浅谈桥梁建设的科学发展观

浅谈桥梁建设的科学发展观 史永吉 目 录 1 绪言 .................................................................................................................................................................... 1 2 桥梁建设的理念 ................................................................................................................................................ 1 3 关于桥梁发展的科学知识的继承性和进步..................................................................................................... 2 3.1 桥梁结构的演变和技术进步 ......................................................................................................... 2 3.2 桥梁建设年代、地区转移和技术上的主要贡献 ......................................................................... 2 3.3 科学性和知识的继承性 ................................................................................................................. 4 3.3.1 关于结构选形 ..................................................................................................................... 4 3.3.2 不合理的结构 ..................................................................................................................... 5 3.3.3 关于结构的计算 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ......................................................................................................... 7 3.3.4 关于试验研究 ..................................................................................................................... 8 4 构造细节的重要性............................................................................................................................................. 8 4.1 桥梁结构设计概要 ......................................................................................................................... 8 4.2 关于构造细节设计 ......................................................................................................................... 9 4.2.1 关于钢桥面板（正交异性板）的细节 ............................................................................. 9 4.2.2 关于构件连接细节 ........................................................................................................... 11 4.3 关于制造细节 ............................................................................................................................... 12 4.4 关于安装细节 ............................................................................................................................... 13 5 关于思维模式 .................................................................................................................................................. 14 5.1 思维模式的变化及其影响 ........................................................................................................... 14 5.2 关于技术指标 ............................................................................................................................... 15 5.3 关于桥梁景观及其他 ................................................................................................................... 16 5.4 关于创新、世界第一和奇迹 ....................................................................................................... 17 5.5 关于评奖 ....................................................................................................................................... 18 6 结束语 .............................................................................................................................................................. 18 1 绪言 纵观世界桥梁的发展史，人类在桥梁的跨越能力以及伴随着桥梁发展的各项技术 上，取得了太多辉煌，但也经历了许多沉痛的教训。所有这些辉煌和教训，都是一笔宝 贵的财富，促进了桥梁建设走上科学发展之路。 1990 年以来，短短的十几年中，我国建成了近百座主跨超过 300m 的拱桥、超过 400m 的斜拉桥和超过 600m 的悬索桥，桥梁建设的重心已由欧美、日本转移到了中国。 然而，个别桥梁在施工过程中或建成不久即垮塌，许多桥梁建成以后很快就产生了 不同程度的病害，特别是桥面铺装层裂纹和钢梁的疲劳裂纹。有些城市桥梁，全长 100~ 200m 或 400~500m，往往需要上亿元或数亿元投资。所有这些迫使我们每一个桥梁工作 者深入思考：哪些方面出现了偏差？如何正视这些问题？如何使我国桥梁建设科学地发 展？ 桥梁的科学发展是一个很大的题目，很难谈，这里，从存在的问题出发，谈一些我 思考的内容：桥梁建设理念和思维模式、桥梁技术的引入和转化、桥梁科学发展的知识 继承性等，认识非常粗浅，仅供参考。 2 桥梁建设的理念 桥梁作为公共交通设施，应具有满足其功能所要求的机能，应有足够的安全性和 耐久性、良好的施工性（制造、安装）和维修性、优美的景观性、合理的经济性。 (1)桥梁功能：指交通功能，即行人、行车、以及桥下无障碍行车、通航。 (2)结构机能和安全性：体现在所要求的性能上，如： ·结构安全性，即承载力、静力和动力稳定性、抗疲劳脆断性、刚度等。 ·使用性，即车辆走行安全性和舒适性。 ·可恢复性，即桥梁受到局部损伤后，可通过维修恢复其性能。 (3)耐久性和维修性：使用寿命≥100 年，建立在适时维修管理的基础上。 (4)景观性：指桥梁的功能美和与周边环境的协调性。 (5)经济性：指满足桥梁功能、安全、耐久、景观等要求的全部投资（初始建设费 和维修管理费）。 偏重于其中一项或几项而忽视其余，都不能称为完整的桥梁建设理念。 