截至2020年底，中国现代桥梁总数已超过100万座，世界排名前十位的各类型桥梁中，中国独占半壁江山。世界第一高桥、世界第一长桥、世界最长公铁两用斜拉桥、世界最长跨海大桥……不断刷新着世界桥梁建设的纪录。在中央电视台财经频道《中国经济大讲堂》节目中，中国工程院院士、桥梁工程专家秦顺全为我们深度解读了中国桥梁为什么能创造众多“世界第一”。
『千姿百态的桥梁，只有四种基本形式』
先介绍一下桥梁的基本知识。
桥梁是一种跨越障碍的承重结构，它是由若干构件组成的。从构件这个层面来讲，它的受力形态只有三种：受拉、受压和受弯。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。构件的这三种受力形态组合成了四种最基本的桥型：悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥。
所谓悬索桥，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桥梁。主索是用于受拉的，承载能力最大。在所有桥型中，悬索桥的跨越能力是最大的。
斜拉桥是一种用高强度的拉索将主梁斜向拉于主塔之上的桥梁。斜拉桥中，拉索是受拉的部分，它的承载力比较强。主梁主要是受压的，这种拉和压的组合决定了斜拉桥的跨越能力小于悬索桥，但又强于拱桥或梁桥。现代大多数的大跨度桥梁都是悬索桥和斜拉桥。
港珠澳大桥
拱桥是通过一种弧形的结构，将竖向的荷载转化为拱轴线受压的桥梁。它的跨越能力小于斜拉桥，更小于悬索桥。中国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等等。
梁桥是最古老的桥型，最早以树干和石板作为承重结构，它是以构件的受弯作为主要特征。由于构件的受弯能力是最弱的，所以梁桥的跨越能力也是最小的。但是，梁桥的构造非常简单，施工方便，当对跨越能力要求不高时，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。中国有实物考古证据的最早的成规模的桥梁，是陕西咸阳的沙河桥，其中的一号桥建于战国末期或是秦迁都咸阳不久，桥宽16米，在古桥中算是规模非常大的了。
桥梁的跨度越大，意味着技术难度越大，所以我们经常用桥梁的跨度来大致衡量一座桥梁建造的技术水平。到目前为止，四种桥梁跨度的世界纪录是多少呢？最长的悬索桥达到2023米，是土耳其的恰纳卡莱大桥。最长的斜拉桥为1176米，是中国的常泰长江大桥。最长的拱桥600米，是中国广西的天峨龙滩特大桥。最长的梁桥300米，是重庆的石板坡长江大桥。
『从落后到领先，中国桥梁发展的五个阶段』
要讲中国桥梁的建设历程，不妨从万里长江第一桥——武汉长江大桥讲起。
建设武汉长江大桥的设想，最早是由湖广总督张之洞在清政府修建京汉铁路的时候就提出来了，但由于修建难度太大，没有实施。1913年、1929年、1936年、1946年，曾经四次对武汉长江大桥进行了比较系统的规划和设计，但由于种种原因，最后都没有实施。
武汉长江大桥
新中国成立以后，中国才真正拉开了建设现代化桥梁的序幕。1950年，全国桥梁精英汇聚武汉，在苏联专家的帮助下，武汉长江大桥于1955年开工建设，1957年10月15日建成通车。它是新中国成立以后建造的第一座长江大桥，同时也是中国历史上在长江干流上建造的第一座大桥。
新中国桥梁建设经过了70多年不平凡的历程，我们可以大致分为五个阶段。
第一个是建成学会阶段，指的是20世纪50年代。在建成武汉长江大桥的同时，我们也学会了如何建造现代化的大型桥梁。这个阶段有两个标志性的工程：一个是1959年我们自主建成了重庆的白沙沱长江大桥。另一个是1960年我们又自主建成了京广线的郑州黄河新桥。为什么把它称为黄河新桥？因为这座桥取代了1906年由比利时人建造的郑州黄河老桥。
第二个是自主探索阶段，主要是20世纪60、70年代，其主要标志是南京长江大桥的自主设计与建造。在南京长江大桥的建设过程中，苏联对我们实行了全面的技术封锁，独立自主、自力更生的方针始终贯穿着南京长江大桥建设的全过程。
