预应力混凝土技术在我国城市桥梁建设的创新和发展

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发布时间：2021-09-04

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预应力混凝土技术在我国城市桥梁建设的创新和发展
穆祥纯
(北京市市政工程设计研究总院，北京市100082)
摘要：全面回顾和总结了2l世纪前十年我国城市桥梁建设在现代预应力技术创新发展和应用情况。通过剖析四个经典工
程案例，并从设计理念和设计思想上的创新、新技术、新材料、新工艺应用上的创新，以及预应力混凝土桥梁结构裂缝防治的
最新研究并来展示其创新发展的相关情况，并对现代预应力技术在城市桥梁建设领域的发展作出了展望，以期引起人们对该
领域的关注，推动我国城市桥梁建设的可持续发展。
关键词：预应力技术；城市桥梁；创新发展；展望
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009—7716(2011)08—0008—10
1 概述
现代预应力混凝土技术自1928年法国学者
E．Fryssinnet研究成功后，经过80多年来的实践
和完善，在世界各地建筑和桥梁结构物得到广泛
应用。林同炎教授曾对预应力混凝土作出如下精
辟的定义：“预应力混凝土系其中已建立有内应力
的混凝土，内应力的大小和分布能抵消给定外部
加荷所引起的应力至所预期的程度。”我国的预应
力学者也作出如下的定义：“预应力混凝土是根据
需要人为地引入某一数值的反向荷载，用以部分
或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土。”
城市桥梁通常指城区范围内建造的跨河、跨
江、跨海桥梁，立交桥及人行天桥等。近3O多年
来，特别是2l世纪前十年我国的桥梁建设尤以城
市桥梁建设得到了空前的发展。北京、上海、天津
和重庆等一大批城市桥梁建设令世人瞩目。且在
混凝土工程技术和预应力技术应用方面得到了长
足的进步。最近十年来，我国预应力混凝土桥梁发
展很快，无论在桥型，跨度以及施工方法与技术方
面都有突破性进展，不少预应力混凝土桥梁的建
造技术已达到国际先进水平，从组成混凝土的材
料，张拉技术和施工方法及结构抗震性能上的发
展上都跻身世界的前列。应该说，我国预应力混凝
土的研究和应用比欧美国家大约晚10年，但近年
来的发展之迅速，应用数量之庞大，令世人刮目相
收稿日期：2011—o6—22
作者简介：穆祥纯(1955一)，男，北京人，教授级高级工程师
副院长，从事桥梁设计，城市交通研究就技术管理工作。
看。我国已建成的预应力混凝土桥梁大多都采用
C40～C50混凝土，进而采用减水剂等添加剂制备
塑性混凝土，并发展了泵送混凝土工艺。随着桥梁
跨度的增加，为减少桥梁结构的自重，混凝土逐渐
向高强、轻质方向的发展。下面通过4个典型案
例，并从设计理念和设计思想上的创新，新技术、
新材料、新工艺应用上的创新。以及预应力混凝土
桥梁结构裂缝防治的最新研究，来展示其创新发
展的相关情况，论述一下现代预应力技术在我国
城市桥梁建设创新发展的相关情况。
2 现代预应力技术在城市桥梁设计和建
造应用的经典案例
一般来说，城市桥梁设计水平主要体现在大
跨度桥梁的建造上。从1991年上海南浦大桥的成
功建成，至今我国已建成数以百计的城市大跨径
桥梁，其中苏通大桥系世界上最大跨径的钢斜拉
桥(跨径为1 088 m)，上海卢浦大桥是世界上最
大跨径的钢拱桥(主跨为550 in)，连接扬州和镇
江两座城市的润扬大桥是2005年我国跨度最大
的悬索桥(主跨为1 40O m)；而同年建成的上海
东海大桥(32．5 km长)和2008年杭州湾跨海大桥
