【摘要】綜述了城市大跨徑橋梁在20世紀中國內外現有的結構型式及相應的主要和典型的工程。全面反映了本世紀大跨徑橋梁的建設概貌。同時，針對該種橋梁結構在城市道路交通建設中的重要地位，對其在下世紀中的發展，從結構型式、施工方法以及新材料的應用等方面進行了展望。為今后的建設提供借鑒。
【關鍵詞】大跨徑橋梁
結構設計 回顧 展望
一、引言
眾所周知，大跨徑橋梁建設反映了一個國家的綜合實力和科學技術的發展水平。近百年來。特別是本世紀30年代以來，世界上大跨徑橋梁建設發展十分迅速。不同橋型大跨徑橋梁的發展，日益被各國橋梁界人士所關注。我國進入90年代以來，出現了建造大跨徑橋梁的高潮。進入21世紀的中國必將迎來更大規模的大跨徑橋梁建設時期。隨著我國城市建設和高等級公路、道路建設的發展，修建大跨徑城市橋梁也將成為必然的趨勢。城市大跨徑橋梁，除考慮運輸、航運、地理、地質、水文、環境等因素外，還有區別于跨越一般江河大跨徑橋梁的特殊因素。因此應研究城市大跨徑橋梁的特點和發展趨勢，積極探索我國城市大跨徑橋梁發展的有效途徑，以推動橋梁建設事業的更大發展。
二、國內外城市大跨徑橋梁20世紀回眸
現代對橋梁最簡潔的定義是：橋是跨越障礙的通道。
城市橋梁通常指城區范圍內建造的跨河、跨江、跨海的橋梁和立交橋及人行天橋等。大跨徑城市橋梁作為城市交通樞紐和重要的組成部分，主要指單孔跨徑大于40m和多孔跨徑總長大于100m的城市橋梁（即公路橋梁所指的大橋）。現代大跨徑城市橋梁的基本結構型式可分為懸索橋、斜拉橋、拱式橋、梁式橋和剛構橋。
提起大跨徑橋梁，自然會聯想起聞名遐爾的美國舊金山金門大橋、上海南浦大橋、楊浦大橋和1997年建成通車的香港青馬大橋等。這些著名的大跨徑橋梁幾乎都是一件空間的藝術品，成為城市的象征，為建橋所在地起到增色添美的作用。因此，人們不僅重視跨越江河和海峽的大跨徑橋梁及其與功能發展相關的結構型式的發展，也重視城市大跨徑橋梁的建設和進一步發展。在此有必要針對不同橋型結構分述一下20世紀國內外城市大跨徑橋梁的建設情況。
1．懸索橋
懸索橋（也稱吊橋）是一種古老的橋型，也是跨越能力最大的一種橋型，主要承重結構由纜索（包括吊桿）、塔和錨碇三者組成（見圖1）。一般地說，懸索橋屬地錨體系、1903年美國建造了一座跨度為488m的懸索橋（Williamsburg橋）。本世紀30年代美國又相繼建成了跨徑為1280m的舊金山金門橋及跨徑為1067m的喬治華盛頓橋。英國也于80年代建成了跨徑為1410m的著名的Humber橋，丹麥于1996年建成了跨徑為1642m的Greatblt橋（該橋跨徑目前尚屬世界第一）。日本也相繼建成了跨徑為1100m的南備贊瀨戶大橋和跨徑為990m的北備贊瀨戶大橋等。從世界上看，80年代到本世紀末是修建懸索橋的鼎盛時數，跨徑超過1000m的懸索橋將達到近20座。日本于1998年建成本世紀最大跨徑的懸索橋明石海峽大橋，其主跨跨徑為1990m。
