橋梁跨徑的世界記錄之爭
發(fā)布日期：2009-08-21 來源：《中國交通報》中國智能交通網(wǎng) 作者：智能小二 瀏覽次數(shù)：89
跨徑：競爭的最大舞臺
人類熱愛競爭。在剛剛過去的2008年北京奧運會上，人們競相決出跳得最高者、跑得最快者、游得最快者、投球入籃次數(shù)最多者和將鉛球推得最遠者。正如達爾文所提出的生物進化論，競賽的本質和驅動力也許來自于人類發(fā)展歷史中，我們的祖先在競爭環(huán)境中求得生存的需求。因此，我們有了吉尼斯紀錄大全來認證所有的世界之最。
對于一座橋梁而言，記錄世界之最的方式有多種：最高、最長、最早、最大跨徑等。有的橋梁甚至以其為世界上最昂貴的建筑物而作為榮耀，雖然這并不屬于人們所羨慕的。人們認為大的跨越距離代表著更多的困難和花費。因此跨徑長度一般就成為了人們競相努力超越的目標之一。大多數(shù)的跨徑紀錄自然是由于當?shù)氐慕ㄔO條件對跨越距離的需要。但在一些特定條件下，人們也會為了取得世界紀錄而人為地加大跨徑需求，后者將導致很大的額外花費。
比賽項目多了金牌也多了
在主跨3300米的意大利墨西拿海峽大橋竣工之前，當今世界上最大跨度的橋梁是日本的明石海峽大橋，主跨1991米。然而，就像奧運會中為100米短跑、200米短跑、200米蝶泳和其他各種比賽項目設定世界紀錄一樣，在橋梁跨度世界之最上也可以設定不同的世界紀錄。在2008年的北京奧運會上，比賽項目超過300個，每個項目一枚金牌，這樣產生的金牌總數(shù)也超過了300枚。同樣，對于橋梁的競賽也可以這么做，只是問題將會變得無法控制，也許也會讓金牌毫無意義。
通常來說，我們將橋梁劃分成四種類型：拱橋、梁橋、懸索橋和斜拉橋。我們也可以進一步將每種橋型細分為很多橋型，比如世界最大跨的五墩梁橋。后者的橋型劃分方式顯然太瑣細了，因此我們將側重于四種主要橋型進行描述。
拱橋：古老的大跨度橋
拱橋是最古老的大跨度橋梁。雖然最先建造的橋梁也許是梁橋，但由于那時可能用來建造橋梁的材料只有石頭和樹木，跨度肯定很小。當然，石質梁橋和木質粱橋不可能跨越太大距離。
從歷史上看，在遠古的年代橋梁建造者并不把橋梁跨越距離作為一個主要目標，比如在羅馬帝國時期，橋梁的壯觀性顯得更為重要。這種效果可以通過一些小跨徑的橋梁組合而成。
羅馬拱橋主要采用半圓形拱。雖然這是一種很強健的拱型，然而半圓形拱的拱矢卻要達到直徑或者跨度一半的長度。因此，大跨度的半圓形拱橋就需要拱矢非常高，這也導致這種拱橋實用性不佳。第一座大跨非半圓形拱橋是建于公元600年中國隋朝的安濟橋(又名，趙州橋)。該橋跨度37米，拱矢僅7米，其跨度與拱矢之比達到5?3，與現(xiàn)代拱橋已經很接近了。
1779年，在英國柯爾布魯克代爾的塞文河上建成的鐵拱橋是鑄鐵橋梁的杰作。該橋跨度為100英尺<30．5米)，但同很多同時代石質橋梁相比，甚至于同比其早12個世紀的中國安濟橋相比，其跨越距離仍是沒有突破。
古斯塔夫·埃菲爾(編者注：法國金屬結構專家、巴黎埃菲爾鐵塔創(chuàng)造者。)建造了幾座現(xiàn)代拱橋。1877年在葡萄牙建造的主跨160米的PiaMaria大橋，及他建造的最后一座大橋——1884年建于法國的165米跨度的GarabitViaduct大橋，都是他的杰出代表作。他好像在同自己競賽。
19世紀中期，由于鋼材的應用使得大量的拱橋被建造。古斯塔夫·林登塔爾在紐約市建造的赫爾蓋特大橋成了引領潮流的建筑。該橋主跨298米，按大型列車荷載設計。
赫爾蓋特大橋的建成促使另外兩座著名鋼拱橋的建成：1932年建于澳大利亞的跨徑503米的悉尼鐵橋和1931年建于紐約的跨徑503．6米的巴約娜大橋。巴約娜大橋由奧特瑪·安曼設計，他曾是古斯塔夫·林登塔爾的助手，由于同悉尼鐵橋競爭，該橋開工雖然晚了，但竣工卻最終趕在了前面，而且主跨跨徑也超了一點。
1978年，更大跨徑的新河峽大橋在美國西弗吉尼亞建成，跨徑達到518．3米，比巴約娜大橋晚了47年。目前的世界紀錄保持者在中國，即2004年在上海建成的盧浦大橋，其主跨跨徑達到了520米。另外一座主跨跨徑552米的鋼拱橋，即重慶的朝天門大橋，將于2009年建成通車。除了盧浦大橋，這些橋梁的拱肋均為桁架結構，這樣就使得新一代拱橋更加輕盈。采用這種構造，原來認為拱肋結構只能產生壓力的理論將不再適用。在拱肋中既可以存在很高的拉應力，也可以存在很高的壓應力，這部分力由鋼構件承擔。
斜拉橋：中國后來居上
