63.1 Introduction
63.1.1 Historical Evolution
With a recorded history of about 5000 years, China has a vast territory, topographically higher in the northwest and lower in the southeast. Networked with rivers, China has the well-known valleys of the Yangtze River, the Yellow River, and the Pearl River, which are the cradle of the Chinese nation and culture. Throughout history, the Chinese nation erected thousands of bridges, which form an important part of Chinese culture.
Ancient Chinese bridges are universally acknowledged and have enjoyed high prestige in world bridge history. They can be classified into four categories: beam, arch, cable suspension, and pontoon Bridges.
The earliest reference to the beam bridge in Chinese history is the Ju Bridge dating from the Shang Dynasty (16th to 11th centuryB.C.). During the Song Dynasty (A.D. 960 to 1279), a large number of stone pier and stone-beam bridges were constructed. In Quanzhou alone, as recorded in ancient books, 110 bridges were erected during the two centuries, including 10 well-known ones.
For example, the 362-span Anping Bridge was known for its length of 2223 m, a national record for over 700 years. To elongate the span, either the timber beams or the stone ones were placed horizontally on top of each other, the upper layer cantilevering over the lower one, thus supporting the simple beam in the middle. The extant single-span timber cantilever bridge, the Yinping Bridge built in Qing Dynasty (A.D. 1644 to 1911) has a span of more than 60 m with a covered housing on it.
The oldest arch bridge in China, which still survives and is well preserved, is the Anji Bridge, also known as the Zhaozhou Bridge, at Zhouxian, Hebei Province, built in the Sui Dynasty (Figure 63.1). It is a single segmental stone arch, composed of 28 individual arches bonded transversely, 37.02 m，in span and rising 7.23 m above the chord line. Narrower in the upper part and wider in the lower, the bridge averages 9 m in width. The main arch ring is 1.03 m thick with protective arch stones on it. Each of its spandrels is perforated by two small arches, 3.8 and 2.85 m in clear span, respectively,so that flood can be drained and the bridge weight is lightened as well. The Anji Bridge has a segmental deck and the parapets are engraved with dragons and other animals. Its construction started in the 15th year of the reign of Kaithuang (A.D. 595) and was completed in the first year of Dayrsquo;s reign (A.D. 605) of the Sui Dynasty. To date, it has survived for 1393 years. The bridge, exquisite in workmanship, unique in structure, well proportioned and graceful in shape, with its meticulous yet lively engraving, has been regarded as one of the greatest achievements in China. Great attention has been paid to its preservation through successive dynasties. In 1991, the Anji Bridge was named among the world cultural relics.
Stone arches in China vary in accordance with different land transport and different natures between the north and south waterways. In the north, what prevails is the flat-deck bridge with solid spandrels, thick piers, and arch rings, whereas in the south crisscrossed with rivers, the humpshaped bridge with thin piers and shell arches prevails.
In the southeastern part of China, Jiangsu and Zhejiang Provinces, networked with navigable rivers, boats were the main means of transportation. As bridges were to be built over tidal waters and their foundations laid in soft soil, even the stone arch bridge had to be built with thin piers and shell arches in order that its weight could be reduced as much as possible. The thinnest arch
ring is merely1frasl;₆₇of the span, whereas for an average the depth of the arch ring is 1frasl;₂₀of the span.The longest surviving combined multispan bridge with shell arches and thin piers is the Baodai Bridge (Figure 63.2) in Suzhou, Jiangsu Province. Built in the Tang Dynasty (A.D. 618 to 907) and having undergone a series of renovations in successive dynasties, the bridge is now 316.8 m long,4.1 m wide, with 53 spans in all, the three central arches being higher than the rest for boats to pass through. Both ends of the bridge are ornamented with lions or pavilions and towers, all of stone.
Cable suspension bridges vary in kind according to the material of which the cables are made:rattan, bamboo, leather, and iron chain. According to historical records, 285B.C. saw the Zha Bridge (bamboo cable bridge). Li Bin of the Qin State, who guarded Shu (256 to 251B.C.), superintended the establishment of seven bridges in Gaizhou (now Chengdu, Sichuan Province), one of which was built of bamboo cables. The Jihong Bridge at Yongping County, Yunnan Province, is the oldest and broadest bridge with the mostly iron chains in China today. Spanning the Lanchang River, it is 113.4m long, 4.1 m wide, and 57.3 m in clear span. There are 16 bottom chains and a handrail chain on each side. The bridge is situated on the ancient road leading to India and Burma.
