構(gòu)相對比較輕,施工安裝較便利,構(gòu)件尺寸相對較小,可以更有效利用材料,且可通過再利用、回爐等措施循環(huán)使用,故較少“建筑垃圾”問題。相對混凝土結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)延性更好,故安全貯備更大,抗震性能更好,故為結(jié)構(gòu)工程界所推薦,屬建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展方向,順應(yīng)我國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,應(yīng)使之成為我國橋梁主導(dǎo)結(jié)構(gòu)橋型式。

    橋梁鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展緊隨著鋼材及其制造技術(shù)的進步而發(fā)展,鋼橋在制造方面經(jīng)歷了鋼釘連接、鉚接、高強螺栓連接及焊接的發(fā)展過程。現(xiàn)代鋼橋工廠制作全部為焊接,工地拼裝也以焊接為主、高強度螺栓連接為輔。表5為我國鐵路鋼橋發(fā)展的5個標志性橋梁工程,顯示出我國橋梁用鋼由低碳鋼—低合金鋼—高強度鋼—高性能鋼的發(fā)展軌跡。

   表5-鐵路鋼橋的標志性發(fā)展階段

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