cysy 【科普百科】梁桥回眸

钢板梁桥和箱梁桥

众所周知，英国的铁桥建于1779年，是世界上第一座铸铁桥。欧洲宇航防务集团大桥建于1874年，是世界上第一座钢桥。但有资料显示，荷兰建于1867年的Culemborg铁路桥也是钢桥。一般来说，铁桥到钢桥的时间跨度大约是一百年。在这一百年间，建造了更多的铸铁桥和锻铁桥。现有的铸铁桥几乎都是拱桥；对于熟铁桥，除了拱形结构外，桁架梁结构很多，管箱梁结构很少。

与大跨度拱桥、桁架梁桥相比，中小跨度钢板梁桥实在微不足道。所以今天很难找到这类桥梁的早期信息。但是，从英国早期的航道建设和铁路建设中，我们可以窥见端倪。

文献中记载的最早的铸铁板梁结构是由英国著名土木工程师托马斯·特尔福德建造的龙登顿顿顿水道桥。这座桥建于1797年，长57m，宽2.7m，梁高0.91m，跨度14.5m:铸铁结构采用槽钢梁的形式，板与板之间的连接采用熟铁螺栓。

图1龙顿河上的特尔恩水道桥

18、19世纪之交，英国修建了一些梁拱铸铁水道桥，其中最大的是1805年特尔福德修建的庞齐西尔特高架水道。桥跨由铸铁槽梁和实腹拱组合而成，19孔，跨度13.7米，全长307米。可以认为，铸铁水道桥的建设为铁路板梁桥的发展积累了一定的工程经验。

图2英国庞齐西尔特水道桥

在铁路中，最早的铁桥是梁桥。1825年，乔治·乔治·斯蒂芬森主持建造了无桥河流桥，如图3所示。这座桥位于世界上第一条装有蒸汽机车的斯托克顿-达林顿铁路的支线上。该结构采用特殊的透镜桁架，由上下“曲梁”和立柱组成，立柱顶部铺设木板，形成最大跨度为3.78米的桥面，所用材料为熟铁和铸铁，其中“曲梁”用熟铁，立柱和管状桥墩用铸铁。

图3恒河铁路桥

另一座铁路桥是罗伯特·斯蒂芬森设计的迪桥，建于1846年11月，如图4所示。该桥位于双线铁路上，跨度为3×29.9米，每个跨度有三根平行的铸铁板梁，每根板梁由三段榫接而成，然后在整个跨度上设置一根锻铁拉杆进行加劲。1847年5月，一辆客车过桥时，一根板梁突然断裂，列车坠入水中，造成5死9伤。这次桥梁事故暴露了用熟铁拉杆加固铸铁梁的弱点。也说明在“疯狂铁路时代”，桥梁建设普遍缺乏科学指导，各种事故时有发生。

图4英国迪河铁路桥事故

可以合理判断，铸铁板梁桥萌芽于18世纪末。然而，当铸铁用于建造动荷载较大的铁路梁桥时，材料的局限性就暴露出来了。从19世纪下半叶开始，铁艺逐渐取代了铁路桥梁用的铸铁，同时铆接技术也诞生了。钢出现以后，特别是转炉炼钢的普及，熟铁自然就被钢取代了。

举个例子。美国宾夕法尼亚州的金祖亚大桥，如图5所示，是一座长625米的单轨铁路高架桥，建于1882年。最初采用熟铁桁架梁结构，1900年改为钢板梁结构。1959年铁路停运，当地政府买下大桥和周边土地，改建成国家大桥公园。铁路旅游线路于1986年开通，桥梁于2002年关闭。2003年7月，中尺度对流系统诱发的龙卷风摧毁了大部分桥梁。2011年，其余桥梁得到修复并向游客开放。

