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【CCTV】硬核基建:屢創(chuàng )奇跡的中國橋

來(lái)源: 時(shí)間:2022年05月27日 瀏覽次數: 【字體: 打印

  

  

  

  【小片(一)】:

 ?。ㄅ湟簦?/strong>跨越天塹,連接四通八達大動(dòng)脈;

  秦順全:大跨度橋梁, 21世紀應該看中國。

  (配音)飛架南北,打通南來(lái)北往快車(chē)道;

  秦順全:中國橋梁//各個(gè)方面都已經(jīng)達到了世界一流的水準。

  (配音)2021年12月2日,江蘇常泰長(cháng)江大橋全部主塔的下部結構完工,這個(gè)擁有四個(gè)世界首創(chuàng )、六個(gè)世界之最的世界最大跨度斜拉橋建設取得重大進(jìn)展。

  截至2020年底,中國現代橋梁總數已超過(guò)100萬(wàn)座;世界排名前十位的各類(lèi)型橋梁中,中國獨占半壁江山,成為世界第一橋梁大國。世界第一高橋、世界第一長(cháng)橋、世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋、世界最長(cháng)跨海大橋,一個(gè)個(gè)“世界第一”不斷刷新著(zhù)世界橋梁建設紀錄,“中國橋梁”成為又一張閃亮的國家名片。稱(chēng)雄世界的“中國跨度”究竟是怎樣煉成的?

  《中國經(jīng)濟大講堂》特邀中國工程院院士秦順全,為您深度解讀《中國橋為什么能創(chuàng )造眾多“世界第一”?》。

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  大家好,很高興來(lái)到《中國經(jīng)濟大講堂》,我是秦順全,來(lái)自中鐵大橋設計院。

  

  【人物小片】:

  秦順全,中國工程院院士,中鐵大橋勘測設計院集團有限公司董事長(cháng),我國橋梁工程專(zhuān)家。他長(cháng)期致力于大型橋梁的設計、施工技術(shù)研究與管理工作,先后參與建設了武漢天興洲公鐵兩用長(cháng)江大橋、京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(cháng)江大橋、港珠澳大橋、常泰長(cháng)江大橋等多座著(zhù)名大型橋梁。憑著(zhù)對橋梁的鐘情與摯愛(ài),秦順全不斷進(jìn)行科技創(chuàng )新,實(shí)現了大跨度橋梁和跨海大橋的諸多技術(shù)突破;擁有多項國際領(lǐng)先、具有自主知識產(chǎn)權的核心技術(shù),多次榮獲國家科技進(jìn)步獎。

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  2018年連接香港、珠海、澳門(mén),全長(cháng)55公里、世界上最大長(cháng)度的跨海大橋——港珠澳大橋建成通車(chē),這是世界橋梁史上的一個(gè)壯舉。實(shí)際上這一奇跡每天都在中國發(fā)生,要了解這一奇跡背后的故事,讓我們一起走進(jìn)中國橋梁。

  

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  橋梁是一種跨越障礙的承重結構,它是由若干構件組成的。對于構件那個(gè)層面來(lái)講的話(huà),它的受力形態(tài)只有三種受拉、受壓和受彎。從總體上來(lái)講的話(huà),橋梁構件的受拉能力是最強的,受壓能力是次之,受彎能力是最弱的。

  

  側掛(1):千姿百態(tài)的橋梁,其實(shí)只有四種基本形式

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  整個(gè)構件的三種受力形態(tài),就會(huì )組合成我們四種最基本的橋型——懸索橋、斜拉橋、拱橋和梁橋。

  所謂懸索橋,它就是通過(guò)懸掛于索塔、錨固于兩岸的這么一根主索,作為主要的承載結構的這么一種橋梁。主索它是受拉的,它的承載能力最高,在所有橋型里面懸索橋的跨越能力是最大的。

  斜拉橋就是用高強度的拉索,將主梁斜向拉于主塔之上這么一種橋梁。那么斜拉橋中,拉索是受拉的,所以它的承載力比較強。但是主梁它主要是受壓的,這種拉和壓的組合,就決定了斜拉橋的跨越能力,它是小于懸索橋的,但是強于拱橋或梁橋。所以大家會(huì )發(fā)現,現代大多數的大跨度橋梁都是采用的懸索橋和斜拉橋。

  拱橋就是通過(guò)一種弧形的、這么一個(gè)結構,將豎向的荷載轉化為拱軸線(xiàn)的這么一種受壓,由于拱軸線(xiàn)是受壓的,它有側向穩定問(wèn)題,它的材料強度不能夠充分發(fā)揮,所以它的跨越能力小于斜拉橋,更小于懸索橋。我們古代勞動(dòng)人民建成了很多石拱橋,包括河北的趙州橋、蘇州的寶帶橋、北京的盧溝橋和頤和園的玉帶橋。