(总长36 km)的成功建成，充分说明我国在长大、
大跨径桥梁建设水平上已跻身世界前列。而2008
年建成的浙江舟山西堠门大桥为主跨1 650 m的
悬索桥，为我国跨度最大的悬索桥，居世界最长跨
度的桥梁第二位(第一为跨度1 991 m的日本明
石海峡悬索桥)；21世纪的前l0年，在世界10座
悬索桥的排名中我国占据5座，充分说明我国建
参考文献
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学兔兔 www.xuetutu.com
2011年8月第8期 2011城市道桥与防洪第六届全国技术高峰论坛专辑 9
桥的惊人速度和宏大规模。
下面四个经典案例，充分反映了城市桥梁设
计和建造水平的创新发展。
2．1大跨度钢桁拱与混凝土三角刚构新型组合桥
梁的最新发展
譬如，2009年获得第八届中国土木工程詹天
佑奖的城市桥梁——广州新光大桥为广州市新光
快速路跨越珠江的一座特大桥，全长1 082 m。桥
跨形式为(3×50)m+(177+428+177)m+(3×
5O)m三联连续桥跨结构。其中两侧引桥为3×
50 m的预应力混凝土连续箱梁，主桥为三跨连续
飞雁式刚架钢桁系杆拱桥，大桥于2006年建成通
车。该城市桥梁系我国首座大跨度钢桁拱与混凝
土三角刚构的新型组合桥梁，实现了钢、预应力混
凝土、普通混凝土等不同材料以及钢桁拱与三角
刚构不同结构形式的有机结合。该桥成功设计了
承担弯、剪受力为主的钢～混连接新型构造。通过
有限元分析并结合模型试验的验证，对钢桁拱与
混凝土三角刚构、边拱钢拱肋拱铰处以及大体量
的三角刚构等复杂节点进行了深入的分析研究，
总结了在各种荷载状态下的应力分布规律，并成
功地将研究成果应用于设计中，确保了结构施工、
运营中的安全。其主桥428 m，总长782 m的桥型
结构有重大突破，其主拱中段滑移、浮运、提升构
件尺寸、重量以及提升高度综合技术指标居世界
同类型桥梁的首位、大跨度钢桁拱与混凝土三角
刚构组合桥的整体技术总体上达到国际先进水
平，见图1。
图1 广州新光大桥鸟瞰
2．2 连续刚构与连续梁组合体系桥梁的新进展
又如，2010年获得第九届中国土木工程詹天
佑奖的城市桥梁——重庆长江大桥复线桥系
2006年9月建成通车，为连续刚构与连续梁组合
体系，全桥长1 103．5 m，主跨330 m。该桥跨径成
为世界梁式桥之最(原为挪威1998年建成的斯托
尔桥301 m)。这座大桥充分利用钢结构和预应力
结构各自的的特点，在充分认识预应力连续刚构
体系力学行为的基础上，开创性地把组合结构概
念和钢一混凝土连接技术融合起来。为提高跨越
能力，该工程在330 m主跨中间创造性的采用
108 m钢箱梁，大大加快了施工进度。该结构体系
较好地解决了结构不对称及超静定次数多、温度
变化、混凝土收缩徐变等问题。同时较好地运用了
体外预应力束技术，改善了结构受力和变形控制。
这座大桥采用主跨330 m钢混组合式连续刚构
桥，其技术有诸多创新性，达到国际先进水平，获
得了2008年美国卓越设计贡献奖，见图2。
图2 重庆长江大桥复线桥
2．3无推力刚构一系杆拱桥的新突破
2010年获得第九届中国土木工程詹天佑奖
的城市桥梁——重庆菜园坝长江大桥，系国内最
大的公共交通和城市轻轨两用大桥，其结构属无
推力刚构一系杆拱桥，大桥全长1 866 m，其中主
桥800 m，北引桥866 m，南引桥180 m。主桥420 m
主跨居世界公轨两用系杆拱拱桥之首。主桥设计
为两层，上层为双向六车道，下层为轻轨。主桥主
体结构体系包括南北两侧的边跨均为预应力Y
型刚构、中跨320 m钢箱提篮拱和800 m正交异
形板组合钢桁梁等子结构、Y型刚构与钢箱梁通
过系杆拱连接成420 m跨的系杆拱