鋼板梁橋和箱梁橋

眾所周知，英國的鐵橋建于1779年，是世界上第一座鑄鐵橋。歐洲宇航防務集團大橋建于1874年，是世界上第一座鋼橋。但有資料顯示，荷蘭建于1867年的Culemborg鐵路橋也是鋼橋。一般來說，鐵橋到鋼橋的時間跨度大約是一百年。在這一百年間，建造了更多的鑄鐵橋和鍛鐵橋?，F(xiàn)有的鑄鐵橋幾乎都是拱橋；對于熟鐵橋，除了拱形結構外，桁架梁結構很多，管箱梁結構很少。

與大跨度拱橋、桁架梁橋相比，中小跨度鋼板梁橋實在微不足道。所以今天很難找到這類橋梁的早期信息。但是，從英國早期的航道建設和鐵路建設中，我們可以窺見端倪。

文獻中記載的最早的鑄鐵板梁結構是由英國著名土木工程師托馬斯·特爾福德建造的龍登頓頓頓水道橋。這座橋建于1797年，長57m，寬2.7m，梁高0.91m，跨度14.5m:鑄鐵結構采用槽鋼梁的形式，板與板之間的連接采用熟鐵螺栓。

圖1龍頓河上的特爾恩水道橋

18、19世紀之交，英國修建了一些梁拱鑄鐵水道橋，其中最大的是1805年特爾福德修建的龐齊西爾特高架水道。橋跨由鑄鐵槽梁和實腹拱組合而成，19孔，跨度13.7米，全長307米?？梢哉J為，鑄鐵水道橋的建設為鐵路板梁橋的發(fā)展積累了一定的工程經(jīng)驗。

圖2英國龐齊西爾特水道橋

在鐵路中，最早的鐵橋是梁橋。1825年，喬治·喬治·斯蒂芬森主持建造了無橋河流橋，如圖3所示。這座橋位于世界上第一條裝有蒸汽機車的斯托克頓-達林頓鐵路的支線上。該結構采用特殊的透鏡桁架，由上下“曲梁”和立柱組成，立柱頂部鋪設木板，形成最大跨度為3.78米的橋面，所用材料為熟鐵和鑄鐵，其中“曲梁”用熟鐵，立柱和管狀橋墩用鑄鐵。

圖3恒河鐵路橋

另一座鐵路橋是羅伯特·斯蒂芬森設計的迪橋，建于1846年11月，如圖4所示。該橋位于雙線鐵路上，跨度為3×29.9米，每個跨度有三根平行的鑄鐵板梁，每根板梁由三段榫接而成，然后在整個跨度上設置一根鍛鐵拉桿進行加勁。1847年5月，一輛客車過橋時，一根板梁突然斷裂，列車墜入水中，造成5死9傷。這次橋梁事故暴露了用熟鐵拉桿加固鑄鐵梁的弱點。也說明在“瘋狂鐵路時代”，橋梁建設普遍缺乏科學指導，各種事故時有發(fā)生。

圖4英國迪河鐵路橋事故

可以合理判斷，鑄鐵板梁橋萌芽于18世紀末。然而，當鑄鐵用于建造動荷載較大的鐵路梁橋時，材料的局限性就暴露出來了。從19世紀下半葉開始，鐵藝逐漸取代了鐵路橋梁用的鑄鐵，同時鉚接技術也誕生了。鋼出現(xiàn)以后，特別是轉爐煉鋼的普及，熟鐵自然就被鋼取代了。

舉個例子。美國賓夕法尼亞州的金祖亞大橋，如圖5所示，是一座長625米的單軌鐵路高架橋，建于1882年。最初采用熟鐵桁架梁結構，1900年改為鋼板梁結構。1959年鐵路停運，當?shù)卣I下大橋和周邊土地，改建成國家大橋公園。鐵路旅游線路于1986年開通，橋梁于2002年關閉。2003年7月，中尺度對流系統(tǒng)誘發(fā)的龍卷風摧毀了大部分橋梁。2011年，其余橋梁得到修復并向游客開放。

