中国桥梁结构的发展史

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1. 桥梁是道路的组成部分。从工程技术的角度来看,桥梁发展可分为古代、近 代和现代三个时期
古代桥梁
人类在原始时代,跨越水道和峡谷,是利用自然倒下来的树木,自然形成的 石梁或石拱,溪涧突出的石块,谷岸生长的藤萝等。人类有目的地伐木为桥 或堆石、架石为桥始于何时,已难以考证。据史料记载,中国在周代(公元 前11世纪前256年)已建有梁桥和浮桥,如公元前1134年左右,西周在渭 水架有浮桥。古巴比伦王国在公元前1800年建造了多跨的木桥,桥长达183 米。古罗马在公元前621年建造了跨越台伯河的木桥,在公元前 481年架起 了跨越赫勒斯旁海峡的浮船桥。古代美索不达米亚地区,在公元前 4世纪时 建起挑出石拱桥(拱腹为台阶式)。
古代桥梁在17世纪以前,一般是用木、石材料建造的,并按建桥材料把 桥分为石桥和木桥。
石桥
石桥的主要形式是石拱桥。据考证,中国早在东汉时期(公元25220年) 就出现石拱桥,如
出土的东汉画像砖,刻有拱桥图形。现在尚存的赵州桥(又 名安济桥),建于公元605617年,净跨径为37米,首创在主拱圈上加小 腹拱的空腹式(敞肩式)拱。中国古代石拱桥拱圈和墩一般都比较薄,比较 轻巧,如建于公元816819年的宝带桥,全长317米,薄墩扁拱,结构精巧。
罗马时代,欧洲建造拱桥较多,如公元前200公元200年间在罗马台伯河 建造了8座石拱桥,其中建于公元前62年的法布里西奥石拱桥,桥有2孔, 各孔跨径为24.4米。公元98年西班牙建造了阿尔桥,高达52米。此外,出 现了许多石拱水道桥,如现存于法国的加尔德引水桥,建于公元前1世纪,桥 分为3层,最下层为7孔,跨径为1624米。罗马时代拱桥多为半圆拱,跨 径小于25米,墩很宽,约为拱跨的三分之一,图1[列米尼桥示意图]
3.为罗马时代建造的列米尼桥示意图
4.罗马帝国灭亡后数百年,欧洲桥梁建筑进展不大。11世纪以后,尖拱技术由 中东和埃及传到欧洲,欧洲开始出现尖拱桥,如法国在公元11781188年 建成的阿维尼翁桥,为20孔跨径达34米尖拱桥。英国在公元11761209 年建成的泰晤士河桥为19孔跨径约 7米尖拱桥。西班牙在13世纪建了不少 拱桥,如托莱多的圣玛丁桥。拱桥除圆拱、割圆拱外,还有椭圆拱和坦拱。 公元15421632年法国建造的皮埃尔桥为七孔不等跨椭圆拱,最大跨径约 32米。当时椭圆拱曾盛行一时。15671569在佛罗伦萨的圣特里尼塔建了 三跨坦拱桥,其矢高同跨度比为1:7。1117世纪建造的桥,有的在桥面 两侧设商店,如意大利威尼斯的里亚尔托桥。
石梁桥是石桥的又一形式。中国陕西省西安附近的灞桥原为石梁桥,建于 汉代,距今已有2000多年。公元1112世纪南宋泉州地区先后建造了几十 座较大型石梁桥,其中有洛阳桥、安平桥。安平桥(五里桥)原长2500米, 362孔,现长2070米,332孔。英国达特穆尔现存的石板桥,有的已有2000 多年。
5.木桥
早期木桥多为梁桥,如秦代在渭水上建的渭桥,即为多跨梁式桥。木梁桥跨 径不大,伸臂木桥可以加大跨径,图2[ 木悬臂桥示意图]
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7. 木悬臂桥的示意图
8. 中国 3世纪在甘肃安西与新疆吐鲁番交界处建有伸臂木桥,“长一百五十步”。 公元405jasmine revolution418年在甘肃临夏附近河宽达40丈处建悬臂木桥,桥高达50丈。 八字撑木桥(图3[ 八字撑木桥示意和拱式撑架木桥亦可以加大跨径。16世 纪意大利的巴萨诺桥为八字撑木桥。
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9.
