专题
首页  >  专题  >  媒体视点  >  名刊精选  >  《科学24小时》

《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

文章数

说说桥梁的那些事儿

2018-03-13 22:55:00

  桥梁,跨越道路、江河、山谷,甚至海洋,是现代交通基础设施系统中不可或缺的部分。

  桥梁设计、建造技术,也是一个国家基础设施建造水平的重要标志之一。面对不同的跨越需求,桥梁往往以不同的形式呈现,时而雄伟、时而壮丽、时而优雅,时而令人感觉不可思议。

  根据基本受力特征,桥梁可分为梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥四种主要的桥型。每种桥型都有其主要的适用跨径范围,例如,梁桥适用于中小跨径,因此日常生活中看到的大多数城市高架桥都采用了梁桥的形式;而斜拉桥、悬索桥则更多地使用在跨度较大的场合,例如跨越大江、大河等。不同桥梁的设计、建造和运营维护的特点也不相同。

  设计试验保安全

  每一项桥梁工程,从规划论证开始,都需要经历设计、施工、运营、维护,直至最终的拆除或改建。设计是其中最为重要的环节。设计阶段需要先对桥梁在未来使用过程中可能面临的各种情况进行全面地计算分析,再确定桥位、桥型以及结构的全部细节,形成设计图纸和指导性的施工方案,然后交付施工单位进行建造。

  使用环节中可能出现各种复杂情况,这也使得桥梁设计过程变得非常复杂。设计过程中,首先需要考虑桥梁结构自身的重量;同时要考虑正常使用阶段过程中,可能作用在桥梁上的各种作用,例如车辆、人群;还要考虑自然条件对它的影响,例如温度、水流冲刷等;当然,还需要考虑一些可能出现的意外情况,例如船舶撞击、地震、大风等。对于常规桥梁,工程师可以参考设计规范,找到大多数问题的解决对策;而对于一些超出现有经验的特殊桥梁,则还需要进行一些特殊的试验才能保证结构在极端情况下的安全。例如,设计超大跨径桥梁时,往往需要进行结构抗震和抗风试验。

  目前,计算机辅助设计技术飞速发展,工程师在借助传统的规范经验和试验室方法的基础上,也在大量地应用计算机辅助设计方法,进一步验证设计,确保结构安全。计算机辅助设计中可根据不同的问题,运用各种不同功能的分析软件。例如,静力分析软件可以模拟结构在施工或使用过程中的大部分问题;而动力分析软件,则可以分析风、地震等动态作用对结构的影响;甚至风、水流等流体对桥梁的作用,也有软件可以模拟。

  借助于软件的帮助,让我们工程设计中的不确定性大大降低,提高了桥梁建造和使用过程中的安全性。

  造桥技术显创意

  建成桥梁本是为了帮助人们跨越障碍,但桥梁自身如何首先跨越障碍,这既是桥梁设计过程中必须考虑的问题,也是桥梁工程的核心技术之一。

  桥梁建造方案的设计需要充分考虑桥梁结构,以及桥址当地的特点。在桥下搭设支架是最为容易的方法,但是因为施工效率较低,安全保障的难度大,目前该方法的采用越来越少。取而代之的是借助工厂化制造和机械化安装的现代工业化建造方法。例如,公路桥梁中常用梁桥的预制拼装施工方法,铁路中常用的整孔架设方法,城市中常用的预制安装施工方法等。

  对于大跨径桥梁,施工方法的选择不仅关系到结构安全,同时也对总体造价有显著影响。例如斜拉桥常用的悬臂拼装(或浇筑)方法,就是利用已建成的桥塔,逐步拼装主梁,最终合龙成桥,让施工过程中的临时性结构最少。大跨径拱桥在拱类合龙之前,缺乏支撑结构,常常采用临时塔扣挂拱肋的施工方法。

  在一些特殊情况下,还有一些充满想象力的施工方法。拱桥采用转体施工方法:先在河的两侧沿河分别建造半幅拱肋,然后将修建好的拱肋转向河面,两侧拱肋在河面的上空合龙后成桥。还有顶推施工法:先在岸边修建桥面结构、在水中修建桥墩;桥面结构基本完成后,将桥面沿跨越方向在墩顶之上水平推向河面,最终实现跨越。杭州钱江八桥就是利用顶推施工方法完成的。

  运营维护见真功

  桥梁建成后的运营维护也是桥梁工程技术中的重要组成部分。桥梁要承受行人、车辆作用,同时还要经受长年累月的日晒、风吹、雨淋,甚至是地动山摇的考验。为了保证桥梁运营安全,除了精心设计、精心施工外,还需要进行科学的管理,包括养护、检测、监测、维修等。

  养护是根据桥梁的使用特点进行的各种保养工作,例如清洁、修补、涂装等。检测是对大桥的材料、构件等进行专门的小型测试或试验,以确认材料和构件的使用和安全状态。

  监测是对桥梁的一些敏感部位、使用条件进行连续测试,获得长期数据。通过对这些数据的分析,可以对桥梁结构性态变化过程作出判断,进而制定更加有针对性的管理和养护措施。维修则是对损坏的构件或者位置进行修补。如果把桥梁比作人,那么养护就像我们每天进行的个人卫生,是保证仪容必不可少的工作;检测就像定期体检,需要专门机构、专业人员按一定规程进行;监测类似用智能手表,可以长时间测试心跳、脉搏、计步等等;而维修则是做一次外科手术了。

  桥梁的管养工作除了需要保证桥梁结构和运营安全外,还必须考虑较少影响桥梁的正常使用、较少对结构造成损伤。于是一些专用设备、特殊监测方法应运而生:专门为检查桥梁底部状态的桥梁检测车,它具有长长的伸臂,可以轻松地到达梁底;为检查材料性能准备的无损探伤设备,只要对关注的部位敲敲打打就可以得到相关的性能参数。随着图像识别技术的发展,利用无人机进行桥梁智能检查、检测的技术也飞速发展。桥梁管养的数字化、自动化、智能化技术正成为桥梁工程发展的重要方向。

上一篇:中国古代经典桥梁
下一篇:桥是技术,也是文化
©2011-2017 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号 京公网安备110105007388号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台