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窮則思變 鯤化為鵬:揚棄與躍進間的現代橋梁

2010-09-13 07:28魏安莉編輯任紅
中國三峽 2010年2期
關鍵詞:橋型鐵橋梁橋

文/魏安莉 編輯/任紅

上海立交橋攝影/xiaoleimichael/CFP

作為現代橋梁開始的象征,19世紀中期,英國成功建造了跨度空前的福斯灣鐵路橋,開創了以鋼材為主建造橋梁的新時代?,F代橋梁跨度大,結構復雜,需要精確計算。鋼材、混凝土材料的運用及設計理論的完善、實驗技術和計算機技術的發展,是判斷其是否進入到現代橋梁時期的三大標準。

就橋梁的結構體系和受力特點而言,現代橋梁可劃分為梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋四大體系。作為古已有之的橋型,現代梁橋、現代拱橋和現代懸索橋是在繼承和揚棄中國古代橋梁的基礎上發展壯大的,尤以懸索橋為最?,F代懸索橋與其古代祖先相比有著質的飛躍,當真是不可同日而語。至于斜拉橋,則純粹是現代科技創造出的嶄新橋型。

現在既面向傳統又面向未來,昨天的經驗啟示著明天的方向。帶著奔騰流逝的時間,成為交匯點與出發點的現代橋梁,既沉浸在亙古洪荒之內,又蘊涵于最為遙遠的未來之中。3:1的比例可見出繼承與創新的大致比例。且來一一認識現代橋梁的四大“當家花旦”:

枯木逢春老梁橋

當1930年龍?費雷西納在高強混凝土、預應力技術上做出突出貢獻,費氏錨應用而生后。當上世紀五十年代無支架平衡懸臂施工法誕生后,鋼筋混凝土梁橋和預應力混凝土梁橋迅速普及開來,梁橋一舉成為最經濟實用的橋型。

鋼桁架梁橋,以建于清末民初天津金剛橋和蘭州黃河鐵橋為代表,然而都是由外國人設計監造的。直到1937年才出現了中國人自己設計、監造的錢塘江大橋。在新中國橋梁史上叱咤風云的長江雙橋——1957年的武漢長江大橋和1968年的南京長江大橋,都是鋼桁架梁橋。1993年建成的九江長江大橋也采用了剛梁柔拱的桁架組合體系。鋼桁架梁橋一直是中國大型鐵路橋或公、鐵兩用橋的最佳選擇。

材料科學的發展始終是引發橋梁技術革命的催化劑。人類從使用藤、木、竹、石等天然原料到使用磚、木、石、鐵等加工材料,再到使用現代高強合金鋼、高強混凝土、高強纖維材料等優質人造材料建造橋梁,歷時6000多年。

鋼筋混凝土梁橋,包括中小跨徑的簡支梁橋、懸臂梁橋和連續梁橋和較大跨徑的預應力混凝土連續剛構、門型剛構和斜腿剛構梁橋。上述類型的梁橋在改革開放初期成為主力橋型。如1981年建成的主跨為82米的濁漳河橋是最大的預應力混凝土斜腿剛構橋,1984年建成的湖北省沙洋漢江橋是首座跨徑超過百米的連續梁橋。

立交橋,顧名思義是現代快速交通網絡節點上立體交叉的橋梁。作為最有效的交通組織方式,立交橋可以使車流暢通無阻地通過交叉路口,簡言之:各行其道,交行不悖。立交橋一般由正線橋和匝道橋組成,多采用預應力梁橋或鋼箱梁橋。

南京長江大橋是我國首座自行設計建造的公路、鐵路雙層式兩用特大橋。 攝影/王啟明/CFP

現代鋼混梁橋對于解決匝道橋設計中的小半徑彎橋和異型橋來說,顯得尤為得心應手。1974年,北京建成了中國第一座苜蓿葉形城市立交橋——復興門橋。30多年來,中國的城市道路立交橋從簡單的分離式,發展到苜蓿葉形、菱形、環形、喇叭形、組合形等互通式立交橋,既有效地疏導了交通壓力,又大大美化了城市景觀。

