國外橋樑發展的動向和趨勢論文
國外橋樑發展的動向和趨勢論文
摘要： 隨著公路建設的高潮，我國橋樑的技術也得到了飛速發展，但是不可否認，很多發達國家橋樑技術的發展比我們早幾十年，瞭解那些發達國家橋樑發展的動向和趨勢，對於指導我國目前橋樑的發展有很重要的意義。
關鍵詞：橋樑
1、跨徑不斷增大
目前，鋼樑、鋼拱的最大跨徑已超過500m，鋼斜拉橋為890m，而鋼懸索橋達1990m。隨著跨江跨海的需要，鋼斜拉橋的跨徑將突破1000m，鋼懸索橋將超過3000m。至於混凝土橋，梁橋的最大跨徑為270m，拱橋已達420m，斜拉橋為530m。
2、橋型不斷豐富
本世紀50～60年代，橋樑技術經歷了一次飛躍：混凝土梁橋懸臂平衡施工法、頂推法和拱橋無支架方法的出現，極大地提高了混凝土橋樑的競爭能力；斜拉橋的湧現和崛起，展示了豐富多彩的內容和極大的生命力；懸索橋採用鋼箱加勁梁，技術上出現新的突破。所有這一切，使橋樑技術得到空前的發展。
3、結構不斷輕型化
懸索橋採用鋼箱加勁梁，斜拉橋在密索體系的基礎上採用開口截面甚至是板，使梁的高跨比大大減少，非常輕穎；拱橋採用少箱甚至拱肋或桁架體系；梁橋採用長懸臂、板件減薄等，這些都使橋樑上部結構越來越輕型化。
以下分別就各種橋型，進行簡述。
梁橋
梁橋仍然是最常用的一種橋型，目前，國外跨徑在15m以下，用鋼筋混凝土梁橋；以上則用預應力混凝土梁橋；跨徑25-40m，往往用結合梁橋或預彎預應力梁橋。從50年代德國首次採用平衡懸臂施工法修建跨徑114.2m的Worms橋以後，混凝土梁橋也用於大跨徑橋樑。最大的混凝土梁橋，國外是跨徑270m的巴拉圭Asuncion橋。
鋼樑橋一般用於大跨徑，尤其是桁架樑，用於特大跨徑。最大的鋼桁梁橋，是跨徑549m的加拿大魁北克橋，為懸臂樑橋，公鐵兩用。
1、混凝土連續梁和連續剛構橋有了快速發展。
交通運輸的迅速發展，要求行車平順舒適，多伸縮縫的T型剛構已經不能滿足要求，因而連續梁和連續剛構得到了迅速發展。
連續梁的不足之處是需用大噸位的盆式橡膠支座，養護工作量大。連續剛構的結構特點是梁保持連續，梁墩固結。既保持了連續梁行車平順舒適的優點，又保持了T型剛構不設支座減少養護工作量的優點。
2、預應力應用更加豐富和靈活
部分預應力在公路橋樑中得到較廣泛的採用。不僅允許出現拉應力，而且允許在極端荷載時出現開裂。其優點是，可以避免全預應力時易出現的沿鋼束縱向開裂及拱度過大；剛度較全預應力為小，有利於抗震；並可充分利用鋼筋骨架，減少鋼束，節省用鋼量。
體外預應力得到了應用與發展。體外預應力早在本世界20年代末就開始應用，70年代後應用多了起來。體外配索，可以減小截面尺寸，減輕結構恆載，提高構件的施工質量；力筋的線型更適合設計要求，其更換維修也較方便。加固橋樑時用體外索更是方便。著名的美國Longkey橋，跨徑36m，即是採用了體外索。
大噸位預應力應用增加。現在不少橋樑中已採用每束500t的預應力索。預應力索一般平彎，錨固於箱梁腋上，可以減小板件的厚度，減輕自重，區域性應力也易於解決。
無粘結預應力得到了應用與發展。無粘結預應力在國外50年代中期廣泛用於建築業，美國目前樓板中，99%採用現澆無粘結預應力。無粘結預應力結構施工方便，無需孔道壓漿，修復容易，可以減小截面高度；荷載作用下應力幅度比有粘結的預應力小，有利於抗疲勞和耐久效能。
雙預應力，即除用預張拉預應力外，還採用了預壓力筋，使梁的載面在預拉及預壓力筋作用下工作。簡支梁雙預應力梁端部的區域性應力較大，後來日本將預壓力筋設在離端部一定距離的上緣預留槽中，而不是錨在梁端部，使區域性應力問題趨於緩和。
