大跨度桥梁的发展趋势调研报告范本

大跨度桥梁的发展趋势调研报告

大跨度桥梁的发展趋势调研报告

前言：

根据《公路桥梁设计规范》规定：单跨跨径大于40m即为大桥，一般认为单跨跨径大于100m的桥梁即为大跨度桥梁。随着世界经济的快速发展，大跨径桥梁的建设在20世纪末进入了一个高潮时期。众所周知，大跨径桥梁建设反映了一个国家的综合实力和科学技术的发展水平。近百年来。特别是本世纪30年代以来，世界上大跨径桥梁建设发展十分迅速。不同桥型大跨径桥梁的发展，日益被各国桥梁界人士所关注。中国进入90年代以来，出现了建造大跨径桥梁的高潮。进入21世纪的中国必将迎来更大规模的大跨径桥梁建设时期。随着中国城市建设和高等级公路、道路建设的发展，修建大跨径城市桥梁也将成为必然的趋势。城市大跨径桥梁，除考虑运输、航运、地理、地质、水文、环境等因素外，还有区别于跨越一般江河大跨径桥梁的特殊因素。因此应研究城市大跨径桥梁的特点和发展趋势，积极探索中国城市大跨径桥梁发展的有效途径，以推动桥梁建设事业的更大发展。

关键词：大跨度桥梁结构形式跨度历史现状发展

1.大跨度桥梁类型

大跨度桥梁在现今世界发展十分迅速。桥梁的发展史就是桥梁跨度不断增长的历史，也是桥型不断丰富的历史。大跨度桥梁可分为：斜拉桥、悬索桥、连续钢构、连续梁桥和拱桥。

1.1板式桥

板式桥（如图1.1）是公路桥梁中量大、面广的常见桥型，它构造简单、受力明确，能够采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构；可做成实心和空心，就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中，广泛采用。特别是建筑高度受到限制和平原区高速公路上的中、小跨径桥梁，特别受到欢迎，从而能够减低路堤填土高度，少占耕地和节省土方工程量。

实心板一般用于跨径13m以下的板桥。因为板高较矮，挖空量很小，空心折模不便，可做成钢筋混凝土实心板，立模现浇或预制拼装均可。空心板用于等于或大于13m跨径，一般采用先张或后张预应力混凝土结构。先张法用钢绞线和冷拔钢丝；后张法可用单根钢绞线、多根钢绞线群锚或扁锚，立模现浇或预制拼装。成孔采用胶囊、折装式模板或一次性成孔材料如预制薄壁混凝土管或其它材料。

钢筋混凝土和预应力混凝土板桥，其发展趋势为：采用高标号混凝土，为了保证使用性能尽可能采用预应力混凝土结构；预应力方式和锚具多样化；预应力钢材一般采用钢绞线。板桥跨径

可做到25m，当前有建成35～40m跨径的桥梁。在我看来跨径太大，用材料不省，板高矮、刚度小，预应力度偏大，上拱高，预应力度偏小，可能出现下挠；若采用预制安装，横向连接不强，使用时容易出现桥面纵向开裂等问题。由于吊装能力增大，预制空心板幅宽有加大趋势，1.5m左右板宽是合适的。

图1.1 板式桥

1.2梁式桥1.

2.1简支T型梁桥

80年代以来，中国公路上修建了几座具有代表性的预应力混凝上简支T型梁桥（如图1.2.1），如河南的郑州、开封黄河公路桥，浙江省的飞云江大桥等，其跨径达到62m，吊装重220t。

T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了，从16m到5Om跨径，都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。预应力体系采用钢绞线群锚，在工地预制，吊装架设。其发展趋势为：采用

高强、低松弛钢绞线群锚：混凝土标号40～60号；T形梁的翼缘板加宽，25m是合适的；吊装重量增加；为了减少接缝，改进行车，采用工型梁，现浇梁端横梁湿接头和桥面，在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束，形成比桥面连续更进一步的“准连续“结构。预应力混凝土T形梁有结构简单，受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大等优点。其最大跨径以不超过50m为宜，再加大跨径不论从受力、构造、经济上都不合理了。大于50m跨径以选择箱形截面为宜。

