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分类：建筑工程论文发表 时间：2018-09-28 09:40 关注：(1)
《中国公路学报》编辑部
摘要：为了促进中国桥梁工程学科的发展，系统梳理了各国桥梁工程领域(包括高性能材料、桥梁作用及分析、桥梁设计理论、钢桥及组合结构桥梁、桥梁防灾减灾、桥梁基础工程、桥梁监测、评估及加固等)的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先在总结了中国桥梁工程建设成就的同时对未来桥梁工程的发展趋势进行了展望;然后分别对上述桥梁工程领域各方面的内容进行了细化和疏理：高性能材料方面重点分析了超高性能混凝土(UHPC)和CFRP材料，桥梁作用方面分析了车辆荷载和温度，钢桥及组合结构桥梁方面分析了钢桥抗疲劳设计与维护技术和钢-混凝土组合桥梁，桥梁防灾减灾方面分析了抗震、抗风、抗火、抗爆和船撞及多场、多灾害耦合;最后对无缝桥、桥面铺装、斜拉桥施工过程力学特性及施工控制、计算机技术对桥梁工程的冲击进行了剖析，以期对桥梁工程学科的学术研究提供新的视角和基础资料。
关键词：综述;桥梁工程;高性能材料;设计理论;钢桥;抗风;抗震;安全监测;维修加固
中图分类号：U44文献标志码：A
Abstract：InordertopromotethedevelopmentofChinasbridgeengineeringsubject，theacademicresearchstatus，hotissues，existingproblems，correspondentcountermeasuresanddevelopmentprospectsaboutbridgeengineeringathomeandabroad(includinghighperformancematerials，functionofbridgeanditsanalysis，bridgedesigntheories，steelandcompositestructurebridges，bridgedisasterpreventionandmitigation，bridgefoundation，andbridgemonitoring，evaluationandreinforcement)werestudiedsystematically.Firstly，Chinasbridgeengineeringconstructionachievementsweresummarizedandthedevelopmenttrendofbridgeengineeringinthefuturewasintroduced.Secondly，allaspectsofthefieldinbridgeengineeringwereanalyzedindetail：ultrahighperformanceconcrete(UHPC)andCFRPmaterialsinhighperformancematerials;vehicleloadandtemperatureinbridgefunction;anti-fatiguedesignofsteelbridge，itsmaintenancetechnologyandsteel-concretecompositebridgesinsteelandcompositebridges;andseismicperformance，windresistance，fireresistance，anti-explosion，collisionandmorethanonedisasters，multi-disastercouplinginbridgedisasterpreventionandmitigation.Finally，themechanicalcharacteristicsandconstructioncontrolinthejointlessbridges，bridgedecks，cable-stayedbridgesduringconstructionandtheimpactofcomputertechnologyonbridgeengineeringwereanalyzed.Thispaperissupposedtoprovidenewperspectivesandbasicdataforacademicresearchesonbridgeengineeringsubject.