  梁橋以樹(shù)干和石板作為承重結構,是最古老的橋型。它是以構件的受彎作為主要的特征,由于構件的受彎能力是最弱的,它的跨越能力是最小的。但是梁橋它的構造非常簡(jiǎn)單、施工也很方便,當我們對跨越能力要求不高的時(shí)候一定會(huì )選擇梁橋,因為它最經(jīng)濟。世界上絕大多數的橋梁都是梁式結構,(中國)現在有實(shí)物證據的、成規模的梁橋要算陜西的咸陽(yáng)沙河橋,其中一號橋根據考古的證據,它是建于戰國末期或者是秦遷都咸陽(yáng)不久,這么一個(gè)時(shí)期。整個(gè)橋有500米長(cháng)、寬度有16米,應該說(shuō)在古橋里面這個(gè)規模算非常大的了。

  所以從跨越能力來(lái)講的話(huà),那么四種橋型從大到小的順序,應該是懸索橋、斜拉橋、拱橋和梁橋??缍仍酱笠簿鸵馕吨?zhù)技術(shù)難度更大,所以說(shuō)我們經(jīng)常用橋梁的跨度來(lái)大致衡量一座橋梁的建造的技術(shù)水平。

  

  側掛(2):四種橋梁的世界紀錄 中國占據三席

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  到現在為止這四種橋梁世界紀錄是多少呢?懸索橋2023米,在土耳其;斜拉橋1176米,在中國的江蘇常泰長(cháng)江大橋;拱橋600米,在中國的廣西天峨龍灘大橋;梁橋300米,在重慶的石板坡長(cháng)江大橋。

  

  【小片(二)】:

 ?。ㄅ湟簦?018年10月23日,習近平總書(shū)記在港珠澳大橋開(kāi)通儀式上,盛贊橋梁建設者克服了許多世界級難題,集成了世界上最先進(jìn)的管理技術(shù)和經(jīng)驗,體現了一個(gè)國家逢山開(kāi)路、遇水架橋的奮斗精神,以及勇創(chuàng )世界一流的民族志氣。中國橋梁建設從落后到領(lǐng)先全球,走過(guò)怎樣曲折奮進(jìn)之路?這背后是橋梁建設者怎樣艱苦的自主創(chuàng )新和探索?《中國經(jīng)濟大講堂》精彩繼續。

  

  側掛(3):中國現代橋梁從萬(wàn)里長(cháng)江第一橋起步

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  “一橋飛架南北,天塹變通途”,我們要講中國橋梁,不妨從萬(wàn)里長(cháng)江第一橋——武漢長(cháng)江大橋講起。在武漢建設長(cháng)江大橋的設想,最早是由湖廣總督張之洞在修建京漢鐵路的時(shí)候就提出來(lái)了,由于修建難度太大,沒(méi)有實(shí)施。到了1913年、1929年、1936年、1946年,曾經(jīng)有四次進(jìn)行了比較系統的規劃和設計,但是由于種種原因,最后都沒(méi)有實(shí)施。新中國成立以后,中國才真正拉開(kāi)了建設現代化橋梁的序幕。1950年全國橋梁精英匯聚武漢,在蘇聯(lián)專(zhuān)家的幫助下,武漢長(cháng)江大橋1955年開(kāi)工建設,1957年的10月15號建成通車(chē),它是新中國成立以后建造的第一座長(cháng)江大橋,同時(shí)它也是中國歷史上在長(cháng)江干流上建造的第一座大橋。到了今天,70年的歷程是不平凡的,我們可以大致把這70年分為“建成學(xué)會(huì )”、“自主探索”、“學(xué)習追趕”、“提高奮進(jìn)”和“創(chuàng )新引領(lǐng)”五個(gè)階段。

  “建成學(xué)會(huì )”,指的是上個(gè)世紀50年代。在建成武漢長(cháng)江大橋的同時(shí),我們也學(xué)會(huì )了如何建造現代化的大型橋梁。有兩個(gè)標志,就是1959年我們自主建成了重慶的白沙沱長(cháng)江大橋;到了1960年自主建成了京廣線(xiàn)的鄭州黃河新橋,為什么把它稱(chēng)之為黃河新橋?是因為這座橋取代了1906年由比利時(shí)人建造的鄭州黃河老橋。

  

