|
拱桥是一种古老的桥型，在本世纪中由于新型建材钢、钢筋混凝土的出现使之焕发出新的生机。本世纪初，钢拱桥在西方工业社会兴起，30年代就创下了拱桥跨度记录(美国奇尔文科公路桥，跨度504m；澳大利亚悉尼港公铁两用铁，跨度503m)，并于50年代达到建设高峰，1972年美国改写了钢拱桥记录(新河公路桥，跨度518m)。70年代起，出现拱桥建设的第2次高潮，混凝土拱桥得以普及。我国出现了轻型化的双曲拱桥、肋拱桥、桁架拱桥，并于1997年创造了钢管混凝土拱桥的新记录(万县长江大桥，跨度420m)。
本世纪初叶，当钢拱桥飞速发展的同时，钢桁梁铁路桥也风靡于欧美工业发达国家。于1917年先后，建造了3座创记录的钢桁梁桥，分别为：美国都会桥(跨度220m，简支桁梁)，加拿大魁伯克桥(跨度549m，悬臂桁梁)及美国赛欧特维尔桥(跨度236m，连续桁梁)。80年代日本的与岛桥(跨度245m)刷新了连续桁梁桥的记录。
二战结束后，西欧开始推广预应力技术，预应力混凝土梁式桥迅速发展并最终成为本世纪公路桥梁的主流。诸如预应力混凝土T构、连续梁、桁梁、大跨度简支梁等桥型在城市高架道路、高速公路中占据着主导地位。据一些资料统计［3］}，80年代后期，许多国家中小跨度的预应力桥梁占新建桥梁总数50%以上(有的高达85%)，并以每年4%平均速度增长，显示出了强大的竞争力。
3.3 墩台和基础工程
随着上部结构的迅猛发展，必然给下部结构提出更高的要求。自钢筋混凝土推广使用以来，桥梁墩台的结构形式趋于多样化。除了传统的重力墩台外，发展了空心墩、桩柱式墩台、构架式墩台、框架式墩台、双柱式墩、拼装墩台及预应力钢筋薄壁墩等新型墩台，并日趋轻型、柔性化。高墩技术也有较大发展。与此同时，桥梁基础也在发展。50年代以后，越江、跨海湾、海峡大桥的兴建以中国、日本为首大力发展了深水基础技术。如50年代在武汉长江大桥中首创了管柱基础；60年代在南京长江大桥中发展了重型沉井、深水钢筋混凝土沉井和钢沉井；70年代在九江长江大桥中创造了双壁钢围堰钻孔桩基础；80年代后进一步发展了复合基础。在日本，由于本四联络线工程的建设，近20年来，其深水基础技术发展很快，以地下连续墙、设置沉井和无人沉箱技术最为突出。
3.4 设计风格
桥梁设计风格的转变主要表现为以下3个方面：
(1) 由于计算机的出现与发展，为桥梁设计师们提供了新的设计工具，并将逐步取代手工制图。桥梁设计师们的创造力与想象力在电脑中得以充分展现。
(2) 随着人类对地球生态平衡、自然环境及资源的日益重视，对桥梁工程提出了与周围环境相协调的要求，桥梁的设计更加注重景观设计。
(3) 大跨度桥梁的发展，不仅要求对成桥状态进行设计，对施工阶段的设计也很重视，将施工方法与施工过程相结合已成为现代桥梁设计的一大特色。
4 20世纪桥梁工程发展探因
4.1 材料革新
土木工程发展史表明，材料的每一次变革都会带来土木工程的巨大飞跃。桥梁工程因此获得了一次又一次的发展机遇。公元前5世纪至公元前3世纪，砖出现于中国，实现了土木工程的第1次飞跃，开始了砖、木结构的桥梁时代。19世纪波特兰水泥、现代钢材在欧洲的出现，实现了土木工程的第2次飞跃，桥梁工程获得了空前大发展，桥梁结构形式及规模有了突破。本世纪初叶，预应力混凝土的出现，实现了土木工程的第3次飞跃，开始了混凝土桥梁结构的时代。70年代开始，出现了以碳纤维为代表的高级复合材料，首先被用于航空、航天等高科技领域，现正逐步渗透到桥梁工程领域之中。这种被材料专家们喻为“21世纪工程材料”的新型材料能否给土木工程带来第4次飞跃，我们将拭目以待。
4.2 电子计算机技术
当今的各种高新技术革命中，以计算机技术革命最为耀眼。自本世纪70年代第1台微型计算机的诞生，开辟了计算机新时代，从根本上改变了结构工程分析的历史，一门新的学科——计算结构力学得以产生［5］，有限元法就此成为分析复杂桥梁结构形式的主要方法。随着计算机技术的不断进步，促成了以计算机为辅助设计的桥梁CAD技术分支学科的形成。
4.3 预应力思想
