杏彩体育appFSCE 前沿研究：中国特大跨径桥梁技术回顾与展望

　　本文概述了近三十年来中国特大跨径桥梁建设的基本情况，介绍了中国特大跨径桥梁上部结构、下部结构、钢桥面铺装的典型结构型式和设计、施工关键技术以及一些结构的运营使用状况，总结了中国特大跨径桥梁在安全、耐久、减灾防灾方面的技术现状，回顾了中国特大跨径桥梁在标准体系、高性能材料、信息化技术、工程装备以及监测评估等方面取得的进步，并对未来特大跨径桥梁技术发展方向进行了展望，以期为未来特大跨径桥梁的建设发展提供参考，助力中国快速迈入桥梁建设强国的行列。

　　桥梁是交通基础设施的重要组成部分，为国家经济社会的发展提供重要支持。中国自古以来就是桥梁建设大国，特别是近三十年来保持着年均增长3万座桥梁的建设速度，极大地推动了中国交通行业的发展。特大跨径桥梁设计要求高、施工难度大，是衡量一个国家桥梁技术水平的重要指标。中国特大跨径桥梁设计相对起步较晚，直到上世纪九十年代，随着中国经济发展的迫切需求，中国各类跨江、跨山与跨海特大桥梁才相继建设。1991年建成的上海南浦大桥主跨达423m，开创了中国修建400m以上大跨径斜拉桥的先河。1993年建成的上海杨浦大桥跨径超过600m，成为当时世界上跨径最大的斜拉桥。与此同时，中国首座现代悬索桥汕头海湾大桥(主跨452m)与首座跨径超千米(1385m)的钢箱梁悬索桥江阴长江大桥也相继建成通车。此后，中国特大跨径桥梁的建设开始呈井喷式的发展趋势，因此，对特大跨径桥梁的设计技术的要求也随之提出。

　　进入21世纪，中国已经成为世界特大跨径桥梁建设的中心舞台。据不完全统计，世界上已建成400m以上跨度的斜拉桥中中国占比超过59%(其中3座在中国香港)；世界上已建成500m以上跨度的悬索桥中中国占比超过39%(其中1座在中国香港)；世界上已建成300m以上跨度的拱桥中中国占比超过55%。表1~表4分别列出了目前排名世界前十跨度的斜拉桥、悬索桥、拱桥和跨海大桥。在经历了追踪学习国外建设经验的阶段后，中国逐渐发展了具有自主创新产权的大跨径桥梁设计、建设与维养技术，极大地推动了中国乃至世界桥梁工程的发展。

　　大跨径桥梁的建设不仅有助于推动交通行业的发展，也是一个国家科技实力的重要体现。本文总结过去三十年里中国特大跨径桥梁在上部结构、下部结构与桥面铺装等方面的设计、施工关键技术，介绍一些结构目前的运营使用状况，提出并展望未来特大跨径桥梁技术发展及应用趋势，以期为未来特大跨径桥梁的建设发展参考，助力中国快速迈入桥梁建设强国的行列。

　　斜拉桥、悬索桥与拱桥是特大跨径桥梁常见的结构形式，在中国特大跨径桥梁建设中都有着大量的应用，三十年来不断取得进步与发展。

　　斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。目前中国已建成的斜拉桥超过100座，根据斜拉桥主梁结构形式的不同，选取了苏通长江大桥、沪通长江大桥和鄂东长江大桥三个典型的斜拉桥介绍如下。

　　苏通长江大桥[1]于2008年建成通车，主跨达1088m，是当时世界最大（目前为第三）跨径斜拉桥，采用双塔双索面钢箱梁及七跨连续结构体系。其300.4m高的桥塔与577m长的拉索曾是世界之最，在施工中通过技术革新成功解决了包括主体结构、抗风、抗震、防撞、超大群桩基础施工、超高钢混桥塔设计等10多项技术难题，先后获得2008年“乔治理查德森奖”、2010年美国土木工程师协会杰出工程成就等国际大奖。

　　沪通长江大桥[2]主航道桥是世界上首座跨度超过1000米的公铁两用斜拉桥，采用主跨1092米的双塔三索面钢桁梁斜拉桥结构。主塔高325米，采用倒“Y”形，主塔基础采用倒圆角的矩形沉井基础方案，平面面积达5100m2, 是世界上规模最大的桥梁沉井。主梁使用新研发的Q500qE高强桥梁钢；世界上首次采用伸缩量2000毫米级的桥梁轨道温度调节器和伸缩装置。