1 3 关于桥梁发展的科学知识的继承性和进步 3.1 桥梁结构的演变和技术进步 桥梁的发展经历了以下历程： 原始的天然木梁、洞穴成拱、藤索道 加工自然材料（木、石、藤）的古代桥梁 人造材料（钢、混凝土）的近代、现代桥梁 在这一演变过程中，桥梁的基本结构形式仍然是梁桥、拱桥和索支撑桥梁这三大类， 但其内涵有了巨大的变化，主要体现在以下几个方面： ·高性能材料的开发和应用； ·力学知识和结构分析理论的进步和正确应用； ·计算手段的发展和应用； ·制造和施工技术的进步； ·社会先进技术的引入和应用。 3.2 桥梁建设年代、地区转移和技术上的主要贡献 (1)19 世纪末~第二次世界大战前 桥梁建设的重心主要在英国和美国，尤其是美国的东、西海岸，建成了许多大跨度 悬索桥。主要的技术进步如下： ·1883 年建成的 Brooklyn 悬索桥（主跨长 486m），第一次采用了高强度镀锌钢丝 束； ·1903 年建成的 Williamsburg 桥（主跨长 487.5m），是第一座钢塔悬索桥； ·大挠度理论解决了大跨度悬索桥的结构分析问题，1931 年建成的 George Washington 悬索桥（主跨长 1067m）跨度突破了 1000m； ·风洞试验及气动分析解决了大跨度桥梁抗风稳定性问题； ·大跨度悬索桥先索后梁（无临时支架）施工法； ·海湾深水、复杂地质条件下的沉箱/沉井基础施工法； ·铆接钢结构设计和制造技术的完善。 2 (2)第二次世界大战后 桥梁建设的重心转移至欧洲，主要技术贡献如下： ·PC 梁的发展，德国科式锚和法国弗式锚等预应力体系的开发和应用，完成了由 RC 桥梁向 PC 桥梁的变革。 ·焊接和高强度螺栓连接技术全面取代了铆接连接技术。 ·电子计算机的引入和通用计算程序的开发，使高次超静定结构的精确计算成为可 能，促进了象斜拉桥这样复杂桥梁结构的应用和推广。 ·钢桥面板（正交异性板）的应用和改进，减轻了自重，延伸了跨度。 (3)1970 年后 ·桥梁建设的重心转移到日本，代表性的桥梁是本州—四国联络桥，1998 年建成 的明石海峡大桥使悬索桥的跨度达到了 1990m，1999 年建成的多多罗大桥使斜拉桥的 跨度达到了 890m。虽然没有重大技术性突破，但在全面吸收欧美国家技术的基础上， 转化成日本桥梁技术，在桥梁设计、制造和架设等方面的精细化上升了一个等级，并在 制造上用数控（NC）作业法逐步取代了过去的实物放样作业法，在施工上采用大型浮 吊大段吊装，以及海湾深水基础施工等方面取得了很大进步，被桥梁界一致认为，本四 联络桥代表了当代桥梁技术的最高水平。 ·钢—混凝土组合结构桥梁的新生 过去的组合梁，把钢、混凝土按弹性模量比换算成同一种材料，用线弹性理论（平 面变形）进行计算分析，造成混凝土板的过大开裂、剪力键的疲劳破坏，引起承载力降 低，导致 1960~1970 年代组合结构桥梁建设降至“冰点”。 1980 年代，法国和德国在研究中，基于钢与混凝土之间的非连续界面，考虑了剪 力键的抗剪刚度，用不完全平面变形理论代替过去的完全平面变形理论，并采用了限制 混凝土板裂纹宽度的设计法，从而使组合结构得以健康发展，并开发了许多非常有特色 的组合结构，推广至世界各国。例如： ——组合板梁、组合箱梁、组合桁梁； ——中间支点双层组合连续梁； ——组合刚构； ——组合桥面板； ——波形钢腹板组合箱梁； ——Extradosed Bridge（矮塔斜拉桥），外形似斜拉桥，受力特性接近连续梁桥； 3 ——SRC 梁。 (4)1990 年后 桥梁建设的重点转移到东亚、中国。短短十几年内，中国建成了 100 座左右的大跨 度悬索桥、斜拉桥和拱桥等，其中包括跨长名列世界第二的悬索桥——西堠门大桥（主 跨长 1650m）、世界最大跨长的斜拉桥——苏通长江大桥（主跨长 1088m）、世界最大跨 长的钢拱桥——卢浦大桥（跨长 550m）。 杨振宁教授在联合国教科文组织谈中国科学进步达到了世界水平时，列举的事例， 一是造船，二是桥梁。 这一切都表明，我国在引入、吸收和转化欧、美、日本的桥梁建设技术的基础上， 取得了长足的进步。 3.3 科学性和知识的继承性 我们有理由为我国桥梁的发展速度而自豪。然而，也应清醒地注意到问题的严重性。 特别是桥梁的科学性和长久积累的知识的继承性。举例如下： 3.3.1 关于结构选形 桥梁结构的形式经过了数百年的演变和优胜劣汰，符合力学原理、施工方便、经济、 经受长期运营检验的留下了，反之，被淘汰了。另外，一种结构形式有一定的跨度适用 范围。现举几例与上述相悖的结构形式。 ①“大转轮”桥（后因大家反对而放弃） 原“创意”：集交通、娱乐、商业为一体。 该桥的问题： ·忽略了桥梁的交通功能，加剧了城市交通的“瓶颈”响应； ·受力不合理，产生了转轮与桥梁动力相互影响这一原本不该有的难题； ·投资过大。 ②“苜蓿叶”型斜拉桥 “龙”桥（自锚式悬索桥） 4 散索点(3束股) 散索点(7束股) 特点：1 根主斜索分成 3 股锚固于梁上 特点： a 自锚式悬索桥； （80 年代初架设时垮塌） b 拱形塔； c 主缆分成 7 根索股锚固于塔上； d 三角形斜吊索 图 3.1 “苜蓿叶”型斜拉桥示意图 图 3.2“龙”桥示意图 这两座桥的共同点是：主索在散索点分成 3 根束股或 7 根束股，在移动的交通荷载 作用下，散索点的空间位置会发生变化，各索股的受力随之变化，相互之间会产生变形 差，从而引起微动摩擦疲劳（Fretting frictional fatigue）。另外，该桥的特点都是将来的 问题点。 ③“蝴蝶”拱桥、“月牙”拱桥、“风帆”拱桥、“集束管”拱桥 虽然受力不合理，但可以实现。然而，增加了材料的用量和施工的难度，投资增加 2 倍至数倍，而且耐久性令人质疑。 ④一种特殊的斜拉桥 (a)某斜拉桥 (b)德国公园桥 特点：斜拉索吊在半跨的各一侧；主塔成 70°，纺锤形断面 图 3.3 特殊的斜拉桥 这是一种令人十分费解的“斜拉桥”，它违背了斜拉桥的基本特性，并带来一系列 问题。这种形式在德国一座公园里有一座跨度约 30m 的人行桥，见图 3.3(b)，平面呈“S” 形曲线，桥面向主塔侧倾的扭曲状。如果把在公园里建设的带有趣味性、观赏性的小桥， 作为具有正规交通功能的大型桥梁，就令人十分不解了。 3.3.2 不合理的结构 不合理的结构往往忽视了材料、地质、制造和桥位架设等条件，以及受力的合理性、 5 耐久性和经济性。还有一些桥梁，仅仅是为了追求个人的喜好，与众不同。运营后难免 会产生各种问题。 (1)索系杆拱桥 系杆拱桥是用钢系杆承受拱肋水平推力、支座承受垂直压力，形成自平衡的拱桥， 这是一种受力非常合理的结构，被广泛应用。1980 年代，我国建设了一批索系杆拱桥， 由于钢丝束与钢构件的弹性模量差，以及索的弹性模量离散性大、蠕变等特性，成桥后 引起永久变形，并引起次弯矩，导致承载力和耐久性的降低。 (2)软弱地基上建 PC 刚构桥 经典结构力学指出，软弱地基上不宜建刚构桥。由于地基受载后的变位（不均匀沉 降和转动）的缓慢发展，引起 PC 刚构产生较大的次弯矩，进而出现过大裂纹，有些已 成为危桥。遗憾的是，几乎没有一座桥在基础上设置固定测点，以测量基础的时程变位， 表明对这一问题的忽视。 (3)自锚式悬索桥 悬索桥是跨越能力最大的桥梁结构形式；其优点之二是施工时不需要临时中间支 架，采用先索后梁的施工方法，可以使大跨度桥梁的架设得以实现；优点之三是主梁弹 性连续支撑在吊索上，吊索距一般 10 多米，梁可以做得很柔细、经济。 表 1 悬索桥与自锚式悬索桥的比较 比较项目 架设方法 先梁后索，需临时支架、难度大、工期长 先索后梁，不需临时支架 塔高 约 L/3~L/5，主塔不经济 约 L/9~L/11，经济 主梁 压弯构件，且长度很大，主梁不经济 受弯构件（跨距小），经济 锚碇 不需要 需要 适用跨度 100m~400m，更适合该跨度的是梁式桥、拱桥和斜拉桥 ＞500m，甚至 5000m 耐久性 令人质疑 美国早期建设的悬索桥已达 100 年 经济性 与梁桥、斜拉桥相比，投资约增加一倍以上 / (4)关于大跨度拱桥双层桥面的主梁桁架形式 有的大跨度拱桥主梁采用桁架，主跨偏偏采用三维矩形框架。经典结构力学明确指 出，以直线杆件组成的三角形为基本形状而构成的桁架杆件只承受轴力，并考虑节点刚 性引起的次弯矩。矩形框架则要承受轴力、弯矩和剪力，受载后矩形框架易发生畸变而 产生次弯矩，明显不易作为桁架，这种矩形框架的经济性、耐久性令人质疑。 6 (5)曲索面斜拉桥 斜拉桥是索支撑桥梁，即由斜拉索的垂直分力承担主梁和交通荷载的重力，所以最 长索锚固在塔的最上面，而且最长索与主梁的水平夹角需大于 22º，塔高（自桥面算起） 与主跨比宜在 1/5.0~1/6.5 之间，这是一种合理的斜拉桥设计。为什么偏偏要反其道而行 之呢？很明显忽视了结构受力的基本原理。 图 3.4 曲索面斜拉桥示意图 (6)空间曲线形主缆的自锚式悬索桥 近来在自锚式悬索桥的花样翻新上下足了功夫，有的做成拱形塔，有的做成 A 形 塔，这样，主缆在塔顶锚固间距较窄，梁端锚固间距较宽，成桥时，吊索张拉后主缆就 成空间曲线状。然而，忽视轴向受力才能发挥钢丝的高强度性能，而且索不具备抗弯曲、 抗扭转的能力，在移动活载作用下主缆的空间曲线是变化的，必然引起主缆空间弯曲和 扭转变形，主缆、索夹和吊索的抗疲劳耐久性都受到质疑。 (7)“贝壳”形薄壳主塔 索支撑桥梁的主塔呈垂直状，是承受压力为主的压弯构件，通常设计成闭口断面的 箱形构件。某桥设计成开口薄壁“贝壳”形断面的 RC 塔，施工难暂且不说，一个数十 米高的主塔现场浇注混凝土，钢支架和模板就需 2000 多吨，这种开口的薄壳 RC 结构 作为受压构件明显是不合适的，可又偏偏称之为最合理的结构。 3.3.3 关于结构的计算分析 电子计算机的普及和大型通用程序以及专业程序的开发，使年轻工程师们很快掌握 了复杂桥梁结构的计算分析。然而，如果忽视了对各种基本结构的力学原理、材料性能、 制造、施工、维修等知识的全面认识，就可能出现较大的计算误差，甚至被错误的计算 结果所误导。 