中国桥为什么能创造众多世界第一？

世界第一高桥、世界第一长桥、世界最大跨度公铁两用斜拉桥、世界最长跨海大桥，一个个“世界第一”不断刷新着世界桥梁建设纪录，“中国桥梁”成为又一张闪亮的国家名片。2018年，连接香港、珠海、澳门，全长55公里，世界上最大长度的跨海大桥——港珠澳大桥建成通车，这是世界桥梁史上的一个壮举。实际上这样的奇迹每天都在中国发生，要了解这一奇迹背后的故事，让我们一起走近中国桥梁。

　　▲港珠澳大桥。（图片来源：新华社）

四种最基本的桥型

桥梁是一种跨越障碍的承重结构，它是由若干构件组成的。对于构件来讲，它的受力形态只有三种：受拉、受压和受弯。从总体上来讲，桥梁构件的受拉能力是最强的，受压能力次之，受弯能力是最弱的。整个构件的三种受力形态就会组合成四种最基本的桥型：悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥。所谓悬索桥，就是通过悬挂于索塔、锚固于两岸的一根主索，作为主要的承载结构的一种桥梁。主索是受拉的，它的承载能力最高，在所有桥型里悬索桥的跨越能力是最大的。斜拉桥就是用高强度的拉索，将主梁斜向拉于主塔之上的一种桥梁。斜拉桥中，拉索是受拉的，所以它的承载力比较强，但是主梁主要是受压的，这种拉和压的组合，就决定了斜拉桥的跨越能力，是小于悬索桥的，但是强于拱桥或梁桥。所以大家会发现，现代大多数的大跨度桥梁都是采用悬索桥和斜拉桥。

拱桥就是通过一种弧形的结构，将竖向的荷载转化为拱轴线的一种受压。由于拱轴线是受压的，它存在侧向稳定问题，所以材料强度不能够充分发挥，它的跨越能力小于斜拉桥，更小于悬索桥。我们古代劳动人民建成了很多石拱桥，包括河北的赵州桥、苏州的宝带桥、北京的卢沟桥和颐和园的玉带桥。

梁桥以树干和石板作为承重结构，是最古老的桥型。它是以构件的受弯作为主要的特征，由于构件的受弯能力是最弱的，它的跨越能力是最小的。但是梁桥构造非常简单，施工也很方便，当我们对跨越能力要求不高的时候一定会选择梁桥，因为它最经济。世界上绝大多数的桥梁都是梁式结构，中国现在有实物证据的最早的成规模的梁桥要算陕西的咸阳沙河桥。

从跨越能力来讲，4种桥型从大到小的顺序，应该是悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥。跨度越大也就意味着技术难度越大，我们经常用桥梁的跨度来大致衡量建造一座桥梁的技术水平。到现在为止，这4种桥梁的世界纪录是多少呢？悬索桥2023米，在土耳其；斜拉桥1176米，在中国江苏；拱桥600米，在中国广西；梁桥300米，在中国重庆。

　　▲7月5日，广东省中山市，粤港澳大湾区超级工程深中通道项目完成海上非通航孔桥第200片箱梁架设任务，海上箱梁架设进度已超过六成。（图片来源：中新社）

中国对世界桥梁的贡献

中国桥梁的建设历程是不平凡的，大致分为“建成学会”“自主探索”“学习追赶”“提高奋进”和“创新引领”5个阶段。

进入21世纪，以超大跨度斜拉桥、悬索桥、拱桥和大规模跨海工程建设为代表，中国桥梁的建设规模、跨径和技术难度不断跨越世界巅峰，攻克了一批关键核心技术。不仅促进了新型材料和装备的研发，也让中国桥梁工程技术进入世界先进现代桥梁技术的阵营。

中国桥梁的第一个贡献是三塔方案。以往在长江上建造大桥跨径并不是很大，但为什么我们现在需要建更大跨度的桥梁？目的是为了在更高水平上兼顾两岸交通的需求和航运安全这对矛盾。从沟通两岸的交通来讲，长三角、珠三角地区经济繁荣，过江交通需求量是巨大的。桥梁工程师一直在提高桥梁的跨越能力，但桥梁跨度越大，技术难度越高，造价也就越贵，有没有更好的选择？实际上可以用多个连续的主跨，来覆盖通航水域，从而减少单孔桥梁的跨度，节约投资。比如我们在泰州长江大桥和鹦鹉洲长江大桥设计的时候，就充分利用了它们位处长江的W形的河床断面，在水中水深较浅的区域设置一座桥塔，用两个大跨，跨越整个长江的通航水域。既可以很好地满足通航的需求，又减少了桥梁的跨度。相比常规的一跨过江方案，利用三塔方案，桥梁的跨度减少一半，主缆的截面、用量也减小一半，相应的锚碇体量也大约减少了一半，工程造价显著降低。

