【王用中】適時(shí)發(fā)展我國(guó)橋梁鋼結(jié)構(gòu)
2011-12-27 來(lái)源:作者:王用中 來(lái)源:中國(guó)橋梁網(wǎng)
一、我國(guó)是橋梁大國(guó),橋梁建設(shè)迅速發(fā)展

    經(jīng)過(guò)20世紀(jì)80年代的“學(xué)習(xí)和追趕”、90年代的“跟蹤和提高”兩個(gè)重要發(fā)展階段,我國(guó)已成為橋梁大國(guó)。隨著我國(guó)公路、鐵路大規(guī)模的發(fā)展,我國(guó)橋梁數(shù)量比世界上任何一個(gè)國(guó)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(jì)錄,并還在超越,我國(guó)是當(dāng)之無(wú)愧的橋梁大國(guó)。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(hào) 橋名 國(guó)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(zhǎng)江大橋 中國(guó) 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(guó) 2009 3×70+80+1018+80+3×70 柱形(砼)   鋼箱梁
298
3 湖北鄂東長(zhǎng)江大橋 中國(guó) 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(guó) 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(guó)家 橋名 主跨(m) 建成年份
1 中國(guó) 重慶朝天門大橋 552 2009
2 中國(guó) 上海盧浦大橋 550 2008
3 美國(guó) 新河谷橋 518 1977
4 美國(guó) 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(hào)
橋名
跨徑()
結(jié)構(gòu)形式
所在國(guó)家
建成年份
1
重慶長(zhǎng)江大橋復(fù)線橋
86.5+3×138+138+330
-砼組合連續(xù)剛構(gòu)
中國(guó)
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(guó)
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(guó)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(guó)

1650

2009

3

大海帶橋

丹麥

1624

1998

4

潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋

中國(guó)

1490

2005

5

亨伯大橋

英國(guó)

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(gè)工程中出現(xiàn),建成后將突破世界紀(jì)錄,屆時(shí)懸索橋的最大跨紀(jì)錄亦為我國(guó)所創(chuàng)造。

    跨海大橋的建設(shè)是國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn),近年來(lái)我國(guó)跨海大橋建設(shè)成果輝煌,從另一側(cè)面反映了我國(guó)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(kāi)工的港珠澳大橋、金門大橋亦將享譽(yù)世界,在大橋建設(shè)領(lǐng)域里我們確實(shí)已成為當(dāng)之無(wú)愧的橋梁大國(guó),然就橋梁技術(shù)整體發(fā)展水平,我國(guó)橋梁建設(shè)還存在發(fā)展不平衡,精細(xì)化程度不夠等諸多問(wèn)題。

    作為我國(guó)結(jié)構(gòu)工程的分部,如同我國(guó)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(guó)近年來(lái)混凝土用量已超過(guò)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(jià)?;炷翗虻馁|(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(kāi)始讓工程界更多關(guān)注鋼、鋼混組合結(jié)構(gòu)橋。相對(duì)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(diǎn),且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,造價(jià)與混凝土橋更有可比性,故而成為我國(guó)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(guó)工程結(jié)構(gòu)以混凝土材料為主的現(xiàn)況,減少我國(guó)混凝土用量以與發(fā)達(dá)國(guó)家工程結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)保持一致。

    二、我國(guó)是鋼鐵大國(guó),鋼橋的應(yīng)用卻差強(qiáng)人意

    自上世紀(jì)90年代,我國(guó)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(guó)家,2008年中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量比排名2-8位的日本、美國(guó)、俄羅斯、印度等七個(gè)國(guó)家總各還多,圖1為1996年到2008年世界粗鋼總產(chǎn)量與我國(guó)產(chǎn)量對(duì)比,圖2為2008年世界粗鋼產(chǎn)量前9個(gè)國(guó)家產(chǎn)量對(duì)比。
   
    然而隨著世界經(jīng)濟(jì)的不景氣與有意識(shí)地對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的打壓,近年來(lái)我國(guó)鋼鐵工業(yè)面臨國(guó)際鐵砂價(jià)格上漲、鋼鐵出口受阻、產(chǎn)品滯銷等問(wèn)題(圖3)。為保證我國(guó)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(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
    
  

圖1-粗鋼產(chǎn)量對(duì)比    圖2-世界前九名國(guó)家粗鋼產(chǎn)量對(duì)比
   


圖3-中國(guó)鋼材進(jìn)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(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,與之應(yīng)運(yùn)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(jì)我國(guó)已有30多家具有特級(jí)資質(zhì)(年產(chǎn)量超過(guò)5萬(wàn)噸)、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、管理科學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè),其制造水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平;30多家具有實(shí)力的鋼結(jié)構(gòu)安裝企業(yè)承擔(dān)了國(guó)內(nèi)重點(diǎn)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(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,建成了具有世界水準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)工程,如鳥(niǎo)巢、重慶朝天門橋(圖4)等標(biāo)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(lái)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(jìn)步是適時(shí)地發(fā)展我國(guó)橋梁鋼結(jié)構(gòu)的前提。但相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家我國(guó)鋼橋技術(shù)發(fā)展極不平衡,一方面是特大橋的高水準(zhǔn)應(yīng)用,另一方面是中小型鋼橋的低水準(zhǔn)應(yīng)用且總量很少。截止到2008年底我國(guó)橋梁總數(shù)超過(guò)59萬(wàn)座,鋼橋數(shù)量不足橋梁總量的1%,而美國(guó)60萬(wàn)座橋梁中鋼橋占33%、日本13萬(wàn)座橋中鋼結(jié)構(gòu)橋占41%,、法國(guó)鋼橋、鋼混組合梁橋占了橋梁總量的85%,相對(duì)而言中國(guó)明顯落后,我國(guó)鋼橋應(yīng)用的落后與我國(guó)當(dāng)前綜合國(guó)力不相應(yīng)、與經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r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(shí)發(fā)展我國(guó)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(qiáng)度高,鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)比較輕,施工安裝較便利,構(gòu)件尺寸相對(duì)較小,可以更有效利用材料,且可通過(guò)再利用、回爐等措施循環(huán)使用,故較少“建筑垃圾”問(wèn)題。相對(duì)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(guó)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,應(yīng)使之成為我國(guó)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(jìn)步而發(fā)展,鋼橋在制造方面經(jīng)歷了鋼釘連接、鉚接、高強(qiáng)螺栓連接及焊接的發(fā)展過(guò)程?,F(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(qiáng)度螺栓連接為輔。表5為我國(guó)鐵路鋼橋發(fā)展的5個(gè)標(biāo)志性橋梁工程,顯示出我國(guó)橋梁用鋼由低碳鋼—低合金鋼—高強(qiáng)度鋼—高性能鋼的發(fā)展軌跡。

   表5-鐵路鋼橋的標(biāo)志性發(fā)展階段

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