The Luding Iron-Chain Bridge (Figure 63.3) in Sichuan Province, the most exquisite of the extant bridges of the same type, spans the Dadu River and has served as an important link between Sichuan Province and Tibet. It is 104 m in clear span, 2.8 m in width, with boards laid on the bottom chains.There are nine bottom chains, each about 128 m long, and 2 handrail chains on each side. On each
bank, there is a stone abutment, whose deadweight balances the pulling force of the iron chains. Its erection began in 1705 and was completed in the following year.
According to historical records, a great number of pontoon bridges were built at nine and five different places over the Yangtze and the Yellow Rivers, respectively, in ancient times. In 1989
unearthed in Yongji, Shanxi Province, were four iron oxen, weighing over 10 tons each, and four life-size iron men, all with lively charm, exquisi
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63.1绪论
63.1.1历史演变
大约有5000年的历史记录，中国地域辽阔，西北地区地形较高，而东南地区较低。各个地区通过河流来连接，中国著名的长江流域、黄河流域、珠江流域是中华民族和文化的发源地。纵观历史，中华民族建造了成千上万的桥梁，形成了中国文化的一个重要组成部分。
中国古代桥梁是举世公认的，在世界桥梁史上享有崇高声望。他们可以分为四类：梁桥、拱桥、悬索桥、,浮桥。
中国历史上记载的最早的梁桥是商朝(约公元前16世纪到公元前11世纪)的驹桥。宋代(公元960 - 1279)时期，建造了大量的块石墩和石梁桥。仅仅在泉州，古籍中记载，在两个世纪中建造了110座桥梁，包括10名知名的桥梁。例如，362跨的安平桥以其2223米的长度而知名，并且保持了700多年的全国性的记录。为了增大桥梁跨度，用木梁或者石梁水平放置并叠加，上层从下层悬挑出去，因此，最后支承中间的简支梁。现存的单跨木悬臂桥——银平桥，建于清朝(公元1644 - 1911)，其跨度超过60米并在其上建有房屋。
中国最古老的仍然幸存并保存完好的拱桥是安济桥，也被称为赵州桥,在河北省赵县，建于隋朝(图63.1)。它是单孔石拱桥，28道各自独立的拱圈沿宽度方向并列组合而成，跨径37.02米，起拱高度7.23米。每个拱圈上窄下宽，整个桥梁平均9米宽。主拱圈1.03米厚，并在其上有护拱石。每个拱肩被分成两个小拱，净跨分别为3.8和2.85 m，泄洪能力增大，桥的重量也减轻了。安济桥石板和护栏上刻有龙和其他动物。其建设始于隋朝开皇的15年(公元595年)完成于大业第一年(公元605年)。到目前为止，它已经存在了1393年。这座桥，以精湛的工艺、独特的结构、比例和优美的外形、细致生动的雕刻，被认为是中国最伟大的成就之一。历朝历代都很注重对它的保护。1991年，安吉桥被评为世界文化遗产。
