橋樑發展史，橋樑是道路的組成部分。從工程技術的角度來看，橋樑發展可分為古代、近代和現代三個時期。
基本介紹
- 中文名：橋樑發展史
- 性質：專門史
古代橋樑,石橋,木橋,近代橋樑,現代橋樑,
古代橋樑
人類在原始時代，跨越水道和峽谷，是利用自然倒下來的樹木，自然形成的石樑或石拱，溪澗突出的石塊，谷岸生長的藤蘿等。人類有目的地伐木為橋或堆石、架石為橋始於何時，已難以考證。據史料記載，中國在周代（公元前11世紀～前256年）已建有梁橋和浮橋，如公元前1134年左右，西周在渭水架有浮橋。古巴比倫王國在公元前1800年建造了多跨的木橋，橋長達183米。古羅馬在公元前621年建造了跨越台伯河的木橋，在公元前481年架起了跨越赫勒斯旁海峽的浮船橋。古代美索不達米亞地區，在公元前4世紀時建起挑出石拱橋（拱腹為台階式）。
古代橋樑在17世紀以前，一般是用木、石材料建造的，並按建橋材料把橋分為石橋和木橋。
石橋
石橋的主要形式是石拱橋。據考證，中國早在東漢時期（公元25～220年）就出現石拱橋，如出土的東漢畫像磚，刻有拱橋圖形。尚存的趙州橋（又名安濟橋），建於公元605～617年，淨跨徑為37米，開創在主拱圈上加小腹拱的空腹式（敞肩式）拱。中國古代石拱橋拱圈和墩一般都比較薄，比較輕巧，如建於公元816～819年的寶帶橋，全長317米，薄墩扁拱，結構精巧。
羅馬時代，歐洲建造拱橋較多，如公元前200～公元200年間在羅馬台伯河建造了8座石拱橋，其中建於公元前62年的法布里西奧石拱橋，橋有2孔，各孔跨徑為24.4米。公元98年西班牙建造了阿爾橋，高達52米。此外，出現了許多石拱水道橋，如現存於法國的加爾德引水橋，建於公元前1世紀，橋分為3層，最下層為7孔，跨徑為16～24米。
羅馬時代拱橋多為半圓拱，跨徑小於25米，墩很寬，約為拱跨的三分之一，圖1為羅馬時代建造的列米尼橋示意圖。
圖1 列米尼橋示意圖
羅馬帝國滅亡後數百年，歐洲橋樑建築進展不大。11世紀以後，尖拱技術由中東和埃及傳到歐洲，歐洲開始出現尖拱橋，如法國在公元1178～1188年建成的阿維尼翁橋，為20孔跨徑達34米尖拱橋。英國在公元1176～1209年建成的泰晤士河橋為19孔跨徑約7米尖拱橋。西班牙在13世紀建了不少拱橋，如托萊多的聖瑪丁橋。拱橋除圓拱、割圓拱外，還有橢圓拱和坦拱。公元1542～1632年法國建造的皮埃爾橋為七孔不等跨橢圓拱，最大跨徑約32米。當時橢圓拱曾盛行一時。1567～1569在佛羅倫斯的聖特里尼塔建了三跨坦拱橋，其矢高同跨度比為1∶7。11～17世紀建造的橋，有的在橋面兩側設商店，如義大利威尼斯的里亞爾托橋。
石樑橋是石橋的又一形式。中國陝西省西安附近的灞橋原為石樑橋，建於漢代，距今已有2000多年。公元11～12世紀南宋泉州地區先後建造了幾十座較大型石樑橋，其中有洛陽橋、安平橋。安平橋(五里橋)原長2500米，362孔，現長2070米，332孔。英國達特穆爾現存的石板橋，有的已有2000多年。
木橋
早期木橋多為梁橋，如秦代在渭水上建的渭橋，即為多跨梁式橋。木樑橋跨徑不大，伸臂木橋可以加大跨徑，圖2為木懸臂橋的示意圖 圖2 木懸臂橋的示意圖 。中國3世紀在甘肅安西與新疆吐魯番交界處建有伸臂木橋，“長一百五十步”。公元405～418年在甘肅臨夏附近河寬達40丈處建懸臂木橋，橋高達50丈。
八字撐木橋（圖3）和拱式撐架木橋亦可以加大跨徑。16世紀義大利的巴薩諾橋為八字撐木橋。 圖3 八字撐木橋示意圖