21世紀是海洋經濟的時代,跨海大橋自是不可或缺的基礎設施。中國以興建東海大橋、杭州灣大橋和舟山大陸連島工程為契機,吹響了全面開發海洋的號角。杭州灣跨海大橋為目前世界最長、規模最大的橋梁,其總長度達35.67公里。

2008年5月1日,世界上最長跨海大橋——全長36公里的杭州灣跨海大橋運營通車。作為一座由中國自行設計、監管、建造的可抗12級以上臺風的跨海大橋,工程創6項世界之最,用鋼量相當于7個“鳥巢”。整座大橋平面呈S形曲線,其30多公里的海上引橋全部采用耐腐蝕、抗風浪的預應力混凝土連續梁橋,跨徑為30米至80米不等。

現代梁橋對古代梁橋最大的革新,是在建材進步的基礎上衍生出許多分支橋型,豐富和完善了梁式橋的結構體系,使古老而質樸的梁橋變得生機勃勃。

推陳出新大拱橋

單純的數據或許是枯燥的,但是當這種數據和戰天斗地的英雄氣概與直沖云霄的革命激情相碰撞時,便會令人心情澎湃;平直的列舉注定是生厭的,但是當這種列舉和自強不息的民族精神與天天向上的時代脈搏相呼吸時,便會叫人心醉神馳。事實勝于雄辯,想要厘清中國現代拱橋發展的來龍去脈,最直截了當的辦法就是追查甲乙丙丁排列組合的行云流水賬。

工業革命以來,煉鋼技術的發明及普及,改變了世界的面貌,也改變了橋的面貌。

堪為古代橋梁中技術最優、存量最多的優秀橋型,為中國拱橋,尤其是石拱橋稱得上是一枝獨秀的。老驥伏櫪,志在千里。中國傳統的拱橋技術像一匹久經沙場的戰馬,在配上現代算法和施工工藝的鞍轡之后,老當益壯,一騎絕塵……創造了多種新穎的結構,使得中國在拱橋技術上始終引領著世界的潮流。

現代拱橋形式多樣,構造各異。就材料和結構而言,坊內習慣將拱橋分為:石拱橋、鋼拱橋、鋼混拱橋、鋼管混凝土拱橋、雙曲拱橋和系桿拱橋。其中鋼混拱橋又可細分為箱型拱、肋拱、桁架拱和剛架拱?,F代中國拱橋,在拱橋橋型、跨度水平、施工技術、大跨拱橋數量均居世界前列。

1961年建成的云南長虹橋,作為一座空腹懸鏈線型石板拱橋,其跨徑首次突破百米大關,達到112.46米。長虹橋的出現,改變了傳統拱橋的工藝和算法,成為中國現代石拱橋大發展的里程碑。2000年的山西丹河大橋,賡續了長虹橋的傳統,后來居上,跨徑達到146米,折桂世界最大石拱橋。

1964年,中國原創的雙曲拱橋在無錫誕生了,雙曲拱橋集用材省、施工快、強度好等優點于一身,為中國拱橋結構形式與安裝方法提供了新思路。雙曲拱橋一經推出,很快風靡水鄉澤國,并在異域生根發芽。其中全長1532米的長沙湘江大橋便是雙曲拱橋里的經典之作。

上海楊浦大橋 攝影/趙昀/CFP

20世紀80年代的鋼筋混凝土拱橋發展神速,在材料結構上如箱形拱橋、剛架拱橋以及桁式組合拱橋等新興橋型層出不窮;在承重形式上則以上承式為主,兼有中承式和下承式;在工藝發展上則以纜索吊裝、轉體施工、勁性骨架澆筑等技術日臻完善。

1989年重慶涪陵烏江大橋是運用轉體施工法建成的特大跨鋼混箱型拱橋。1995年貴州甕安建成了凌空飛跨烏江的江界河大橋,該橋運用桁架伸臂法懸拼架設,跨徑達330米,為世界最大的桁式組合拱橋。橋水面高差為263米,居中國各類橋梁之首。