　　鄂东长江大桥[3]主跨926米，是世界上已建成的第二大混合梁斜拉桥，中跨主梁采用钢箱梁，边跨采用同外形的混凝土箱梁；钢-混凝土结合段长8.5米，且位于中跨桥塔附近，结合段采用PBL剪力连接器的多格室传力构造，实现钢梁向混凝土梁传力的过渡。该桥也采用全寿命设计理念, 进行钢筋混凝土耐久性及钢结构防腐设计，设置桥梁各主要构件检查维护通道。

　　悬索桥主要由主缆、桥塔、吊索、锚碇与加劲梁等组成，是当前跨度超过1000米桥梁的主要桥型。上世纪90年代中期，广东汕头海湾大桥开启了中国现代大跨径悬索桥的建设，之后中国悬索桥的跨越能力不断得到提升，1999年建成的江阴长江大桥是中国第一座主跨长度超过1000m的悬索桥。

　　舟山连岛工程西堠门大桥[4]是世界首座分体式钢箱梁悬索桥，采用两跨连续结构，跨径布置为578m + 1650m + 485m，是世界上跨度第二、钢箱梁长度最长的在运营悬索桥。采用的分体式钢箱加劲梁方案，显著提高结构颤振稳定性能，可抵抗17级超强台风，建设期间成功经受两次台风的考验，开创中国强台风区特大跨径钢箱梁悬索桥的实践先例，获得了菲迪克2015年度“杰出工程项目奖”。

　　海沧大桥[5]为三跨连续全漂浮钢箱梁悬索桥，跨径布置为230m+648m+230m，是中国首座系统地进行桥梁景观设计的特大型桥梁，以曲线造型为基调，从多方面保证大桥与自然环境的融合。

　　泰州长江大桥[6]是世界上首座三塔双跨钢箱梁悬索桥，主跨2×1080m，与传统的两塔悬索桥相比，三塔两跨悬索桥通过增设中间塔的方式，实现结构的连续性布置，通过中塔的变形来承担活载造成的两边主缆的受力差异。此外，泰州大桥也创下了当时的4项世界第一：索塔采用纵桥向倒“Y”形、横向门式框架型钢塔；由于河床断面呈W形且河段土质松软，中间塔基础入土深度达70m，为世界第一；世界上首先采用W形主缆，架设长度3117m；施工中史无前例采用两跨钢箱梁同步对称吊装。2014年，泰州大桥被国际桥协授予“2014年杰出结构工程奖”。

　　拱桥在中国的发展历史超过一千多年，中国现代大跨径拱桥以跨江与跨山谷大桥为主, 多次设计建成不同时期不同形式世界最大跨度拱桥，我国拱桥的建设技术已处于世界领先水平。

　　上海卢浦大桥[7]主跨550m，保持了6年世界最大跨度拱桥的记录，大桥为钢箱拱桥，首次完全采用焊接工艺连接。大桥建造中的焊缝总长度、肋拱吊装重量、用钢量、系杆索长度及张拉吨位等均是当时的世界之最, 获得了国际桥协2008年“杰出结构工程奖”。

　　重庆朝天门长江大桥[8]是世界上已建成跨度最大的桁架拱桥，设计为190m + 552m + 190m三跨连续中承式钢桁系杆拱桥，双层桥面，上层设双向6车道及两侧人行道，下层布置双向城市轨道。全桥布置两层系杆，上层采用“H形”截面钢系杆，下层采用“王形”截面钢结构＋体外预应力索系杆。大桥建设克服了严重破碎漏水岩层基础施工、552m跨钢桁拱悬臂拼装、高温、高湿地区高强螺栓施工控制、钢桁拱及刚性系杆合龙精度控制等8项难题。

　　胜关长江大桥[9]是京沪高铁的控制性工程，可满足时速300km/h的高铁运行要求，创造了“体量大、跨度大、荷载大、速度高”四项世界第一。大桥全长9.27km，主桥为6跨连续钢桁架拱桥，主跨2×336m，该连拱为世界同类级别最大跨度，大桥获得国际桥协2015年“杰出结构工程奖”。