木拱橋（圖4） 圖4 木拱橋示意圖 出現較早，公元104年在匈牙利多瑙河建成的特拉楊木拱橋，共有21孔，每孔跨徑為36米。中國在河南開封修建的虹橋（圖5），
圖5 虹橋示意圖 淨跨約為20米，亦為木拱橋，建於公元1032年。日本在岩國錦川河修建的錦帶橋為五孔木拱橋，建於公元300年左右，是中國僧戴曼公獨立禪師幫助修建的。
中國西南地區有用竹篾纜造的竹索橋。著名的竹索橋是四川灌縣珠浦橋，橋為8孔，最大跨徑約60米，總長330餘米，建於宋代以前。
古代橋樑基礎，在羅馬時代開始採用圍堰法施工，即打木板樁成圍堰，抽水後在其中修築橋樑基礎和橋墩。1209年建成的英國泰晤士河拱橋，其基礎就是用圍堰法修築，但是，那時只能用人工打樁和抽水，基礎較淺。中國11世紀初，著名的洛陽橋在橋址江中先遍拋石塊，其上養殖牡蠣二三年後膠固而成筏形基礎，是一個創舉。
近代橋樑
18世紀鐵的生產和鑄造，為橋樑提供了新的建造材料。但鑄鐵抗衝擊性能差，抗拉性能也低，易斷裂，並非良好的造橋材料。
19世紀50年代以後，隨著酸性轉爐煉鋼和平爐煉鋼技術的發展，鋼材成為重要的造橋材料。鋼的抗拉強度大，抗衝擊性能好，尤其是19世紀70年代出現鋼板和矩形軋制斷面鋼材，為橋樑的部件在廠內組裝創造了條件，使鋼材套用日益廣泛。
18世紀初，發明了用石灰、粘土、赤鐵礦混合煅燒而成的水泥。19世紀50年代，開始採用在混凝土中放置鋼筋以彌補水泥抗拉性能差的缺點。此後，於19世紀70年代建成了鋼筋混凝土橋。
近代橋樑建造，促進了橋樑科學理論的興起和發展。1857年由聖沃南在前人對拱的理論、靜力學和材料力學研究的基礎上，提出了較完整的梁理論和扭轉理論。這個時期連續梁和懸臂樑的理論也建立起來。橋樑桁架分析(如華倫桁架和豪氏桁架的分析方法)也得到解決。19世紀70年代後經德國人K.庫爾曼、英國人W.J.M.蘭金和J.C.麥克斯韋等人的努力，結構力學獲得很大的發展，能夠對橋樑各構件在荷載作用下發生的應力進行分析。這些理論的發展，推動了桁架、連續梁和懸臂樑的發展。19世紀末，彈性拱理論已較完善，促進了拱橋發展。20世紀20年代土力學的興起，推動了橋樑基礎的理論研究。
近代橋樑按建橋材料劃分，除木橋、石橋外，還有鐵橋、鋼橋、鋼筋混凝土橋。
木橋
16世紀前已有木桁架。1750年在瑞士建成拱和桁架組合的木橋多座，如賴謝瑙橋，跨徑為73米。在18世紀中葉至19世紀中葉，美國建造了不少木橋，如1785年在佛蒙特州貝洛茲福爾斯的康乃狄克河建造的第一座木桁架橋，橋共二跨，各長55米；1812年在費城斯庫爾基爾河建造的拱和桁架組合木橋，跨徑達104米。桁架橋省掉拱和斜撐構，簡化了結構，因而被廣泛套用。由於桁架理論的發展，各種形式桁架木橋相繼出現，如普拉特型、豪氏型、湯氏型等（圖6）。 圖6 桁架橋 由於木結構橋用鐵件量很多，不如全用鐵經濟，因此，19世紀後期木橋逐漸為鋼鐵橋所代替。
鐵橋
包括鑄鐵橋和鍛鐵橋。鑄鐵性脆，宜於受壓，不宜受拉，適宜作拱橋建造材料。世界上第一座鑄鐵橋是英國科爾布魯克代爾廠所造的塞文河橋，建於1779年，為半圓拱，由五片拱肋組成，跨徑30.7米。鍛鐵抗拉性能較鑄鐵好，19世紀中葉跨徑大於60～70米的公路橋都採用鍛鐵鏈吊橋。鐵路因吊橋剛度不足而採用桁橋，如1845～1850年英國建造布列坦尼亞雙線鐵路橋，為箱型鍛鐵梁橋。19世紀中以後，相繼建立起梁的定理和結構分析理論，推動了桁架橋的發展，並出現多種形式的桁梁。但那時對橋樑抗風的認識不足，橋樑一般沒有採取防風措施。1879年12月大風吹倒才建成18個月的陽斯的泰灣鐵路鍛鐵橋，就是由於橋樑沒有設定橫向連續抗風構。