  側掛(4):獨立自主,自力更生,艱難探索突破重重封鎖

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  “自主探索”,主要指上個(gè)世紀的60年代、70年代,主要標志是南京長(cháng)江大橋的自主設計建造。南京長(cháng)江大橋建設過(guò)程中間,經(jīng)歷了全面的技術(shù)封鎖,“獨立自主、自力更生”的方針,始終貫穿著(zhù)南京長(cháng)江大橋建設的全過(guò)程。首先南京長(cháng)江大橋橋址的水深和地質(zhì)條件的復雜程度,都超過(guò)了武漢長(cháng)江大橋,基礎工程的難度非常大。施工中最大的困難是基礎水下作業(yè)。當時(shí)國際上普遍認為,50米水深是空氣潛水的極限,而南京長(cháng)江大橋基礎沉井的水底深度,到了66米,怎么辦?一方面在海軍第六研究所的協(xié)作下,研究提出了水面吸氧減壓法的這么一種潛水方案。但實(shí)際上最關(guān)鍵的還在于,我們的潛水工人們發(fā)揚勇于犧牲的這種奉獻精神,冒著(zhù)生命危險,用普通的設備創(chuàng )造了世界潛水史上的奇跡,其中有96人次深潛到了70米的水深。另外一方面,中國沒(méi)有自己的橋梁鋼。大橋建設者自主研發(fā),1963年成功研發(fā)16錳橋梁鋼。橋梁鋼的研發(fā)成功和深水基礎技術(shù)的自主探索,為中國大規模自主建設大型橋梁創(chuàng )造了條件。所以我們在60年代、70年代建造了一批大型工程,到了1976年建成了京滬線(xiàn)濟南黃河新橋,那么這座新橋取代了1912年由德國人建造的黃河老橋。另外,20世紀60年代、70年代中國橋梁工程師,從國外的雜志上零零星星得到了一些關(guān)于斜拉橋的這種信息?;炷列崩瓨?,1956年德國工程師首創(chuàng ),是適合于大跨度橋梁的一種新的一種橋型,70年代應該在歐美大范圍使用。中國橋梁工程師于是著(zhù)手從每一個(gè)技術(shù)細節開(kāi)始進(jìn)行艱難的探索,1975年我們國家建成了云陽(yáng)湯溪河橋,它是我國第一座試驗性的公路斜拉橋。到了1977年建成了中國第一座鐵路斜拉橋,湘桂鐵路紅水河大橋。整個(gè)在這一個(gè)時(shí)期,我國對新技術(shù)的一些艱難的探索,為改革開(kāi)放以后我們的大規模橋梁建設打下了一定的基礎。

  

  側掛(5):學(xué)習追趕,全面發(fā)展,中國橋梁瞄準世界一流

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  “學(xué)習追趕”,主要指的是上個(gè)世紀的80年代。這個(gè)時(shí)期大跨度的預應力連續梁橋、斜拉橋或懸索橋成為趨勢,比如澳大利亞建成了Gateway橋,它的主跨是260米,用混凝土建造。美國的Dames Point橋,混凝土的斜拉橋,跨度將近做到了400米。加拿大的Annacis橋是一座鋼和混凝土的結合的,這么一種斜拉橋,主跨做到了465米。在英國的Severn橋,主跨是988米。中國橋梁工程師看到了我們技術(shù)水平與國外的差距以后,開(kāi)啟了學(xué)習追趕的步伐,比如建設上海南浦大橋。南浦大橋建成之前,在上海市區范圍內,黃浦江上沒(méi)有一個(gè)橋,來(lái)往浦東浦西完全靠輪渡。所以當時(shí)在上海有一個(gè)流行語(yǔ),“寧要浦西一張床,不要浦東一間房”。南浦大橋的建設由于航道的要求,必須一跨過(guò)江,跨度超過(guò)了400米。之前,中國還沒(méi)有建設這么大跨度橋梁的,這么一個(gè)成功的經(jīng)歷,所以開(kāi)始規劃階段,曾經(jīng)有請外國人來(lái)做設計的這么一個(gè)想法,但是最終還是選擇了中國人自主建造。南浦大橋1988年開(kāi)工、1991年建成通車(chē),對浦東的大開(kāi)發(fā)發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)對于增強我國建設大跨度斜拉橋也增加了信心。

  “提高奮進(jìn)”主要是講,到了上個(gè)世紀90年代,中國橋梁建設進(jìn)入了一個(gè)黃金期。在懸索橋方面,1995年建成了廣東汕頭海灣大橋,主跨452米,這也是中國第一座現代化的懸索橋。1999年我國建成了主跨1385米的江蘇江陰長(cháng)江大橋,也是中國橋梁的跨度第一次突破了千米級別。應該說(shuō)在整個(gè)90年代,中國橋梁全面掌握了世界最先進(jìn)的技術(shù)。

  

  側掛(6):大跨度橋梁,二十一世紀看中國

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  “創(chuàng )新引領(lǐng)”,主要是講這個(gè)世紀的第一個(gè)20年。中國橋梁不斷開(kāi)拓創(chuàng )新,一步一個(gè)腳印,逐步實(shí)現了在跨海大橋、高速鐵路大橋和跨越繁忙水域橋梁技術(shù)等方面,在世界上的引領(lǐng)。代表性的橋梁有上海東海大橋,中國第一座跨海大橋;武漢天興洲長(cháng)江大橋,主跨504米,它是世界上第一座三索面的公鐵兩用斜拉橋;泰州長(cháng)江大橋,兩個(gè)1080米的主跨,它也是世界上在多塔懸索橋上面,跨度第一個(gè)超過(guò)千米的;楊泗港長(cháng)江大橋,主跨是1700米,世界上最大跨度的雙層承載的公路懸索橋;滬蘇通長(cháng)江大橋,主跨是1092米,它是世界上跨度最大的公鐵兩用斜拉橋。應該說(shuō)世界范圍來(lái)看大跨度橋梁,70年代、80年代在歐美,90年代看日本,真正到了21世紀應該看中國。應該說(shuō)我們實(shí)現了在技術(shù)上的創(chuàng )新引領(lǐng),已經(jīng)成為中國建造一張亮麗的名片。