1997年重慶萬縣長江大橋以420米的單孔箱型拱橋飛躍長江而雄踞世界第一,并讓世界記住,中國有如此高超的拱橋建造技術。

20世紀90年代,在中國得以發展完善的鋼管混凝土拱橋憑借其質量上乘和橋型俊美的綜合優勢,成為橋林新寵。目前中國建成的特大跨徑鋼管混凝土拱橋有20多座,如2000年廣東的丫髻沙大橋,跨徑360米。它采用了地面拼裝、垂直提升、水平轉動、對接合龍等新工藝,創下多項全國乃至世界記錄。

2003年上海盧浦大橋建成通車。它是一座主跨550米的中承式鋼系桿拱橋,打破了由美國保持的鋼拱橋方面的跨度記錄。

中國拱橋歷史悠久,名橋輩出,笑傲世界。中國現代拱橋的輝煌發展源于古人對拱的靈感和鐘愛,來自于打開風氣的經典拱橋千年傳統的積淀。直面現實,讓永恒的中國拱橋引領我們飛渡。

標新立異斜拉橋

20世紀50年代,真正現代意義上的斜拉橋在瑞典興起,70年代傳入中國。作為一種與以往任何橋型都截然不同的嶄新橋型,斜拉橋由主梁、橋塔和拉索三部分組成,從索塔上用若干拉索將梁吊起,增加了一系列彈性支點,減少了梁內彎矩,從而增大了跨躍能力。

身為大跨徑橋梁方案的有利競爭者,斜拉橋剛度好,是風暴活動頻繁地區大跨徑橋的優選對象。優質鋼材的運用和設計建造中的復雜計算,讓斜拉橋的科技含量很高,也使得興建斜拉橋常常成為一種最能考量一個國家綜合國力和發展水平的硬指標。

2009年11月27日,游客穿著雨衣在盧浦大橋上留影。 攝影/劉行喆/CFP

現代斜拉橋,是朝氣蓬勃的嶄新橋型。30年來,中國斜拉橋在結構形式、設計理論、計算方法和施工工藝等方面日臻完善,成就不凡。時至今日,大江南北橋塔聳立。中國已成為世界擁有斜拉橋最多的國家,占世界總量的35%。中國建造的斜拉橋,已成為世界第一等,寰宇超一流。且看一組數據:

1975年,第一座斜拉試驗橋在重慶云陽建成。

1982年,濟南黃河大橋成為第一座跨徑達220米的預應力混凝土梁斜拉橋,使斜拉橋成為中國大跨徑橋梁的首選橋型。

1988年,重慶石門大橋是一座獨塔斜拉橋,兩側跨徑分別是230米和200米,在當時穩居世界同類橋梁之首。

1991年,上海南浦大橋主跨423米,標志著中國橋梁界向大跨徑組合梁斜拉橋的躍進。

1993年,上海楊浦大橋主跨602米,為當時世界上最大跨徑組合梁斜拉橋,以此為發端,掀起了中國興建大跨徑斜拉橋的高潮。

2000年,蕪湖長江大橋,是亞洲首座公、鐵路兩用特大型鋼桁架梁斜拉橋,該橋采用世界首創的低塔斜拉索技術,集中國造橋技術之大成,被譽為“跨世紀標志性工程”。

2008年,主跨1108米,蘇通長江大橋竣工,創下了主塔最高,群樁基礎規模最大,斜拉索最長,跨徑最大等多項記錄?!捌?一”當晚,CCTV新聞聯播在播出蘇通大橋正式通車的新聞中,莊嚴宣稱:中國已成為世界橋梁建設的強國。

點石成金懸索橋

現代懸索橋與古代懸索橋頗有淵源,但經過工業革命的洗禮,其規模、材料、技術含量已不可同日而語,自當刮目相看。它集中了當代建筑學諸種尖端的理論、工藝、材料,以無與倫比的跨徑雄霸橋林,成為跨度1000米以上的合理橋型,跨度2000米以上的唯一橋型。

然而其弱點也繼承了老祖宗那剛度小、抗風能力較差的基因。作為跨越能力最強的橋型,現代懸索橋主要由主纜、吊桿、索鞍、錨碇和橋道梁等組成。從結構上講,有下沉式懸索橋和吊拉組合式懸索橋的區分。

