在“亚东桥话25”和“亚东桥话26”两篇文章中,所讨论的是梁桥的起源和早期发展的一些情况。本文大致按不同的材料和结构形式,罗列一些20世纪50年代之后的中外梁桥。
当代梁桥拾萃
钢桁梁桥
铁路简支桁梁桥中,美国年建成的的梅特罗波利斯(Metropolis)单线铁路桥,跨度达到.8m;中国年建成的成昆铁路三堆子金沙江单线铁路桥,跨度为m。
公路简支钢桁梁中,美国年建成的詹宁斯·鲁登道夫(JenningsRandolph)桥,跨度达m。跨度最大的是美国年建成的巴里准将(CommodoreBarry)桥。这是一座悬臂桁梁桥,主跨.1m,挂孔(相当于简支梁)的跨度达.5m,见图1。
图1美国巴里准将桥铁路连续桁梁桥中,美国年建成的赛欧托维尔(Sciotoville)双线铁路桥,孔跨布置为2×.3m。中国年建成渝怀铁路长寿长江桥,主跨长m。在广东东莞建成的穗菀深城际轨道东江南特大桥,采用加劲连续钢桁梁构造,双线,主跨提升到m。在建的玉磨铁路元江特大桥(连续钢桁梁,双线),主跨达m,双空心组合墩最高达m,见图2。
图2玉磨铁路元江特大桥效果图已建成的大跨度公路连续桁梁桥,多在美国和日本,如:年美国建成的阿斯托利亚-梅格勒(Astoria-Megler)连续桁梁桥,主跨长.6m;年日本建成的大岛(Oshima)大桥,主跨m;年日本建成的生月(Ikitsuki)大桥,主跨达m。
年开通的日本东京门(TokyoGate)大桥,因受桥下通航净空和飞行航线高度的制约,采用了造型独特的桁架-箱梁组合结构,见图3。这桥的主跨达到m,在桥墩基础(采用钢管板桩围堰)、钢材(采用MPa级的桥梁专用高性能钢)、节点构造(Z形节点等)、架设(总重达7t的边跨桁架整体吊装)等方面,也颇具特色。
图3日本东京门大桥年,我国浙江宁波市三官堂大桥破土动工。这桥的主桥采用三跨连续、主跨达m的超大跨度连续钢桁梁,结构造型也别具一格,见图4。
图4宁波三官堂大桥效果图钢箱梁桥
目前公路钢箱梁桥的跨度记录者,是巴西年建成的里约-尼泰罗伊(Rio-Niterói)大桥,见图5。主桥采用三跨钢箱梁结构,长m,主跨m;截面布置为双箱单室,正交异性板桥面;箱梁两端外伸出74m,与采用预制节段拼装而成的混凝土梁连为一体。在施工方面,借助桥墩及已就位的钢梁进行大件提升,无需大型浮吊设备。
图5巴西里约-尼泰罗伊大桥我国的钢箱梁桥建设,大致从20世纪80年代开始起步,如年建成的马房北江大桥公路桥(栓焊钢箱简支梁桥,跨度64m)等。目前已建桥梁的数量相对有限,跨度几乎都在百米之内。跨度最大的是上海崇启大桥的主桥(6跨变截面连续钢箱梁),主跨m,采用浮吊大件架设,年建成,见图6。
图6上海崇启大桥可能是因为经济指标欠佳,大跨铁路钢箱梁桥的实例极少。20世纪70年代初,美国在堪萨斯城南方铁路线上建成阿肯色河单线铁路钢箱梁桥,见图7。该桥共9跨,m长,最大跨度m,箱梁截面尺寸3.35×4.54m,采用顶推法架设。
图7美国阿肯色河铁路钢箱梁桥尽管铁路钢箱梁桥极少,但铁路钢-混结合箱梁桥却早有应用。德、法、日等国较早地在高速铁路上应用钢-混结合箱梁桥。自20世纪80年代起,我国就开始尝试铁路结合箱梁桥;进入21世纪后,开始在高铁建设中得到较多应用,如秦沈客运专线跨国道特大桥(分跨40+50+40m,年)、商合杭铁路站前五标古城特大桥(分跨5×50m,在建)等。
图8所示者,为荷兰建成的跨越荷兰水道的双线高铁钢-混结合箱梁桥。该桥长m,11跨,最大跨度约m;采用大件吊装方式,先浮吊倒Δ部分,再用桥面吊机提升中间部位的钢梁。
图8荷兰水道高铁桥PC简支梁桥
世界上最大跨度的PC简支箱梁桥,可能是奥地利的阿尔姆(Alm)桥,其跨度76m,梁高2.5m,桥宽10.6m,年建成,见图9。这桥采用双预应力体系(即在梁顶部位也施加一定的纵向预应力),借此降低梁高并节省材料。年前后,我国也开始了双预应力混凝土公路梁桥的理论和试验研究,建成过一些跨度在40m左右的低高度PC梁桥。
图9奥地利Alm桥我国的干线铁路简支梁桥,通常由跨度16-32m的预制T梁组成;而在客专和高铁上,为保证刚度要求,大多采用24m、32m箱梁。对于更大跨度,则需在落地支架上现浇,或在移动支架上拼装的方式建造。从20世纪80-90年代起,我国开始研制应用铁路40-56mPC简支箱梁。目前铁路简支箱梁的跨度已达64m,已在宁安铁路安庆长江大桥、温福铁路白马河大桥、西成客专汉中汉江特大桥等一批桥梁中得到应用。