我國在懸索橋方面的建橋技術異軍突起。90年代后，相繼建成了主跨跨徑為430m的汕頭海灣大橋，主跨跨徑為888m的虎門大橋，主跨跨徑為900m的西陵長江大橋和正在動工修建的主跨跨徑為1385m的江陰長江大橋（于1999年底建成）等大跨徑懸索橋。我國香港地區青山嶼干線上的青馬大橋也于1997年通車，該大橋的主跨跨徑為1377m，系鐵路公路兩用懸索橋。這些大跨橋梁工程的建設成功標志著我國橋梁技術已接近國際先進水平，而美國、日本和英國三國的懸索橋，代表著當代懸索橋的最高水平（詳見表1）。
2．斜拉橋
斜拉橋自本世紀50年代開始修建以來，發展十分迅速。一般地說，斜拉橋屬自錨體系。斜拉橋由塔、梁、索、墩等主要部件組成，給這些主要部件以不同的組合和布置，就能使斜拉橋的外形新穎別致、豐富多采；而近年來，自錨與部分地錨相結合斜拉橋的出現，又為斜拉橋的發展開辟了新的視野（見圖2）。
第一座現代斜拉橋為始建于1955年的瑞典stromsund橋（跨徑為182m）。目前世界上已建成的各類斜拉橋達200余座。從初期的鋼斜拉橋，發展為混凝土、鋼與混凝土的組合和復合斜拉橋。世界上建成的最大跨徑的斜拉橋為法國的Normandy
橋，主跨跨徑為856m，日本的多多羅橋，也正在修建中，跨徑890m。而這些大跨徑斜拉橋均為鋼斜拉橋。
我國的斜拉橋的建設和發展也很迅速。根據我國的國情和特點，斜拉橋以預應力混凝土斜拉橋和疊合型斜拉橋為主（詳見表2和表3）。
1993年建成的上海楊浦大橋（疊合梁斜拉橋）是我國目前最大的城市橋梁，主跨為602m，也是世界上同類型跨徑最大的斜拉橋。
日本和德國經濟實力雄厚，均為鋼鐵大國，修建的斜拉橋以鋼斜拉橋為主。鋼斜拉橋由于質量輕，施工節段長，跨越能力大，在早期斜拉橋的建設中得到廣泛應用。但價格昂貴，維修養護工作量大。
美國和我國一直是以混凝土斜拉橋為主。美國不采用鋼斜拉橋的原因是因為鋼焊接工作量大，需較多的勞動力，且養護工作量大，無法與混凝土斜拉橋競爭。而我國鋼材較少，且價格貴，修建混凝土斜拉橋有更大的優勢。
為使斜拉橋的跨徑有更大發展，在90年代中期出現了超過疊合梁跨徑的復合梁斜拉橋，即主跨為鋼梁、邊跨為混凝土梁的斜拉橋，著名的超大跨復合斜拉橋是法國的NOrmandy橋和日本的多多羅橋。它們將成為世界斜拉橋發展的里程碑。
3．拱橋
拱橋是指在豎直荷載作用下，作為承重結構的拱肋主要承受壓力，拱橋的支座則不但要承受豎直方向的力，還要承受水平方向的力。因此拱橋對基礎與地基的要求比梁橋要高。拱橋分為上承式拱橋（橋面的拱助的上方）、中承式拱橋（橋面一部分在拱助上方，一部分在拱肋下方）與下承式拱橋（橋面在拱肋下方）。
我國修建拱橋的歷史悠久。現代無支架施工的建橋技術使拱橋具有很大的競爭力，應該說拱橋仍是城市大跨徑橋梁的主要橋型之一（見圖3）。
拱橋按結構類型可分為：
（1）石拱橋
我國修建得最早，其類型有板拱、肋拱和石肋拱。目前世界上最大跨徑的石拱橋是我國湖南省鳳凰縣的鳥巢河大橋，跨徑為120m。
（2）鋼桁架拱橋
世界上最大的鋼橋架拱橋是美國的
NewriverGorge橋，主跨長518.16m；我國最大鋼拱橋為四川攀枝花市的3003橋，跨徑為180m。根據我國的國情，鋼拱橋不是我國的重點。澳大利亞于1932年建造的悉尼港橋與現代化、別具一格的悉尼歌劇院融為一體，成為今日悉尼的象征。該橋主跨徑為503m，系公鐵兩用的中承式鋼拱橋。