抗戰時期,因云貴高原地形復雜、道路艱險,中印、中緬公路上修建了不少鋼絲繩主纜懸索橋,其中建于1938年的云南功果橋是這些懸索橋中的經典之作。

20世紀90年代以來,隨著高速公路發展和跨大江、大河與跨海灣、海峽的需要,出現了索、塔、錨、梁組合復雜多樣,真正現代化的大跨懸索橋。大跨徑懸索橋在中國起步雖晚,但卻秉承了數千年懸索橋建設的傳統和經驗。

借助于新技術、新材料和新工藝的推動,中國懸索橋得到井噴式的高速發展,迅速躋身世界前列,成為現代懸索橋中心,僅十年就建成了十座世界級的懸索橋。主要有:三跨連續鋼箱加勁梁的廈門海滄大橋、吊拉組合的貴州烏江大橋、巨型沉井式錨碇的江陰長江大橋。

2005年建成的潤揚長江大橋,如同蛟龍橫跨長江南北,銜接鎮江、揚州兩地。作為長江上第一座由1490米懸索橋和462米斜拉橋組成的組合型公路橋,代表了中國公路橋梁建設的最高水平。

2009年11月全線通車的舟山大陸連島工程,起于舟山本島,由金塘、西堠門、桃夭門、響礁門和岑港五座世界級跨海大橋組成,在寧波登陸,全長50公里。其中西堠門大橋主跨1650米,位居世界第二,不僅是世界上首座分體式鋼箱梁懸索橋,還成功地解決了強臺風區大跨懸索橋抗風穩定性難題,促進了我國橋梁技術的跨越式發展。

從清末1909年中外平等合作在蘭州建起了第一座黃河鐵橋開始,到民國1937年中國人自主設計建造出的第一座真正具有近代科技水準的錢塘江大橋,再到共和國1957年在蘇聯專家援助下首次跨越長江天塹武漢長江大橋的成功嘗試,直至1968年凝聚著“獨立自主,自力更生”的愛國激情與民族尊嚴的南京長江大橋的勝利竣工。四大經典名橋,開創了中國現代橋梁發展史上的四個新紀元。

從引進到自立:黃河鐵橋與錢江大橋

在撕裂的版圖上,僅有的幾座現代化橋梁,曾經清一色的外國造,淪為列強炫耀實力的招牌:隴海線上濟南黃河大橋,德國造;京漢鐵路鄭州黃河大橋,比利時造;哈爾濱松花江大橋,俄國造;沈陽渾河大橋,日本造;云南河口人字橋,法國造;廣東珠江大橋,美國造。

悠悠歲月,百年滄桑的蘭州黃河鐵橋迎來送往了多少商賈行旅、馬駝車流、軍甲戰陣、郵驛傳符、遷客騷人……舉凡西北的民生日用、軍政大計等受益于此橋者,恰似春雨潤物,何遑細說!注定是歷史豐碑的鐵橋,建成伊始,就博得了“天下黃河第一橋”的頭彩。其盛衰軌跡折射著蘭州乃至西北的經濟社會發展的陰晴冷暖。

1906年10月28日,在陜甘總督升允牽頭督辦下,甘肅洋務總局與德商泰來洋行正式簽訂了包修蘭州黃河鐵橋的合同,詳盡而明確地規定了中外雙方的權責。簽字代表有中方彭英甲,外方喀佑斯等人。

此前,守舊派官僚“群相疑阻,胥動浮言”,反對建橋的議論甚囂塵上。為此,外方特派專家來華,經過對現場水域各種數據的實勘確論,德商喀佑斯表態:“黃河水性雖云湍急,若如章程,架修鐵橋,甘愿保固80年?!?/p>

作為黃河上第一座真正意義上的現代橋梁——1909年竣工的蘭州黃河鐵橋,由德商泰來洋行喀佑斯承建,美國工程師滿寶本、德國技師和華人工匠劉永起共同承修,建起了長七十丈,寬二丈二尺的黃河鐵橋。橋下四墩,中豎鐵柱,外用混凝土構筑,耗銀30萬兩。鐵橋材料全部從德國進口海運至天津,再以騾馬大車輾轉天津、鄭州、西安運抵蘭州。