目前，电算分析上存在的误区大体如下： ·计算模型（包括约束条件和荷载作用）不准确； ·计算理论选用不正确； 7 ·误把 FEM 分析作为一种计算理论，认为凡是用 FEM 分析的就是正确的，其实， FEM（Finite Element Method）仅仅是一种方法，应用不正确，照样出错误。另外，对 分析结果不检验。 ·自编程序缺乏必要的检验。 3.3.4 关于试验研究 现在一些较大的重点工程项目都列出了一些科研课题，很大一笔科研经费来自工程 项目，无疑这对促进我国应用科学的研究和工程质量的提高是非常有意义的。然而有相 当一部分试验研究是单纯地验证设计意图（不管这一意图是否正确）；后续工程中又较 低水平地重复进行同一内容的试验；不管试验结果是否可信，就认为有科技含量。 另外，针对不同的试验目的前人已经建立了各自的模拟理论，可是，许多试验忽视 了这一知识。这里举一例： 某重点工程列了一项课题，研究焊接接头焊缝、热影响区、母材三个区域的裂纹扩 展速率（da/dN），整理出的试验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 厚厚一大册（就是没有试样、焊接、加载方法等背 景资料），结论之一是容许有毫米级的贯穿板厚的裂纹。经一追问，试样为 12mm 板、 X 形坡口、CO2 对接焊接头，采用电火花方法预制 3mm 深的裂纹后进行疲劳试验。由 下图可见，小线能量的 CO2 焊接，其热影响区宽度约 0.5mm 左右，且呈 45°走向，预 制 3mm 深的裂纹，裂纹尖端已进入母材，这能表明是热影响区的 da/dN 吗？ 焊缝 热影响区 母材 图 3.5 对接焊接头 4 构造细节的重要性 4.1 桥梁结构设计概要 桥梁结构设计过程可概括为两点： ①对经过 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 比选选定的结构类型，建立准确的计算模型（包括约束条件、荷载作 用等），采用正确的计算理论进行内力分析，求得内力，选定构件断面，进行应力和变 8 形检验。 ②选择合适的构件之间的连接方式和构造细节，确保传力直接、匀顺。 钢桥疲劳设计规范中，花了很大篇幅介绍各种典型构造细节的疲劳抗力，以及对其 描述和要求。 现代桥梁内力分析的错误一般较少，而构造细节不当引发的疲劳裂纹及其他病害则 屡屡发生。在桥梁发展史上，构造细节的研究和实践是最多的课题之一，也是不断进行 改进，演变最多的部分之一。所以，现在流行一种说法，叫“构造细节决定成败”，表 明了构造细节（设计、制造和安装）的重要性。 4.2 关于构造细节设计 我国近年来施工或建成的一些桥梁出现的一些问题，特别是钢箱梁桥面板的疲劳裂 纹，往往与构造细节有关。这里仅举几例。 4.2.1 关于钢桥面板（正交异性板）的细节 (1)荷载、构造及受力特点 ·荷载：钢桥面板直接承受纵横向均可移动的汽车轮载作用，次数非常频繁。 ·构造：正交异性板由厚度较薄的面板、纵向和横向加劲肋组成，三者互为垂直， 焊接成一体共同工作。 ·受力特点：用钢量少、自重轻、承载力大。但是，其中任一构件的挠曲变形都会 导致相邻垂直构件的面外变形，受到焊接连接的约束就会产生次弯曲应力，如果设计不 当，极易引发疲劳裂纹。所以，要求面板厚度、纵肋刚度和肋脚间距、横肋刚度和间距 等有很好的匹配性。 (2)疲劳裂纹举例 钢桥面板的裂纹类型很多，原因各不相同，这里仅举几例。 ①纵向 U 形肋下翼缘与横肋相交处的弧形缺口形状尺寸及由此引发的裂纹 设置该弧形缺口的目的，是要减小纵肋挠曲变形受横肋的约束，同时，又要满足 U 形肋侧壁与横肋腹板角焊缝的抗剪强度，以及不过分消弱横肋腹板断面（即满足弯曲应 力和剪应力检算要求）。 9 ≥ 0. 15 hR1 R2 R3 h t 300 300 300 σ τ 400~420 R2 R1 R3 R 4 400~420 面板 t≥12mm 面板 t≥19mm U 形肋 300×280×8mm U 形肋 420×330×8mm 横肋 t≥10mm，间距 2.0m~3.0m 横隔板 t≥12mm，间距 4.0m~5.0m 弧形缺口 R1≥5t 弧形缺口 R1≥5t R2＝25mm R2＝35mm R3＝5t＋25mm R3＝83mm R4＝266mm 注：圆弧间、圆弧与直线间相切 注：各圆弧间相切 图 4.1 横隔板与纵向 U 形肋相交处的弧形缺口 图 4.1 列出了经过长期研究和实践的较好的两种弧形缺口尺寸，而许多桥梁仍然延 用以前的未经改进的弧形缺口尺寸，这就难免产生早期裂纹了。 ②横隔板连接细节 横肋嵌补块 面板 U形肋 搭接接头 横隔板 问题：·横隔板作为面板和 U 形肋的支撑， ·横肋断口不连续，后果也很严重； 这一偏心导致桥面的变形增加， ·避免不了仰焊； 后果是产生疲劳裂纹和铺装层的过早损坏； ·未按照实际结构建立计算模型。 ·这种搭接接头需仰焊，并引起次弯曲应力； ·基本未按实际结构建立计算模型。 