中國於1705年修建了四川大渡河瀘定鐵鏈吊橋。橋長100米，寬2.8米，仍在使用。歐洲第一座鐵鏈吊橋是英國的蒂斯河橋，建於1741年，跨徑20米，寬0.63米。1820～1826年，英國在威爾斯北部梅奈海峽修建一座中孔長177米用鍛鐵眼桿的吊橋。這座橋由於缺乏加勁梁或抗風構，於1940年重建。世界上第一座不用鐵鏈而用鐵索建造的吊橋，是瑞士的弗里堡橋，建於1830～1834年、橋的跨徑為233米。這座橋用2000根鐵絲就地放線，懸在塔上，錨固於深18米的錨碇坑中。
1855年，美國建成尼亞加拉瀑布公路鐵路兩用橋。這座橋是採用鍛鐵索和加勁梁的吊橋，跨徑為250米。1869～1883年，美國建成紐約布魯克林吊橋，跨度為283+486+283米。這些橋的建造，提供了用加勁桁來減弱震動的經驗。此後，美國建造的長跨吊橋，均用加勁梁來增大剛度，如1937年建成的舊金山金門橋（主孔長為1280米，邊孔為344米，塔高為228米），以及同年建成的舊金山奧克蘭海灣橋（主孔長為704米，邊孔為354米，塔高為152米），都是採用加勁梁的吊橋。
1940年，美國建成的華盛頓州塔科瑪海峽橋，橋的主跨為853米，邊孔為335米，加勁梁高為2.74米，橋寬為11.9米。這座橋於同年11月7日，在風速僅為67.5公里/小時的情況下，中孔及邊孔便相繼被風吹垮。這一事件，促使人們研究空氣動力學同橋樑穩定性的關係。
鋼橋
美國密蘇里州聖路易市密西西比河的伊茲橋，建於1867～1874年，是早期建造的公路鐵路兩用無鉸鋼桁拱橋，跨徑為153+158+153米。這座橋架設時採用懸臂安裝的新工藝，拱肋從墩兩側懸出，由墩上臨時木排架的吊索拉住，逐節拼接，最後在跨中將兩半拱連線。基礎用氣壓沉箱下沉33米到岩石層。氣壓沉箱因沒有安全措施，發生119起嚴重沉箱病，14人死亡。19世紀末彈性拱理論已逐步完善，促進了20世紀20～30年代修建較大跨鋼拱橋，較著名的有：紐約的岳門橋，建成於1917年，跨徑305米；紐約貝永橋，建成於1931年，跨徑504米；澳大利亞悉尼港橋(見彩圖)，建成於1932年，跨徑503米。3座橋均為雙鉸鋼桁拱。 澳大利亞悉尼港橋，是公路、鐵路兩用橋
19世紀中期出現了根據力學設計的懸臂樑。英國人根據中國西藏木懸臂橋式，提出錨跨、懸臂和懸跨三部分的組合構想，並於1882～1890年在英國愛丁堡福斯河口建造了鐵路懸臂樑橋。這座橋共有6個懸臂，懸臂長為206米，懸跨長為107米，主跨長為519米（圖7）。 圖7 福斯懸臂樑橋示意圖 20世紀初期，懸臂樑橋曾風行一時，如1901～1909年美國建造的紐約昆斯堡橋，是一座中間錨跨為190米、懸臂為150和180米、無懸跨、由鉸聯結懸臂、主跨為300米和360米的懸臂樑橋。1900～1917年建造的加拿大 魁北克橋也是懸臂鋼橋。1933年建成的丹麥小海峽橋為五孔懸臂樑公路鐵路兩用橋，跨徑為137.50+165+200+165+137.5米。
1896年比利時工程師菲倫代爾發明了空腹桁架橋。比利時曾經造了幾座鉚接和電焊的空腹桁架橋。
鋼筋混凝土橋
1875～1877年，法國園藝家莫尼埃建造了一座人行鋼筋混凝土橋，跨徑16米，寬4米。1890年，德國不萊梅工業展覽會上展出了一座跨徑40米的人行鋼筋混凝土拱橋。1898年，修建了沙泰爾羅鋼筋混凝土拱橋。這座橋是三鉸拱，跨徑52米。圖8為三鉸拱、橋示意圖。