石拱桥在中国由于不同的陆地运输方式和南北之间的水道中不同的自然环境而有所不同。在北方，盛行的是实腹拱、厚墩、厚拱圈式的平板桥，而在南方河流交错，驼峰桥、薄壁墩和薄壳拱桥盛行。
在中国的东南部、江浙两省，通过可通航的河流联络，船是主要的交通工具。因此，桥梁建在潮汐水域基础建于软土地基上，尽管石拱桥不得不建成薄壁墩或者薄壳拱桥，以便它的重量可以尽可能减少。最薄的拱圈几乎是1/6跨度,而平均拱圈的厚度是跨度的1/2。存在时间最长的多跨薄拱圈和薄壁墩拱桥是宝带桥(图63.2)，在江苏苏州。建于唐代(公元618 - 907)，并在历代经历了一系列的改造，桥长316.8米，宽4.1米，共53跨，三个中央拱门高于支托，以便船只通过。桥的两端所有的石头都用狮子或楼阁、塔装饰。
悬索桥根据其所建成使用的藤、竹、皮革和铁链等不同材料分为不同的类型。据史料记载，公元前285年用锯子制成了查桥(竹索桥)。秦朝时掌管蜀国(公元前256 - 251)的李斌，在盖州(现在成都,四川省)监管了七座桥的建造，其中一座是用竹子建造的悬索桥。在云南省永平县的大部分用铁链建造而成的霁虹桥是中国当代最古老、最宽的悬索桥。该桥横跨澜昌河，长113.4m，宽4.1m，净跨57.3m。每边有16个底链和扶手链。这座桥位于通往印度和缅甸的古道上。
现存的最精致的相同类型的位于四川的泸定铁链桥(图63.3)，横跨大渡河并作为四川省和西藏自治区之间的重要联系通道。其净跨104m，宽2.8m，底部用木板连接。有九个底链，每个长约128米，每侧有两根扶手链。在两边的浅滩设有石桥台，通过它的自重以平衡铁链的拉力。该桥始建始于1705年，在第二年完工。
根据历史记录，在古代，大量的水上桥梁分别建造在长江上的9处和黄河上的5处。1989年在山西永济出土唐朝时期的每个重达10吨的四个铁牛和四个
真人大小的铁男，每个都栩栩如生、活泼有魅力且很精致。他们是用于锚固光明浮桥东岸的铁链。
中国古代的各种结构、精湛的工艺和合理的细节的桥梁是实践经验的结果。现代的计算和分析手段证明绝大多数是符合科学原则。中国古代桥梁有伟大的艺术和科学价值并取得了令人瞩目的成就，我们可以吸收丰富的经验用于建造新一代的未来桥梁。
20世纪50年代，许多桥梁由外国人投资、设计和建造。大多数公路桥梁是由木头建造的。20世纪50年代后，中国桥梁建设进入了一个新的时代。1956年，建造了第一座预应力混凝土公路桥梁。一年之后，武汉长江大桥建成，结束了长江之上没有桥梁的历史。南京长江大桥于1969年建成。在20世纪60年代，中国开始采用悬臂施工技术建造T型刚构桥。在20世纪70年代，更多的预应力混凝土连续桥梁建造完成。中国也开始实行新施工技术如顶升施工方法，移动式大模板施工方法，装配式施工方法等等。两座钢筋混凝土斜拉桥建于1975年，标志着中国开始了斜拉桥施工。自1980年以来，中国开始发展大跨度桥梁。一个接一个地，许多大跨度桥梁如在广东省的虎门大桥（预应力混凝土连续刚构）主跨为270m、四川省万县长江大桥(钢筋混凝土拱桥)主跨420m，上海市杨浦大桥(斜拉桥)主跨602m等已经完成。江阴长江大桥(暂停)主跨1385m，目前正在建设中。
上面提到的前两个桥梁的跨度是世界上最长的。如今，中国交通部正在计划建造五个大规模的沿海主要高级公路跨海项目。从南到北，道路主要跨越渤海海峡、长江港口、杭州湾、明珠海港、伶仃洋、琼州海峡。在这些项目中，大量的大跨度桥梁需要建造。伶仃洋大跨度桥梁工程在明珠海港已经开始。
63.1.2桥梁设计技术
63.1.2.1设计规范和标准
在中国有两种系列的桥梁设计规范和标准。一个是公路桥梁，另一个用于铁路桥梁。此外，有设计指南诸如桥梁抗风指南等。公路桥梁设计规范主要是用于在中国广泛建造混凝土桥梁。由于篇幅限制，这里只介绍这些规范。