中国桥梁第二个贡献是三索面新结构，三索面新结构是为了适应多功能桥梁的建设而提出来的一种结构。所谓多功能桥梁就是一桥搭载多种交通功能，将高速铁路、城际铁路、地铁、轻轨、高速公路、市政道路等多种交通荷载进行合建，用一座桥解决多种交通功能的需求，从而减少桥梁的绝对数量。把多种交通功能集中在一座桥上面，意味着桥梁承受的荷载更重、桥梁也更宽，由此首创了三索面的斜拉桥结构，就是把横向的、两索面的斜拉桥的两个支点变成横向的三个支点，从而改变横向的受力。对于三索面斜拉桥来讲，就是要研究空间结构的多种荷载的加载方式和施工的实践方法。三索面斜拉桥结构提出来以后，首先应用在天兴洲长江大桥的建设上，后来大范围地推广，为我国经济社会的发展和世界桥梁技术的进步都作出了贡献。

第三个贡献是转体施工，所谓转体施工，就是利用岸边的场地和两岸的山势，在方便的地方拼装，而不是一定要在它最终的位置上来拼装。1999年在建设广州丫髻沙大桥的时候，这个桥的跨度是360米。为了实现拱的拼装，先把两个半拱在江的两岸分别拼装成型，然后第一次竖转达到桥梁高程的位置，第二次通过平转达到桥梁的中线位置，整个转体的重量到了13600吨。

中国对世界大跨度拱桥的第四个贡献主要体现在整体的预制架设。新中国成立初期，中国梁桥架设的能力大概只有80吨，到目前为止我国高铁整孔预制的箱梁跨度已经到了40米左右，重量也超过了1000吨，所以搬、提、运、架这个装备是最关键的。中国高铁建设初期，曾经进口过少量的国外设备，后来就完全立足于自主的研发，研发了多种巨无霸，包括450吨的提梁机、900吨的运梁车、900吨的架桥机，这些设备保证了中国高铁自主的高质量建设。

第五个贡献是跨海桥建设。我国的海岸线有3.2万公里，江河的入海口和沿海的岛屿众多，实际上中国到21世纪才开始规划、设计、建设真正的跨海桥。要建设跨海桥，有3个方面的技术挑战：第一个挑战就是这个桥非常长；第二个挑战就是气象复杂，风浪大而且比较频繁，一年的有效作业时间，大概只有180天左右；第三个挑战就是海洋有腐蚀环境，桥梁的耐久性问题更加突出。常规的在内陆的江河湖泊上建桥的现场施工作业的方式，实际上都是不合适的，桥梁必须整体地预制、整孔地架设。在上海东海大桥建设中，这个桥全长是32公里，梁重是2100吨，当时就是以海上沈家湾这么一个岛为基地，进行梁体的预制。最后用专用的运架梁起重船“小天鹅号”，进行整体的运输和架设。

　　▲6月5日深圳湾大桥。（图片来源：中新社）

未来无限可期

今天，中国桥梁无论是跨越能力、建桥技术、建桥材料、建设装备，各个方面都已经达到了世界一流的水准，在跨海桥、高速铁路桥梁、跨越繁忙水域大跨度桥梁建设方面，为世界桥梁技术的发展作出了中国贡献。

我国桥梁建设逐步从“中国制造”走向“中国创造”。在国际桥梁建设市场上，中国造的桥梁已经接近了全球市场的一半左右份额。

1956年，毛泽东畅游长江，在水上近距离视察了正在建设中的大桥，回到东湖宾馆以后就写下了“一桥飞架南北，天堑变通途”的著名诗句。今天长江上已经建成的桥梁超过了160座，根据国家发展和改革委员会印发的《长江干线过江通道布局规划（2020—2035年）》，2035年我们需要建成240座左右的过江通道。未来依托“一带一路”倡议、交通强国等国家战略，我们要建更多的绿色桥、高效桥和智慧桥。（完）（作者系中国工程院院士）（文章来源：学习时报）

作者/秦顺全

责任编辑：陶然