东西问丨郑皆连:中国拱桥为世界贡献了什么?

2024-06-14 651 0
核心提示:今年2月,世界最大跨径拱桥——广西南丹至天峨下老高速公路天峨龙滩特大桥建成通车。这是世界首座跨径超600米的拱桥,实现了混凝土拱桥的“百年跨越”,成为世界拱桥发展史上又一座里程碑及中国桥梁国家“新名片”。

 中新社南宁6月12日电 题:中国拱桥为世界贡献了什么?

  ——专访中国工程院院士、广西大学土木建筑工程学院教授郑皆连

  作者 黄艳梅 陈秋霞

  今年2月,世界最大跨径拱桥——广西南丹至天峨下老高速公路天峨龙滩特大桥建成通车。这是世界首座跨径超600米的拱桥,实现了混凝土拱桥的“百年跨越”,成为世界拱桥发展史上又一座里程碑及中国桥梁国家“新名片”。

  当前,中国拱桥无论是建造技术还是数量,都已挺进世界前列。作为天峨龙滩特大桥总设计师,中国工程院院士、广西大学土木建筑工程学院教授郑皆连近日接受中新社“东西问”**专访,对中国现代拱桥的设计、建造创新亮点以及中国拱桥技术发展成就进行解读。

  现将访谈内容摘要如下:

  中新社记者:中国桥梁建设历史悠久。桥梁结构可基本分为拱桥、斜拉桥、梁桥、悬索桥四大类型,其中拱桥的历史源远流长。中国拱桥经历了怎样的发展历程?目前,中国拱桥建设处于什么水平?

  郑皆连:公元282年左右中国出现石拱桥,公元605年中国建成了世界**座敞肩石拱桥——赵州桥,跨径37.02米,拱圈上有4个小拱,可减轻上部结构自重,改善拱脚受力,它为拱桥增大跨径找到了一条正确路径。这个石拱桥跨径纪录在中国延续1300余年,一直到新中国诞生后才被打破。

  在新中国,石拱桥继续被大量修建,最大跨径是2000年建成的山西晋城至河南焦作高速公路丹河桥,净跨径146米,虽居世界前列,但因为拱架的安全性和费用高问题,继续增大石拱桥跨径已意义不大。

  然而,中国钢拱桥、混凝土拱桥跨径曾长期远远落后于世界。其中,混凝土拱桥方面,1980年前南斯拉夫已建成跨径390米KRK桥,中国1985年建成涪陵乌江桥,跨径才达200米。钢拱桥方面,美国1977年建成新河谷大桥,跨径518米,1993年中国建成九江长江大桥主跨216米,才突破200米大关。

  直到近20年,中国建成的钢拱桥、钢管混凝土拱桥、混凝土拱桥等各个门类拱桥跨径均超过国外,居世界**。按拱桥跨径大小排序,全世界前十座拱桥中,中国占8座,还囊括了前六。尤其是2024年2月建成通车的天峨龙滩特大桥,把混凝土拱桥世界纪录一次提高155米,且中国拥有全部技术的知识产权。天峨龙滩特大桥比同桥位斜拉桥方案概算少1.25亿元人民币,刚度大7倍。简言之,目前中国拱桥建造技术总体居世界前列。

世界最大跨径拱桥——天峨龙滩特大桥。广西交通投资集团 供图

  中新社记者:广西是拱桥设计建造的代表性省区之一。以广西平南三桥、天峨龙滩特大桥为代表的现代拱桥,克服了哪些重大技术难点?取得了哪些突破性技术创新?

  郑皆连:广西在20世纪六七十年代就利用斜拉扣挂悬拼拱肋预制节段技术,建成了40余座跨径100米左右的钢筋混凝土拱桥,其单位造价与30米简支梁持平,使广西成为中国修建拱桥最多的省区之一。近年来广西更是取得了系列重大突破,代表性桥梁就是平南三桥和天峨龙滩特大桥。

  平南三桥主桥为钢管混凝土拱桥,计算跨径560米,建成时居世界各类拱桥跨径**。平南三桥主要技术创新有:发明了适用于非岩地基的“地连墙+混凝土承台+卵石层注浆”复合桥台基础;发明了力主动控制代替传统的刚度被动控制,拱桁悬拼过程中的塔顶水平位移从分米级下降到厘米级,同时使吊扣塔大幅度瘦身;发明了拱桁悬拼过程中一次张拉不调索、一次拆除扣索技术;研发了收缩可控制的管内混凝土,解决了制约钢管混凝土拱桥发展的最大技术瓶颈。美国工程院院士、中国工程院外籍院士邓文中指出,平南三桥建造技术代表钢管混凝土拱桥最高水平。

