桥梁发展概述及展望分析介绍

崔凤坤，虎洁琼

（长安大学公路学院，陕西西安 710064）

作者简介：崔凤坤（1990－），男，长安大学公路学院硕士研究生，桥梁与隧道专业。

虎洁琼（1992－），女，长安大学公路学院硕士研究生，建筑与土木工程专业。

摘 要：桥梁是现代交通线路中关键的组成部分，在促进国民经济的发展、加强全国各族人民的团结、促进各地文化交流和巩固国防等方面，发挥着极其重要的作用。桥梁的发展史是土木工程的发展史，同时也是人类文明的发展史。文章主要介绍了桥梁工程的发展历程、推动因素及社会影响等内容，对现代桥梁工程师的培养进行了一些探讨，并展望了未来桥梁的发展方向。

关键词：桥梁发展；推动因素；影响；人才培养；展望

Abstract：bridge is an important part of modern transportation，which play a significant role in many aspects，such as develo－ping national economy，strengthen the unity of Chinese people，and consolidating national defense．Bridge history is the his－tory of civil engineering，at the same time it is also the history of human civilization．This article mainly introduces the devel－opment of bridge engineering，driving factor，social influence and so on，discusses the cultivation of the modern bridge engi－neers，and prospects the development direction of future bridge．

Key words：Bridge development；Driving factors；Influence；Cultivation of talents；Prospect

1 引 言

“一桥飞架南北，天堑变通途。”毛主席关于武汉长江大桥的描写，既展现了桥梁的磅礴气势，又突出了其重要的交通运输功用。在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为了跨越各种障碍（如江河、沟谷或其他线路等），必须建设各种类型的桥梁及涵洞［1］。因此桥涵是交通线中重要组成部分，而且往往是保证全线早日通车的关键。

2 桥梁发展历史回顾

桥梁的发展与人类历史、文明的演进是分不开的。在人类文明发展的早期，受环境、生产工具等因素的制约，桥梁的形式主要以木桥和石桥为主。据史料记载，在公元前2000多年前，巴比伦王国曾在幼发拉底河上建造了石墩木梁桥，木梁可以在晚上撤除，以防备敌人的偷袭；中国作为四大文明古国之一，在古代桥梁发展史上也留下了浓重的一笔，春秋时晋国公平年间（公元前556～前532年）曾在汾水上建造了木梁木柱式桥。近代桥梁的发展开始于工业革命，随着钢铁、混凝土等材料的出现，人们开始修建钢桥、钢筋混凝土桥梁［2－3］等。1945年随着第二次世界大战的结束，以计算机应用和IT技术为特点的现代桥梁工程开始发展，而基础理论的研究以及高强材料的出现为桥梁发展注入了新的活力，斜拉桥、悬索桥等新的结构形式的发展推动着人们向建造更大跨度、更加安全桥梁的目标不断前行。桥梁的发展史是土木工程的发展史，同时也是人类文明的发展史。

3 桥梁发展社会历史背景分析

3．1 桥梁发展的社会需求

在原始社会，生存、温饱是人们的根本需求，而当人类进入文明社会后，人们不再满足于被限制在一个有限的活动区域内，对交通的需求推动人类去征服大江、深谷和海峡，通过建造各种各样的桥梁把世界各地的人们紧紧的联系在一起。

3．2 桥梁发展的直接推动因素

桥梁工程发展的内在动力是人类的需求，推动其发展的直接因素是多种多样的。

3．2．1 运输工具的不断发展

桥梁是线路的重要组成部分。在历史上，运输工具的不断变化是桥梁工程技术发展重要动力。古代，桥梁上的载重主要以人畜、马车为主，桥梁的材料、形式相对单一。随着工业革命的进行，火车、汽车等新的交通工具的出现，作用在桥梁上的荷载也不断加大，对桥梁工程的载重能力等方面提出了新的要求，这大大地推动了桥梁工程新技术的发展。