现行公路桥梁设计规范[3]，是中华人民共和国交通部在1989年颁发的，包括6个部分。它们为桥梁设计规范、圬工桥设计规范、钢筋和预应力混凝土桥梁设计规范、桥梁地基和基础设计规范、钢桥与木桥设计规范和桥梁的抗震设计规范，设计原理和载荷载载桥梁通用设计规范中提供。
设计通用规范中提供了两个设计原理：负载和阻力系数设计(RFD)理论，分别用于钢筋预应力混凝土和钢铁和木材的容许应力设计(ASD)理论。
所有桥梁构件检查的三个基本要求：强度、刚度和耐久性。桥梁构件可能受到弯曲、轴向拉力或压缩，弯曲和轴力等应按照其受力状态加载进行检查。为了确保其强度要求，桥梁的刚度评估根据位移在中跨或悬臂端范围内进行。结构的耐久性通过检查和测量裂缝的宽度得到保证。
63.1.2.2 分析理论和方法
就桥梁的维修而言，分析桥梁结构是基于线性弹性的假设理论和材料力学。根据设计要求，桥梁构件的内力包络曲线和位移可以计算出来。然后，按照设计规范仔细地检查强度、刚度和耐久性。简单的结构，通常简化为平面结构，但它们也可以通过三维有限元精确地分析。
例如，简支梁桥梁通常以下列方式简化。根据截面形状和施工方法，桥梁可以分成几个纵向基本构件如T梁或空心板梁或箱梁。构件自重引起的内力计算是假设每一个基本单元受力相同。考虑活荷载影响，将空间结构内力和位移近似简化为两个单变的曲线，一个是基本构件的内力和位移影响线，另一个是横向载荷分布的影响线。
为了证明近似方法的可行性和可靠性，大量的试验和理论研究已经进行。几种方法确定横向载荷分布影响线对不同结构和施工方法已经开发[5]。在当前的实践中，横向铰接板(梁)方法，刚接梁方法、刚性横梁法和杠杆原理法根据结构和施工方法适用于不同的情况。他们可能满足大量的桥梁的不同设计要求。这些简化分析方法通过计算机程序已经变得非常容易。
然而，一些桥梁，如倾斜、弯曲等不规则桥梁和组合桥梁，不能分为若干纵向梁，主要是还有垂直平面结构，他们不适合上述简化分析方法。对于那些复杂的空间结构，内力和位移的影响面根据静态有限元方法分析得到，使用动态分析程序得到活载产生的最大内力和位移影响线。
63.1.2.3大跨度桥梁的理论和方法
大跨度桥梁通常是造价高、结构性质灵活。针对经济和功能需求、结构优化的问题，非线性分析、稳定分析、和桥梁施工控制对大跨径桥梁尤为重要。中国桥梁专家参与中国的大跨度桥梁的研究和设计提出了许多理论和方法来解决上述问题。关于大跨度桥梁的非线性分析，他们开发了一个分析活荷载的几何非线性分析方法的影响区域分析方式，对施工控制的非线性调整计算方法和非线性施工仿真计算方法。利用有限位移理论，开发了一个考虑恒载、活载、和建设阶段及方法的三维非线性分析系统。桁架、框架、拱桥的稳定问题已广泛研究。稳定性分析方法是针对大跨度桥梁风荷载影响的。优化理论和技术已经成功地应用于各种桥梁。这些方法的精度和效率已得到实际应用验证。
63.1.2.4桥梁CAD技术
自1970年末以来，在中国的桥梁设计实践中，计算机技术被广泛用于结构分析，许多用于桥梁设计的结构分析程序被开发出来。专注于桥梁设计的特殊功能，例如，桥梁综合程序提供了施工阶段转移的能力、混凝土收缩徐变分析、预应力计算，等等。在某种程度上，中国从1970年代末到1980年代初这个程序计算技术在公路桥梁设计领域的普遍采用反映了这个计算机程序的应用现状。
自1980年代以来，计算机图形学设备的普及，如滚动绘图仪、数字化仪，带来了计算应用程序结构分析辅助设计，包括结构分析和细节起草。随着高速公路体系的发展，标准化的简支桥梁遍布中国。基于微机平台，许多研究人员和工程师开始结合结构分析和细节开发自动化CAD绘图系统。中国公路计算机应用协会的成员合作开发的, “自动中、小跨径桥微机CAD系统”，例如，有能力完成所有进程的简支T形梁和板桥梁设计。借助这个系统，只需要一些基本的信息输入，电脑会在很短的时间内自动产生一组设计文档包括规格和图纸。与传统的方式相比设计效率要好。许多设计机构和公司使用这个系统来设计中小跨径桥梁。