圖5美國賓夕法尼亞州金祖亞高架橋

把話題轉回來。雖然羅伯特·斯蒂芬森受到迪河大橋事故的嚴重質疑，但這似乎并沒有減緩他建造大跨度鐵路橋的步伐。1846年，他設計的一座系桿拱橋和兩座管箱梁橋同時開工建設。1849年，他設計了高橋。這是英國泰恩河上的兩用橋。采用雙層系桿拱，主跨6×38.1米，橋寬12.2米，為英國一級保護建筑，現(xiàn)仍在使用。

另外兩座鐵路橋建于1846年，其中一座是著名的英國橋，建于1850年，1970年大火后重建。另一個是未知的康威橋，建于1848年。該橋先于英倫大橋問世，結構形式類似英倫大橋，跨度125米，至今仍在使用。這兩座管箱梁橋的施工為后續(xù)鋼板梁和鋼箱梁橋的發(fā)展提供了有益的借鑒。

圖6康威鐵路橋

當列車通過箱型結構時，這樣的管箱橋可視為“直通”箱型梁橋。1986年，前蘇聯(lián)為新西伯利亞地鐵修建了一座特殊橋梁。當然，從今天的技術角度來看，這種方式限制了箱梁的優(yōu)化設計，不合理。

將“下穿式”箱形梁橋改為“下穿式”箱形梁橋，是一百年后的事了。1950年左右，二戰(zhàn)后，德國在城市橋梁改造過程中開始建造鋼箱梁橋，進而發(fā)展出正交異性鋼橋面結構。

第一座鋼箱梁橋，由萊昂·哈特設計的德國科隆多伊澤大橋，建于1948年，如圖7所示。在這個橋址建造的第一座橋是一座自錨式鏈式懸索橋，建于1913-1915年，在1945年的修復過程中倒塌。改造后的鋼箱梁橋采用原橋墩，采用變截面連續(xù)梁、鉚接焊接的結構；跨度132-184.4-121米，橋寬20.6米，用鋼量僅為舊橋的61%。1980年，在鋼橋旁邊擴建了一座預應力混凝土箱梁橋。其跨度和梁高與鋼橋相同，橋寬12m。

圖7德國科隆路伊澤爾橋

德國曼海姆的庫爾普法茲橋是第一座采用正交異性橋面的橋。這是一座變截面鋼板梁橋，跨度為56.1-74.8-56.1米，橋寬為28米。它建于1950年。僅僅一年后，紅衣主教弗林斯橋在德國建成，如圖8所示。該橋橫跨紐斯和杜塞爾多夫之間的萊茵河，主跨度為206米，取代了1929年建造的懸臂鋼桁架橋。該橋是世界上第一座跨度超過200米的正交異性橋面鋼箱連續(xù)梁橋，也是德國早期的焊接鋼橋。

圖8德國弗林斯橋

在隨后的幾十年里，德國、巴西、塞爾維亞、日本等國家相繼建成了一些跨度為200-300m的大跨度鋼箱梁橋，如德國的動物園橋、前南斯拉夫的布蘭科橋、巴西的里奧-尼泰羅伊橋等，布蘭科橋由兩座鋼梁橋組成，值得一提。一座建于1956年，鋼板梁結構；一座建于1979年，采用鋼箱梁結構。

混凝土肋梁橋和箱形梁橋

波特蘭水泥于19世紀20年代和30年代問世，并被大量生產和應用。波特蘭水泥是由英國制造商約瑟夫·阿斯丁的父子發(fā)明的。因為這種水泥硬化后的顏色和強度和英國波特蘭島的石灰石差不多，所以叫它。第一個使用波特蘭水泥的大型項目是倫敦的泰晤士隧道。

混凝土最早用于法國的橋梁。從1812年到1824年，法國工程師路易·維卡用自行研制的水泥混合混凝土建造了橫跨多爾多涅河的蘇亞克石拱橋的墩基礎。自然，沒有鋼筋的幫助，混凝土材料很難在梁橋中使用。