圖8 三鉸拱、橋示意圖 1905年，瑞士建成塔瓦納薩橋，跨徑51米，是一座箱形三鉸拱橋，矢高5.5米。1928年，英國在貝里克的羅亞爾特威德建成4孔鋼筋混凝土拱橋，最大跨徑為110米。1934年，瑞典建成跨徑為181米、矢高為26.2米的特拉貝里拱橋；1943年又建成跨徑為264米、矢高近40米的桑德拱橋（圖9）。
圖9 瑞典桑德拱橋示意圖
橋樑基礎施工，在18世紀開始套用井筒，英國在修威斯敏斯特拱橋時，木沉井浮運到橋址後，先用石料裝載將其下沉，而後修基礎及墩。1851年，英國在肯特郡的羅切斯特處修建梅德韋橋時，首次採用壓縮空氣沉箱。1855～1859年，在康沃爾郡的薩爾塔什修建羅亞爾艾伯特橋時，採用直徑11米的鍛鐵筒，在筒下設壓縮空氣沉箱。1867年，美國建造伊茲河橋，也用壓縮空氣沉箱修建基礎。壓縮空氣沉箱法施工，工人在壓縮空氣條件下工作，若工作時間長，或從壓縮氣箱中未經減壓室驟然出來，或減壓過快，易引起沉箱病。
1845年以後，蒸汽打樁機開始用於橋樑基礎施工。
現代橋樑
20世紀30年代，預應力混凝土和高強度鋼材相繼出現，材料塑性理論和極限理論的研究，橋樑振動的研究和空氣動力學的研究，以及土力學的研究等獲得了重大進展。從而，為節約橋樑建築材料，減輕橋重，預計基礎下沉深度和確定其承載力提供了科學的依據。現代橋樑按建橋材料可分為預應力鋼筋混凝土橋、鋼筋混凝土橋和鋼橋。
預應力鋼筋混凝土橋
1928年，法國弗雷西內工程師經過20年的研究，用高強鋼絲和混凝土製成預應力鋼筋混凝土。這種材料，克服了鋼筋混凝土易產生裂紋的缺點，使橋樑可以用懸臂安裝法、頂推法施工。隨著高強鋼絲和高強混凝土的不斷發展，預應力鋼筋混凝土橋的結構不斷改進，跨度不斷提高。
預應力鋼筋混凝土橋有簡支梁橋、連續梁橋、懸臂樑橋、拱橋、桁架橋、剛架橋、斜拉橋等橋型。簡支梁橋的跨徑多在50米以下。連續梁橋如1966年建成的法國奧萊隆橋，是一座預應力混凝土連續梁高架橋，共有26孔，每孔跨徑為79米。1982年建成的美國休斯敦船槽橋，是一座中跨229米的預應力混凝土連續梁高架橋，用平衡懸臂法施工。懸臂樑橋如1964年聯邦德國在柯布倫茨建成的本多夫橋，其主跨為209米；1976年建成的日本濱名橋，主跨240米；中國1980年完工的重慶長江橋，主跨174米（見彩圖）。
重慶長江橋，是公路預應力混凝土T型剛構橋 桁架橋如1960年建成的聯邦德國芒法爾河谷橋，跨徑為90+108+90米，是世界上第一座預應力混凝土桁架橋。1966年蘇聯建成一座預應力混凝土桁架式連續橋，跨徑為106+3×166+106米，用浮運法施工。剛架橋如1957年建成的法國土魯斯的聖米歇爾橋，是一座1～60米、5～65米的預應力混凝土剛架橋；1974年建成的法國博諾姆橋，主跨徑為186.25米，是最大跨徑預應力混凝土剛架橋（圖10）。 圖10
博諾姆橋示意圖 預應力鋼筋混凝土吊橋是將預應力梁中的預應力鋼絲索作為懸索，並同加勁梁構成自錨式體系，1963年建成的比利時根特的梅勒爾貝克橋和瑪麗亞凱克橋，主跨徑分別為56米和100米，就是預應力鋼筋混凝土吊橋。
斜拉橋如1962年建成委內瑞拉的馬拉開波湖橋。這座橋為5孔235米連續梁，由懸在 A形塔的預應力斜拉索將懸臂樑吊起。斜拉橋的梁是懸在索形成的多彈性支承上，能減少梁高，且能提高橋的抗風和抗扭轉震動性能，並可利用拉索安裝主梁，有利於跨越大河，因而套用廣泛。預應力混凝土斜拉橋如1971年利比亞建造的瓦迪庫夫橋，主跨徑282米；1978年美國建造的華盛頓州哥倫比亞河帕斯科-肯納威克橋，主跨299米；1977年法國建造的塞納河布羅東納橋，主跨320米。中國已建成十多座預應力混凝土斜拉橋，其中1982年建成的山東濟南黃河橋主跨為220米(見彩圖)。 濟南黃河公路橋，是連續預應力混凝土斜拉橋，於1982年建成通車