（3）混凝土拱橋
這類拱橋主要有箱形拱、桁架拱、剛架拱、肋拱、桁式組合拱、雙曲拱、中承式拱等。我國混凝土拱的不少橋型已屬世界先進水平，如新近建成的萬縣長江大橋為420m的箱形拱橋，它的跨徑已超過南斯拉夫的KRK橋（跨徑為390m）而居世界首位。在桁式組合拱橋型中，貴州江界河橋跨徑為330m，居混凝土流架體系的世界首位。筆者曾赴四川宜賓參觀小南門金沙江大橋（跨徑為240m的中承式拱）。該橋1990年建成時居世界同類橋型跨徑的首位，而1998年建成的跨徑為312m的廣西邑江大橋，已一躍成為世界中承拱體系橋梁的首位。
（4）鋼和混凝土復合材料的鋼管混凝土拱
近年來其也有較大的發展。鋼管混凝土是由普通混凝土填入薄壁圓形鋼管內形成的一種組合材料，其力學性能十分優越。有一些大跨徑拱橋已用鋼管混凝土直接作為主拱圈。如貴州落腳河橋采用集束鋼管作為中承拱的拱肋，其跨徑已達240m。世界上有代表性的拱橋見表4。
4．預應力混凝土梁式橋和剛構橋
梁式橋是指在豎直荷載作用下，梁的截面只承受彎矩，支座只承受豎直方向的力。梁式橋分為上承式橋（橋面設在梁的上方）與下承式橋（橋面設在梁的下方）。多孔梁橋的梁在橋墩上不連續的稱為簡支梁；在橋墩上連續的稱為連續梁（見圖4）。
剛構橋是指梁身與橋墩或橋臺連為一體者。剛構橋的受力兼有梁橋與拱橋的一些特點。剛構橋由于在施工安裝上有許多優點，特別是當這些優點與預應力混凝土結構的優點結合在一起時，顯得更為突出。因此預應力混凝土剛構橋在近50年內得到很大的發展，在結構型式上不斷創新，在跨度上不斷創造新的紀錄（見圖5）。
預應力混凝土梁式橋的發展和應用，雖然只有50多年的歷史，但其在各種跨徑上的橋型用途最大，數量最多。其結構形式包括簡支梁、連續梁、帶跨中餃連續梁、帶掛孔的T型剛構等。跨徑覆蓋10～270m。無論是城市橋梁、高架道路、山谷高架棧橋，還是跨越寬闊河流的大橋、預應力混凝土梁式橋都有其明顯的優勢，往往取代其他體系而成為中選的優勝方案
（見圖4）。
（1）連續梁橋是一種超靜定結構體系，具有經濟、美觀、可靠、剛度大、整體性好、行車舒適等特點。但它對基礎要求較高，截面型式一般為箱型。法國在中等跨徑預應力混凝土連續梁中采用了桁式腹板的箱梁截面。并采用體外預應力體系。法國近10多年來還采用鋼桁式腹板與上下預應力混凝土板組合的箱形斷面，發展了復合材料的預應力橋梁。目前世界連續梁最大跨徑為250m，系葡萄牙的坡托橋。
（2）T型剛構橋屬于懸臂體系橋梁，它的受力特點是橋跨結構以T型剛架的形式懸臂伸出，并用掛梁或鉸將剛架彼此聯成整體。在豎向荷載作用下，墩（柱）腳產生豎向、水平反力和彎矩，它既有拱的受力特點，又兼有梁的受力特點。我國的烏龍江大橋、柳州大橋、重慶長江大橋均為此種結構橋型；目前世界上預應力混凝土T型剛構橋最大跨徑為270m，系巴拉
圭的亞松森橋。
（3）連續剛構橋是近些年來大力發展的橋型。預應力混凝土連續剛橋（單墩或雙壁墩）體現了T型剛構和連續梁相結合的特性，它的使用更為廣泛。不但用于直橋和中等跨徑的城市高架橋，更適用于曲線橋和大跨徑橋梁。1996年以前世界上連續剛構的最大跨徑為260m，系澳大利亞的門道橋。我國相繼建成了廣東番禺洛溪橋（L＝180m）和黃石長江橋（L=245m），近期又建成跨徑居世界第一的廣東虎門輔航道橋（