  

  【小片(三)】:

 ?。ㄅ湟簦?/strong> 進(jìn)入21世紀,以超大跨度斜拉橋、懸索橋、拱橋和大規??绾9こ探ㄔO為代表,中國橋梁的建設規模、跨徑和技術(shù)難度不斷飛躍世界巔峰,攻克了一批核心關(guān)鍵技術(shù)。在公鐵兩用橋梁、大跨度高速鐵路橋梁、千米級斜拉橋和懸索橋、多塔多跨纜索承重橋梁、鋼拱橋、跨海大橋建設等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)達到了國際領(lǐng)先水平,不僅促進(jìn)了新型材料和裝備的研發(fā),也讓中國橋梁工程技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)現代橋梁技術(shù)的陣營(yíng)。中國的橋梁鋼如何實(shí)現從無(wú)到有,從“爭氣鋼”再到國際領(lǐng)先的?未來(lái),中國橋梁的技術(shù)創(chuàng )新和面臨的挑戰又是什么?《中國經(jīng)濟大講堂》精彩繼續。

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  我們知道現代橋梁的標志,一是現代科學(xué)技術(shù),二是現代建筑材料。

  趙州橋是一座石拱橋,跨度是37米,如果說(shuō)我們用現代的技術(shù),來(lái)建造一座石拱橋,跨度能做到多大呢?2000年,中國工程師做過(guò)嘗試,它的跨度可以做到146米?!肚迕魃虾訄D》中的木橋,跨度大概是20米,如果說(shuō)我們用今天的現代技術(shù),來(lái)做一座木橋的話(huà),那么跨度又能做到多少呢?2013年我們也做過(guò)嘗試,它的跨度可以做到75.5米,是蘇州的胥江橋。從這個(gè)角度來(lái)講的話(huà),材料的重要性還是非常大的。我們今天的橋梁都需要一個(gè)千米級,這么一個(gè)跨徑,才能滿(mǎn)足我們的通航的需要。而整個(gè)橋梁的承載力,有80%是來(lái)扛自己的重量,那么減少自身的重量就是提高跨越能力的一個(gè)非常重要的途徑。所以在大跨度橋梁建設中,關(guān)鍵是高強度、高性能的材料。

  

  側掛(7):“爭氣鋼”破解橋梁建造的“卡脖子”難題

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  武漢長(cháng)江大橋的建設,我們只花了兩年零一個(gè)月的時(shí)間;南京長(cháng)江大橋建設,我們就花了九年多的時(shí)間,原因來(lái)自多個(gè)方面。但實(shí)際上這里面最重要的影響因素,還是建橋用的鋼材遇到了困難。橋梁鋼是一種比較特殊的材料,除需要比較高的承載力之外,對材料的塑性、韌性要求都非常高。在新中國成立之前,中國實(shí)際上是沒(méi)有自己的橋梁鋼的。所以在武漢長(cháng)江大橋建設的時(shí)候,大部分是采用了蘇聯(lián)提供的低碳鋼。1956年決定修建南京長(cháng)江大橋的時(shí)候,向蘇聯(lián)訂購了大橋所需要的3.2萬(wàn)噸的這種鋼材,1960年中蘇關(guān)系破裂,這個(gè)時(shí)候蘇聯(lián)就拒絕繼續提供大橋剩余的鋼材。為了解決橋梁鋼的“卡脖子”這么一個(gè)難題,所以我們提出了自力更生、奮發(fā)圖強的建橋口號。大橋建設者方秦漢先生與鞍鋼聯(lián)合攻關(guān),在煉鋼中通過(guò)加入合金元素錳,和優(yōu)化鋼材的軋制工藝,反復試驗、克服重重困難,到了1963年終于研制成功了我們的16錳橋鋼,被稱(chēng)為中國人民的“爭氣鋼”。它的研發(fā)成功,不但滿(mǎn)足了南京長(cháng)江大橋建設的需要,同時(shí)還成為上個(gè)世紀70年代、80年代,主要的橋梁用鋼。

  

