跨越江河湖海，承托公路铁路——桥梁，在我们的生活中扮演着重要角色。建造一座桥，从工程可行性研究到施工图设计，少则三五年，多则十几年，其背后凝结着无数桥人的心血。然而，习惯了使用各种桥梁的人们，却鲜少知道桥梁设计建造中的秘密。桥梁有哪些不同的桥型？桥梁的跨度由哪些因素决定？桥梁涡振是正常现象吗？近日，《科技周刊》记者采访两位桥梁设计专家：沪苏通大桥设计负责人张燕飞、河海大学土木与交通学院教授袁爱民，为您揭开其中奥妙。

桥梁形态各异

设计需“因地制宜”

桥梁设计的重点在于确定桥梁跨度布置和桥型方案，选择合适的材料、装备、施工技术，每座桥梁建设条件不一样，碰到问题及设计难点也不一样。两个桥墩之间的距离通常称为桥梁跨度，它主要根据跨越障碍物（水道、公路、峡谷等）的需要确定。中铁大桥勘测设计院第二设计院副院长、沪苏通长江公铁大桥设计项目负责人张燕飞告诉周刊记者，对于长江上的桥梁，桥梁跨度主要由通航、防洪要求决定。他以沪苏通长江公铁大桥举例，“它的桥址临近长江出海口，航运十分繁忙，通航等级高，船舶吨位大，船舶密度高，是我国航运黄金水道。为保障通航安全和长江黄金水道的航运发展，主通航孔的通航净宽不应小于900米；考虑桥墩附近的紊流宽度，并加上桥墩防撞设施以及桥梁基础本身的宽度，经过精确计算，我们最终确定其主跨为1092米。”

张燕飞表示，对于主跨超过千米的桥梁，设计上要尤其注意，桥梁既要满足大桥的承载能力和正常使用功能，同时也要充分考虑大桥的抗风、抗震安全，重视大跨柔性桥梁的非线性影响和稳定性安全，设计要合理选择大跨桥梁的结构、材料、施工装备与施工方案。

从世界现存最早、保存最完整的古代单孔敞肩石拱桥——赵州桥，到世界最长跨海大桥——港珠澳大桥，各式桥梁形态各异。“选择最合适的桥梁结构形式，从而实现跨越，是桥梁结构工程中的难点所在。一般来说，桥梁类型主要有梁式桥、拱桥、刚构桥、斜拉桥和悬索桥等几种桥型，不同款式有不同的特点和优势。”河海大学土木与交通学院桥梁工程研究所教授袁爱民一一进行解说：梁式桥一般用于中、小跨度桥梁，结构简单，施工方便；拱桥一般用于跨度500m以内的桥梁，与其他同跨度桥梁相比，弯矩、剪力、变形较小；刚构桥受力状态介于梁桥和拱桥之间，适用于跨度300米以下桥梁；斜拉桥的受力特点是主塔承受轴力和弯矩，主梁承受弯矩和轴力，斜拉索受拉，由于斜拉索的弹性支承主梁弯矩较小，结构刚度较大，塔柱、主梁、斜拉索的相互配合提高了斜拉桥的跨越能力，因此它适用于跨度400米～1500米之间的桥梁；悬索桥的特点是主缆和吊索受拉，塔柱受压，主梁受弯，锚碇抵抗主缆的水平力，刚度较小，属柔性结构，因此在跨度800米～1500米之间的桥型中具有竞争力，而在跨度1500米以上的桥型中则是一枝独秀。

公铁两用

人在通行时会感到不适吗

一座大桥，公路、铁路共用。沪苏通长江公铁大桥正是这样一座公铁两用斜拉桥。为什么会选择这种桥形？对此，张燕飞解释，沪苏通长江公铁大桥主跨1092m，这种跨度的桥型只适用于斜拉桥或者悬索桥。由于桥址江面宽阔，为了保障长江河道河势稳定，江中不能设置锚碇，因此无法采用悬索桥。而斜拉桥是自平衡体系，不需设置锚碇，因此采用斜拉桥桥型比较合适。“沪苏通长江公铁大桥身兼国家干线铁路、城际铁路、高速公路‘三位一体’功能，充分利用了非常稀缺的过江通道资源。”张燕飞说，在一个通道内实现多种交通功能，对于岸线资源宝贵、沿江经济发达的江苏地区，可实现通道资源的集约化利用；另外，对跨江桥梁来说，多功能合建桥梁要比分开来单独建设多座桥梁节省大量工程投资。

前不久，国内多座桥梁发生异常震动，引起社会关注。为何会出现异常震动？这是正常现象吗？答案是：作为一种人工建筑，桥梁和高楼、电塔等建筑物一样，在汽车、火车、人群、风、地震作用下都会产生位移和振动，这是结构的自然反应。“风荷载作用桥梁断面后，绕流在桥梁断面上形成涡旋，并交替脱落引起振动，这也就是我们所说的‘桥梁涡振’。”袁爱民告诉记者，每座桥在风荷载作用下都会不同程度地产生这种现象。当涡旋脱落引起的振动大于规范限值或人体感知范围（因人而异)时，桥梁振动就会引起舒适度问题，长期大幅振动则会引起疲劳问题。

而沪苏通长江公铁大桥是否会出现这种情况呢？张燕飞表示，大桥为斜拉桥结构，主梁采用钢桁梁，具有刚度大、结构自重大、结构阻尼比较大、桁梁结构对气流扰动大不易形成大旋涡等特点。经过专门的抗风分析与风洞模型试验，沪苏通长江公铁大桥不致发生由于涡激振动影响桥梁的安全、人体舒适度及行车安全性的问题。

突破创新

期待更多杰出桥梁工程

“我国是桥梁大国，近年来修建了很多世界跨径的桥梁。”袁爱民举例说，卢浦大桥是世界上跨度最大的钢箱拱桥，沪苏通长江公铁大桥是世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥，广西平南三桥是世界上跨度最大的钢管拱桥。

这些年来，中国建桥人不断刷新世界桥梁记录，无论是新理论、新结构、新材料的研发应用，还是新装备的制造，中国桥梁建设相较以往有较大突破。拥有世界首条海底深埋沉管隧道的港珠澳大桥，在其岛隧工程建设中，隧道沉降平均6厘米左右、对接合龙精度2.6毫米、6公里沉管滴水不漏，为世界提供了“中国标准”；沪苏通长江公铁大桥发展了大跨度铁路桥梁的设计理论，采用三索面三主桁新结构，研发具有世界最高强度的2000兆帕平行钢丝斜拉索、优良韧性与焊接性能的Q500qE高强度新型钢材、研制世界上起吊重量最大的1800t步履式架梁吊机等，均达到国际领先水平。

随着21世纪我国大型跨江、跨海桥梁的成功建设，我国桥梁建设水平已走在世界前列。然而，桥梁建设只有逗号，没有句号，正如中国工程院院士、桥梁设计专家林元培曾说：“我国是发展中的国家，有长江、黄河，有辽阔的海疆，有大量工程机遇，为桥梁工程师提供了施展才华的平台。桥梁工程师应不断创新，建成更多的杰出桥梁工程，引领我国走向桥梁强国。”长期致力于建筑结构工程领域科研的周绪红院士表示，我们必须继续研究桥梁建设特点，创新体制机制，从根本上提高桥梁建设的创新发展能力。记者 谢诗涵 蒋廷玉