Keywords：review;bridgeengineering;highperformancematerial;designtheory;seelbridge;windresistance;seismicresistance;safetymonitoring;maintenanceandreinforcement
0引言
桥梁是道路的重要组成部分，是交通工程中的关键性枢纽，在交通和交通发展中起着非常重要的作用。桥梁也是国家经济和社会发展的重要基础设施，是一个国家或地区经济实力、科学技术、生产力发展等综合国力的体现。中国在改革开放后的30多年间，桥梁工程无论在建设规模还是科技水平上，均已跻身世界先进行列，至2012年底中国的公路桥梁和城市桥梁已分别建成71.3万座和5.8万座。随着《国家高速公路网规划》的实施，几十公里长的跨海、海峡大桥，新发展的城郊高速铁路桥与轻轨运输高架桥等宏伟工程也已逐渐开始建设。与此同时，随着桥梁工程领域相关研究的不断深入，桥梁新结构、新工艺、新材料等不断涌现，新技术应用水平和研究水平达到了空前的广度和深度。然而，迄今为止学术界缺乏对整个桥梁工程领域学术研究成果的系统总结与梳理。为了促进中国桥梁工程学科的发展，充分发挥《中国公路学报》在公路交通行业中的学术引领作用，本刊编辑部约请了桥梁工程领域的专家、学者30余人，在分析行业发展现状和趋势的基础上，围绕高性能材料、桥梁作用及分析、桥梁设计理论、钢桥及组合结构桥梁、桥梁防灾减灾、桥梁基础工程、桥梁监测、评估及加固等主题，论述各国该领域的学术研究现状、热点、存在问题、具体对策及发展前景，以期为中国桥梁工程学科的学术研究与发展提供参考和借鉴。由于资料、水平有限，加之时间仓促，该综述还不够系统和完善，对一些问题分析的深度和广度还不够，敬请广大读者批评指正。
1桥梁工程建设成就及展望(同济大学肖汝诚老师、郭瑞、姜洋提供原稿)
1.1建设成就
中国是一个拥有5000年文明历史的伟大国家。长江、黄河和珠江流域孕育了中华民族，创造了灿烂的华夏文化。在人类文明的发展史中，桥梁占有重要的一页。中国古代桥梁的辉煌成就曾在世界桥梁发展史中占有重要的地位，为世人所公认。早在商、周时代，中国已经建造出了石梁桥、石拱挢和浮桥等桥型，3000年前出现了索桥，此后建桥技术得到不断发展。中国隋朝工匠李春于公元610年前后修建的河北赵州桥是中国古代桥梁的代表之作。该桥拱肩两侧砌有2个小拱形成空腹的拱桥，既轻且利于排洪。这种中国首创的“敞肩圆弧拱”到14世纪才出现在欧洲
2高性能材料
材料的进步对桥梁工程的促进是革命性的。木材、石材是天然材料，混凝土和钢材2种人造材料在工业革命后成为土木工程的主要结构材料。除传统混凝土与钢材往高性能方向发展外，近20年来，FRP和智能材料也取得长足进展。本节主要介绍高性能混凝土和FRP材料，对于高性能钢材的研究可参见《中国公路交通学术研究综述·2012》[7]中第2.10.1节的内容。
2.1超高性能混凝土(湖南大学邵旭东老师、张哲博士生提供原稿)未来的大桥应采用高性能、高强度材料[6]，这一发展趋势已成为桥梁界的共识。超高性能混凝土(UHPC)被认为是过去30年中最具创新性的水泥基工程材料，属高强度、高延性、高耐久性和高环保性的水泥基复合材料，其超高性能包含力学性能和耐久性能优异2个方面。活性粉末混凝土(RPC)是一类最典型的UHPC，于1993年在法国Bouygues实验室首次研制成功，其抗压强度超过150MPa。
与普通混凝土相异的是，RPC完全剔除了粗骨料，基于最大密实度理论，其组成材料不同粒径颗粒间以最佳比例形成最紧密堆积，细颗粒活性成分硅灰的掺入和低水灰比使得材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)大幅减少，以获得最大强度(尤其抗拉强度)及优异的耐久性，同时微细钢纤维的掺加使材料表现出优良的韧性和延性。
3作用及分析
3.1汽车作用(合肥工业大学任伟新老师、中南大学赵少杰博士生提供原稿)
车辆荷载是桥梁承受的基本可变荷载之一，在桥梁设计、评估等各种荷载组合中占有重要地位。对车辆荷载的研究是桥梁承载能力计算、桥梁结构安全可靠性评估及寿命预测等的重要基础，关乎桥梁的设计、运营及管养维护等各个阶段。目前很多桥梁都是超负荷运营，桥梁的使用寿命大大缩短，桥梁的失效风险也在日益增加。在设计之初就充分考虑桥梁的运营荷载和在运营期准确评估桥梁结构的安全可靠性都离不开对实际交通荷载的准确把握。因此，全面审视中国公路桥梁车辆荷载现状，探索更符合中国公路桥梁实际交通现状的车辆荷载模型，对于桥梁设计、旧桥安全可靠性评估及维修加固决策等均具有十分重要的现实意义。