  側掛(8):中國鋼撐起中國橋

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  到了上世紀的90年代初,我們計劃修建蕪湖長(cháng)江大橋。由于航道的需要,它的主跨需要達到312米。我們的16錳橋鋼,它的強度和性能已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足要求。當時(shí)能夠符合要求的只有國外的材料,我們向外方進(jìn)行詢(xún)價(jià),外方開(kāi)出了每噸600美元的高價(jià)。這個(gè)時(shí)候方秦漢先生又一次帶領(lǐng)團隊與武鋼進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān),通過(guò)降硫、降磷、在里面加鈮的這種技術(shù)手段,到了1997年大橋開(kāi)工之前,就成功研制出了滿(mǎn)足要求的14錳鈮橋梁鋼,也就是我們現在規程里面的Q370。Q370研發(fā)成功以后,外方的報價(jià)馬上降到400美元一噸,實(shí)際上和當時(shí)的Q370價(jià)格已經(jīng)相當了,但是當時(shí)我們的決策者還是堅定地選擇了國產(chǎn)鋼材。由于這一次正確的選擇,不但使蕪湖長(cháng)江大橋采用了國產(chǎn)鋼材,同時(shí)這種鋼材也在全國的其他工程上得到大規模的推廣應用。由于使用規模的增加,價(jià)格降低了、質(zhì)量提高了,從此中國橋梁只用中國鋼。到這個(gè)時(shí)候,我們就緊盯世界橋梁鋼的先進(jìn)水平,不斷研發(fā)我們的高性能橋梁鋼,目的是為了滿(mǎn)足橋梁跨度不斷增加的這種需求。到2003年我們就成功研發(fā)了Q420的橋梁鋼,首先運用在京滬高鐵的南京大勝關(guān)長(cháng)江大橋;到2014年,我們成功研發(fā)了Q500的橋梁鋼,Q500研發(fā)成功以后,實(shí)際上標志著(zhù)中國的橋梁鋼形成了一個(gè)完備的系列,那么它的技術(shù)指標已經(jīng)達到了世界的先進(jìn)水平。這樣我們還沒(méi)有停下來(lái),2017年在毛新平院士的主持下,我們開(kāi)始研究Q690的橋梁鋼,并在武漢江漢七橋上使用。應該說(shuō),通過(guò)不斷地不懈努力,中國橋梁鋼實(shí)現了從被“卡脖子”到奮力追趕、再到技術(shù)引領(lǐng)的跨越。

  對建橋而言的話(huà),除了鋼材之外,還有混凝土。我國的混凝土技術(shù)在性能、外加劑、泵送能力等方面,到現在也已經(jīng)達到世界先進(jìn)水平。我們研究的高性能混凝土,它的抗壓強度達到了200兆帕,實(shí)際上這個(gè)強度已經(jīng)和我們在武漢橋建設過(guò)程中間用的低碳鋼的抗壓強度相當了。

  另外,建橋材料方面還有高強度鋼絲,是斜拉橋和懸索橋建設過(guò)程中間的最關(guān)鍵的這么一種材料。早期我們修建斜拉橋和懸索橋的時(shí)候,高強(度)鋼絲幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口,強度級別是1600兆帕。經(jīng)過(guò)20年的努力,目前我們的鋼絲,不但實(shí)現了完全的國產(chǎn),它的強度級別也已經(jīng)達到了2100兆帕。

  

  側掛(9):創(chuàng )新設計不斷突破橋梁建設世界難題

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  另外,我們來(lái)看看中國橋梁成就。以往在長(cháng)江上建造大橋,跨徑并不是很大,但為什么我們現在需要建更大跨度的橋梁?目的是為了在更高水平上,兼顧兩岸交通的需求和航運安全這對矛盾。中國的內河航運非常繁忙,有一組統計數據,2019年長(cháng)江干流的貨運量是29.3億噸,同期美國密西西比河的貨運量只有8.65億噸,長(cháng)江是其3.4倍,同年珠江的航運量也超過(guò)了密西西比河。從溝通兩岸的陸地交通來(lái)講,長(cháng)三角、珠三角地區經(jīng)濟繁榮,過(guò)江交通需求量是巨大的。橋梁工程師一直在提高橋梁的跨越能力,但橋梁跨度越大、技術(shù)難度越高、造價(jià)也就越貴,我們有沒(méi)有更好的選擇?實(shí)際上我們可以用多個(gè)連續的主跨,來(lái)覆蓋通航水域,從而減少單孔橋梁的跨度,節約投資。比如我們的常泰長(cháng)江大橋和鸚鵡洲長(cháng)江大橋設計的時(shí)候,就充分利用了橋位處,長(cháng)江的W形的河床斷面,在水中水深較淺的區域設置一座橋塔,用兩個(gè)大跨,跨越整個(gè)長(cháng)江的通航水域。既可以很好地滿(mǎn)足通航的需求,又減少了橋梁的跨度,相比常規的一跨過(guò)江方案,利用三塔方案,橋梁的跨度減少一半、主纜的截面、用量也減小一半,相應的錨碇體量也大約減少了一半,工程造價(jià)顯著(zhù)降低。實(shí)際上多塔懸索橋,這種設想在上世紀的30年代,美國建設奧克蘭海灣大橋、80年代日本在建設瀨戶(hù)大橋的時(shí)候都研究提出過(guò),但當時(shí)他們都因為技術(shù)上的難題無(wú)法解決,不得不采用了兩座常規的

