材料与桥梁工程

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1、材料与桥梁工程从20世纪桥梁成就对21世纪桥梁发展趋向的探讨周一桥杜亚凡桥梁工程在20世纪中取得了显若的成就。由于设计理论的进步和各种新材料、新工艺的出现，尤其是电子计算机的出现和应用，使桥梁的结构形式和跨度有了飞跃的发展。人们在桥梁工程方面发现的规律和取得的宝贵经验为21世纪的桥粱发展其定了基础。本文小结了桥梁工程在20世纪中的成就，对桥粱向大跨度、柔性结构发展的问题以及采用复合结构、新材料、新工艺等问题进行了探讨并循其规律预侧可能发展的趋向。二、对21世纪桥梁发展趋向的探讨1对桥梁继续向柔性结构发展的探讨桥梁向更大跨度的柔性结

2、构发展中，首要解决的是在气动及行车动力响应下结构的安全及稳定间题以及在高速行车条件下的人身安全及舒适度的要求。因此必须进一步加强对桥梁的动力条件下的分析计算和实验研究工作。在计算机技术不断发展的今天，如何正确地描述结构的动力行为以及旅客的反应还需做大量的工作。关于如何增大特大跨度柔性桥梁的刚度间题，根据各国专家的建议，可初步归纳为以下几点:将截面做成适应空气动力要求的箱形、三角形、弧形或分离的如图(a)所示的各种流线型加劲梁，使具有足够的竖向、横向刚度及抗扭刚度;采用具有斜索面的或如图(b),(c)所示的以缆索为主的空间网状承重体

3、系，以加强各向的刚度;采用悬索+斜拉的混合型桥式，将超大的主跨分解为两种体系，使与跨度平方成比例的悬索桥部分缆索减载;采用轻型而刚度大的复合结构做为加劲梁，并采用自重轻、强度大的碳纤维材料做主缆。各国专家对已蕴酿多年的直布罗陀海峡桥、墨西拿海峡桥、马六甲海峡桥等均有了各种建议的方案，我国琼州海峡桥也拟出了21世纪主跨的连续悬索桥方案。这些大桥在科技不断进步的21世纪中必将逐一变为现实。近期我国已在进行高速铁路的建设，其中必将在长江上修建可通过高速列车的特大跨度桥梁。这是我国在21世纪中首要解决的关键问题。2工程材料的发展必将使桥梁

4、工程有重大的进步在工程材料上，首先是钢材的发展。我国还须进一步开展低含碳量和含其他合金元素、经过微合金化和晶粒细化处理的超高强度钢材的研究和生产，这种超高强度钢材应具有优异的焊接性能。在20世纪我国已建成了采用可焊性良好的14MnNbq及15MnVNq钢及栓焊整体节点组成的大型桥梁，但尚需进一步发展，向超高强度钢及全焊钢梁结构发展。混授土在21世纪中仍是桥梁最主要的建筑材料。在改善混凝土性能方面，重点在使其耐久性达到良好的指标。这主要是改善混凝土内部结构，掺人高效减水剂及活性矿物掺合料，使孔隙率大幅度降低来提高燕耐久性。特别是以水

5、泥为基料的含有超细微粒的硅灰及纤维增强材料最有发展前途。目前实验的强度已达到200MPa，其特点及远景为:使桥梁自重减少1/3-1/2，与钢结构的重量相似;耐久性、抗冻性加强，延长结构寿命，减少维修工作量;具有很高的弯曲应力(20-25MPa)，这样可以免去表面分布钢筋及部分力筋的设置，混凝土工程将大为简化。在钢管混凝土复合结构方面，我国现有的水平尚需进一步提高，例如:在钢管混凝土内填充含有超细微粒的硅灰及纤维增强混凝土后，承压力可能达到350MPa，这将使杆件更为纤细化。在钢管混凝土构件中引人预应力，可扩大受拉构件的使用范围;在

6、铁路桥梁中采用钢管混凝土结构，节点的疲夯成为突出的问题。在这方面.海洋石油平台多年的工程实践经验是值得借鉴的。随着航空工业及原子能工业的发展，人们在20世纪中已经研制出了各种类型的纤维增强塑料(FRP)。它们具有自重轻、强度高等优异性能，必将成为桥梁今后主要采用的材料。如采用FRP的模拔型材已在试用，更有发展前途的是用纤维增强塑料(FRP)来制成力筋及缆索材料。如瑞士的米勒(Meier)教授认为，主跨为8400m的直布罗陀海峡桥方案中，由于钢索的自重过大，只有采用碳纤维增强塑料(CFRP)才有可能完成。3.在设计理论及施工工艺上必

7、将进一步结合桥梁结构向大型化、空间化发展后产生了结构的复杂性和施工的可能性的问题。这两者的统一是完美地律精重大工程的关键。20世纪中若干重大桥梁的设计及施工手段的结合，使人们对如何完成优良的工程有了新的看法。例如.在20世纪末叶建成的丹麦大带海峡(GreatBelt)桥、加拿大的诺森伯兰海峡(NorthumberlandStrait)桥和丹麦、瑞典间的菲阿桑桥(Feresund)的设计及施工中如何正确地选取桥梁上下部结构，以及相应的施工手段是一个非常关键的问题。由于上述桥梁在设计中选用了整体预制的大型棍凝土构件及相应的特大型浮吊，

8、使工程得以在高质量、高度机械化、高速度及低成本的条件下顺利完成。这种设计理论和施工手段将在21世纪中必将得到更大的发展和更多的应用。我国桥梁的设计及施工分离的状况宜按此经验改变，这将促使桥梁事业的良性发展的进程。迄今为止，世界上在桥梁基础工程上尚无