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【王用中】適時發展我國橋梁鋼結構
2011-12-27 來源:作者:王用中 來源:中國橋梁網
一、我國是橋梁大國,橋梁建設迅速發展

    經過20世紀80年代的“學習和追趕”、90年代的“跟蹤和提高”兩個重要發展階段,我國已成為橋梁大國。隨著我國公路、鐵路大規模的發展,我國橋梁數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(鋼混結合面設在主跨距塔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()
結構形式
所在國家
建成年份
1
重慶長江大橋復線橋
86.5+3×138+138+330
-砼組合連續剛構
中國
2006
104.5
2
Stolmasundet
94+301+72
PC連續剛構
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
巴拉圭
1979
5
虎門大橋副航道橋
150+270+150
PC連續剛構
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方案已在瓊州海峽大橋等多個工程中出現,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造。

    跨海大橋的建設是國家綜合實力的體現,近年來我國跨海大橋建設成果輝煌,從另一側面反映了我國橋梁建設的發展。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,在大橋建設領域里我們確實已成為當之無愧的橋梁大國,然就橋梁技術整體發展水平,我國橋梁建設還存在發展不平衡,精細化程度不夠等諸多問題。

    作為我國結構工程的分部,如同我國結構工程一樣,混凝土、預應力混凝土橋梁仍是主導橋型,由于基礎設施的大規模投入,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、水泥數量巨大,而水泥、骨料的生產以及產生的大量建筑垃圾讓我們付出了巨大的環保代價。混凝土橋的質量控制與普遍出現的弊病及混凝土結構耐久性的質疑開始讓工程界更多關注鋼、鋼混組合結構橋。相對混凝土預應力混凝土橋,鋼、鋼混組合結構橋具有質量易控制、施工快速、耐久性更有保證等特點,且隨著經濟的發展,造價與混凝土橋更有可比性,故而成為我國當前橋梁發展的技術方向。為此應采用鋼、混凝土組合結構、推廣鋼結構以徹底改變我國工程結構以混凝土材料為主的現況,減少我國混凝土用量以與發達國家工程結構、橋梁結構發展趨勢保持一致。

    二、我國是鋼鐵大國,鋼橋的應用卻差強人意

    自上世紀90年代,我國鋼鐵產量已連續十余年保持世界第一,并且遙遙領先于其它國家,2008年中國鋼鐵產量比排名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年世界粗鋼總產量與我國產量對比,圖2為2008年世界粗鋼產量前9個國家產量對比。
   
    然而隨著世界經濟的不景氣與有意識地對我國經濟發展的打壓,近年來我國鋼鐵工業面臨國際鐵砂價格上漲、鋼鐵出口受阻、產品滯銷等問題(圖3)。為保證我國鋼鐵工業正常發展,確有必要增大鋼鐵內需,即應在各工程領域擴大鋼結構的應用。
    
  

圖1-粗鋼產量對比    圖2-世界前九名國家粗鋼產量對比
   


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,鋼鐵產品品種豐富、質量提高,這兩方面均達到了國際先進水平,與之應運而生的是工程鋼結構應用的普及及與鋼結構為依托的鋼結構企業的發展,據統計我國已有30多家具有特級資質(年產量超過5萬噸)、產品質量優良、管理科學的鋼結構制造企業,其制造水平達到了國際先進水平;30多家具有實力的鋼結構安裝企業承擔了國內重點大型鋼結構工程安裝,其新技術、新工藝、新設備層出不窮,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構工程,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

    在橋梁建設領域,鋼橋、鋼-混凝土組合橋、鋼管混凝土橋近年來在大橋建設中亦有日益廣泛的應用,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地位(圖4)。鋼鐵業的發展、鋼結構的技術進步是適時地發展我國橋梁鋼結構的前提。但相對于發達國家我國鋼橋技術發展極不平衡,一方面是特大橋的高水準應用,另一方面是中小型鋼橋的低水準應用且總量很少。截止到2008年底我國橋梁總數超過59萬座,鋼橋數量不足橋梁總量的1%,而美國60萬座橋梁中鋼橋占33%、日本13萬座橋中鋼結構橋占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,我國鋼橋應用的落后與我國當前綜合國力不相應、與經濟發展狀況及發展方針不相應。

    三、順應鋼鐵產業的發展,適時發展我國橋梁鋼結構

    鋼結構是節能、環保結構。鋼材強度高,鋼結構相對比較輕,施工安裝較便利,構件尺寸相對較小,可以更有效利用材料,且可通過再利用、回爐等措施循環使用,故較少“建筑垃圾”問題。相對混凝土結構,鋼結構延性更好,故安全貯備更大,抗震性能更好,故為結構工程界所推薦,屬建筑結構、橋梁結構發展方向,順應我國產業的發展方向,應使之成為我國橋梁主導結構橋型式。

    橋梁鋼結構的發展緊隨著鋼材及其制造技術的進步而發展,鋼橋在制造方面經歷了鋼釘連接、鉚接、高強螺栓連接及焊接的發展過程。現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—高性能鋼的發展軌跡。

   表5-鐵路鋼橋的標志性發展階段

大橋名稱
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