在全方面的熟悉JT-HBCADS和许多新支持软件的开发技术基础上，综合桥梁CAD系统的发展理念(BICADS)已经成熟，在这一思想的指导下新一代BICADS成功开发。以Windows NT操作系统为平台,系统架构设计BICADS系统完全采用了内核的数据库访问技术，以避免传统文件系统维护和升级的困难造成的固有的和不可避免的弱点。BICADS系统的第一个版本包括五个子系统：包括设计文档、桥梁有限元的预处理，桥梁有限元内核，桥梁有限元后处理，箱梁桥梁的初步设计。采用良好的集成和扩展机制的主要系统可以包括其他常用桥梁详细设计的几个子系统。此外，一些桥梁智能CAD技术研究领域的基本问题和桥梁专家系统的开发工具和图形处理能力已经取得了相当大的保障。预计，由于计算机技术的迅速发展，到本世纪末，中国的新一代桥梁CAD技术应用和研究被打开了。
63.1.5桥施工技术
63.1.5.1建筑材料
根据中国的桥梁设计规范，混凝土的最大强度是60 Mpa；预应力筋包括冷拔钢筋、高强钢丝、和高强钢绞线。最大强度从750Mpa到1860Mpa；普通钢筋主要有A3钢，16Mn钢等；钢板是由A3或16Mn或15 mnvn等等制成。在通常设计中，用于预应力混凝土桥梁时混凝土强度应高于40 Mpa；预张板梁的预应力筋用冷拔的强度是750 Mpa的45 SiMnV钢筋或者强度为1860 Mpa的钢绞线，高拉伸强度和低松弛的钢绞线广泛应用于后张混凝土桥梁。现在高架桥通常是较低的高强混凝土梁，因此，混凝土强度经常采用大于50 Mpa的。混凝土强度的超过60 Mpa、抗拉钢丝和钢绞线将用于未来的桥梁。
63.1.5.2预应力技术
预应力技术包括内部和外部预应力，在中国已经使用了大约40年。不仅是完全和部分预应力桥梁建设迅速，而且预弯预应力大梁和双层预应力梁用于高架桥和分离式结构。高的抗拉强度和低松弛钢绞线、可靠的锚具，比如OVM系统，和大吨位千斤顶已广泛应用于许多桥梁包括连续梁桥梁、T构桥、斜拉桥和悬索桥。预应力混凝土结构的设计和施工在中国已经是是很平常的过程。外部施加预应力,包括无粘结预应力已经使用于新建桥梁和旧桥加固。现在，中国桥梁一些外部预应力大跨度组合正在建设中。
63.1.5.3预制混凝土和钢梁的技术
在中国大多数简支梁桥梁都是采用预制方法，通常采用工厂生产。当跨度小于22米，先张法、预应力空心板梁通常是最好的选择，以及高强度、低松弛钢绞线作为预应力钢筋。当跨度大于25米时，后张法施工的钢绞线布置成曲线的T梁可能被使用。在一些桥梁的施工中和城市高架桥的预制场，蒸汽养护通常用于提高混凝土早期强度及提高工作效率。通常情况下。为了便于运输和安装，一个预制梁的自重限制在低于约1200 kN，长度小于50米。
节段式拼装桥梁通常采用悬臂浇注施工或其他施工方法；然而，只有小部分节段式拼装桥梁采用悬臂施工。我们通常现场浇筑是因为节段接缝处预应力钢绞线生锈可能减少桥梁的使用寿命。后张法施工的桥梁还没有广泛采用高防腐外部预应力钢筋束或钢索。
在中国，铆接技术已经被焊接和高强度螺栓技术完全代替。在城市高架桥、独立结构、斜拉桥中完整的焊接箱和复合梁已经使用；在造船中采用的技术，如电脑布局和精密切割也被引进。
63.1.5.4悬索制造技术
大约10到20年前，中国始终在建筑工地上制造斜拉索，由内径5mm或内径7mm的平行镀锌钢线制作而成，用水泥灌浆PE套管或腐蚀涂料和三层的玻璃纤维环氧树脂涂层作为保护层。在过去十年大量的斜拉桥已建成，悬索制造技术迅速发展。1988年，随着上海南浦大桥的施工，第一家机械生产直丝螺旋平行钢丝悬索和热挤压PE管或PE、PU鞘的公司成立。从那时起，斜拉锁的质量大大改善，尤其在抗腐蚀性能上。现在斜拉锁的最大工作压力超过10000 kN，高质量的锚具也被开发出来了。近年来，工厂生产的平行钢绞线斜拉锁和最大张拉力超过10000 k，经常用于斜拉桥。
与此同时，在中国的圣托和虎门大桥的主缆成功(
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