鋼筋混凝土橋
二次世界大戰以後，世界上修建了多座較大跨徑的鋼筋混凝土拱橋，如1963年通車的葡萄牙亞拉達拱橋，跨徑為270米，矢高50米；1964年完工的澳大利亞悉尼港的格萊茲維爾橋，跨徑305米。 中國1964年創造鋼筋混凝土雙曲拱橋。橋由拱肋和拱波組成，縱向和橫向均有曲度，橫向也用拱波形式（圖11）。 圖11 雙曲拱結構示意圖 拱肋和拱波分段預製，因此可用輕型吊裝設施安裝。這樣，在缺乏重型運輸工具和重型吊裝機具下，也可以修建較大跨徑拱橋。第一座試驗雙曲拱橋，建於中國江蘇無錫，跨徑為9米。此後，1972年建成湖南長沙湘江大橋，是一座16孔雙曲拱橋，大孔跨徑為60米，小孔跨徑為50米，總長1250米。
鋼筋混凝土桁架拱橋（圖12） 圖12 桁架拱橋示意圖 是拱和桁架組合而成的結構，其用料少，重量輕，施工簡易。
鋼橋
二次世界大戰後，隨著強度高、韌性好、抗疲勞和耐腐蝕性能好的鋼材的出現，以及用焊接平鋼板和用角鋼、板鋼材等加勁所形成輕而高強的正交異性板橋面的出現，高強度螺栓的套用等，鋼橋有很大發展。
鋼板梁和箱形鋼樑同混凝土相結合的橋型，以及把正交異性板橋面同箱形鋼樑相結合的橋型，在大、中跨徑的橋樑上廣泛運用。1951年聯邦德國建成的杜塞道夫至諾伊斯橋，是一座正交異性板橋面箱形梁，跨徑206米。1957年聯邦德國建成的杜塞道夫北橋，是座6孔72米鋼板梁結交梁橋。1957年南斯拉夫建成的貝爾格勒的薩瓦河橋，是一座鋼板梁橋，跨徑為75+261+75米，為倒U形梁。1973年法國建成的馬蒂格斜腿剛架橋，主跨為300米。1972年義大利建成的斯法拉沙橋，跨徑達376米，是世界上跨徑最大的鋼斜腿剛架橋。1966年美國完工的俄勒岡州阿斯托里亞橋，是一座連續鋼桁架橋，跨徑達376米。1966年日本建成的大門橋，是一座連續鋼桁架橋，跨徑達300米。1968年中國建成的南京長江橋，是一座公路鐵路兩用的連續鋼桁架橋，正橋為128+9×160+128米，全橋長6公里（見彩圖）。 南京長江橋，是中國規模最大的橋樑 1972年日本建成的大阪港的港大橋為懸臂樑鋼橋，橋長980米，由235米錨孔和162米懸臂、186米懸孔所組成。1964年美國建成的紐約維拉扎諾吊橋，主孔1298米，吊塔高210米。1966年英國建成的塞文吊橋，主孔985米。這座橋根據風洞試驗，首次採用梭形正交異性板箱形加勁梁，梁高只有3.05米。1980年英國完工的恆比爾吊橋，主跨為1410米，也用梭形正交異性板箱形加勁梁，梁高只有3米。
20世紀60年代以後，鋼斜拉橋發展起來。第一座鋼斜拉橋是瑞典建成的斯特倫松德海峽橋，建於1956年，跨徑為74.7+182.6+74.7米。這座橋的斜拉索在塔左右各兩根，由鋼筋混凝土板和焊接鋼板梁組合作為縱梁。
1959年聯邦德國建成的科隆鋼斜拉橋，主跨為334米；1971年英國建成的厄斯金鋼斜拉橋，主跨305米；1975年法國建成的聖納澤爾橋，主跨404米。這座橋的拉索採用密束布置，使節間長度減少，梁高減低，梁高僅3.38米。通過對鋼斜拉橋抗風抗震性能的改進，其跨徑正在逐漸增大。
鋼橋的基礎多用大直徑樁或薄壁井筒建造。
