| 國外橋梁發展動向和趨勢 一、概述 一部橋梁發展的歷史，是橋梁跨徑不斷增大的歷史；是橋型不斷豐富的歷史；是結構不斷輕型化的歷史。 1、跨徑不斷增大 目前，鋼梁、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。至于混凝土橋，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，橋梁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梁的競爭能力；斜拉橋的涌現和崛起，展示了豐富多彩的內容和極大的生命力；懸索橋采用鋼箱加勁梁，技術上出現新的突破。所有這一切，使橋梁技術得到空前的發展。 3、結構不斷輕型化 懸索橋采用鋼箱加勁梁，斜拉橋在密索體系的基礎上采用開口截面甚至是板，使梁的高跨比大大減少，非常輕穎；拱橋采用少箱甚至拱肋或桁架體系；梁橋采用長懸臂、板件減薄等，這些都使橋梁上部結構越來越輕型化。 二、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年代德國首次采用平衡懸臂施工法修建跨徑114.2m的Worms橋以后，混凝土梁橋也用于大跨徑橋梁。最大的混凝土梁橋，國外是跨徑270m的巴拉圭Asuncion橋。 鋼梁橋一般用于大跨徑，尤其是桁架梁，用于特大跨徑。最大的鋼桁梁橋，是跨徑549m的加拿大魁北克橋，為懸臂梁橋，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梁中得到較廣泛的采用。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，有利于抗震；并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年代后應用多了起來。體外配索，可以減小截面尺寸，減輕結構恒載，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。加固橋梁時用體外索更是方便。著名的美國Longkey橋，跨徑36m，即是采用了體外索。 大噸位預應力應用增加。現在不少橋梁中已采用每束500t的預應力索。預應力索一般平彎，錨固于箱梁腋上，可以減小板件的厚度，減輕自重，局部應力也易于解決。 無粘結預應力得到了應用與發展。無粘結預應力在國外50年代中期廣泛用于建筑業，美國目前樓板中，99%采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，有利于抗疲勞和耐久性能。 雙預應力，即除用預張拉預應力外，還采用了預壓力筋，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局部應力較大，后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，使局部應力問題趨于緩和。 國外還較多應用預彎預應力梁。預彎預應力梁是在鋼工字梁上，對稱加兩集中力，澆筑混凝土底板，卸除集中力，這樣底板混凝土受到預壓，然后再澆筑腹板和頂板混凝土。有的國家如日本已有澆筑好底板的梁體作為商品供應。 3、箱梁內力計算更切合實際 對于箱梁，必要時需考慮約束扭轉、翹曲、畸度、剪滯的內力。由于剪滯的影響，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布，得出實用結果。 箱梁溫差應力的計算。箱梁由于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。 按施工步驟計算恒載內力。按結構的最終體系計算恒載內力，往往并不是實際的內力。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，并反算得到預拱度。 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，涂環氧，使連接良好，并增大抗剪能力。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發展過程，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。以后發展成為多點頂推，使頂推力與摩阻力平衡，使頂推法可用于柔性墩，同時也不使用豎向千斤頂。在這以后，又有下列發展： (1)用環形滑道，不必喂氟板。 (2)支座設在梁上，不需頂推后重行設置。 (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，特別適用于平曲線梁的頂推。 目前，頂推施工法不僅用于直線梁，而且用于豎曲線上的梁，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圓曲線的梁上，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；在處于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、澆筑平臺的模板系統大為復雜，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，每周完成三孔。 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，并開始出現多跨斜拉橋。結構不斷趨于輕型化；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)支座設在梁上，不需頂推后重行設置。 (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，特別適用于平曲線梁的頂推。 目前，頂推施工法不僅用于直線梁，而且用于豎曲線上的梁，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圓曲線的梁上，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；在處于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、澆筑平臺的模板系統大為復雜，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，每周完成三孔。 橋梁基礎 基礎尤其是大跨徑橋梁的深水基礎，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梁工程進度的關鍵工程，其費用也占橋梁造價相當大的比重。 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、復合基礎均得到較廣泛的采用，地下連續墻已開始在橋梁基礎中采用，超大的沉井也已經出現并順利設置或下沉。這一切都標志著，橋梁基礎工程技術已取得了很大的發展。 下面按基礎的主要類型進行介紹。 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，日本大量采用。 大直徑鋼管樁用作摩擦樁，經歷兩個階段：初期一般在管內澆筑混凝土，以防止鋼管的銹蝕。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。 以后逐漸傾向于管內不填混凝土，由于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，因此往往通過靜載試驗來確定其承載力。具體實例如，日本跨徑240m的濱名大橋每主墩采用49根直徑1.6m鋼管樁，組成水上承臺。 在沖刷深、復蓋層較薄時，往往將鋼管樁沉至巖面鉆孔嵌巖，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，水中四個深水墩均采用直徑2m的鋼管柱基礎 2、大直徑鉆孔灌注樁 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的大直徑鉆孔樁；而且往往采用擴孔方法，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，可以適用于深水，但體積龐大，隨著樁基的廣泛采用,沉井的應用范圍有所減少。不過在特大跨徑的橋梁中，沉井仍為主要基礎型式之一。 在大跨徑橋梁的深水基礎中，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，再澆筑混凝土，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，兩主塔分別采用直徑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梁沉井基礎。其特點是設置沉井，用大型抓斗挖泥船開挖至海底支承地基，整平巖基，再用切削機磨平，然后設置沉井，在其周圍拋石進行沖刷防護，最后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、復合基礎 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，然后鉆孔，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--柜石島橋3#墩巖面傾斜，水深近20m，采用46×29×30.5m鋼殼設置沉井與16根4m直徑的灌注樁組合的復合基礎。 |