预应力思想被喻为本世纪中最为革命的结构思想，它源于1910年法国工程师金.弗来西奈设计建造的足尺试验拱桥(跨度72.5m)中［6］。此后的数十年里被推广到混凝土结构中，形成了一整套预应力混凝土技术。在桥梁工程的建设中，发挥出重大作用，创造了巨大的经济与社会效益，其应用已遍及各种桥梁结构形式，不仅带动了中小跨度桥梁的迅猛发展，也促成了大跨度桥梁的进步。尤其在斜拉桥中，这种思想的发挥达到了顶点。此外，它也被用于桥梁工程的施工过程之中，衍生出许多新的施工方法和工艺；而在旧桥加固领域里，也显示出很强的竞争力。当今由于预应力思想的结合，使得预应力混凝土已成为本世纪最主要的桥梁材料。
4.4 自架设体系思想
在本世纪桥梁工程的发展历程中，预应力思想促进了桥梁结构形式的变革，而自架设体系思想带来了大跨度桥梁施工技术的变革，两种思想交相辉映。自架设体系思想是通过将结构离散成若干小的单元或构件，以便于预制或现浇，然后按特定的施工步骤进行拼装或浇注，已完成的结构部分就可以作为支撑体系参与下一阶段的施工，直到全部结构的完成。它体现了“化整为零、集零为整”的特点。这种思想在大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥及连续梁桥等桥型的施工中得到灵活应用。在施工过程中，由于存在着体系转化及受几何非线性、材料非线性因素的影响，施工期间结构的受力状态比成桥状态更为不利，于是提出了对施工阶段进行控制设计的要求。几经发展，施工控制技术已逐步成为一门新兴的桥梁工程分支学科。
4.5 桥梁设计竞赛机制
桥梁设计竞赛的传统在19世纪末就已在瑞士盛行［6］，促进了当时瑞士桥梁工程的发展。两位世界级的桥梁设计师罗伯特.马亚尔(1872-1940)和奥斯玛.安曼(1879-1966)就深得这种传统的熏陶，前者曾创造出轻盈的薄混凝土拱桥，而后者设计了乔治.华盛顿桥、维拉扎诺悬索桥。随后在国外的许多大型跨海工程中都广泛地实行了竞赛制，如丹麦的大贝尔特工程［7］，由于政治原因设计竞赛持续了25年之久，期间许多新的设计构思层出不穷，积累了丰富的桥梁结构设计经验。因而设计竞赛的实行一定程序上推动了桥梁工程事业的发展。
4.6 施工管理体制
桥梁工程的建设过程实际上也是施工组织活动的过程。18世纪，欧洲兴起花型建筑的热潮，开始出现设计与施工的分离。后来在英国进一步发展成了工程建设监理体制。1956年由国际咨询工程师联合会(FIDIC)和欧洲建筑工程联合会(FIEC)共同发起对英国土木工程师学会(ICE)制定的合同条款进行修改，颁布了“FIDIC”合同条件，后经历了1969、1977、1987年的3次改版。几十年来它已被世界各国土木工程界广泛接受和借鉴，给桥梁工程建设行业注入了新的活力，为确保桥梁的工程质量、加快工程进度、控制工程造价提供了可靠的保障。
5 21世纪桥梁工程发展前瞻
5.1 学科发展
如前所述，本世纪以来桥梁结构工程已发展成系统性的工程学科，主体框架已构筑完毕，但远未完善。可以预见，未来的世纪，这些分支将得以独立发展成熟，同时也会相互渗透。
桥梁抗风领域，大跨度桥梁风致振动控制技术将成为研究的热点，试验仍将以风洞为依托。随着计算机技术的不断更新进步，数值风洞技术可望有突破。
随着计算机微处理器技术的迅猛发展，桥梁CAD技术将面临新的发展机遇。集结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世，并将迈入桥梁设计的网络时代。
桥梁施工控制技术将进一步发展，GPS(Global Positioning System)技术的应用将成为施工测量技术研究的热点。基础工程发展的重点在于海洋钻井平台技术的引进。旧桥加固检测技术的开发应用将成为下一世纪桥梁工程领域的另一道风景线。
5.2 超级跨海工程
超级跨海工作前期工作的开展可以从建设“硬件工程”和“软件工程”两方面着手。所谓硬件工程，首先是新材料的研制与开发，它将是超级跨海桥梁工程成功的决定性因素，对节约工程造价、缩短施工周期均有重大的意义。其次是施工工艺、施工技术的更新。它是超级跨海工程实现的前提。由于超级跨海工程规模宏大，施工作业只限于海上，受周围环境、气候的影响极大，传统的架设技术将无法适应，施工难度将难以预料，因此要求对现有的施工工艺及技术进行不断更新。
所谓软件工程，首先是从理论上认清超级跨海大桥结构中可能存在的力学难点及其对策，为今后超大跨结构的设计、施工扫清障碍。其次研究科学的决策思想及施工管理体制将是超级工程成功的保障。 | 