  單主跨懸索橋串聯(lián)的方案。那這中間到底有什么技術(shù)難題?一是中塔的剛度與強度的匹配問(wèn)題。為此我們開(kāi)展了大量的研究,提出了中塔剛度設計的理論方法,發(fā)現大多數情況下,中塔需要做成鋼塔,同時(shí)還要解決大型主塔的吊裝問(wèn)題。在2007年我們建設泰州長(cháng)江大橋的時(shí)候,不得已進(jìn)口了3600噸米的塔吊設備;到了2011年,我們在建設鸚鵡洲長(cháng)江大橋的時(shí)候,自主研發(fā)了5200噸米的塔吊;到目前塔吊的能力我們已經(jīng)到了15000噸米,國外最大的塔吊是丹麥的10000噸米塔吊,我們的塔吊也因為橋梁技術(shù)的發(fā)展達到了世界的先進(jìn)水平。

  第二個(gè)難題就是,主纜在中塔索鞍上的滑移安全問(wèn)題,從而研發(fā)了分布式的豎向隔板高性能鞍座。

  中國橋梁第二個(gè)貢獻是三索面新結構,三索面新結構是為了適應多功能橋梁的建設,而提出來(lái)的一種結構。所謂多功能橋梁就是一橋搭載多種交通功能,將高速鐵路、城際鐵路和地鐵、輕軌、高速公路、市政道路等等,多種交通荷載進(jìn)行合建,用一座橋解決多種交通功能的需求,從而減少橋梁的絕對數量。把多種交通功能集中在一座橋上面,意味著(zhù)橋梁承受的荷載更重、橋梁也更寬,由此首創(chuàng )了三索面的斜拉橋結構。就是把橫向的、兩索面的斜拉橋的兩個(gè)支點(diǎn)變成橫向的三個(gè)支點(diǎn),從而改變橫向的受力。就像我們兩個(gè)人要抬一根細長(cháng)的木頭,如果擔心這個(gè)木頭會(huì )折斷的話(huà),自然會(huì )中間去多一個(gè)人來(lái)抬這個(gè)木頭。但是三個(gè)人抬一個(gè)木頭,受力的分配就是個(gè)很大問(wèn)題。對于三索面斜拉橋來(lái)講的話(huà),就是要研究空間結構的多種荷載的加載方式和施工的實(shí)踐方法。那么三索面斜拉橋結構提出來(lái)以后,首先應用在天興洲長(cháng)江大橋的建設上,后來(lái)大范圍地推廣,為我國經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展和世界橋梁技術(shù)的進(jìn)步都作出了貢獻。

  第三個(gè)貢獻是轉體施工,所謂轉體施工,就是利用岸邊的場(chǎng)地和兩岸的這種山勢,在方便的地方來(lái)拼裝,而不是一定要在它最終的位置上來(lái)拼裝。1999年在建設廣州丫髻沙大橋的時(shí)候,這個(gè)橋的跨度是360米。為了實(shí)現拱的拼裝,先把兩個(gè)半拱在江的兩岸分別拼裝成型,然后第一次豎轉達到橋梁高層的位置;第二次,然后通過(guò)平轉,達到橋梁的中線(xiàn)位置,整個(gè)轉體的重量到了13600噸。

  中國對世界大跨度拱橋的貢獻還有鋼管混凝土骨架拱橋,就是用外包的鋼管來(lái)提高混凝土的承載能力,應該說(shuō)我國的鋼管混凝土拱橋,在世界上占有重要的地位。包括在建的天峨龍灘大橋,是一個(gè)鋼管混凝土勁性骨架的這么一個(gè)拱橋。合江長(cháng)江大橋、平南三橋都曾經(jīng)是鋼管混凝土拱橋上的世界冠軍。

  另外中國對世界梁橋的貢獻,主要體現在整體的預制架設。建國初期,我們國家的梁橋架設的能力大概只有80噸,到目前為止我國高鐵整孔預制的箱梁跨度已經(jīng)到了40米左右、重量也超過(guò)了1000噸,所以它的搬、提、運、架這個(gè)裝備是最關(guān)鍵的。高鐵建設的初期,我們曾經(jīng)進(jìn)口過(guò)少量的國外設備,后來(lái)就完全立足于自主的研發(fā),研發(fā)了多種巨無(wú)霸,包括450噸的提梁機、900噸的運梁車(chē)、900噸的架橋機,我們這些設備應該是保證了中國高鐵自主的高質(zhì)量建設。