L＝270m）。它標志著我國在連續剛構橋型的建橋技術已居世界領先水平。世界上有代表性的預應力混凝土梁式橋見表5。
5．組合體系橋梁
除以上四種橋梁基本結構型式以外，本世紀還有一種橋梁結構型式，其承重結構系由兩種結構型式組合而成。這種結構型式的橋梁稱為組合體系橋梁。其組合方式有（圖6）：①實腹梁與桁架的組合；②梁與拱的組合，如蘭新鐵路新疆昌吉河橋與九江長江大橋；③梁與懸吊系統的組合，如丹東中朝邊界上的鴨綠江橋；④梁與斜拉索的組合，如正在建設中的蕪湖長江大橋；⑤懸索與斜拉索的組合，如紐約布魯克林橋。
土耳其即將在馬爾馬拉（Marmara）海東部修建的伊茲米特海灣橋，也采用懸索與斜拉索組合體系，跨度為600m＋2000m＋600m。邊孔及中孔靠邊孔的600m范圍內用斜拉索承重，不設豎直吊索。中孔跨中800m范圍內用懸索承重，不設斜拉索。這種將自錨式的斜拉橋與地錨式的懸索橋2種體系結合在一起的方法，是進一步擴大橋梁跨度的一種很有前途的方法（圖7）。
三、21世紀國內外城市大跨徑橋梁的發展趨勢
1．懸索橋
（1）懸索橋一般在特大跨徑橋梁范圍占統治地位。人們將不斷研究懸索橋主索的取材、制作架設、錨固和防護、選擇主索跨比、初始拉力、荷載分布以及如何調整和解決施工各階段索形和橋面預拱度等設計和施工中諸多問題，以使建橋技術達到新的水平。
（2）懸索橋的新形式仍在不斷探索中，如美國式（采用豎直吊桿及桁架加勁梁）、英國式（采用矮扁平翼狀鋼箱加勁梁及三角形的斜吊桿）、丹麥式（亦稱混合式，即用豎吊桿和鋼箱加勁梁）及其他形式的懸索橋（如帶斜拉索橋）等，以期豐富懸索橋的內容和形關。
（3）著力研究高強、輕質新型材料。倘若人類在新型材料的研究上取得突破，不僅連接歐洲和非洲間的直布羅陀特大橋（L＝5000m，水深450m）將成為現實，而且權威專家預言建造主跨L＝8000m的跨海峽懸索橋的理想也是可以實現的。
2．斜拉橋
（1）今后斜拉橋在結構體系上仍以飄浮式或半飄浮式為主，主要的目的是為了抵抗溫度及地震。
（2）主梁采用的材料上，混凝土斜拉橋仍將是斜拉橋的主要形式；對超大跨徑的斜拉橋，疊合梁和復合橋面系統顯示出極大的優越性。
（3）塔和索的形式也隨著斜拉橋跨徑的增加而取得新的進展。譬如將不斷采用雙塔對稱、單塔不對稱、多塔多跨等形式以滿足橋梁的功能，取得與環境的協調的效果；為解決隨著斜拉橋跨徑增大、索的鋼束的重度也愈大、剛度在降低的矛盾，將采取增加輔助索等方式。
（4）在結構分析方面將考慮結構的初始內力等，并對動靜力的分析也將更加深入；權威專家認為，隨著世界建橋技術的理論水平、材料水平和工藝水平的不斷發展，21世紀建造跨度在1600m的斜拉橋將成為現實。
3．拱橋
（1）隨著拱橋的無支架施工方法的應用和發展，拱橋在跨徑200～500m是有競爭力的，我國的云南、貴州和四川3省及重慶直轄市等，將因地制宜地建造更多的拱橋，我國建造拱橋的前景將是極為廣闊的。