4桥梁设计理论与方法(长安大学罗晓瑜、王春生老师，同济大学陈艾荣老师提供原稿)
近年来，世界各国普遍发现已建桥梁存在使用性能差、使用寿命短、寿命周期经济指标差等问题，严重影响了桥梁正常服务功能的发挥，并给养护、维修等后期运营管理带来巨大的经济和社会负担。面对这种严峻、巨大的挑战，桥梁建设者在材料性能老化、构件性能退化等方面进行了广泛深入研究，通过选择适当数量和类型的防护措施以确保结构需要的使用寿命，建立了第1代结构使用寿命设计方法;通过采用可靠度理论对工程使用寿命设计进行评估以实现结构耐久性设计，在第1代使用寿命设计方法基础上建立了第2代使用寿命设计方法[137]。这2种方法对揭示已建桥梁的性能退化基理，指导桥梁管理与养护工作以及新建桥梁的耐久性设计工作起到了重要作用。
5钢桥及组合结构桥梁
5.1钢桥抗疲劳设计与维护技术(长安大学王春生老师提供原稿)
随着人类对钢桥疲劳失效问题认识的深入，加强钢桥抗疲劳设计已成为桥梁界的共识。目前钢桥抗疲劳设计中有2个技术难点尚未得到很好的解决：①钢桥面板的疲劳机理与抗疲劳设计问题;②钢桥面外变形疲劳问题。正交异性钢桥面板作为目前大、中跨径钢桥桥面板的一种重要结构形式，由于其具有自重轻、极限承载力大、适用范围广、施工周期短和梁高低、造型美观等特点，受到了各国桥梁设计者的青睐，其应用已成为衡量一个国家钢桥设计和制造水平的标志[181]。中国已建和在建的大跨径钢桥也大都采用正交异性钢桥面板。由于正交异性钢桥面板结构构造与受力较复杂，在车辆轮载的直接反复作用下易疲劳失效[181-186]。20世纪90年代建成的虎门大桥、宜昌长江大桥的正交异性钢桥面板已出现疲劳问题[142]，随着使用时间的延续，这些桥梁还将继续面临疲劳开裂的危险。中国针对钢桥面板的静力和稳定性能[187]，以及开口肋桥面板的疲劳性能已有一定的研究[188]，但对带闭口肋的正交异性钢桥面板的疲劳机理、关键细节的疲劳应力分布特征研究较少，远不能适应工程发展的需求[181-183]。
6桥梁防灾减灾
6.1抗震(同济大学李建中老师、北京工业大学韩强老师提供原稿)
中国地处世界两大地震带即环太平洋地震带与欧亚地震带之间，大部分地区为地震区，特别是华北地区和西部地区多为强震区，地震活动频繁。桥梁是交通生命线的枢纽工程，其建设成本高，一旦遭到地震破坏，将会导致巨大的经济损失，且震后修复极其困难。
在汶川地震中，山区高墩桥梁、曲线桥梁和斜交桥梁等非规则桥梁震害严重，对非规则桥梁地震破坏机理和抗震设计等问题引起了广泛关注。庙子坪特大桥落梁破坏等多座山区高墩桥梁严重损伤和失效，反映出对山区高墩桥梁抗震设计还存在着严重不足，对高桥墩抗震性能和山区局部地形效应造成的地震动的空间变化特性对高墩桥梁结构地震反应的影响把握不足[319]。
白花大桥曲线段部分倒塌、绵竹市回澜立交桥匝道桥桥墩和支座严重破坏[320]的原因在于曲线桥梁由于曲率的存在，上部结构的重心偏离桥墩，附加弯矩作用明显，同时还要产生扭矩，钢筋混凝土桥墩处于压弯剪扭复杂受力状态中，而且在多维地震作用下，曲线桥梁反应的不对称性，其破坏甚至倒塌破坏的可能性大大增加。此外，曲线桥梁的桥墩高度相差较大，空间差动性明显，因此墩柱的剪切和弯剪失效较为普遍，支座失效和伸缩缝的破坏也较为严重。因此，基于山区地形条件的特殊性和山区高墩桥梁结构的复杂性，有必要开展高墩桥梁的抗震防落梁装置的研发和山区高墩桥梁的抗震安全性以及小半径曲线桥梁的地震抗倒塌设计研究。
结语
由于人类跨越障碍的本性和需求，以及材料、理论、装备、计算机技术的进步，新世纪的桥梁工程有着更为广阔的发展舞台，同时也面临着严峻的技术挑战，更拥有无限美好的想象空间[3]。项海帆院士指出：不要满足于规模大和速度快的成绩，而要在创新、质量和美学上下功夫。只有创新的成果才能赢得国际同行的赞服，才能真正提高中国桥梁的国际地位。21世纪中国面临更大规模的桥梁建设高潮，抓住这个机会，才可能使中国从桥梁大国成长为真正的桥梁强国[863]。
参考文献：
[1]项海帆.21世纪世界桥梁工程的展望[J].土木工程学报，2000，33(3)：1-6.
[2]上海市土木工程学会.桥梁工程学科发展报告[R].上海：上海市土木工程学会，2013.
[3]肖汝诚.桥梁结构体系[M].北京：人民交通出版社，2013.
[4]项海帆，肖汝诚.现代桥梁工程六十年[C]中国土木工程学会桥梁及结构工程分会.第十八届全国桥梁学术会议论文集：上册.天津：中国土木工程学会桥梁及结构工程分会，2008：12-18.
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