橋梁工程
橋梁工程指橋梁勘測、設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)和檢定等的工作過程,以及研究這一過程的科學(xué)和工程技術(shù),它是土木工程的一個分支。
橋梁工程學(xué)的發(fā)展主要取決于交通運輸對它的需要。古代橋梁以通行人、畜為主,載重不大,橋面縱坡可以較陡,甚至可以鋪設(shè)臺階。在有重載馬車之后,載重量逐步加大,橋面縱坡也必須使之平緩。這時的橋梁材料仍以木、石為主,鑄鐵和鍛鐵很少使用。
自從有了鐵路以后,橋梁所承受的載重逐倍增加,線路的坡度和曲線標(biāo)準(zhǔn)要求又高,且需要建成鐵路網(wǎng)以增大經(jīng)濟效益,因此,為要跨越更大更深的江河、峽谷,迫使橋梁向大跨度發(fā)展。石材、木材、鑄鐵、鍛鐵等橋梁材料,顯然不合要求,而鋼材的大量生產(chǎn)正好滿足這一要求。
在技術(shù)方面,只是憑經(jīng)驗修橋,曾使19世紀(jì)80~90年代的許多鐵路橋發(fā)生重大事故;從這時起,正在發(fā)展中的結(jié)構(gòu)力學(xué)理論得到了重視,而在它的靜力分析理論完全確立并廣泛普及之后,橋梁因強度不足而造成的事故顯然大為減少。
二十世紀(jì)以來,公路交通有很大發(fā)展。在內(nèi)陸,需要在更多的河流、峽谷之上建橋。在城市中,以及在各種交通線路相交處,需要建造立交橋。在沿海,既需在大船通航的河口、海灣、海峽修建特大跨度橋梁,又需在某些海島與大陸之間修建長橋。
橋梁需要大量修建,而人力、物力、財力有限;于是,不斷提高技術(shù)水平,引用新材料、新工藝、新橋式,對結(jié)構(gòu)行為進(jìn)行更精確的數(shù)值分析,采用更精確的結(jié)構(gòu)試驗進(jìn)行驗證,以使橋梁建設(shè)的經(jīng)濟效益不斷提高,已成為時代的要求。
橋梁工程學(xué)主要研究橋渡設(shè)計,包括選擇橋址,決定橋梁孔徑,考慮通航和線路要求以確定橋面高程,考慮基底不受沖刷或凍脹以確定基礎(chǔ)埋置深度,設(shè)計導(dǎo)流建筑物等;橋式方案設(shè)計;橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計;橋梁施工;橋梁檢定;橋梁試驗;橋梁養(yǎng)護(hù)等方面。
在建橋材料方面,以高強、輕質(zhì)、低成本為選擇的主要依據(jù),近期仍以發(fā)展傳統(tǒng)的鋼材和混凝土為主,提高其強度和耐久性。對于建筑鋼材的脆斷機理、初始幾何缺陷等,以及混凝土材料的非彈性問題(收縮徐變以及疲勞等),將繼續(xù)作充分的研究,使能正確控制結(jié)構(gòu)的受力和變形。至于碳纖維塑料等在橋梁上的廣泛應(yīng)用,還必須在降低成本以后才有可能。
在橋梁勘察設(shè)計方面,隨著交通事業(yè)的迅速發(fā)展,大跨度或復(fù)雜的橋型將不斷涌現(xiàn)。高速公路的發(fā)展,對橋梁設(shè)計亦將提出新的要求。在橋式方案設(shè)計中,將有可能利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論,借助電子計算機選出最佳方案。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中,采用空間理論來分析橋梁整體受力已成為可能;以概率統(tǒng)計理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計理論,將進(jìn)一步反映在橋涵設(shè)計規(guī)范中,使橋梁設(shè)計的安全度得到科學(xué)合理的保證。橋梁美學(xué)作為時代、民族的文化在某些方面的反映,將愈來愈受到人們的重視:橋梁的面貌將蔚為大觀。
在橋梁施工方面,對施工組織將充分利用電子計算機進(jìn)行經(jīng)濟有效的管理。在施工技術(shù)中,將不斷引用新技術(shù)和高效率、高功能的機具設(shè)備,借以提高質(zhì)量、縮短工期、降低造價。如采用激光測量控制結(jié)構(gòu)的精確定位;引用自升式水上平臺克服深水基礎(chǔ)的困難;利用遙控設(shè)備在沉井、沉箱中挖基,以減少勞動強度并避免人身危險;利用高質(zhì)量的焊接技術(shù),借能推廣工地焊接等,此外,裝配式橋梁也將有所發(fā)展,以使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化,生產(chǎn)工業(yè)化。
在橋梁養(yǎng)護(hù)維修方面,要求對既有橋梁建立完善的技術(shù)檔案管理制度。在橋梁維修檢查中,引用新型精密的測量儀表,如用聲測法對結(jié)構(gòu)材料的缺陷以及彈性模量進(jìn)行測定;用手?jǐn)y式金相攝影儀檢查鋼材的晶體結(jié)構(gòu)俾能及早進(jìn)行加固防患于末然,以便延長橋梁的使用壽命。
橋梁工程始終是在生產(chǎn)發(fā)展與各類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的綜合影響下,遵循適用、安全、經(jīng)濟與美觀的原則,不斷的向前發(fā)展。