　　沪昆高铁北盘江特大桥[10]是世界上跨度最大的钢筋混凝土拱桥，可满足时速350km/h高铁运行，大桥全长721m，主跨445一跨跨过北盘江。大桥突破了大跨度桥梁无砟轨道铺设、大跨度混凝土拱桥施工与刚度控制等难题，使用的C80混凝土钢管拱结构为中国首创，大桥获得了国际桥协2018年“古斯塔夫林德撒尔奖”。

　　2020年12月建成通车的平南三桥，再次刷新世界最大跨径拱桥纪录。大桥位于广西壮族自治区贵港市平南县，设计为主跨575米的中承式钢管混凝土拱桥，首次在拱桥中采用“圆形地连墙+卵石层注浆加固”的拱座基础方案，应用北斗卫星定位系统、智能张拉等技术，将200米高度的塔架顶部偏位精确控制在20毫米以内；首创基于影响矩阵原理的“过程最优，结果可控”扣索一次张拉计算理论，实现大跨径拱桥主拱圈线形控制技术的新突破，使9000吨拱肋合龙精度在3毫米内；首创采用C70自密实无收缩复合膨胀混凝土，运用真空辅助连续四级泵送工艺，助力钢管混凝土拱桥管内混凝土灌注施工品质迈上新的台阶。

　　大跨径桥梁兴建初期，世界各国的桥梁设计往往仅重视建设技术和结构安全，没有涉及桥梁使用期的管理、养护、维修、构件更新、拆除等诸多问题，只注重建设期的投资成本而不重视桥梁整个寿命周期内的总成本[11]。第二代桥梁设计理论采用可靠度理论评估桥梁使用寿命，实现结构耐久性设计，但仍然存在生态友好欠佳、材料构件不能满足寿命周期耐久性要求等问题。为改善大桥的运营质量，美国、日本和芬兰等国首先开始重视大跨径桥梁的全寿命周期设计，主要考虑全寿命周期费用、生态友好性、结构安全性等[11]。当前中国桥梁设计方法已发展为基于全寿命周期费用、绿色交通和结构性能化的第三代工程使用寿命设计理念[11]。桥梁全寿命设计理念是桥梁发展的必然趋势，中国学者在基于构造细节的全寿命设计方法[12]、全寿命周期内的养护管理以及风险评估[13-14]、全寿命周期成本计算以及全寿命理念的桥梁管理[15-16]等方面开展了研究，并不断涌现出新成果。

　　大跨径桥梁上部结构一般包括：钢梁（钢箱梁或钢桁梁）、索塔或拱、缆索系统、桥面铺装及附属设施等，现以钢箱梁及索塔为代表予以介绍。

　　钢箱梁是大跨径桥梁主梁常用的结构形式，常分为若干节段，通过预制吊装完成。其于1958年由Geoge Stephenson提出并首次应用。中国于上世纪90年代起开始兴建大跨径钢箱梁桥，得到了越来越广泛地应用。

　　钢箱梁的截面形式多为整体单箱，少量采用分离双箱形式，参见图4，采用整体单箱截面形式如苏通长江大桥、江阴长江大桥等[17-18]，采用分离双箱断面形式如舟山西堠门大桥[19]。

　　钢箱梁是由顶板、腹板及底板等构件通过焊接形成的一个闭合的流线型薄壁箱体结构，为增加箱体整体性及刚度，在箱体内沿桥纵向一定间距设置横隔板，有的桥也设置纵隔板。顶板、腹板和底板均为正交异性板结构，纵、横隔板上一般都设有加劲肋。通常，钢箱梁通过较大的扁平度、两侧的导风尖角来实现其抗风功能，必要时增设抗风导流板。中国部分大跨径桥梁的钢箱梁设计参数见表5。

　　正交异性钢桥面板由顶板及纵（横）向加劲肋等构件组成，其中纵、横向加劲肋垂直设置，与上部顶板共同承重。纵向加劲肋排列通常较为紧密，而横向加劲肋布置间距较大，这种特殊的结构形式使得钢桥面板在横纵方向上刚度不同，受力性能也呈现正交异性特征。正交异性板既可以作为梁体顶部结构参与箱梁的整体受。