  第五個(gè)貢獻是跨海橋建設上面。我國的海岸線(xiàn)有3.2萬(wàn)公里,江河的入??诤脱睾5膷u嶼眾多。實(shí)際上我們國家到了這個(gè)世紀才開(kāi)始規劃、設計、建設真正的跨海橋。要建設跨海橋,有三個(gè)方面的技術(shù)挑戰。第一個(gè)挑戰就是這個(gè)橋非常長(cháng);第二個(gè)挑戰就是氣象復雜,風(fēng)浪大、而且比較頻繁,一年的有效作業(yè)時(shí)間,大概只有180天左右。第三個(gè)挑戰就是海洋有腐蝕環(huán)境,橋梁的耐久性問(wèn)題更加突出。常規的,在內陸的江河湖泊上建橋的這種現場(chǎng)施工作業(yè)的方式,實(shí)際上都是不合適的。橋梁必須整體的預制、整孔的架設。在上海東海大橋建設中,因為這個(gè)橋全長(cháng)是32公里,那么梁重是2100噸,當時(shí)就是以海上的一個(gè)小島,叫做沈家灣這么一個(gè)島為基地,進(jìn)行梁體的預制。最后用專(zhuān)用的,運架梁起重船小天鵝號,進(jìn)行整體的運輸和架設

  跨海大橋的建設,研究符合這個(gè)架梁的安全和精度要求的裝備是最關(guān)鍵的。一般看到的這種浮吊都是一個(gè)起重臂伸出舷外的這種起吊方式,但是“天一號”和“小天鵝號”,這兩艘專(zhuān)用起重船都是采用了中心起吊的方式,為什么?主要是出于適用范圍和作業(yè)效率兩方面的考慮。采用中心起吊的方式,起重2500噸的時(shí)候,最少的吃水深度只有3.5米,中國的東南沿海,除了有深水的地方之外,還有兩岸的這種淺水的灘涂,那么采用這種淺吃水的中心起吊方式,它的適用范圍更廣。第二個(gè)就從作業(yè)效率考慮。我們的起重船必須要在風(fēng)浪條件下進(jìn)行架梁作業(yè),要保證在架梁過(guò)程中間它的安全。在相同的波浪條件下,由于舷外的這種起重臂,它會(huì )放大波浪的作用,所以說(shuō)它比中心起吊方式,吊點(diǎn)的運動(dòng)位移和運動(dòng)速度都要大4倍,那么這樣對安全和精度都是有影響的。

  今天,中國橋梁無(wú)論是跨越能力、建橋技術(shù)、建橋材料、建設裝備,各個(gè)方面都已經(jīng)達到了世界一流的水準,在跨海橋、高速鐵路橋梁、跨越繁忙水域大跨度橋梁方面,應該為世界橋梁技術(shù)的發(fā)展作出了中國貢獻。

  

  【小片(四)】:

 ?。ㄅ湟簦?/strong>如今,我國橋梁建設逐步從“中國制造”走向“中國創(chuàng )造”,實(shí)現著(zhù)由橋梁產(chǎn)品到橋梁建造、從設計到咨詢(xún)“走出去”的技術(shù)提升。在國際橋梁建設市場(chǎng)上,中國造的橋梁已經(jīng)接近了全球市場(chǎng)的一半左右份額。

  2013年9月,美國舊金山 - 奧克蘭海灣大橋正式通車(chē),這是世界同類(lèi)鋼結構橋梁中技術(shù)難度最高、跨度最大的懸索鋼橋;2014年3月,馬來(lái)西亞檳城第二大橋舉行通車(chē)典禮,標志著(zhù)東南亞地區最長(cháng)跨海大橋正式通車(chē);2014年12月,橫跨多瑙河的澤蒙-博爾察大橋建成通車(chē),這是中國企業(yè)在歐洲承建的首個(gè)大橋工程,已成為一道橫跨多瑙河的風(fēng)景?!爸袊臁睒蛄嚎缭教靿q、連通世界,正在成為一張響亮的“中國名片”。而自主創(chuàng )新正是中國橋梁工程技術(shù)持續發(fā)展的根本動(dòng)力。

  未來(lái)將建設怎樣的橋梁?橋梁建造的技術(shù)還有哪些突破點(diǎn)?如何站在使用者的角度,讓我們的橋變得更好?《中國經(jīng)濟大講堂》精彩繼續。

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  中國橋梁一直在著(zhù)力提高橋梁的跨越能力和適應更多的通行功能帶來(lái)的技術(shù)挑戰。到了今天,我們實(shí)際上已經(jīng)有能力建造絕大多數的、滿(mǎn)足這些基本需求的橋梁,未來(lái)我們該怎么辦?