图 4.2 不正确的横隔板/横肋的连接 ③关于纵向 U 形肋的工地连接 面板 U形肋 工地焊接 钢衬垫板 封头板 U形肋嵌补段 封头板 工地焊接 U形肋 高强度螺栓 拼接板 (a)以前的连接方式 b)改进后的连接方式 问题：(a)·U 形肋工地钢衬垫板对接焊质量差； (b)·摩擦型高强度螺栓疲劳强度高； ·全部仰焊； ·施工快； ·工期长。 ·有人说：由全焊结构改为栓焊结构是“倒退”。 实质上忽略了 HTB 连接正式用于桥梁是在焊接之后。 图 4.3 纵向 U 形肋工地连接的改进 10 4.2.2 关于构件连接细节 (1)某钢桁梁悬索桥 为了减少逐段架设过程中由于主缆线型的变化引起的钢桁梁过大的次应力，通常采 用“二铰”或“四铰”架设法，并在某一对称节点上设置临时“铰”。而该桥则把斜腹 杆断开成三段，仅在 H 形杆自由翼缘侧边用角焊缝与节点板连接，并作为永久性连接。 很显然，这种连接的构造细节疲劳强度很低，其耐久性令人担心。 (2)某桥吊索与主梁锚固采用锚固板销轴连接（如图所示） 图 4.4 某桥吊索与主梁锚固装置示意图 11 由图可见： ·传力途径过多、不顺。 吊索拉力→销轴→锚固板 短横肋——————→短横肋→短纵肋→主梁横隔板 槽口封闭板→上翼缘→短横肋→短纵肋→主梁横隔板 ·在圆孔、槽口处的焊缝端引起很大的应力集中，而且这些焊缝端部是多道焊缝的起、 熄弧处，不可避免存在焊接缺陷重叠。 ·主梁横隔板间距 3.6m，短纵肋间距 2.0m，在传力途径中，每处都产生次弯矩。 问题：耐久性差；一旦出现疲劳裂纹，很难修复。 4.3 关于制造细节 这里仅举几例。 (1)关于厂房内焊接与工地焊接的界面处理 例如：T 形接头角焊缝 厂内焊 厂内焊工地焊 图 4.5 厂内焊接和工地焊接 从工厂焊接到工地焊接，少则 3 个月，多则半年以上，里面全生锈了，而且无法清 除，焊接时全熔入焊缝，极易在焊根引起缺陷，导致裂纹。奇怪的是最近有些图纸上也 这样注明，忽略了这是中外各国规范都绝对不容许的。 解决办法：如果担心万一工地组装时板错边量超过允许极限，应在厂内用连续定位 焊（4×4mm）焊满，工地气刨后再焊。 (2)关于仰焊 仰焊、俯焊、立焊是焊接位置的区分。众所周知，仰焊只能采用焊条弧焊、CO2 焊等焊接方法，仰焊的缺点是：劳动强度大；飞溅等伤害焊工；焊缝成型差；需要偏高 的电流，咬边大；疲劳性能差；效率低；消耗焊接材料多；成本高，8×8mm 角焊缝， 如采用俯焊只要一道即可，而采用仰焊需两道以上。此外，组装精度控制、焊缝 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 的 难度增大。所以，桥梁制造规范中往往规定：制造时应利用转胎等工装使之在俯视位置 下焊接。 12 在钢箱梁制造中，个别提出“整体横隔板、仰焊”的方法，认为这是一种“创新”， 甚至说“站着仰焊比蹲着俯焊舒服”，“通过试验证明仰焊比俯焊的疲劳性能好”。实际 上这违背了钢桥制造的原则，钢桥的制造原本就是要对图纸上的整体结构进行合理的分 割，精确地组装和精心地焊接，确保各构件的组装和结构整体几何精度，以及焊接质量。 如果对带有许多槽口的横隔板整体制造，必然影响与带有许多纵向肋的面板和底板的组 装精度，进而影响焊接变形的控制和箱梁的几何精度，以及焊接质量。 4.4 关于安装细节 这里也仅举几例。 (1)关于摩擦型高强度螺栓连接和焊接连接并用接头的施工 有许多如下图所示的栓焊并用接头，应先焊接后终拧高强度螺栓。如先施工螺栓后 焊接，将降低摩擦型高强度螺栓连接的承载力。 焊接 高强度螺栓 图 4.6 高强度螺栓和焊接并用接头 (2)关于施工精度管理 桥梁的制造、安装不可避免都会有误差，施工精度管理的目的就是要在施工全过程 中，通过施工测量和计算分析，找出产生误差的原因，适时地调整在目标精度范围之内。 施工精度管理主要控制的项目： ·应力 ·几何精度，如主塔的垂直度、主梁的预拱度和桥轴线偏差、各支点的标高（支座 和索支点等） 然而，许多桥梁在施工监测中，往往忽略了对基础测点的保护，一旦失去基础测点 的资料，上部结构的几何测量资料将失去意义。 13 5 关于思维模式 5.1 思维模式的变化及其影响 A·布朗教授去年为美国“未来学者”杂志写了一篇文章，从生物学的角度出发， 谈思维模式和科学发展。他认为，过去数百年，人们对任何事物一直以一种机械模式为 基础，其目标是“完善”，即把事物改造得更大、更快、更好。现如今，我们已看到， 这种机械模式已经转化成生物模式，完善性已不再受到关注，取而代之的是功能性，凡 事不必过分追求完善，只要它们在其存在的环境中发挥足够的功能即可，其中的关键是 适应性，具体说就是随环境变化作出改变的能力。 机械思维模式是要建立一种主观的世界秩序，生物思维模式是要认同和顺应世界 的自然秩序。 思维模式属于哲学范畴，起着决定技术方针和路线的作用。如果在思维模式上出了 偏差，其影响就非常之大。 现举几例。 (1)强震区城际高速铁路高架桥（一般桥梁占线路总长约 80%以上）和大跨度桥梁 的引桥，提出“简支化”的技术决策。 且不说简支梁在资源、材料上的投入较大，造成不必要的浪费。今年“5.12”四川 省汶川大地震造成的桥梁震害及对抗震救灾的影响，应给我们一个很沉痛的教训，电视 画面显示，一些较大跨度的连续梁或拱桥（外部超静定结构）震后仍然屹立在江中，而 引桥上跨度较小的简支梁几乎全部震垮。 在地震频度较大的日本，1970 年代，就已实施了原有简支梁连续化的改造 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ， 新建桥中很少建简支梁。 (2)在一些城市桥梁上，提出了这样一些要求：“一桥一景”、“建成桥梁博览会”、“把 桥梁建设成雕塑、艺术品”、“小河上建大桥”、“要建成集交通、商业、游乐于一体的桥 梁”。于是，就出现了“龙桥”、“贝壳”桥、“明珠”桥、特殊斜拉桥、曲索面斜拉桥、 “蝴蝶”拱桥、“月牙”拱桥、“风帆”拱桥等等，这些忽略了桥梁功能、耐久性、施工 性、维修性、经济性，仅凭个人喜好的形形色色的桥梁。 14 5.2 关于技术指标 桥梁的设计、制造和安装等文件上都会提出一些技术指标，如几何精度、刚度、焊 接质量等。毫无疑问，这些技术指标对考核桥梁的机能、耐久性和经济性等有重要意义。 如果这些指标的精度标准定的过低，将导致结构机能和耐久性降低，如果过高，将导致 成本增加和工期延长。所以，这些指标应有其合理性。这个问题，几乎每次专家会上都 会引起讨论，实际上反映了思维模式的影响，是机械的主观的思维模式，还是顺应客观 变化的思维模式。 现举几例。 (1)某桥架设时，技术总结上、媒体宣传上称已达到了“零误差”合龙，世界上任 何事物有零误差吗？显然，这是出于宣传的说法，而非科学的说法。 (2)某几座桥，出于防止低温脆断的考虑，要求对接焊接接头的抗拉强度不得大于 母材强度 100MPa，角焊接头不大于 120MPa。很显然，这是一种“拍脑袋”提出的要 求，而非科学的要求。理由如下： ①规范上规定钢材强度是基准值，即保证值（最低值）。实际上同一材质的各项性 能均有一定的离散性，其离散范围一般超过了上述要求的限值，即使同一块钢板不同部 位取样，也有很大的离散性。 日本、美国钢材标准规定，热轧钢的抗拉强度范围是 120MPa、140MPa，欧洲联盟 标准中仅规定了基准值，没有上限值的限制。 上述要求是针对基准值，还是实际钢材？如是后者，如何取样？如何判别？ ②焊接是在特别熔池内的冶金过程，要求焊接接头各项性能与母材原则上等强匹 配，应在选择焊材和焊接工艺上予以充分考虑。但在抗拉强度上没有如此严的量值的限 制。 ③焊接桥梁从 1926 年开始，已有 80 年的历史，尚未发现因焊缝抗拉强度较高而发 生低温脆断的事例。绝大部分是疲劳断裂。 然而，就是这一主观的要求，却带来了过多的成本投入，而且还不知如何判别。 (3)钢箱梁宽度的精度标准 对于 20m~40m 宽的钢箱梁，在一些招标文件上要求宽度的容许误差为±2mm~± 4mm。这里列出日本本四联络桥上悬索桥和斜拉桥中钢箱梁宽度（纵梁间距）的精度标 准如下： 15 ΔB≤4＋0.5(B-2) mm，B 为纵梁间距，以 m 计； 且相邻节段的纵梁相对错边≤2mm。 相比之下，日本的这一精度标准是合理的、严格的，也是科学的。合理性表示在第 1 项上，20m~40m 宽的钢箱梁，仅翼缘就有 10 几块板单元需组装焊接，要求 10 几道焊 缝的焊接变形累积的预计值，与设计尺寸之差达到 2~4mm 是不现实的。另外，如此宽 的钢箱梁，宽度差 20mm 左右，对实际受力性能的影响微乎其微。严格性表示在第 2 项上，相邻节段宽度的相对差是必须控制的，它要求所有节段必须在同一精度的胎架上 组装，也必须采用同样的制造流程和工艺，否则难以达到这一精度要求。 而我们的精度标准不切实际、不合理、不科学。这类问题讨论过多次，却总是不愿 意改变，原因仍然是认识上的偏差，思维模式的主观机械性。 (4)关于主梁预拱度误差 主梁预拱度的误差标准是制造和安装时的一项重要指标，它涉及施工误差对结构受 力特性（应力和变形）、车辆走行性、以及排水等的影响。 这里以索支撑桥梁主梁预拱度允许误差的表示方法为例作一说明。 已建的一些桥梁，跨中预拱度的允许误差： Δf =±A (mm)，A 为随跨长而不同的常数值。 第 2 种表达方式： (mm) ⎩⎨ ⎧ +− ++= 2bx)/(a bx)(aΔf 式中：a为常数，考虑支点标高施工误差，一般取 10mm； ； 很显然，第 主梁受载后应力调整等 因素引起永久挠曲变形。 2%以下。 5.3 关于桥梁景观及其他 桥梁美术在一定程度上带有个人的喜好成分，但有两点是共同的，一是体现桥梁的 b为系数，制造预拼时一般取 0.25，安装时一般取 0.5 x为距离最近支点的距离，以 m 计。 2 种表达方式较切合实际、合理、科学。 