國外還較多應用預彎預應力梁。預彎預應力梁是在鋼工字樑上，對稱加兩集中力，澆築混凝土底板，卸除集中力，這樣底板混凝土受到預壓，然後再澆築腹板和頂板混凝土。有的國家如日本已有澆築好底板的梁體作為商品供應。
3、箱梁內力計算更切合實際
對於箱梁，必要時需考慮約束扭轉、翹曲、畸度、剪滯的內力。由於剪滯的影響，箱梁頂底板在受彎情況下，其縱向應力是不均勻的，靠箱肋處大，橫向跨中處小。配筋時要用有效寬度。目前已按試驗結果，將縱向應力按多次拋物線分佈，得出實用結果。
箱梁溫差應力的計算。箱梁由於架設方向及環境的不同，會承受不同的溫差。溫差應力必須考慮，在特定的情況下，溫差應力很大，甚至超過荷載應力。因此，必須按照現場可能出現的溫差，計算內力，加以組合，進行配筋。
按施工步驟計算恆載內力。按結構的最終體系計算恆載內力，往往並不是實際的內力。必須按照施工順序，逐階段地進行計算，在計算中考慮混凝土齡期不同的徐變收縮影響。這樣，既得到了各施工階段的控制內力，又得到了結構形成時的內力和將來的內力。同樣，也必須考慮施工順序步驟計算撓度，並反算得到預拱度。
4、施工方法豐富先進
近年來懸臂施工法中懸拼的應用有所增加。各節段間帶有齒檻，塗環氧，使連線良好，並增大抗剪能力。可以縮短工期，特別是利用吊裝能力大的浮吊時，可加大節段長度，則更能加快施工進度。國外懸拼最大的橋為跨徑182.9m的澳CaptainCook橋。頂推施工法也處在不斷髮展過程，一開始是集中頂推，兩則各用一個千斤頂推動，而且用豎向千斤頂以使水平千斤頂回程。以後發展成為多點頂推，使頂推力與摩阻力平衡，使頂推法可用於柔性墩，同時也不使用豎向千斤頂。在這以後，又有下列發展：
(1)用環形滑道，不必喂氟板。
(2)支座設在樑上，不需頂推後重行設定。
(3)拉索錨具可自動開啟或閉鎖。梁前進時錨定，千斤回程時自動開啟。
(4)在橫向中央設一個滑道，避免兩側滑道時必須兩側同步，特別適用於平曲線梁的頂推。
目前，頂推施工法不僅用於直線梁，而且用於豎曲線上的梁，以及平曲線上的梁。香港曾把頂推法成功地使用在處在切線、緩和曲線和R=430m圓曲線的樑上，把線形用最接近的圓曲線來模擬，其差值藉調整箱頂板的懸臂長度來補償。同時因為超高的不同，箱梁腹板的高度也是變化的；在處於3%縱坡和豎曲線的梁，則使板底保持同一個縱坡而改變箱高。因此，箱梁幾何尺寸、澆築平臺的模板系統大為複雜，但勝利建成，為頂推法提供了新的經驗。
80年代，逐跨拼裝法在國外得到較多的應用。美國LongKey橋101孔，每孔36m，用可移動桁架，用浮吊將梁塊件放在桁架上就位，一次張拉，完成整孔，每週完成三孔。
斜拉橋
自1955年瑞典建成第一座現代斜拉橋--跨徑186.2m的Stromsund橋以來，至今已有40多年了，斜拉橋的發展，方興未艾，具有強烈的勢頭，並開始出現多跨斜拉橋。結構不斷趨於輕型化；從初期的鋼斜拉橋，發展為混凝土梁、結合梁和混合式斜拉橋。跨徑不斷增大：已建成最大跨徑斜拉橋為跨徑856m法國Normandy橋，跨徑890m的日本多多羅橋正在建設中，跨徑1000m以上的斜拉橋在不久的將來即會出現。
1、斜拉橋的發展階段
斜拉橋的發展，經歷了以下三代：
(1)用環形滑道，不必喂氟板。
(2)支座設在樑上，不需頂推後重行設定。
(3)拉索錨具可自動開啟或閉鎖。梁前進時錨定，千斤回程時自動開啟。
(4)在橫向中央設一個滑道，避免兩側滑道時必須兩側同步，特別適用於平曲線梁的頂推。
目前，頂推施工法不僅用於直線梁，而且用於豎曲線上的`梁，以及平曲線上的梁。香港曾把頂推法成功地使用在處在切線、緩和曲線和R=430m圓曲線的樑上，把線形用最接近的圓曲線來模擬，其差值藉調整箱頂板的懸臂長度來補償。同時因為超高的不同，箱梁腹板的高度也是變化的；在處於3%縱坡和豎曲線的梁，則使板底保持同一個縱坡而改變箱高。因此，箱梁幾何尺寸、澆築平臺的模板系統大為複雜，但勝利建成，為頂推法提供了新的經驗。