首先，南京长江大桥桥址的水深和地质条件的复杂程度超过了武汉长江大桥，基础工程的难度非常大。施工中最大的困难是基础的水下作业。当时国际上普遍认为，50米水深是空气潜水的极限，而南京长江大桥基础沉井的水底深度达到66米。怎么办呢？在海军第六研究所的协作下，大桥建设者提出了水面吸氧减压法这一潜水方案。更关键的是，潜水工人们发扬了勇于牺牲的奉献精神，冒着生命危险，用普通的设备创造了世界潜水史上的奇迹，其中有96人次深潜到了70米的水深，终于完成了水下的基础工程。
其次，中国原先没有自己生产的桥梁钢，大桥建设者克服各种困难，成功研发出了桥梁钢。深水基础技术的自主探索和桥梁钢的研发成功，为中国大规模自主建设大型桥梁创造了条件。
与此同时，中国桥梁工程师从国外的杂志上零零星星得到了一些关于斜拉桥的信息。混凝土斜拉桥是1956年德国工程师首创的，是适合于大跨度桥梁的一种新桥型，20世纪70年代的时候已经在欧美地区大范围使用。中国桥梁工程师于是着手从每一个技术细节开始进行艰难的探索。1975年，我们国家建成了云阳汤溪河桥，它是我国第一座试验性的公路斜拉桥。到1977年，又建成了中国第一座铁路斜拉桥湘桂铁路红水河大桥。在这一时期，我国对新技术的艰难探索为改革开放以后的大规模桥梁建设打下了基础。
第三个是学习追赶阶段，指的是20世纪80年代。在这个时期，大跨度的连续梁桥、斜拉桥和悬索桥成为趋势。比如，澳大利亚建成了Gateway桥，它的主跨达到260米，用混凝土建造。美国的Dames Point桥是混凝土的斜拉桥，跨度近400米。加拿大的Annacis桥是一座钢和混凝土结合的斜拉桥，主跨达到了465米。中国桥梁工程师看到了我们的技术水平与国外的差距，迈开了学习追赶的步伐。
南浦大桥
其中最有代表性的是上海的南浦大桥。在南浦大桥建设之前，上海市区范围内黄浦江上没有一座桥，来往浦东和浦西完全靠轮渡。由于航道的要求，南浦大桥必须一跨过江，跨度超过了400米，而之前中国还没有建设这么大跨度桥梁的成功经历。所以，在一开始的规划阶段曾经有请外国人来设计南浦大桥的想法，但是最终还是选择了由我们中国人自主建造。南浦大桥于1988年开工，1991年建成通车，对浦东的大开发起了重要作用，同时也增强了我们自主建设大跨度斜拉桥的信心。
第四个是提高奋进阶段，是指20世纪90年代。这个时期，中国桥梁建设进入了一个黄金期。在悬索桥方面，1995年建成了广东汕头海湾大桥，主跨达到452米，这也是中国第一座现代化的悬索桥。1999年，我国建成了主跨为1385米的江阴长江大桥，这是中国桥梁的跨度第一次突破了千米级别。可以说，在20世纪90年代，中国桥梁全面掌握了世界最先进的技术。
第五个是创新引领阶段，主要是指21世纪的第一个20年。中国桥梁不断开拓创新，一步一个脚印，逐步实现了在跨海大桥、高速铁路大桥和跨越繁忙水域桥梁技术等方面在世界上的领先。这个时期代表性的桥梁有：东海大桥，它是中国第一座跨海大桥；武汉天兴洲长江大桥，主跨为504米，它是世界上第一座三索面的公铁两用斜拉桥；泰州长江大桥，有两个1080米的主跨，它是世界上第一个跨度超过千米的多塔悬索桥；杨泗港长江大桥，主跨为1700米，是世界上最大跨度的双层承载的公路悬索桥；沪苏通长江大桥，主跨为1092米，是世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥。
杨泗港长江大桥
从世界范围来看，大跨度桥梁20世纪70、80年代主要在欧美，20世纪90年代在日本，21世纪则在中国。我们实现了技术上的创新引领，中国桥梁成为中国建造的一张响亮的名片。
『16锰桥梁钢，被称为中国人民的“争气钢”』
现代桥梁的标志，一是现代科学技术，二是现代建筑材料。