图1.2.1 简支T型梁桥

1.2.2连续箱形梁桥

箱形截面（如图1.2.2）能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。因为嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度能够较大幅度变化，而且腹板间距也能放大；箱梁有较大

的抗扭刚度，因此，箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥；箱梁容许有最大细长度；应力值σg+p较低，重心轴不偏一边，同T形梁相比徐变变形较小。

箱梁截面有单箱单室、单箱双室（或多室），早期为矩形箱，逐渐发展成斜腰板的梯形箱。箱梁桥能够是变高度，也能够是等高度。从美观上看，有较大主孔和边孔的三跨箱梁桥，用变高度箱梁是较美观的；多跨桥（三跨以上）用等高箱梁具有较好的外观效果。

由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土40～60号；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。

图1.2.2 箱形截面

1.2.3连续刚构桥

连续刚构能够多跨相连，也能够将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系（如图 1.2.3）。一联内无缝，改进了行车条件；梁、墩固结，不设支座；合理选择梁与墩的刚度，能够减小梁跨中弯矩，从而能够减小梁的建筑高度。因此，连续刚构保持了T形刚构和连续梁的优点。连续刚构桥适合于大跨径、高墩。高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性；墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。由于连续刚构受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝土桥时，优先考虑这种桥形。当然，桥墩较矮时，这种桥型受到限制。

图 1.2.3 连续刚构桥

1.3钢筋混凝土拱桥

拱桥（如图1.3）在中国有悠久历史，属中国传统项目，也是大跨径桥梁形式之一。石拱桥由于自重大，在料加工费时费工，大跨石拱桥修建少了。山区道路上的中、小桥涵，因地制宜，采用石拱桥（涵）还是合适的。大跨径拱桥多采用钢筋混凝土箱拱、劲性骨架拱和钢管混凝土拱。

钢筋混凝土拱桥的跨径，一直落后于国外，主要原因是受施工方法的限制。中国桥梁工作者都一直在探索，寻求安全、经济、适用的方法。根据近年的实践，常见的拱桥施工方法有：（1）主支架现浇；（2）预制梁段缆索吊装；（3）预制块件悬臂安装；（4）半拱转体法；（5）刚性或半刚性骨架法。

钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，可是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用，特别是崇山峻岭的中国西南地区。

图1.3 钢筋混凝土拱桥

1.4 斜拉桥

斜拉桥（如图 1.4)是中国大跨径桥梁最流行的桥型之一。中国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。现在已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。

斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。近年来，开始出现自锚和部分地锚相结合的斜拉桥，如西班牙的鲁纳（Luna）桥，主桥440m；中国湖北郧县桥，主跨414m。地锚体系把悬索桥的地锚特点融于斜拉桥中，能够使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条件，灵活多样，节省费用。斜拉桥的施工方法：混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装；钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板，工厂焊接成段，现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接，一是螺栓，二是全焊，三是栓焊结合。斜拉桥发展趋势：跨径会超过10O0m；结构类型多样化、轻型化；加强斜拉索防腐保护的研究；注意索力调整、施工观测与控制及斜拉桥动力问题的研究。

图1.4 斜拉桥

1.5 悬索桥

悬索桥（如图1.5）是特大跨径桥梁的主要形式之一，能够说是跨千米以上桥梁的唯一桥型（从当前已建成桥梁来看说是唯一桥型）。但从发展趋势上看，斜拉桥具有明显优势。但根据地形、地质条件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在千米以内，也能够同斜拉桥竞争。根据理论分析，就当前的建材水平，悬索桥的最大跨径可达到3500m左右。已建成的日本明石海峡大桥，主跨已达1990m。正在计划中的意大利墨西拿海峡大桥，设计方案之一是悬索桥，其主跨3500m。当然还有规划中更大跨径的悬索桥。

图1.5 悬索桥

2.大跨度桥梁历史现状及发展趋势

2.1 梁桥历史起源

世界上的第一座桥究竟出自何处、谁人之手，已无法考证。因为自从有了道路之后，当人们遇到河流、沟壑阻碍时，就会想到要采用某种方式跨越障碍。最初的桥可能只是架在小河沟两岸或河中礁石上的一根树干、一块石板。后来在此基础上出现了最早的木桥和石桥。