舟山大陸連島工程西堠門大橋 攝影/琳紅/CFP

作為黃河上修建最早且唯一保存至今的近現代鋼架梁橋,蘭州鐵橋既是中外官商互惠互利、華洋工匠精誠合作的一個完美范例,也是中國早期自主對外開放的一個重要象征,還是蘭州城市百年歷史記憶的一張珍貴名片。

落后就要挨打。1840年鴉片戰爭以來,西方列強對華進行的軍事瓜分、政治代理、經濟侵略、文化滲透持續不斷。翻開歷史,風雨如晦,硝煙四起,國無寧日,民不聊生。覆巢之下無完卵,國運貧弱至極,自主造橋陷于絕境。

在撕裂的版圖上,僅有的幾座現代化橋梁,曾經清一色的外國造,淪為列強炫耀實力的幌子:隴海線上濟南黃河大橋,德國造;京漢鐵路鄭州黃河大橋,比利時造;哈爾濱松花江大橋,俄國造;沈陽渾河大橋,日本造;云南河口人字橋,法國造;廣東珠江大橋,美國造。

“九一八事變”后,日本帝國主義準備發動全面侵華戰爭。國破山河在,出于救亡圖強的需要,志在報國的茅以升及其同仁辛勤踏勘,精心編制出杭州錢塘江大橋工程方案,以節省200萬大洋的優勢擊敗美、英等外國專家設計的眾多方案,最終脫穎而出,取得了錢塘江大橋設計權、監造權。又歷經艱難險阻,終于在1937年9月26日建成了第一座具有近代科技水平的錢塘江大橋。大橋全長1453米,主橋16孔,有15座橋墩,為公路鐵路兩用橋。

寬闊洶涌的錢塘江素以兇險出名,江底流沙深厚無比,變遷不定,地質和水文條件下極其復雜。當時的國際橋梁界認為在錢塘江上造橋絕非易事,某些帶種族有色眼鏡的西方專家還妄言“中國人無法在錢塘江上建橋”。

2009年11月23日,動車組列車奔馳在建于1938年的杭州錢塘江大橋。攝影/徐瑞康/CFP

2008年12月26日,杭州江東大橋正式通車。這是我國首座大跨度懸索橋,采用三跨空間纜自錨式懸索,為國內首創。攝影/吳國方/CFP?

“天下事有難易乎?為之,則難者亦易矣?!睕Q心為中國人爭氣的茅以升慨然受命,迎難而上,首次采用了氣壓沉箱掘泥打樁,用德國進口的低合金鎳鋼制鋼梁,解決了錢塘江大橋的工程難題,不愧是“中國現代橋梁之父”。

百年不老的蘭州黃河鐵橋,語重心長地訴說著百年前的中國與西方在自主自愿、平等互利的前提下展開的純經濟、技術上的第一例中外合作建橋。為那段暗無天日的歲月,打開了一線天光;為那個血雨腥風的時代,抹上了幾分暖色。

它的成功,具有重要的歷史意義,標志著西北人對于西方近現代科技的自覺與追求,升允在《創建蘭州黃河鐵橋碑記》中感嘆道:“外人奇技巧思,每可以宜民利用,而足輔我所不及,用人之長,亦奚足異?!?/p>

命途多舛的錢塘江大橋,竣工不滿3個月,為了托延和阻斷日軍西進南侵的鐵蹄,就被他的締造者親手炸毀。直到1948年3月,才修復如初。誕生于抗日烽火之中,再生于和平建設之時。它不僅在中華民族抵御外寇的戰爭中,而且在百廢待興的和平建設中都發揮了重要的作用。

蘭州黃河鐵橋,是中國橋梁由傳統向近現代邁進的技術性革命的前奏,因而具有劃時代的意義。蘭州鐵橋之前的鎮遠浮橋:冬拆春建,糜費甚巨,病涉戕生,咸知永嘆。鎮遠浮橋之后的蘭州鐵橋:一朝功畢,去險就坦,一勞永逸,樂享其利。