3．2．2 新材料的出现与发展

桥梁的重大变革与材料的发展也息息相关。在19世纪20年代以前，造桥所用的材料主要以石材和木材为主，铸铁和锻铁只是偶尔采用，因此当时的桥梁主要以圬工桥梁为主，中国的赵州桥便是其中的杰出代表。钢材及混凝土材料的出现，使钢桥及钢筋混凝土桥桥梁步入了人们的生活。20世纪70年代后期，出现的以碳纤维为代表的新型复合材料，具有高强度、高耐久性、高稳定性等特性，这些材料的应用能有效增强桥梁的强度，减轻桥梁自重，促使桥梁向大跨度、轻质方向发展。

3．2．3 桥梁工程基础理论及相关学科的发展

桥梁工程的发展是建立在基础理论发展的基础上的。1660—1765年是“理论奠基时期”，其中有三大标志性成果：1638年意大利科学家伽利略出版的著作《关于两门新科学说话和数学证明》中阐述了材料的强度和力学特性等概念；1660年英国科学家虎克建立了材料的应力和应变关系的虎克定律；1687年英国科学家牛顿发现的力学三大定律奠定了近代土木工程最重要的理论基础。正是这些基础理论的不断提出与发展，让我们开始理性地认识、设计桥梁，摆脱了古代人们只能依靠生产经验建造桥梁的困境。

进入18世纪后，为现代桥梁工程师所熟知的结构力学开始萌芽，在无数学者的共同努力下发展成为一门系统的学科。《应用力学》的出版使力学体系更加完善，推动了桥梁工程体系的进一步发展。19世纪中期，人类发明了钢材的制作工艺，静定结构的内力分析方法和主要用于钢结构计算的容许应力法逐渐被桥梁工程师们掌握。运用现代结构理论建造桥梁开始进入人们的视野。

20世纪初，奥地利工程师米兰提出了悬索桥挠度理论［4］；1912年，移居纽约的立陶宛工程师莫西夫第一次用挠度理论设计了曼哈顿桥获得成功。这在桥梁工程的发展史上具有极其重要的意义，人们向着建造更大跨径、更轻桥梁的目标又迈出了坚实的一步。

3．2．4 计算机的推动作用

20世纪中叶时，第二次世界大战结束，各国经济迎来恢复发展时期，大量被破坏的交通设施需要修复。在计算机出现后，结构计算理论与方法的飞跃使工程师们爆发出巨大的创造力，一些早期构思的、属于复杂的高度超静定的结构形式获得了新的生命力，人们开始进入了以计算机和信息技术为标志的现代土木工程新时期。

桥梁跨径的增大、结构体系的复杂化，使桥梁计算的工程量越来越巨大，而计算机把人们从繁杂的计算中解放出来，在结构分析和套图出图方面具有了更多的可能性。西方发达国家于20世纪50年代陆续开始制定高速公路建设和城市化的计划，Ansys、Abaqus等有限元分析软件的开发、运用极大地推动了现代桥梁工程的进步和发展。其中预应力技术及相关的施工工艺、斜拉桥的复兴以及流线形扁平钢箱梁悬索桥的出现是现代桥梁工程的三项最重要的标志性成就，它们分别由法国、德国和英国的著名桥梁工程师所创造和发明。现代桥梁的标志性成就跟计算机的迅速发展是分不开的。

4 桥梁发展对经济、社会和环境的影响

通过现代桥梁的发展史可以看到，桥梁工程对人类社会经济、社会和环境的发展起着重要的作用。建立四通八达的交通网络，大力发展现代化交通运输事业，对于国民经济的发展，全国各族人民的团结和国防事业的巩固等方面，都具有非常重要的作用。

现代高速公路上蜿蜒盘旋的高架桥、立交桥，上千米的海湾大桥，新发展起来的轻轨运输高架桥等，犹如天边的一道道“彩虹”，将世界装扮得分外美丽，纵观世界各地的大都市，常以雄伟壮观的桥梁作为城市的标志性建筑。

桥梁工程直接促进了各地经济、政治和文化等的发展，然而在桥梁建设过程中，消耗了大量的自然和社会资源，并在地基的开挖、墩台基础的灌注等一系列直接或间接的活动中，破坏了生态环境，破坏了动植物的栖息生存条件，加剧了生态系统的退化。