石拱桥──中国河北省赵县城南5里有一座拱形大石桥，这就是举世闻名的赵州桥，它也是世界上现存最古老的石拱桥之一。这座桥是隋朝工匠李春、李通等建造的，距今已近14 。它造型美观，结构别致。像这样的桥，欧洲19世纪中叶才发现，比中国晚1200余年。

铁桥──1779年，英国的亚伯拉罕─达比在英格兰中部科布鲁

克代尔建造了世界上第一座铁桥。这座横跨塞汶河的铁桥，使用5列铸铁肋构成30米长的单跨半圆拱。桥的铸件有不少精巧的构想。

悬索桥──原始悬索桥柔软易弯，不利于车辆行走。现代悬索以钢缆悬挂加肋的桥板，已解决了这个问题。西文第一座水平桥面的悬索桥设计，见于1595年奥地利主教瓦兰佐奥的著作中。该设计把铁杆连在一起构成悬索。18 芬利首先在美国宾夕法尼亚州的雅各溪上建造了悬索桥，桥长21米。

18 ，法国率先建造钢丝缆索桥。塞昆建造了几座跨度长达90多米的桥。维克创造了在桥上用一根根钢丝构成缆索。而不必把沉重的钢丝缆索吊到桥塔项上。

钢筋混凝土桥──世界上第一座钢筋混凝土桥是1899年建于苏格兰连芬南的混凝土高架桥，每拱跨度为15米。21个桥拱顶上各有一铰链，使墩基能够移动。工程师梅拉特最早懂得三铰链作用，她于19 在瑞士建成首座三铰拱桥，是细长的钢筋混凝土桥。

预应力混凝土桥──第二次世界大战后，制出高强度钢材，佛莱辛奈将其应用于桥梁设计中。她于1948年至1950年间在法国马恩河上先后建造了5座预应力混凝土桥，分别位于爱斯勃利、安奈、特里巴度士、查吉斯和尤西。各桥采用平拱，远较过去的桥拱平坦得多。

公元35年东汉光武帝时，在今宜昌和宜都之间，出现了架设在长

江上的第一座浮桥。建于17 的沪定铁索桥跨长约100米，宽约2．8米，由13条锚固于两岸的铁链组成,1935年中国工农红军长征途中经渡此桥，由此更加闻名。

灌县的安澜竹索桥建于18 ，是世界上最著名的竹索桥，全长34O 余米，分8孔，最大跨径约61m，全桥由细竹蔑编粗五寸的24根竹索组成，其中桥面索和扶挡索各半。

在秦汉时期，中国已广泛修建石粱桥。世界上现在是保存着的最长、工程最艰巨的石粱桥，就是中国于1053一1059年在福建泉州建造的万安桥，也称洛阳桥，此桥长达800米，共47孔，位于“波涛汹涌，水深不可址”的海口江面上。此桥以磐石铺遍桥位底，是近代筏形基础的开端，而且独具匠心地用养殖海生牡蛎的方法胶固桥基使成整体，此也是世界上绝无仅有的造桥方法，近千年前就能在这种艰难复杂的水文条件下建成如此的长桥，实是中华桥梁史上一次勇敢的突破。

1240年建造的福建潭州虎渡桥，也是最令人惊奇的一座粱式大桥，此桥总长约335m，某些石粱长达23．7m，沿宽度用三根石粱组成，每根宽1．7m，高1．9m，重达200多吨，该桥一直保存至今”历史记载，这些巨大石梁桥是利用潮水涨落浮运建设的，足见中国古代加工和安装桥梁的技术何等高超。

2.2 大跨桥梁的现状

在世界经济全球化的推动下，沟通洲际之间，国家之间和本

土与岛之间以及跨海湾工程显得越来越迫切在20世纪桥梁工程取得了大发展的基础上，人们更能畅想21世纪的宏伟蓝图。就中国来说，国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及琼州海峡工程。其中难度最大的有渤海湾跨海工程，海峡宽57公里，建成后将成为世界上最长的桥梁；琼州海峡跨海工程，海峡宽20公里，水深40米，海床以下130米深未见基岩，常年受到台风、海浪频繁袭击。另外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。在世界上，正在建设的著名大桥有土耳其伊兹米特海湾大桥（悬索桥，主跨1668米）、希腊里海安蒂雷翁桥（多跨斜拉桥，主跨286+3×560+286米）；已获批准修建的意大利与西西里岛之间墨西拿海峡大桥，主跨3300米悬索桥，其使用寿命均按2 标准设计，主塔高376米，桥面宽60米，主缆直径1.24米，估计造价45亿美元。在西班牙与摩洛哥之间，跨直布罗陀海峡也提出了一个修建大跨度悬索桥的方案，其中包含2个5000米的连续中跨及2个米的边跨，基础深度约300米。另一个方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉桥，其基础深度约300米，较高的一个塔高达1250米，较低的一个塔高达850米。