  

  側掛(10):打造新結構,應用新材料,大幅提升建設能力

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  我個(gè)人的看法,未來(lái)我們應該創(chuàng )造更多高效的橋梁結構,減少資源的消耗。第一個(gè)方面,高效的橋梁結構。我們能不能夠做成一個(gè)梁拱的組合體系?通過(guò)拱的協(xié)同,減少大跨度預應力連續梁的長(cháng)期變形;第二個(gè)我們能不能把斜拉橋和懸索橋做成一個(gè)協(xié)同體系?用斜拉體系來(lái)彌補大跨度懸索橋,它的剛度問(wèn)題。另外在材料方式里面,這些年做了很多的鋼和混凝土的這種組合結構;同時(shí)我們也在嘗試利用碳纖維復合材料,因為它的強度更高、重量更輕。那么除了我們這些傳統方式之外,我們還有沒(méi)有其他途徑?實(shí)際上,我們在常泰長(cháng)江大橋的建設過(guò)程中間,嘗試了利用新材料的特殊性能來(lái)創(chuàng )造新的結構體系。我們傳統的建筑材料,不管鋼也好、混凝土也好,它都會(huì )熱脹冷縮,而碳纖維本身基本上是沒(méi)有熱脹冷縮的,即使用樹(shù)脂把它復合成一個(gè)結構材料以后,它的線(xiàn)膨脹系數,大概也只有鋼材的二十分之一。如果能夠利用碳纖維這一種性能的話(huà),重構我們傳統的結構的傳力路徑的話(huà),就可以創(chuàng )造出更加高效的這么一個(gè)新結構。這就是我們首創(chuàng )的一種體系叫做“溫度自適應塔梁約束體系”,具體來(lái)講,我們用碳纖維復合材料做這么一個(gè)拉桿,用它來(lái)連接主塔和主梁的跨中。這個(gè)跨中也是我們溫度變性的一個(gè)波動(dòng)點(diǎn),既實(shí)現了塔和梁這種約束的結構的力的傳力路徑,同時(shí)四季氣溫變化過(guò)程中間,那么結構的溫度變形,它又能夠自然地釋放。這種溫度自適應塔梁約束體系,傳力是非常簡(jiǎn)單、非常高效。我們常泰橋是1176米跨度,這么一個(gè)斜拉橋,這個(gè)結構在我們的荷載作用下面,它主要的效應大概只相當于900米一個(gè)斜拉橋,這么一個(gè)水平。如果這種體系用在超大跨度的斜拉橋上面,在我們現有的技術(shù)條件下面,可以實(shí)現1500米這么一個(gè)級別的斜拉橋的建設。

  

  側掛(11):不僅“能”,還要“好”,追求力與美的統一

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  第二個(gè)就是提升橋梁品質(zhì)。必須要更加關(guān)注使用者的感受,以使用者使用的便捷為目標。那么這個(gè)使用者,包括我們的過(guò)橋的駕駛人員,也包括行人,橋上有可能出現交通事故,我們的救援,也包括我們橋梁維修養護的,維修人員??偟囊痪湓?huà),要站在使用者的角度,讓我們的橋從“能”要變得更“好”。橋梁還要造型優(yōu)美,我們橋梁除了交通屬性之外,還應該有景觀(guān)功能。但是橋的美,不應該是設計的這么一個(gè)補充,更不應該是結構完成了以后,這么一種裝飾,應該統籌結構與環(huán)境,做到力和美的統一。同時(shí)橋梁的美,要體現它是自然的、是獨創(chuàng )的。

  

  側掛(12):智能建造更高效、更安全

  

  【演講嘉賓】秦順全:

  第三個(gè)方面就是橋梁的智能建造。提高建造過(guò)程的智能化水平,減少對人的依賴(lài),達到安全建造的目的。由于橋梁所處的橋址、環(huán)境和功能要求的多樣性,要實(shí)現真正的智能建造,需要包括橋梁基本單元標準化在內的,一系列的技術(shù)突破,那么這是一個(gè)很長(cháng)的過(guò)程。在國內已經(jīng)很多工廠(chǎng),大家都在做探索,我們也在嘗試。在常泰長(cháng)江大橋的建設中,我們研發(fā)了水下智能取土機器人和控制射噴取土設備,代替人工進(jìn)行作業(yè)。水下智能取土設備具有自主獲取水下地形、自動(dòng)感知土與結構的功能,哪個(gè)地方是土?哪個(gè)地方是沉井結構?實(shí)現定點(diǎn)取土。更為重要的是,它能夠主動(dòng)反饋作業(yè)的效果。這種設備,它不會(huì )受水深的限制。60年前在南京大橋的建設過(guò)程中間,工人們需要冒著(zhù)生命危險下潛到70米水深進(jìn)行作業(yè)。今天在常泰長(cháng)江大橋的建設中,僅用了一年的時(shí)間,就完成了世界上最大尺度沉井的下沉施工工作,而且效率更高、更安全。

  回想70年前,1956年的5月31日,毛主席暢游長(cháng)江,在水上近距離視察了正在建設中的大橋,回到東湖賓館以后就寫(xiě)下了“一橋飛架南北,天塹變通途”的著(zhù)名詩(shī)句。今天長(cháng)江上已經(jīng)建成的橋梁超過(guò)了160座,根據國家發(fā)展和改革委員會(huì )印發(fā)的《長(cháng)江干線(xiàn)過(guò)江通道布局規劃》,2035年我們需要建成240座左右的過(guò)江通道。

  未來(lái)依托“一帶一路”,交通強國等國家戰略,我們要建更多的綠色橋、高效橋和智慧橋梁,我的演講完畢,謝謝大家!