5 桥梁人才的培养

5．1 桥梁工程师的任务与使命

随着经济社会的发展，人们生活水平的提高， 21世纪的桥梁工程师肩负着更加艰巨的任务与使命。

（1）桥梁工程师不仅是项目的规划者、设计者和建造者，还应当是全寿命的经营者和维护者；

（2）桥梁工程师应当具有可持续发展的理念，成为自然环境的保护者和节约资源的倡导者；

（3）桥梁工程师应当成为人们免受重大自然灾害、突发事件、工程事故和其他社会风险的守护者；

（4）桥梁工程师还应当具有良好团队合作精神和高尚的职业道德，成为抵制各种贪污腐败现象的模范执行者。

由此可见，现代桥梁工程师肩负着创造可持续发展世界和提高全球生活质量的神圣使命。

5．2 桥梁工程师的素质

培养优秀桥梁工程师必须加强桥梁工程师的素质培养，当代桥梁工程师的素质主要体现在三个方面，专业知识的学习、专业能力的培养和专业态度的塑造。这里所说的专业知识包括理论、法则和基本原理，例如几何学、微积分、向量、动能、应力和应变、流体力学等。与之相对应的能力是指完成工作任务应具备的能力，例如使用计算机软件的能力；持续学习的能力；解决问题的能力；严谨、全面、综合或系统、富于创造性的思维能力等。

只有加强对桥梁工程师综合素质的培养，才能推动桥梁事业健康、稳定的发展。

6 桥梁工程的未来

材料性能的不断提高是桥梁工程进步的重要原动力。目前桥梁工程仍然以钢材和混凝土为主要材料。在过去的70年间，混凝土标号从C30提高到C150，钢材标号从S343发展到S1100，在原有材料性能极大提高的同时，各种新型智能材料和轻质高强复合材料已在桥梁工程中得到应用。在可以遇见的将来，生物技术和纳米技术可能成为21世纪桥梁科技革新的重要动力，并不断进入桥梁工程的应用领域，成为新一代建筑材料的载体。

以电子计算机为依托的桥梁设计和计算系统在现代桥梁发展中起着重要的作用。随着IT技术的发展、计算机CPU的提升以及相应结构分析软件的不断进步，将使以后的桥梁设计更加精细化，为实现更加精确的仿真数值模拟和“虚拟现实”［5－6］技术创造条件。基于这些工程新技术的风险评估和结构耐久性的研究，给现代桥梁工程师开辟了一个新的思路和方向。

现在桥梁的施工、监测、维护等主要以人工为主，因此存在着操作人员水平参差不齐、施工质量难以保证、监理检查不力等情况。随着大型智能化施工设备以及自动监测系统的发明与创造，桥梁的施工、监理、养护和维修等一系列现场工作可以实现自动化和远程管理，这会极大地提高桥梁的施工效率和质量。

桥梁现行规范和标准是桥梁设计师和施工人员的主要依据和标准。现行的规范主要基于容许应力法和极限状态法，这些方法存在着一些固有的缺陷，例如没有将全寿命、可持续发展等因素考虑在内。未来应研究基于性能的设计规范以提高桥梁的建设水平，制定基于全寿命设计和可持续发展理念上的设计规范和标准，是21世纪桥梁工程师的主要任务之一。

7 结语

桥梁作为交通线中重要组成部分，对人类社会、经济的发展具有极其重要的作用。随着科技的进步，桥梁工程的发展日新月异。中国是世界上的基础设施建设大国，但目前还不是强国，中国新一代桥梁工程师必须继续努力，艰苦奋斗，勇于创新，为加速发展桥梁事业做出更大的贡献！

参考文献

［1］ 范立础．桥梁工程［M］．北京：人民交通出版社，2001：1－2．

［2］ 韩柏林．世界桥梁发展史［M］．上海：知识出版社，1988：23－24．

［3］ 李亚东．桥梁工程概论［M］．成都：西南交通大学出版社，2007：62－64．

［4］ 项海帆．桥梁工程的宏伟发展前景．桥梁漫笔［M］．北京：中国铁道出版社，1997：86－87．

［5］ 项海帆．世界桥梁工程的回顾和展望［J］．北京：科学出版社，1997，5（3）：9－10．

［6］ 项海帆．高等桥梁结构理论［M］．北京：人民交通出版社，2000：1－2．