新材料与桥梁工程，SRTP讲座论文

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桥梁工程在20世纪中取得了显若的成就。由于设计理论的进步和各种新材料、新工艺的出现，尤其是电子计算机的出现和应用，使桥梁的结构形式和跨度有了飞跃的发展。人们在桥梁工程方面发现的规律和取得的宝贵经验为21世纪的桥粱发展其定了基矗本文嗅了桥梁工程在20世纪中的成就，对桥粱向大跨度、柔性结构发展的问题以及采用复合结构、新材料、新工艺等问题进行了探讨 并循其规律预侧可能发展的趋向。
1.历史进程中新型材料对桥梁的影响
在漫长岁月里，造桥的实践积累了丰富的经验，创造了多种多样的形式，但都离不开材料的选择。在最基本的三种桥式中，梁式桥起源于模仿倒伏于溪沟上的树木而建成的独木桥，由此演变为木梁桥、石梁桥、直至19 世纪的桁架梁桥；悬索桥起源于模仿天然生长的跨越深沟而可资攀援的藤条而建成的竹索桥，演变为铁索桥、柔式悬索桥，直至有加劲梁的悬索桥；拱桥起源于模仿石灰岩溶洞所形成的天生桥”而建成的石拱桥，演变为木拱桥和铸铁拱桥。这些桥梁形式的改变同时，其使用材料也在不断的改变。
1.1 古代桥梁
在17 世纪以前，-般是用木、石材料建造的，并按建桥材料把桥梁分为石桥和木桥。
1.1.1木桥
木桥以天然木材作为主要建造材料的桥梁。由于木材分布较广，取材容易，而且采伐加工不需要复杂工具。所以木桥是最早出现的桥梁形式。 其具有重量轻，强度较高，加工及各部分连接的构造简单等优点。但其也有易燃，易腐蚀，承载力和耐久性易受木材的各向异性及天然缺陷影响等缺点。
在公元前2000 多年前，巴比伦曾在幼发拉底河上建石墩木梁桥，其木梁可以在夜间撤除，以防敌人偷袭。
我国见于古书记载的最早的-座木结构梁桥是由北魏郦道元《水经注》所记录，在山西省汾水上有-座始建于春秋时期晋平公时的木柱木梁桥。
1.1.2砖石桥
石桥，即用石料建造的桥梁。有石梁桥和石拱桥，历史都很悠久。中国历史上著名的石梁桥有洛阳桥和虎渡桥。由于石梁抗弯能力较差，现已只能在人行桥或涵洞中使用。石拱桥不仅在历史上有过辉煌成就，在现代铁路和公路桥上尧挥-定作用。
古罗马时代的石拱桥，拱圈呈半圆形，拱石经过细凿，砌缝不用砂浆。但由于不能修建深水基础，桥墩宽度对拱的跨度之比大多为1/3至1/2，阻水面积过大，因此所修建的跨河桥多已冲毁。
举世闻名的赵州桥位于我国河北省赵县城南5里，它也是世界上现存最古老的石拱桥之-。这座桥是隋朝工匠李春、李通等建造的，距今已近1400年。该桥在隋大业初年（公元605年左右）建造，是-座空腹式的圆弧形石拱桥，净跨37m，宽9m，拱失高度7.23m，在拱圈两肩各设有二个跨度不等的腹拱，这样既能减轻桥身自重，节省材料，又便于排洪、
增加美观，赵州桥的设计构思和工艺的精巧，不仅在我国古桥是首屈-指，据世界桥梁的考证，像这样的敞肩拱桥，欧洲到19世纪中叶才出现，比我国晚了-千二百多年，赵州桥的雕刻艺术，包括栏板、望柱和锁口石等，其上狮象龙兽形态逼真，琢工的精致秀丽，不愧为文物宝库中的艺术珍品，我国石拱桥的建造技术在明朝时曾流传到日本等国，促进了与世界各国人民的文化交流并增进了友谊。
1.2 近代桥梁
在18 世纪初，发明了用石灰、粘土、赤铁矿混合煅烧而成的水泥。铁的生产和铸造，为桥梁提供了新的建造材料。19 世纪50 年代，开始采用在混凝土中放置钢筋以弥补水泥抗拉性能差的缺点。此后，于19 世纪70 年代建成了钢筋混凝土桥。1832 年， 英国在格拉斯哥开始用I 形截面锻铁建造梁式桥。19 世纪50 年代以后，静定钢桁架梁的内力分析方法逐步被工程界所掌握。1900 年前后钢筋混凝土逐渐受到桥梁界重视，被用在拱桥和梁式桥中。钢筋混凝土拱桥的跨度记录不断被刷新。
1779年，英国的亚伯拉罕─达比在英格兰中部科布鲁克代尔建造了世界上第-座铁桥。这座横跨塞汶河的铁桥，使用5列铸铁肋构成30米长的单跨半圆拱，桥的铸件有不少精巧的构想。该桥曾使用170年，现作为文物保存。
我国的铁桥代表可以说是四川泸定铁索桥，跨越大渡河，位于川、藏要道，是铁索桥中现存制作最精良的-座。桥始建于清.康熙四十四年（公元1705年），次年完成。桥净跨100米，现已作为革命文物保存了起来。
1.3 现代桥梁
20 世纪30 年代，预应力混凝土和高强度钢材相继出现，材料塑性理论和极限理论的研究，桥梁振动的研究和空气动力学的研究，以及土力学的研究等获得了重大进展。从而，为节约桥梁建筑材料，减轻桥重，预计基础下沉深度和确定其承载力提供了科学的依据。
由此可以看出新型材料的产生推动新技术的发明从而推动桥梁的发展，它们给桥梁带来质的飞跃。对于目前技术已经定型且成熟的现代桥梁，未来桥梁的发展必然要有新型材料注入才能有所突破，所以新型材料的研究与发展才是桥梁飞跃的根本。
2.现代新型材料对桥梁的影响
21 世纪，随着高强度钢、高强度混凝土、玻璃钢、碳纤维等太空轻质材料的大量启用，桥梁建筑的主要材料也不断在更新。
2.1高强度钢材及高强度混凝土
随着时代的发展、经济的繁荣和科技的进步，现代的钢筋混凝土桥梁也已逐渐开始力不从心，人们对于桥梁的跨度、强度、耐久性的要求也提升到了-个更高的层次。对此，其中-条出路就是研究更高强度的钢材以及混凝土来满足日益提高的各项要求。
高强度的钢结构可以从以前的36－50KSI 达到70－100KSI，它的强度、可焊度、
韧度都会加倍，在冷却时还会保持原有的韧度，不会出现脆变。这是高性能材料发展对桥梁的作用。具有关桥梁专家介绍，21 世纪的桥梁主要材料将采用高强度，高韧性钢材和抑振合金材料，以特殊纤维为辅。日本明石海峡大桥的加劲梁采用780 兆帕焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20 世纪的最大跨记录达到1990 米。
但这条路线有较为明显的弊端：其-，发展潜力有限，对于现今的钢材和混凝土，想要进-步提高强度，难度较大；其二，高强度的发展势必会带来材料的脆性加大，可能会导致工程中遇到更多的局限性。在将来的-段时间内，高强度钢材和混凝土依然是主要的发展方向，但从长远来看，依然需要去发掘出其他的新型材料来满足桥梁发展的要求。