法國園丁約瑟夫·莫尼耶被認為是鋼筋混凝土的主要發(fā)明者。1849年，他在混凝土中鋪設鐵絲制作花盆，解決了混凝土抗拉強度低的問題。1853年，法國實業(yè)家弗朗索瓦·科伊涅建造了世界上第一座鋼筋混凝土建筑。1873年，莫尼耶獲得鋼筋混凝土橋梁專利。通過采用這項專利，1875年建造了Chazelet人行橋。在美國，1884年，工程師歐內斯特·蘭瑟姆獲得了一項類似于今天的螺紋鋼筋的扭曲鋼筋專利，1889年，他在舊金山金門公園建造了北美第一座鋼筋混凝土橋梁。橋名叫阿爾沃德湖橋，寬19.5米，長8.8米，框架結構。參見圖9。1892年，法國工程師弗朗索瓦·亨內比克獲得鋼筋混凝土系統(tǒng)專利。，可以組合成結構)，促進了鋼筋混凝土結構的快速發(fā)展和廣泛應用。

圖9早期鋼筋混凝土建筑和梁橋

到20世紀初，中小跨度的鋼筋混凝土板梁、T梁、π梁等橋梁形式得到了廣泛的應用，并試圖向更大跨度發(fā)展。1930年，巴西建成一座主跨68.50米的鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，首次采用懸臂澆筑法。1939年，法國在塞納河上修建了新城維爾紐夫-圣喬治鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋，跨徑41.0+78.2+41.0m；1940年毀于爆炸，1950年改建為預應力混凝土懸臂箱梁橋，箱內可調節(jié)體外預應力筋，如圖10所示。法國東澤爾-蒙德拉岡運河大橋建于1950年，跨度為79.5+100+79.5米，是最大的鋼筋混凝土連續(xù)梁橋。20世紀50年代，隨著預應力混凝土梁橋和懸臂施工方法的興起，鋼筋混凝土梁橋又回到了中小跨度的領域。

圖10法國新城圣喬治橋

幾乎與鋼筋混凝土結構的應用同時，有人開始研究預應力混凝土。1886年，美國工程師彼得·h·杰克遜和德國工程師c·f·多林申請了預應力混凝土專利。在隨后的幾十年里，歐美的一些工程師繼續(xù)實踐預應力混凝土。當時還沒有認識到混凝土收縮徐變對預應力的影響，也沒有高強低松弛的鋼筋。這些早期的嘗試沒有成功。直到1928年，法國工程師E. Freyssinet 在積累混凝土橋梁設計和施工經(jīng)驗的基礎上，提出了用高強鋼和高強混凝土來減少預應力損失的觀點，拉開了現(xiàn)代預應力混凝土的序幕。到20世紀60年代，林同炎先生提出的“荷載平衡法”簡化了預應力混凝土結構的設計，促進了預應力混凝土在世界范圍內的快速發(fā)展和普遍應用。

20世紀40年代，預應力混凝土肋梁橋得到了廣泛應用，也嘗試了箱形梁橋。1937年，奧格站立交橋在德國采用支架法修建。主橋為三跨預應力混凝土公路橋，主跨69m?？缍葹?1.5米的丁字梁擱置在兩端長度為18.75米的懸臂箱梁上，設置體外無粘結預應力索。但橋沒什么效果，后來又加了橋墩，1995年后重建。

圖11德國奧爾站立交橋

1946年，盧辛奇橋在法國建成，由弗里斯·奈設計。該橋采用剛構結構，跨度55m，寬8m，由三根箱梁并列組成；每根箱梁分段預制，通過梁張拉將梁段串聯(lián)成一體；施工時，梁端借助吊架拼裝，然后用臨時塔和扣架設梁段，中間長度39m，重量40t。參見圖12。從1949年到1950年，弗雷西奈還設計了另外五座結構和跨度大小相同的橋梁。

圖12法國西呂藏橋

1950年，德國建造了格恩斯托爾公路橋，將預應力混凝土剛構橋的跨徑提高到82.4米，同年在比利時建造了斯萊恩橋，為2×62.7米跨度的兩跨預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，采用體外預應力和支架施工。1951年，美國賓夕法尼亞州建成核桃巷紀念橋，跨度48.8米，是美國最早建成的預應力混凝土肋梁橋的代表。

接下來，隨著懸臂施工技術、預應力技術和高強材料的發(fā)展，連續(xù)梁、懸臂梁、T形剛架、連續(xù)剛架等各種預應力混凝土梁橋正在向更大跨度推進。與此相關的數(shù)據(jù)和信息非常豐富，這里就不贅述了。

轉自:西南交大大橋微信官方賬號