80年代，逐跨拼裝法在國外得到較多的應用。美國LongKey橋101孔，每孔36m，用可移動桁架，用浮吊將梁塊件放在桁架上就位，一次張拉，完成整孔，每週完成三孔。
橋樑基礎
基礎尤其是大跨徑橋樑的深水基礎，往往需要解決施工技術上的許多難點，也往往是控制整個橋樑工程進度的關鍵工程，其費用也佔橋樑造價相當大的比重。
近年來，國外都修建了不少跨越大江大河、甚至跨越海灣的深水基礎，取得了很大的成績與不少新經驗：大直徑鋼管樁、大直徑混凝土灌注樁和空心樁、複合基礎均得到較廣泛的採用，地下連續牆已開始在橋樑基礎中採用，超大的沉井也已經出現並順利設定或下沉。這一切都標誌著，橋樑基礎工程技術已取得了很大的發展。
下面按基礎的主要型別進行介紹。
１、大直徑鋼管樁、柱
具有施工工藝簡便、速度快，可沉入很深土層等優點，近年來發展很快，日本大量採用。
大直徑鋼管樁用作摩擦樁，經歷兩個階段：初期一般在管內澆築混凝土，以防止鋼管的鏽蝕。這樣做也會帶來一些不利影響：需在管內取土，而對提高樁的承載能力作用不大；增大了樁的剛度，在地震時使樁頂受力增大；增加了施工難度與造價。
以後逐漸傾向於管內不填混凝土，由於管內土存在閉塞效應，因此鋼管樁的承載能力比鋼管外壁土壤摩阻力要增大不少。而閉塞效應的機理目前還不很清楚，因此往往透過靜載試驗來確定其承載力。具體例項如，日本跨徑240m的濱名大橋每主墩採用49根直徑1.6m鋼管樁，組成水上承臺。 在沖刷深、覆蓋層較薄時，往往將鋼管樁沉至巖面鑽孔嵌巖，成為管柱基礎。這時往往用混凝土填實。如日本主跨為220m及185m的內海大橋，水中四個深水墩均採用直徑2m的鋼管柱基礎
2、大直徑鑽孔灌注樁
大直徑灌注樁具有承載力大、剛度大、施工快、造價省的優點。國外很多采用直徑2～4m的大直徑鑽孔樁；而且往往採用擴孔方法，直徑可達3～4m，而在日本橫濱港橫斷大橋-跨徑460m的鋼斜拉橋的基礎中，將多柱基礎嵌巖擴孔至直徑10m，是目前世界最大的嵌巖直徑。
在連續結構、尤其是連拱或連續斜拉橋設計中，剛度起關鍵作用，以減少下部構造的水平位移，減少由此引起的附加內力。這時樁基水平向承載力不控制設計，而是剛度控制設計，大直徑灌注樁具有非常明顯的優勢。
3、沉井
沉井基礎承載能力大，剛度大，可以適用於深水，但體積龐大，隨著樁基的廣泛採用,沉井的應用範圍有所減少。不過在特大跨徑的橋樑中，沉井仍為主要基礎型式之一。
在大跨徑橋樑的深水基礎中，底節多采用浮式鋼殼沉井，用雙壁空心結構，浮運至墩位，灌水落床，再澆築混凝土，接高下沉，直至設計標高。日本明石海峽大橋，最大施工水深60m，兩主塔分別採用直徑80m和78m、高70m和67m的浮式鋼殼沉井，壁厚12m，分為16個艙，是目前規模最大的橋樑沉井基礎。其特點是設定沉井，用大型抓鬥挖泥船開挖至海底支承地基，整平岩基，再用切削機磨平，然後設定沉井，在其周圍拋石進行沖刷防護，最後沉井內進行水下混凝土施工。日本瀨戶大橋也用同樣方法施工。
4、複合基礎
將樁或管柱與沉井組合的一種深水基礎。沉井下到一定深度,封底，然後鑽孔，將沉井內的樁嵌巖，沉井封底與樁或柱共同受力。
其優點是：
i)可以降低承臺的高度。
ii)可提供樁的施工場地。
iii)適應性強,尤其適應在巖面標高差異很大以及落差較大的河流。
iv)沉井可作防撞設施，保護樁及墩身。
日本跨徑420m的公鐵兩用斜拉橋--櫃石島橋3#墩巖面傾斜，水深近20m，採用46×29×30.5m鋼殼設定沉井與16根4m直徑的灌注樁組合的複合基礎。