錢塘江大橋所昭示出的國家有難匹夫有責的愛國主義精神,敢為天下先的科技創新精神,正是偉大的中華民族重新崛起的動力所在。

由外援到自強:武漢與南京長江大橋

1968年12月29日,100輛坦克從剛剛竣工的南京長江大橋上列隊駛過,以這種橋梁史上絕無僅有的驗收方式,宣告了在江闊水深、地層復雜的長江下游,一座由中國自行設計施工的,讓中國人民揚眉吐氣,讓世界瞠目結舌的公鐵兩用鋼桁架梁橋的勝利建成。

雄雞一唱天下白。1949年新中國的成立之于中國橋梁建設來說,正如久旱的禾苗盼來一場甘霖。1957年,凝聚著中國人民智慧與蘇聯專家心血的武漢長江大橋,橫跨于武昌蛇山和漢陽龜山之間,俯看著滾滾東去的長江,向世界莊嚴宣告了中國橋梁新紀元的到來。

該橋全長1670米,寬22.5米,單孔跨度128米,為9跨3聯連續鋼梁公、鐵兩用橋。工程首次采用了先進的大型管柱基礎與懸臂架設鋼梁技術,在漂亮地完成了“一橋飛架南北,天塹變通途”的宏大敘事的同時,也為我國培養出一支科研、設計、施工、機械設備制造四位一體的橋梁建設隊伍。

2009年10月19日上午8時,湘江長沙段降至25.06米歷史最低水位。橘子洲大橋下已經呈現大面積裸露的河床。 攝影/徐行/湖南日報/CFP

杭州灣跨海大橋斜拉橋 攝影/陳誠/CFP

1968年12月29日,100輛坦克從剛剛竣工的南京長江大橋上列隊駛過,以這種橋梁史上絕無僅有的驗收方式,宣告了在江闊水深、地層復雜的長江下游,一座由中國自行設計施工的,讓中國人民揚眉吐氣,讓世界瞠目結舌的公鐵兩用鋼桁架梁橋的勝利建成。

南京長江大橋是中國橋梁建設的豐碑,凝聚著中國人民的愛國情懷與民族尊嚴,驕傲地扛起了中國政治獨立、外交自主與經濟自強的紅旗。其精神意義遠遠超過了橋梁本身的技術半徑,成為一代國人的精神脊梁。

南京長江大橋的規??涨?,其江面正橋長1576米,寬15米,橋欄為鑄鐵浮雕,南北兩座70米高的橋頭堡,鐫刻著毛澤東題字“獨立自主,自力更生”。1981年,作為社會主義建設的偉大成就,赫然寫入了中共中央《關于建國以來黨的若干歷史問題的決議》的紅頭文件。

南京長江大橋是在全國三年自然災害、蘇聯撤走專家的1960年開工的,大橋的建設受到舉國關注。從全國各路調集精兵強將,最多時達5萬人。面對前所未有的困難,懷著強國夢想的建設者們奮發圖強,南京長江大橋在水深流急條件下創造出重型沉井的深水基礎,攻克了在復雜的深水淤泥厚集地質條件下基礎施工的難關。真可謂是:一座大橋全國造。

中國現代橋梁的輝煌時代是在新中國的60年間創造的,而點睛之筆就繪在長江之上。到2010年,長江自四川宜賓到入??诮?000公里的干流上,長江大橋可望突破60座,平均50公里一座橋梁。囊括了拱橋、鋼桁架梁橋、斜拉橋、懸索橋等各種橋型,成為反映現代中國橋梁建設各階段水平的天然博物館。而武漢與南京兩座長江大橋的篳路藍縷之功,永遠值得我們銘記在心。

窮則思變

鯤化為鵬:

揚棄與躍進間的現代橋梁

材料科學的發展始終是引發橋梁技術革命的催化劑。人類從使用藤、木、竹、石等天然原料到使用磚、木、石、鐵等加工材料,再到使用現代高強合金鋼、高強混凝土、高強纖維材料等優質人造材料建造橋梁,歷時6000多年。工業革命以來,煉鋼技術的發明及普及,改變了世界的面貌,也改變了橋的面貌。

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