（2）拱圈將向著輕型化的方向發展，且一些大跨徑拱橋在施工階段采用鋼-混凝土組合桿件，或鋼管混凝土合龍后再澆筑拱圈，可大大減輕吊裝重量。因此，帶有鋼管的半剛性骨架很可能成為特大跨徑拱橋最有前途的施工方法。
（3）多孔連拱的長拱橋，作為經濟橋型之一，將會得到極大的發展。因為拱圈的輕型化，減少了對下部構造的要求，使連拱結合采用樁基柔性墩成為可能。
（4）中承拱、系桿拱有更多采用的趨勢。在平原地區通航河流上，往往考慮采用中承拱橋，可達到降低橋高的效果。這種橋型矢跨比大，可減少推力；且造型美觀，造價也較低，將為城鎮起到增添景色的作用。
4．預應力混凝土梁式橋
（1）連續梁橋結構在40～60m范圍，將繼續占絕對優勢。頂推法、移動模架法、逐孔架設法等施工方法將更加成熟。預應力混凝土連續梁將更廣泛地應用于城市橋梁，而且，為充分利用城市空間，并改善城市橋梁交通的分道行駛，將不斷采用雙層橋面的形式以及鋼筋混凝土結合梁的形式。
（2）在預應力鋼筋布置方面，國內外將趨于使用大噸位鋼束和張拉錨固體系；將更廣泛地應用部分預應力筋、預彎預應力筋、雙預應力筋、體外布筋等預應力新技術。
（3）在一切適宜的橋址，更多地設計和修建連續剛橋這種結構體系。通過墩梁的固結，以盡可能不采用養護和調換不易的大噸位支座。
（4）不斷加強高強輕質材料的研究和應用，以達到減小結構尺寸和自重，加大橋跨、降低建筑高度和造價等功能；同時充分發揮三向預應力的優點，采用長懸臂頂板的單箱截面等，既可節約材料減輕結構自重，又可充分利用懸臂施工方法的特點加快施工進度。
（5）隨著高速公路和城市立交橋的發展，越來越要求路線順暢、行車舒適，必然會出現斜橋、彎橋、坡橋和異型橋，在需要大幅度降低梁高、增大凈空時，將更廣泛采用雙預應力和預彎預應力梁。
四、結語
20世紀各種大跨徑橋梁均在國內外的橋梁工程中得以建設和高速發展。無論是結構型式、施工方法，還是新型材料的應用均在不斷地完善和進步。從世界上的典型工程實例中可見，大跨徑橋梁在世界各地工程建設中有著重要的地位，必將有新的發展前景和開拓方向（圖9）。
從城市大跨徑橋梁結構的發展趨勢，在新世紀即將到來的時候，可以看到，世界橋梁建設必將迎來更大規模的建設高潮，僅就我國而言，21世紀計劃從黑龍江省同江懸到海南省三亞市的同三線沿海高等級公路干線，修建包含5個特大型跨海和越江工程，自北向南依次為渤海灣跨海工程、長江口越江工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程以及瓊州海峽跨海工程。目前正進行交通功能、經濟分析、工程技術難度和可行性，以及籌措資金的可能性等前期綜合咨詢工作。據悉，瓊州海峽平均寬度約50km，水深平均深度達70m，最深處為160m。橋梁方案將采用主跨為2000～2500m的多跨連續懸索橋，塔墩基礎水深在70～80m之間，估計總投資將在300億元人民幣以上。即將興建的意大利南端的墨西拿海峽橋，跨徑將達到3300m；為建造直布羅陀海峽大橋，溝通歐洲和非洲大陸，有關專家已構思采用混合型雙懸臂懸索橋，跨徑將達5000m之巨，可以預見，21世紀橋梁工程建設必將取得新的突破。
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