平南三桥。钟健 摄

  天峨龙滩特大桥是世界首座跨径600米级的混凝土拱桥。在前期中国工程师发明的钢管混凝土骨架代替型钢骨架、调控浇注外包混凝土过程骨架时程应力及降低永存应力这两大混凝土拱桥核心技术的基础上,天峨龙滩特大桥在建造中主要解决了以下技术难题:一是提出了劲性骨架强劲度的合理选择准则;二是通过合理分环和科学设置多工作面同时浇注,兼顾了结构时程应力抑制和现场施工时效,实现了拱肋外包混凝土的安全、快速施工;三是收缩补偿精细设计和工作性能调控双管齐下,实现了28000立方米拱圈外包混凝土不开裂;四是采取综合结构优化措施,使跨径600米混凝土拱桥成桥应力水平与已建成的跨径416米混凝土拱桥持平;五是建立了拱肋纵向配筋优化方法,使纵向配筋减少到原方案的1/16。该桥建成后还经受了位于震中遭遇4.4级地震的考验,大桥安然无恙。

  中新社记者:从“中国**石拱桥”赵州桥开始,到“世界最大跨径拱桥”天峨龙滩特大桥的落成,中国拱桥建设跨越式发展的内在动力是什么?

  郑皆连:首先,中国有拱桥基因,1400年前就建造了闻名世界的赵州桥。拱桥受力十分合理,刚度大、耐久性好。但圬工拱桥拱圈1400年来都要支架施工,跨径难于增大,支架费用越来越高,直到1968年中国工程师创造了无支架施工方法,使拱桥跨径增大成为可能。经过长期研究,中国工程师较好解决了拱桥的施工风险问题和降低大跨径拱桥施工费用问题。此外,近30年来中国高速公路和高速铁路大规模发展,对拱桥建设提出了迫切需求。

  以上几方面因素共同促使中国在拱桥数量和跨径上的快速发展,创造了世界桥梁发展史上的奇迹。

2023年3月,中国工程院院士、广西大学土木建筑工程学院教授郑皆连向参加第二届世界大跨拱桥建造技术大会现场观摩会的嘉宾介绍天峨龙滩特大桥建造有关情况。陈冠言 摄

  中新社记者:中国拱桥对世界桥梁建筑产生了何种影响?与其他桥梁建设强国相比,中国拱桥建造还有哪些努力的空间?

  郑皆连:无支架施工是传统拱桥和现代拱桥的分水岭。拱桥无支架施工技术起源于中国,在国外也被广泛采用,极大地提高了施工安全性和经济性。中国在拱桥建造技术上的进步和实践经验,为国外在建造大跨度桥梁时提供了一种刚度大、耐久性好、造价低的比较方案。

  具体来说,钢管混凝土拱桥源于苏联,但由于没发挥该桥型的结构优势、施工优势,从而丧失了经济优势,仅建成两座便被市场淘汰了。20世纪90年代起,中国工程师利用自己开发的斜拉扣挂技术、转体技术架设钢管拱桁,真空辅助压力连续灌注管内混凝土,提高了质量,降低了造价,缩短了工期,建成了钢管混凝土拱桥近500座,最大跨径达560米。所以有充足理由说,具有工程价值的钢管混凝土拱桥是中国工程师开发的。

  中国工程师对劲性骨架混凝土拱桥的贡献也是多方面的,其中包括用钢管混凝土拱桁代替钢拱桁作劲性骨架,用钢量降低50%;开发了分环、多工作面浇注外包混凝土和斜拉索调载技术,推动拱桥建造数量增加,跨径持续增大。

  但须意识到,中国在结构计算软件、施工智能化方面与国外还存在差距,需要我们长期努力去实现赶超。

  中新社记者:中国拱桥建造技术曾流传到日本、印度、斯里兰卡等国家。中国拱桥对促进中国与各国文化交流方面发挥了何种作用?

  郑皆连:桥,在中国文化长廊中极富魅力,它不仅具有实用功能,还是各历史时期的文化标本,更是各国家之间沟通交流的文化符号。中国古代石拱桥建造技术遥遥领先世界,向世人彰显了中国古人的智慧。《马可波罗行纪》就称赞卢沟桥在世界上无与伦比。

  近年来,中国钢管混凝土拱桥和混凝土拱桥在跨径和建造技术方面居世界前列,大大增强了中国桥梁技术在海外工程建设市场的竞争力。目前,“一带一路”交通基础设施建设如火如荼,随着中国桥梁施工企业不断在世界各国建造大型拱桥,也将搭建起中外文明交流互鉴的文化“桥梁”。(完)

  受访者简介:

中国工程院院士、广西大学土木建筑工程学院教授郑皆连接受中新社“东西问”**专访。陈冠言 摄

  郑皆连,路桥工程专家,中国工程院院士,教授级高级工程师,广西大学土木建筑工程学院教授、博士研究生导师。1968年首创中国双曲拱桥无支架施工新工艺,解决了不立拱架修建拱桥的难题。在调控劲性骨架混凝土拱桥浇注拱圈混凝土过程中发生的瞬时应力及降低拱圈永存应力的研究和实践取得了重大突破,指导了世界最大跨径钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝土拱桥成功建设,成果获得国家科技进步奖3项,国家专利优秀奖2项,获李国豪桥梁原创技术奖及茅以升科学技术奖——桥梁大奖。

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