我国的公路简支梁桥,跨度范围通常为20-50m。跨度在32m及以下多采用T形及板式截面,40m以上则多为箱形。年建成的浙江瑞安国道飞云江桥,其中5孔为跨径62m的PC箱梁。另外,减少伸缩缝,满足车速和行车舒适性要求,公路简支梁多采用桥面连续结构。按这种构造建造的简支梁最大跨度,达到70m(东海大桥非通航孔,浮吊整孔运架,图10)。
图10东海大桥非通航孔浮吊整孔运架PC连续箱梁桥
悬臂施工技术的发展,使连续梁、T形刚构和连续刚构等各类PC箱梁桥可向更大跨度迈进。相比而言,T形刚构的梁部变形有转角,行车舒适性较差,应用逐渐减少;连续梁施工需要墩梁临时固结,且需配置大吨位支座,难向更大跨度发展;连续刚构因墩梁固结,梁体连续,无需支座,施工简便,受力良好,自20世纪70年代以来得到迅速发展。下面只简单讨论连续刚构桥。
瑞士是PC连续刚构桥的发源地。-69年,瑞士建成西庸(Chillon)高架桥。这是一座双幅公路桥,长m,跨度在92-m之间,外观与双薄壁墩连续刚构桥无异。不过,这桥的箱梁采用节段(包括墩顶的4个节段)拼装施工,墩梁之间似乎没有完全固结。
瑞士Menn教授设计的Felsenau高架桥,可能是第一座PC连续刚构桥,见图11。这桥长m,桥宽26.2m,梁高3-8m,最大跨度m,采用悬臂浇筑方法施工,年建成。
图11瑞士Felsenau桥随着技术的发展与扩散,瑞士在年建成Fegire桥,主跨m;年建成Biaschina高架桥,主跨m;年澳大利亚建成门道(Gateway)桥,主跨达m(参见“亚东桥话24”);年我国建成广东番禺洛溪大桥(中国第一座),主跨m;年葡萄牙建成圣约翰(s?ojo?o)铁路桥,主跨m,双线;这是刚构桥式第一次在大跨度铁路桥中的应用,见图12;年我国建成广东虎门大桥辅航道桥,主跨m;年加拿大建成的联邦大桥,长12.9km,其中包括43孔跨度m的刚构,规模宏大(见压题图片)。
图12葡萄牙圣约翰铁路桥若想进一步提升PC连续刚构桥的跨度,就需减轻结构自重。可用的办法,或是采用轻质混凝土,或是采用混合结构,或是通过构造措施。
年挪威建成的拉福圣德(Raftsundet)桥(图13)和斯托尔马(Stolma)桥,主跨分别为m和m,其主跨中部均采用轻质混凝土以减轻自重。
图13挪威拉福圣德桥图14所示为重庆石板坡长江大桥复线桥(照片中靠前者),年建成。这桥在主跨中间设置m长的钢梁段,借此减重并将主跨加长到m。钢梁通过整体浮运并提升就位,与混凝土梁端头的钢混结合段连接。
图14重庆石板坡长江大桥复线桥图15所示为贵州水盘高速公路北盘江特大桥,主跨m,年建成。大体上,这桥将连续刚构桥主跨支墩附近的一段常规实腹梁体分解成桥面箱梁和箱形斜撑,把传统的、厚重的实腹式梁段改造为空腹的三角形梁段。美国加州的DevilsSlide连续刚构桥(主跨.8m,年建成),采用的是类似构造。
图15贵州水盘高速公路北盘江特大桥目前,国内外已建成的跨度超过m的PC连续刚构桥在百座以上,国内所建者大约占六成。
结语
编写完“梁桥回眸”一文,有几点感想。
1、古人最早学会建造的桥就是梁桥,今人建造得最多的桥也是梁桥。梁桥看起来简单易行,实际上还有不少事情需要发展完善,例如,在我国,中小跨度钢梁、结合梁的标准设计,混凝土梁的节段预制拼装,梁桥快速施工技术等,都值得进一步研究实践。
2、规模较大的古代梁桥,全世界大概只剩下中国宋代建造的那几座了,十分珍贵,需要加倍珍惜。
3、若把悬臂钢桁梁也纳入的话,那早在19世纪末期,钢桁梁桥的跨度就超过m了。按今天的技术,把钢桁梁的跨度做得更大,不是不行,而是不经济。更大的跨度,通常宜让位于斜拉桥或其他桥式。
4、将近半个世纪以来,钢箱梁桥的跨度一直没有超过m。跨度没有增加的原因,一方面受限于超厚钢板的制造及加工,另一方面造价也没有竞争力。
5、从国内外大跨度PC连续刚构桥的运营情况看,主跨梁部持续下挠开裂、需要维修加固的情况比比皆是。对这一桥式,不追求大跨度,是明智的选择。
(作者注:本文参考了诸多文献资料,不一一列出,在此一并致谢!)
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作者李亚东:博士,教授,博士生导师。兼任中国土木工程学会桥梁及结构工程学会常务理事,中国钢结构协会桥梁钢结构协会副理事长,中国铁道学会工程分会桥梁专业委员会副主任。
往期精彩链接:
亚东桥话26:梁桥回眸(中)
亚东桥话25:梁桥回眸(上)
亚东桥话24:闲谈“姐妹桥”
亚东桥话23:如何延长桥梁寿命?
亚东桥话22:桥梁寿命有多长?
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