图5美国宾夕法尼亚州金祖亚高架桥

把话题转回来。虽然罗伯特·斯蒂芬森受到迪河大桥事故的严重质疑，但这似乎并没有减缓他建造大跨度铁路桥的步伐。1846年，他设计的一座系杆拱桥和两座管箱梁桥同时开工建设。1849年，他设计了高桥。这是英国泰恩河上的两用桥。采用双层系杆拱，主跨6×38.1米，桥宽12.2米，为英国一级保护建筑，现仍在使用。

另外两座铁路桥建于1846年，其中一座是著名的英国桥，建于1850年，1970年大火后重建。另一个是未知的康威桥，建于1848年。该桥先于英伦大桥问世，结构形式类似英伦大桥，跨度125米，至今仍在使用。这两座管箱梁桥的施工为后续钢板梁和钢箱梁桥的发展提供了有益的借鉴。

图6康威铁路桥

当列车通过箱型结构时，这样的管箱桥可视为“直通”箱型梁桥。1986年，前苏联为新西伯利亚地铁修建了一座特殊桥梁。当然，从今天的技术角度来看，这种方式限制了箱梁的优化设计，不合理。

将“下穿式”箱形梁桥改为“下穿式”箱形梁桥，是一百年后的事了。1950年左右，二战后，德国在城市桥梁改造过程中开始建造钢箱梁桥，进而发展出正交异性钢桥面结构。

第一座钢箱梁桥，由莱昂·哈特设计的德国科隆多伊泽大桥，建于1948年，如图7所示。在这个桥址建造的第一座桥是一座自锚式链式悬索桥，建于1913-1915年，在1945年的修复过程中倒塌。改造后的钢箱梁桥采用原桥墩，采用变截面连续梁、铆接焊接的结构；跨度132-184.4-121米，桥宽20.6米，用钢量仅为旧桥的61%。1980年，在钢桥旁边扩建了一座预应力混凝土箱梁桥。其跨度和梁高与钢桥相同，桥宽12m。

图7德国科隆路伊泽尔桥

德国曼海姆的库尔普法兹桥是第一座采用正交异性桥面的桥。这是一座变截面钢板梁桥，跨度为56.1-74.8-56.1米，桥宽为28米。它建于1950年。仅仅一年后，红衣主教弗林斯桥在德国建成，如图8所示。该桥横跨纽斯和杜塞尔多夫之间的莱茵河，主跨度为206米，取代了1929年建造的悬臂钢桁架桥。该桥是世界上第一座跨度超过200米的正交异性桥面钢箱连续梁桥，也是德国早期的焊接钢桥。

图8德国弗林斯桥

在随后的几十年里，德国、巴西、塞尔维亚、日本等国家相继建成了一些跨度为200-300m的大跨度钢箱梁桥，如德国的动物园桥、前南斯拉夫的布兰科桥、巴西的里奥-尼泰罗伊桥等，布兰科桥由两座钢梁桥组成，值得一提。一座建于1956年，钢板梁结构；一座建于1979年，采用钢箱梁结构。

混凝土肋梁桥和箱形梁桥

波特兰水泥于19世纪20年代和30年代问世，并被大量生产和应用。波特兰水泥是由英国制造商约瑟夫·阿斯丁的父子发明的。因为这种水泥硬化后的颜色和强度和英国波特兰岛的石灰石差不多，所以叫它。第一个使用波特兰水泥的大型项目是伦敦的泰晤士隧道。

混凝土最早用于法国的桥梁。从1812年到1824年，法国工程师路易·维卡用自行研制的水泥混合混凝土建造了横跨多尔多涅河的苏亚克石拱桥的墩基础。自然，没有钢筋的帮助，混凝土材料很难在梁桥中使用。