赵州桥是一座石拱桥，跨度为37米，如果我们用现代的技术来建造一座石拱桥，跨度最大能做到多大呢？2000年的时候，中国工程师曾经在丹河大桥做过尝试，它的跨度可以做到146米。《清明上河图》中的木桥跨度大约是20米，如果我们用今天的现代技术来造一座木桥，最大跨度又能做到多少呢？2013年，我们又在苏州的胥江桥做过尝试，它的跨度可以达到75.5米。
今天的桥梁大多要达到千米级的跨径，才能满足通航的需求。而整个桥梁的承载力80%是用来扛自己的重量，减少自身的重量是提高跨越能力的一个非常重要的途径。所以，在大跨度桥梁的建设中，高强度、高性能的材料是重中之重。
建设武汉长江大桥只花了两年零一个月的时间，而南京长江大桥的建设花了9年多的时间，其中最重要的一个因素就是建设用的钢材遇到了问题。桥梁钢是一种比较特殊的材料，除了需要较高的承载力之外，对材料的塑性、韧性要求都非常高。在新中国成立之前，中国没有能力生产自己的桥梁钢，所以在武汉长江大桥建设的时候，大部分都采用了苏联提供的低碳钢。1956年决定修建南京长江大桥时，我们向苏联订购了大桥所需要的3.2万吨钢材，但是1960年，中苏关系破裂，苏联拒绝继续提供大桥剩余的钢材。为了解决桥梁钢的卡脖子难题，我们提出了“自力更生、奋发图强”的口号。桥梁工程专家方秦汉先生与鞍钢联合攻关，通过在炼钢中加入合金元素锰和优化钢材的轧制工艺，反复试验，克服重重困难，于1963年终于研制成功了16锰桥梁钢。它被称为中国人民的“争气钢”，不但满足了南京长江大桥建设的需要，还成为20世纪70、80年代主要的桥梁用钢。
南京长江大桥
到了20世纪90年代初，我们计划修建芜湖长江大桥，由于航道的需要，它的主跨达到了312米，16锰桥梁钢的强度和性能已经不能满足要求，当时符合要求的只有国外的钢材。我们向外方进行询价，外方开出了每吨600美元的高价。这时候，方秦汉先生又一次带领团队与武钢进行联合攻关，通过降硫、降磷、加铌的技术手段，到1997年大桥开工之前，成功研制出了满足要求的14锰铌桥梁钢，也就是我们现在规程中的Q370。Q370研发成功以后，外方的报价马上降到每吨400美元，和当时Q370的价格相差不多，但是我们还是坚定地选择了国产钢材。由于这一正确的选择，不但芜湖长江大桥采用了国产钢材，同时也使这种钢材在全国其他工程上得到了大规模推广和应用。由于使用规模的增加，钢材的价格降低了，质量提高了。从此，中国桥梁只用中国钢。
从那时起，我们就紧盯世界桥梁钢的先进水平，不断研发高性能的桥梁钢，目的是满足桥梁跨度不断增加的需求。到2003年，我们成功研发了Q420的桥梁钢，首先运用在京沪高铁的南京大胜关长江大桥上。到2014年，我们又成功研发了Q500的桥梁钢，它的研发成功标志着中国的桥梁钢形成了一个完备的系列，它的技术指标已经达到了世界先进水平。但是，我们仍没有停下脚步，2017年，在毛新平院士的主持下，我们开始研究Q690的桥梁钢，并在武汉江汉七桥上使用。通过不懈的努力，中国桥梁钢实现了从被卡脖子到奋力追赶，再到技术引领的跨越。
对于建桥材料而言，除了钢材之外，还有混凝土和高强度钢丝。我国的混凝土技术在性能、外加剂、泵送能力等方面也已经达到世界先进水平。我们研发的高性能混凝土的抗压强度达到了200兆帕，这个强度已经相当于武汉长江大桥建设中使用的低碳钢的抗压强度。高强度钢丝是斜拉桥和悬索桥建设过程中非常关键的材料。早期我们修建斜拉桥和悬索桥的时候，高强度钢丝几乎全部依赖进口，强度级别为1600兆帕，经过20年的努力，目前我们的钢丝不但实现了全部国产化，而且强度级别已经达到了2100兆帕。
『创新设计，不断突破桥梁建设世界难题』
21世纪，中国桥梁工程技术已经进入世界先进桥梁技术阵营。让我们来说说中国桥梁对世界的独特贡献。