10.出现较早的拱桥,公元104年在匈牙利多瑙河建成的特拉杨木拱桥,共有21 孔,每孔跨径为36米。中国在河南开封修建的虹桥(图5[ 虹桥示意图]
11.净跨约为20米,亦为木拱桥,建于公元1032年。日本在岩国锦川河修建的锦 带桥为五孔木
拱桥,建于公元300年左右,是中国僧戴曼公独立禅师帮助修 建的。
中国西南地区有用竹篾缆造的竹索桥。著名的竹索桥是四川灌县珠浦桥,桥 为8孔,最大跨径约60米,总长330余米,建于宋代以前。
古代桥梁基础,在罗马时代开始采用围堰法施工,即打木板桩成围堰,抽水 后在其中修筑桥梁基础和桥墩。1209年建成的英国泰晤士河拱桥,其基础就 是用围堰法修筑,但是,那时只能用人工打桩和抽水,基础较浅。中国11世 纪初,著名的洛阳桥在桥址江中先遍抛石块,其上养殖牡蛎二三年后胶固而 成筏形基础,是一个创举。
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近代桥梁 18世纪铁的生产和铸造,为桥梁提供了新的建造材料。但铸铁 抗冲击性能差,抗拉性能也低,易断裂,并非良好的造桥材料。19世纪50年 代以后,随着酸性转炉炼钢和平炉炼钢技术的发展,钢材成为重要的造桥材 料。钢的抗拉强度大,抗冲击性能好,尤其是19世纪70年代出现钢板和矩 形轧制断面钢材,为桥梁的部件在厂内组装创造了条件,使钢材应用日益广 泛。
12.    18世纪初,发明了用石灰、粘土、赤铁矿混合煅烧而成的水泥。19世纪
50年代,开始采用在混凝土中放置钢筋以弥补水泥抗拉性能差的缺点。此后, 于19世纪70年代建成了钢筋混凝土桥。
近代桥梁建造,促进了桥梁科学理论的兴起和发展。1857年由圣沃南在 前人对拱的理论、静力学和材料力学研究的基础上,提出了较完整的梁理论 和扭转理论。这个时期连续梁和悬臂梁的理论也建立起来。桥梁桁架分析(如 华伦桁架和豪氏桁架的分析方法)也得到解决。19世纪70年代后经德国人 K.库尔曼、英国人W.J.M.兰金和J.C.麦克斯韦等人的努力,结构力学获得很 大的发展,能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进行分析。这些理论 的发展,推动了桁架、连续梁和悬臂梁的发展。19世纪末,弹性拱理论已较 完善,促进了拱桥发展。20世纪20年代土力学的兴起,推动了桥梁基础的 理论研究。
近代桥梁按建桥材料划分,除木桥、石桥外,还有铁桥、钢桥、钢筋混 凝土桥。
平安好房网>中天玫瑰木桥
16世纪前已有木桁架。1750年在瑞士建成拱和桁架组合的木桥多座,如赖 谢瑙桥,跨径为73米。在18世纪中叶至19世纪中叶,美国建造了不少木桥, 如1785年在佛蒙特州贝洛兹福
尔斯的康涅狄格河建造的第一座木桁架桥, 桥共二跨,各长55米;1812年在费城斯库尔基尔河建造的拱和桁架组合木 桥,跨径达104米。桁架桥省掉拱和斜撑构,简化了结构,因而被广泛应用。 由于桁架理论的发展,各种形式桁架木桥相继出现,如普拉特型、豪氏型、 汤氏型等(图6[ 桁架桥]
百忤拉特型
14.由于木结构桥用铁件量很多,不如全用铁经济,因此,19世纪后期木桥逐渐 为钢铁桥所代替。
铁桥包括铸铁桥和锻铁桥。铸铁性脆,宜于受压,不宜受拉,适宜作拱 桥建造材料。世界上第一座铸铁桥是英国科尔布鲁克代尔厂所造的塞文河桥, 建于1779年,为半圆拱,由五片拱肋组成,跨径30.7米。锻铁抗拉性能较 铸铁好,19世纪中叶跨径大于6070米的公路桥都采用锻铁链吊桥。铁路 因吊桥刚度不足而采用桁桥,如18451850年英国建造布列坦尼亚双线铁 路桥,为箱型锻铁梁桥。19世纪中以后,相继建立起梁的定理和结构分析理 论,推动了桁架桥的发展,并出现多种形式的桁梁。但那时对桥梁抗风的认识
不足,桥梁一般没有采取防风措施。1879年12月大风吹倒才建成18个月的
阳斯的泰湾铁路锻铁桥,就是由于桥梁没有设置横向连续抗风构。
15. 中国于1705年修建了四川大渡河泸定铁链吊桥。桥长100米,宽2.8米, 至今仍在使用。
欧洲第一座铁链吊桥是英国的蒂斯河桥,建于1741年,跨
径20米,宽0.63米。18201826年,英国在威尔士北部梅奈海峡修建一座 中孔长 177米用锻铁眼杆的吊桥。这座桥由于缺乏加劲梁或抗风构,于1940 年重建。世界上第一座不用铁链而用铁索建造的吊桥,是瑞士的弗里堡桥, 建于18301834年、桥的跨径为233米。这座桥用2000根铁丝就地放线, 悬在塔上,锚固于深18米的锚碇坑中。
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1855年,美国建成尼亚加拉瀑布公路铁路两用桥这座桥是采用锻铁索和加 劲梁的吊桥,跨径为250米。18691883年,美国建成纽约布鲁克林吊桥, 跨度为283+486+283米。这些桥的建造,提供了用加劲桁来减弱震动的经验。 此后,美国建造的长跨吊桥,均用加劲梁来增大刚度,如1937年建成的旧 金山金门桥(主孔长为1280米,边孔为344米,塔高为228米),以及同 年建成的旧金山奥克兰海湾桥(主孔长为704米,边孔为354米,塔高为152 米),都是采用加劲梁的吊桥。
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