法国园丁约瑟夫·莫尼耶被认为是钢筋混凝土的主要发明者。1849年，他在混凝土中铺设铁丝制作花盆，解决了混凝土抗拉强度低的问题。1853年，法国实业家弗朗索瓦·科伊涅建造了世界上第一座钢筋混凝土建筑。1873年，莫尼耶获得钢筋混凝土桥梁专利。通过采用这项专利，1875年建造了Chazelet人行桥。在美国，1884年，工程师欧内斯特·兰瑟姆获得了一项类似于今天的螺纹钢筋的扭曲钢筋专利，1889年，他在旧金山金门公园建造了北美第一座钢筋混凝土桥梁。桥名叫阿尔沃德湖桥，宽19.5米，长8.8米，框架结构。参见图9。1892年，法国工程师弗朗索瓦·亨内比克获得钢筋混凝土系统专利。，可以组合成结构)，促进了钢筋混凝土结构的快速发展和广泛应用。

图9早期钢筋混凝土建筑和梁桥

到20世纪初，中小跨度的钢筋混凝土板梁、T梁、π梁等桥梁形式得到了广泛的应用，并试图向更大跨度发展。1930年，巴西建成一座主跨68.50米的钢筋混凝土连续梁桥，首次采用悬臂浇筑法。1939年，法国在塞纳河上修建了新城维尔纽夫-圣乔治钢筋混凝土连续箱梁桥，跨径41.0+78.2+41.0m；1940年毁于爆炸，1950年改建为预应力混凝土悬臂箱梁桥，箱内可调节体外预应力筋，如图10所示。法国东泽尔-蒙德拉冈运河大桥建于1950年，跨度为79.5+100+79.5米，是最大的钢筋混凝土连续梁桥。20世纪50年代，随着预应力混凝土梁桥和悬臂施工方法的兴起，钢筋混凝土梁桥又回到了中小跨度的领域。

图10法国新城圣乔治桥

几乎与钢筋混凝土结构的应用同时，有人开始研究预应力混凝土。1886年，美国工程师彼得·h·杰克逊和德国工程师c·f·多林申请了预应力混凝土专利。在随后的几十年里，欧美的一些工程师继续实践预应力混凝土。当时还没有认识到混凝土收缩徐变对预应力的影响，也没有高强低松弛的钢筋。这些早期的尝试没有成功。直到1928年，法国工程师E. Freyssinet 在积累混凝土桥梁设计和施工经验的基础上，提出了用高强钢和高强混凝土来减少预应力损失的观点，拉开了现代预应力混凝土的序幕。到20世纪60年代，林同炎先生提出的“荷载平衡法”简化了预应力混凝土结构的设计，促进了预应力混凝土在世界范围内的快速发展和普遍应用。

20世纪40年代，预应力混凝土肋梁桥得到了广泛应用，也尝试了箱形梁桥。1937年，奥格站立交桥在德国采用支架法修建。主桥为三跨预应力混凝土公路桥，主跨69m。跨度为31.5米的丁字梁搁置在两端长度为18.75米的悬臂箱梁上，设置体外无粘结预应力索。但桥没什么效果，后来又加了桥墩，1995年后重建。

图11德国奥尔站立交桥

1946年，卢辛奇桥在法国建成，由弗里斯·奈设计。该桥采用刚构结构，跨度55m，宽8m，由三根箱梁并列组成；每根箱梁分段预制，通过梁张拉将梁段串联成一体；施工时，梁端借助吊架拼装，然后用临时塔和扣架设梁段，中间长度39m，重量40t。参见图12。从1949年到1950年，弗雷西奈还设计了另外五座结构和跨度大小相同的桥梁。

图12法国西吕藏桥

1950年，德国建造了格恩斯托尔公路桥，将预应力混凝土刚构桥的跨径提高到82.4米，同年在比利时建造了斯莱恩桥，为2×62.7米跨度的两跨预应力混凝土连续箱梁桥，采用体外预应力和支架施工。1951年，美国宾夕法尼亚州建成核桃巷纪念桥，跨度48.8米，是美国最早建成的预应力混凝土肋梁桥的代表。

接下来，随着悬臂施工技术、预应力技术和高强材料的发展，连续梁、悬臂梁、T形刚架、连续刚架等各种预应力混凝土梁桥正在向更大跨度推进。与此相关的数据和信息非常丰富，这里就不赘述了。

转自:西南交大大桥微信官方账号