它反映了支点的施工误差、制造时和安装时的条件不同及其误差； 要求主梁预拼和安装的预拱度误差是连续的曲线； 负误差为正误差绝对值的一半，这是考虑了支撑索的松弛， 即使达到最大误差时，对主梁产生的应力增量一般在 16 功能美，二是与周边环境的协调性。如美国旧金山的金门桥的整体景观美；日本明石海 峡大桥的略有内倾带交叉腹杆的钢塔；中国南京长江第三大桥的“人”字形钢塔，把钢 塔的功能与人的力度较完善地集合在一体，等等，都可称得上桥梁景观的杰出代表。 然而，现在各地往往把桥梁视为“政绩工程”、“形象工程”、“标志性工程”来对待， 这本是一件好事，但是，如果背离了上述两个基本点，过分地加进了主观的喜好成分， 就会出现偏差。 近来建筑界有一种称为“尖叫”的派别，就是在一个安静的环境里，突然有人发出 一声尖叫，众人立即转过头去注视他，称这种画面是一种“美”的感染。如果把这种“美” 感染到桥梁建设的思维上来，就难免会出现一些“奇形”的桥梁了。 另外，有些地方把不同的桥式方案分别做成电脑效果图，让市民投票、领导选定， 别人再有不同意见也难以改变了。遇到这种情况，往往使桥梁设计、制造和施工人员陷 入无奈的境况。 进、吸收、转化型；集成型。 听专家说，创新应建立在知识继承性的基础上。 又听人说，要申报 XXX 奖、XX 奖，没有创新就别想！ 现在，往往一座桥就有许多项创新，有多项世界先进水平，甚至世界领先水平。然 而，许多工程建成后很快就产生一些病害，其中就包括一些创新技术，这是否表明，我 们在创新的认知上出现了偏差。 我曾经参加过一次非桥梁专业的产品成果鉴定，这个产品确实很好，可是，有 23 项创新，有 8 项达到世界领先水平，其余全是世界先进水平。这就有些夸张了。 (2)关于世界“第一” 如前所述，人类在提高桥梁跨越能力上做了艰苦的努力，100 多年的研究表明， 种结构形式有各自的适用跨度，目前的材料和技术条件下，钢桁梁桥和钢拱桥的跨长可 500 多米，斜拉桥可达到约 1500m，悬索桥可达到 5000~6000m。 如苏通长江大桥，使斜拉桥的跨长一下子提高到 1088m， 这是长江入海口 通航的需要，另一方面，它反映了桥梁建设综合技术水平的升级，在桥梁建设史上非常 有意义和价值。 5.4 关于创新、世界第一和奇迹 (1)关于创新 听权威们说，创新有三类：原创型；引 各 达 一方面， 17 然而，如果我们在 PC 连续梁、PC 连续刚构、自锚式悬索桥等的跨长增加 10m、 20m、50m，而获得亚洲第一、世界第一，实在是没有多大意义。 (3)关于“奇迹” 所谓奇迹，是指世人做不到的事或难以做到的事，你做到了，就成功了。 中国万里长城被世界认为“奇迹”，然而，民间广为流传的“孟姜女哭倒万里长城” 当时人民遭受的苦难和艰辛，以及人民的怨愤。今天媒体上说，“鸟 巢”和 困惑。 5.5 关于评奖 如果评奖过多过滥过早，可能负面效应要大于正面效应。 100 年，应经受长期运营和严重自然灾害的考验。 梁。 桥上出现某种病害，其他桥上就 会继续发生。所以如何认识桥梁的示范作用就成了思维模式问题。桥梁与机械、汽车、 飞机 样，很少定型化批量化生产，其示范作用应体现在桥梁建设理念上，而不是照搬照抄。 浏览桥梁文献，我的印象是，德国桥梁牢固、耐久，连桥梁维修养护规范上都写明： 年内仅进行巡视检查。日本桥梁精细、高效，不乏耐久。 桥梁是一笔庞大的社会资产，如果数百万孔桥梁都有病害急等维修，将是一笔不堪 承受 的故事，可以想知 新央视大厦被评为八大建筑奇迹。奇迹究竟是褒义词还是贬义词？这又令人 今天的桥梁界流行各种各样的奖项及评奖活动，奖励原本是激励机制的一个环节， 桥梁设计寿命大于 某桥建成后尚未通车，在进行加载试验时突然垮塌。一位参加评审的教授告诉我， 该桥在此之前已获得市教育局评审的 XX 设计奖了。 许多桥刚开通几年就因病害而不得不修补加固，其中就有一些获奖的桥 现在，建成后一年验交，再过一年或三年就申报奖项，是不是太早了、太急了。 既然是获奖桥梁，就有较高的示范作用，往往一座 等产品不同，除了小跨度桥梁的上部结构有标准化主梁断面外，基本上一座桥一个 6 结束语 新建桥梁在 10 的巨额投资。所以，我国桥梁如何走科学发展之路，现在就应引起我们足够的重视！ 18 1 绪言 2 桥梁建设的理念 3 关于桥梁发展的科学知识的继承性和进步 3.1 桥梁结构的演变和技术进步 3.2 桥梁建设年代、地区转移和技术上的主要贡献 3.3 科学性和知识的继承性 3.3.1 关于结构选形 3.3.2 不合理的结构 3.3.3 关于结构的计算分析 3.3.4 关于试验研究 4 构造细节的重要性 4.1 桥梁结构设计概要 4.2 关于构造细节设计 4.2.1 关于钢桥面板（正交异性板）的细节 4.2.2 关于构件连接细节 4.3 关于制造细节 4.4 关于安装细节 5 关于思维模式 5.1 思维模式的变化及其影响 5.2 关于技术指标 5.3 关于桥梁景观及其他 5.4 关于创新、世界第一和奇迹 5.5 关于评奖 6 结束语