目前,钢拱桥主要包括钢桁拱桥、钢箱拱桥和钢管混凝土拱桥三种形式。
钢拱桥的发展与建筑材料的发展紧密相关。铁和钢在实现了工业化生产后,用在桥梁建造中是从拱桥开始的,因为拱桥是当时大跨度桥梁的最主要桥型。世界上第一座铸铁拱桥为1779年在英国建造的铁桥(图2-2-9),该桥跨度30.48 m,高度约15.85 m,宽约5.5 m,是英国工业革命的重要标志。正是受其影响,桥址所在河谷更名为铁桥谷,当地还留有当年炼铁的炉窑(图2-2-10)。
■图2-2-9 英国铁桥
■图2-2-10 铁桥谷当年炼铁的炉窑
世界上第一座钢拱桥为1874年建成的美国圣路易斯市的伊兹桥(Eads Bridge)。该桥建成后,钢拱桥在世界范围内得到了较大的发展。1916年,美国建成了主跨298 m的纽约狱门桥(Hell Gate Bridge);1931年,建成了主跨504 m的培虹桥(Bayonne Bridge)。1932年,澳大利亚建成了主跨503 m的悉尼海港大桥。20世纪70年代美国又修建了主跨518 m的新河谷桥(New River Gorge Bridge)。
与国外钢拱桥相比,中国钢拱桥起步较晚。在21世纪以前,中国钢拱桥修建较少,其中1993年建成的九江长江大桥为这个时期的代表作。进入21世纪后,中国建成了重庆朝天门长江大桥、宜万铁路万州长江大桥、南京大胜关长江大桥等有影响力的大跨度钢桁拱桥。在钢箱拱桥方面有2003年在上海黄浦江上建成的卢浦大桥、成贵铁路金沙江特大桥;在钢管混凝土拱桥方面,先后建成了贵州水柏铁路北盘江大桥、四川巫山长江大桥、重庆菜园坝长江大桥。
(一)钢桁拱桥
九江长江大桥(图2-2-11)为主跨216 m的中承式连续钢桁拱桥,1973年12月开工,1993年1月建成通车。首创双壁钢围堰大直径钻孔基础施工法,首次研制采用新钢种——15 MnVNq低合金高强度钢,并以栓焊结构代替铆接结构,使铆接钢梁退出历史舞台。该桥是继武汉长江大桥和南京长江大桥之后,新中国建桥史上第三座里程碑,获1996年度“中国建筑工程鲁班奖”、1998年度“国家科技进步奖一等奖”。
■图2-2-11 九江长江大桥
宜万铁路万州长江大桥(图2-2-12)为主跨360 m的中承式连续钢桁拱桥,处于三峡库区,承载Ⅰ级单线铁路。2002年12月正式开工,2010年建成通车。图中远处的桥梁即为前文介绍过的万州长江公路大桥。
■图2-2-12 宜万铁路万州长江大桥
重庆朝天门长江大桥(图2-2-13),主跨552 m中承式连续钢桁系杆拱桥,为公轨两用大桥(上层为6车道的公路,下层为双线轻轨),2004年12月动工,2009年4月通车。2019年,该桥被中国建筑业协会评选为“改革开放40年百项经典工程”。
■图2-2-13 重庆朝天门长江大桥
南京大胜关长江大桥(图2-2-14)为主跨2×336m的中承式连续钢桁拱桥,途经大桥的线路共有3条6线,分别为京沪高速铁路双线、沪汉蓉快速客运通道双线和南京地铁S3号线双线。该桥于2006年7月开工建设,2011年1月正式投入使用,是京沪高速铁路的控制性工程之一,也是世界上设计荷载最大的高速铁路桥(世界首座六线铁路大桥)。荣获2012年度国际桥梁大会“乔治·理查德森奖”、2015年度“国际桥协杰出结构工程奖”。
■图2-2-14 南京大胜关长江大桥(www.daowen.com)
(二)钢箱拱桥
上海卢浦大桥(图2-2-15)为主跨550 m的中承式钢箱拱桥,2000年10月开工建设,2003年6月建成通车,是世界上首座完全采用焊接工艺连接的大型拱桥。该桥荣获2004年度“中国建筑工程鲁班奖”、2008年度国际桥梁与结构工程协会“杰出结构工程奖”。
■图2-2-15 上海卢浦大桥
成贵铁路金沙江特大桥(图2-2-16)为主跨336 m的钢箱拱桥,搭载4线铁路和6车道公路,首次采用铁路桥面在上、公路桥面在下的桥梁建造模式,公路桥面距离铁路桥面达32 m。该桥是世界上最大跨度的公铁两用拱桥。
■图2-2-16 成贵铁路金沙江特大桥
(三)钢管混凝土拱桥
钢管混凝土拱桥解决了拱桥高强度材料应用和施工两大难题,所以得到了迅速发展。钢管混凝土拱桥发展的时间虽然较短,但其跨度增大的速度一直很快。
贵州水柏铁路北盘江大桥(图2-2-17)为主跨236 m的上承式钢管混凝土拱桥,桥高280 m,2000年12月转体顺利完工,2001年11月建成通车。该桥是世界上第一座上承提篮式钢管混凝土铁路拱桥,也是世界上最大单铰转体重量的钢管混凝土拱桥。该桥荣获2003年度“中国建筑工程鲁班奖”、第四届“中国土木工程詹天佑奖”。
■图2-2-17 贵州水柏铁路北盘江大桥
四川巫山长江大桥(图2-2-18)为主跨460 m的中承式钢管混凝土拱桥,2001年12月正式动工,2005年1月建成通车。巫山长江大桥攻克了钢管拱肋制作、吊装和管内混凝土压注三大世界级施工技术难题。该桥是世界上最大跨度的钢管混凝土拱桥。
■图2-2-18 四川巫山长江大桥
重庆菜园坝长江大桥(图2-2-19)为主跨420 m的中承式钢管混凝土系杆拱桥,2003年12月正式动工,2007年10月建成通车,是目前国内最大的公共交通和城市轻轨两用拱桥。该桥是集钢管拱、钢箱梁、钢桁梁等各种新型桥梁结构形式和科技成果于一身的现代化桥梁,荣获第九届“中国土木工程詹天佑奖”。
■图2-2-19 重庆菜园坝长江大桥
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