中国桥梁对世界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，为什么我们现在要建更大跨度的桥梁呢？是为了在更高水平上平衡两岸交通的需求和航运安全这对矛盾。中国的内河航运非常繁忙，据统计，2019年长江干流的货运量是29.3亿吨，而同期美国密西西比河的货运量只有8.65亿吨。桥梁工程师一直在努力提高桥梁的跨越能力，但是桥梁的跨度越大，技术难度越高，造价也就越贵。有没有更好的选择呢？我们自主创新，采用了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，泰州长江大桥是世界首座千米跨径双主跨三塔悬索桥，中国具有独立的自主知识产权。我们在设计泰州长江大桥时，充分利用了桥位处河床W形的断面，在水深较浅的区域设置一座桥塔，用两个大跨径跨越整个长江的通航水域，这样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，桥梁的跨度可以减少一半，工程造价也显著降低。
中国桥梁的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、城际铁路和地铁、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，从而减少桥梁的数量。把多种交通功能集中在一座桥上，意味着桥梁承受的荷载更重，桥梁也更宽，由此我国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。三索面斜拉桥结构最先应用在天兴洲长江大桥的建设上，后来被大范围推广，为世界桥梁技术的进步作出了贡献。
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，在方便的地方进行拼装，而不是在它最终的位置上拼装。广州丫髻沙大桥是一座特大拱桥，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，整个转体的重量为13600吨。这是当时国际上大跨度拱桥施工技术的一个重大突破。
第四个贡献是整体的预制架设。新中国成立初期，我国梁桥架设的能力大概只有80吨，今天，我国高铁整孔预制的箱梁跨度已经达到40米左右，重量超过1000吨。为了完成整体的预制架设，搬、提、运、架的装备都非常关键。我们完全立足于自主研发，成功研制了多种“巨无霸”，包括450吨的提梁机、900吨的运梁车、900吨的架桥机，保证了中国桥梁的高质量建设。
东海大桥
第五个贡献是跨海桥梁。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。建设跨海桥主要有三个技术挑战：第一个是桥非常长。第二个是气象复杂，风浪大，一年内的有效作业时间只有180天左右。第三个是由于海洋的腐蚀环境，桥梁的耐久性问题更加突出。常规的在江河湖泊上建桥的现场施工作业方式并不合适，桥梁必须整体地预制，整孔地架设。在东海大桥的建设中，跨海桥全长32公里，梁重2100吨，当时我们以海上一个叫沈家湾的小岛为基地，进行梁体的预制，最后采用专用的运架梁起重船“小天鹅号”进行整体的运输和架设。
今天，中国桥梁无论是跨越能力、建桥技术还是建桥材料、建桥设备等各个方面，都已经达到了世界一流的水准，为世界桥梁技术的发展作出了中国贡献。
如今，中国桥梁建设逐步从中国制造走向中国创造，实现着由桥梁产品到桥梁建造，从设计到咨询再到走出去的技术提升。在国际桥梁建设市场上，中国造的桥梁已经接近全球桥梁市场的一半份额。
回想60多年前，1956年5月31日，毛主席畅游长江，在水上近距离视察了正在建设中的武汉长江大桥，回到东湖宾馆后写下了“一桥飞架南北，天堑变通途”的恢宏诗句。今天，长江上已经建成的桥梁超过了160座。根据国家发展改革委印发的《长江干线过江通道布局规划（2020—2035年）》，至2035年，我国要建成240座左右的过江通道。未来，依托“一带一路”、交通强国等国家战略，我们一定会建设更多的绿色桥梁、高效桥梁和智慧桥梁。
栏目主编：龚丹韵 文字编辑：徐蓓 题图来源：新华社 图片编辑：徐佳敏
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来源：作者：秦顺全