2.2.1悬索桥

悬索桥一般在特大跨径桥梁范围占统治地位。人们将不断研究悬索桥主索的取材、制作架设、锚固和防护、选择主索跨比、

初始拉力、荷载分布以及如何调整和解决施工各阶段索形和桥面预拱度等设计和施工中诸多问题，以使建桥技术达到新的水平。悬索桥的新形式仍在不断探索中，如美国式（采用竖直吊杆及桁架加劲梁）、英国式（采用矮扁平翼状钢箱加劲梁及三角形的斜吊杆）、丹麦式（亦称混合式，即用竖吊杆和钢箱加劲梁）及其它形式的悬索桥（如带斜拉索桥）等，以期丰富悬索桥的内容和形关。着力研究高强、轻质新型材料。倘若人类在新型材料的研究上取得突破，不但连接欧洲和非洲间的直布罗陀特大桥（L＝5000m，水深450m）将成为现实，而且权威专家预言建造主跨L ＝8000m的跨海峡悬索桥的理想也是能够实现的。

2.2.2斜拉桥

今后斜拉桥在结构体系上仍以飘浮式或半飘浮式为主，主要的目的是为了抵抗温度及地震。主梁采用的材料上，混凝土斜拉桥仍将是斜拉桥的主要形式；对超大跨径的斜拉桥，叠合梁和复合桥面系统显示出极大的优越性。塔和索的形式也随着斜拉桥跨径的增加而取得新的进展。譬如将不断采用双塔对称、单塔不对称、多塔多跨等形式以满足桥梁的功能，取得与环境的协调的效果；为解决随着斜拉桥跨径增大、索的钢束的重度也愈大、刚度在降低的矛盾，将采取增加辅助索等方式。在结构分析方面将考虑结构的初始内力等，并对动静力的分析也将更加深入；权威专家认为，随着世界建桥技术的理论水平、材料水平和工艺水平的不断发展，21世纪建造跨度在1600m的斜拉桥将成为现实。

2.2.3拱桥

随着拱桥的无支架施工方法的应用和发展，拱桥在跨径200～500m是有竞争力的，中国的云南、贵州和四川3省及重庆直辖市等，将因地制宜地建造更多的拱桥，中国建造拱桥的前景将是极为广阔的。拱圈将向着轻型化的方向发展，且一些大跨径拱桥在施工阶段采用钢-混凝土组合杆件，或钢管混凝土合龙后再浇筑拱圈，可大大减轻吊装重量。因此，带有钢管的半刚性骨架很可能成为特大跨径拱桥最有前途的施工方法。多孔连拱的长拱桥，作为经济桥型之一，将会得到极大的发展。因为拱圈的轻型化，减少了对下部构造的要求，使连拱结合采用桩基柔性墩成为可能。中承拱、系杆拱有更多采用的趋势。在平原地区通航河流上，往往考虑采用中承拱桥，可达到降低桥高的效果。这种桥型矢跨比大，可减少推力；且造型美观，造价也较低，将为城镇起到增添景色的作用。

2.2.4预应力混凝土梁式桥

连续梁桥结构在40～60m范围，将继续占绝对优势。顶推法、移动模架法、逐孔架设法等施工方法将更加成熟。预应力混凝土连续梁将更广泛地应用于城市桥梁，而且，为充分利用城市空间，并改进城市桥梁交通的分道行驶，将不断采用双层桥面的形式以及钢筋混凝土结合梁的形式。在预应力钢筋布置方面，国

内外将趋于使用大吨位钢束和张拉锚固体系；将更广泛地应用部分预应力筋、预弯预应力筋、双预应力筋、体外布筋等预应力新技术。在一切适宜的桥址，更多地设计和修建连续刚桥这种结构体系。经过墩梁的固结，以尽可能不采用养护和调换不易的大吨位支座。不断加强高强轻质材料的研究和应用，以达到减小结构尺寸和自重，加大桥跨、降低建筑高度和造价等功能；同时充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面等，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。随着高速公路和城市立交桥的发展，越来越要求路线顺畅、行车舒适，必然会出现斜桥、弯桥、坡桥和异型桥，在需要大幅度降低梁高、增大净空时，将更广泛采用双预应力和预弯预应力梁。

2.3 大跨桥梁的发展趋势

2.3.1向更长、更大、更柔的方向发展

研究大跨度桥梁在气动、地震和行车动力作用下其结构的安全和稳定性，拟将截面做成适应气动要求的各种流线型加劲梁，以增大特大跨度桥梁的刚度；采用以斜缆为主的空间网状承重体系；采用悬索加斜拉的混合体系；采用轻型而刚度大的复合材料做加劲梁，采用自重轻、强度高的碳纤维材料做主缆。

2.3.2新材料的开发和应用

新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点，研究超高强硅粉和

聚合物混凝土、高强双相钢丝纤维增强混凝土、纤维塑料等一系列材料取代当前桥梁用的钢和混凝土。

2.3.3在设计阶段采用高度发展的计算机

计算机作为辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。

2.3.4桥梁建成交付费用

使用后将经过自动监测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行，一旦发生故障或损伤，将自动报告损伤部位和养护对策。

2.3.5重视桥梁美学及环境保护

桥梁是人类最杰出的建筑之一，闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥等这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品，成为陆地、江河、海洋和天空的景观，成为城市标志性建筑。宏伟壮观的澳大利亚悉尼港桥与现代化别具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。因此，21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，重视环境保护，达到人文景观同环境景观的完美结合。

3.大跨度桥梁实例

3.1杭州湾跨海大桥

杭州湾跨海大桥（如图3.1）全长36公里，其中桥长35.7公里，双向六车道高速公路，设计时速100km。总投资约107亿元，设计使用寿命 1 以上。大桥设北、南两个通航孔。北通航孔桥为主跨448m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准35000吨；南通航孔桥为单塔单索面钢箱梁斜拉桥，通航标准3000吨。大桥两岸连接线工程总长84.4公里，投资52.1亿元。其中北连接线29.1公里，投资额17.8亿元；南岸接线55.3公里，投资额34.3亿元。大桥和两岸连接线总投资约140亿元，实际建设工期43个月。

大桥的

结构为双塔

钢筋混凝土

斜拉桥，双

向6车道，

设计时速

100公里，

设计使用寿命1 ，建设期限5年。建成后，宁波杭州湾大桥将成为世界上最长、工程

图3.1 杭州湾跨海大桥

量最大的世界第一跨海大桥。大桥设南、北两个航道，其中北航道桥为主跨448米的钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准为3.5万吨级轮船；南航道桥为主跨318米的A型单塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准为3000吨级轮船。其余引桥采用30米至80米不等的预应力混凝土连续箱梁结构。非通航孔分北、中、南引桥3大块，其中海上部分桥梁长32公里。

大桥36公里的长度，使之超过了美国切萨皮克海湾桥和巴林道堤桥等世界名桥，而成为当前世界上已建成或在建中的最长的跨海大桥。据初步核定，大桥共需要钢材76.9万吨，水泥129.1万吨，石油沥青1.16万吨，木材1.91万立方米，混凝土240万立方米，各类桩基7000余根，为国内特大型桥梁之最。南滩涂50米＊16米箱梁采用整孔预制，大型平板车梁上运梁的工艺，开创了国内外重型梁运架的新纪录。水中区引桥70米＊16米箱梁采用整孔制、运、架一体化方案，单片梁重达2180吨，为国内第一。水中区引桥打入钢管桩直径1.5-1.6米,桩长约80米,总数超过4000根,其钢管桩工程规模全国建桥史上第一。

3.2金门大桥

早在1872年就讨论过要在金门海峡修建一座大桥的想法，可是直到1937年才在海峡上修了一座悬索桥。金门大桥（如图3.2）横跨南北，将旧金山市与Marin县连结起来。花费四年多时间修建的这座桥是世界上最漂亮的结构之一。它已不是世界上最