瑞典的斯特羅姆松德橋是世界公認的第一座現(xiàn)代斜拉橋。該橋1955年建成，主跨183米，由弗朗茨·基辛格設計。人們發(fā)現(xiàn)斜拉橋對于中等跨度的橋梁很適合。
在隨后的20多年里，一大批斜拉橋在二戰(zhàn)后的德國建成。直到20世紀?o年代早期的格尼橋(主跨320米)和紐恩坎橋(主跨350米)建成，斜拉橋的跨徑在德國一直保持增長。格尼橋為獨塔斜拉橋，若采用雙塔．它的跨徑相當于600米，這樣該橋也許將能更長時間地保持世界紀錄了。
此后，眾多的大跨度斜拉橋在世界范圍內相繼建成。1994年，在中國建成的楊浦大橋將世界紀錄增加到602米，1995年在法國建成的諾曼底大橋達到856米，2000年日本建成了跨度890米的多多羅大橋。主跨1018米的香港昂船洲大橋正在建設，而位于中國的主跨1088米的蘇通大橋(目前為世界第一跨徑的斜拉橋)已于2008年5月通車。
懸索橋：5000米跨徑不是夢
據(jù)報道，最初的鐵鏈橋出現(xiàn)在中國．早在公元600年，中國就建造了跨徑約60米的蘭津橋。中國還建造了許多鐵鏈橋，有些直到今天還能見到，這些早期的懸索橋是現(xiàn)代懸索橋的特殊形式，我們今天稱之為“懸?guī)?#8221;，橋面木板直接放置于鐵鏈之上。
麥地海峽大橋是公認的最早建造的現(xiàn)代懸索橋之一，該橋是托馬斯·泰爾福德在美國人詹姆斯·芬雷的構思基礎上設計的。這座跨徑176米的大橋于1826年1月建成，采用的是眼桿與銷鉸作懸鏈的方式。美國人詹姆斯·芬雷也建造了多座懸索橋，但最終均沒有成功。早期懸索橋均存在抗風性能缺陷，這些問題直到20世紀才得以很好地解決。
查爾斯·埃萊特設計的跨越俄亥俄河的威靈橋以跨徑308米成為當時世界上最大跨徑的橋梁。因該橋存在嚴重的抗風性缺陷。稍后經約翰·羅柏林進行了改進。約翰·羅柏林是第一位使用斜拉索來防風從而成功穩(wěn)定橋梁的工程師，雖然當時空氣動力性能還沒被人們掌握。1940年塔科馬老橋的倒塌引發(fā)了人們對空氣動力穩(wěn)定問題的研究，研究結果為更大跨度懸索橋及其他橋型提出了一種抗風設計思路。
在1886年建成的跨徑486米布魯克林大橋之后，多座世界紀錄的懸索橋都成功建成。1931年，喬治·華盛頓大橋的主跨跨徑首先打破1000米大關。1937年，雄偉壯觀的金門大橋建成，跨徑1280米。1964年，在紐約建成了跨度1298米的維列扎諾大橋。
在一段很長的時間里，懸索橋世界紀錄一直由美國保持。直到1981年英國的跨徑1470米的亨伯橋建成，接著1998年丹麥建成了跨徑1624米的斯托伯爾特橋。目前，最大跨徑的懸索橋是2000年建成的跨徑1991米的的日本明石海峽大橋。
此外，主跨3300米的意大利墨西拿海峽大橋正在施工中，同時一座橫跨直布羅陀海峽雙跨5000米懸索橋方案近來已經由林同棪提出，這說明就目前的建造材料和工程技術，建造更大跨度的橋梁已經成為可能。
梁橋：因預應力煥發(fā)青春
梁橋顯然是各種橋梁橋型中最為古老的形式。在古時候，人們在溝溪上面放置一段樹干或在石墩上面放置石板就成了基本的橋梁形式。然而，由于樹木長度的限制和石材的抗拉能力不足，導致這些橋梁跨徑非常小，我們在討論世界橋梁跨徑紀錄時往往將梁橋忽視。
較大跨徑梁橋的建造是在鑄鐵應用于橋梁建設之后才得以實現(xiàn)的。最初橋梁的形式多是桁架式，其中最壯觀的當屬福斯橋。該橋1890年竣工，主跨徑512米。在此27年后，世界紀錄的保持者、跨徑549米的魁北克橋建成。它們建得都很高、很重，建設花費也大。
實際上，這些橋的結構系統(tǒng)并不屬于梁橋。由于鋼鐵冶煉技術的進步，桁架橋變得更加雅致，也更加經濟。因此，福斯橋取得了橋梁工程史上里程碑式的成就，但我們在討論目前的梁橋世界紀錄的時候，可先忽略它們。
也許是由于福斯橋這個大跨橋梁的存在，在鋼桁架梁橋跨度上沒有太多的競爭。二戰(zhàn)后，正交異性橋面板的應用，才使得建造大跨徑鋼箱梁橋成為可能。首座大跨徑鋼箱梁橋是1956年建造在塞爾維亞的貝爾格萊德市的跨徑261米的薩瓦河1號橋。但在1974年巴西建造了跨徑300米的銳歐，尼泰羅伊橋后，沒有更大跨徑的鋼箱梁橋建成，因此該橋也一直保持世界紀錄至今。
在預應力混凝土和懸臂施工技術應用到橋梁領域之后，混凝土箱梁橋的建造才變成了可能。1952年，德國人范斯德沃特首次使用該技術設計了柏德斯頓橋。1962年，他還建造了跨徑208米的般道夫橋。
日本在20世紀60年代后期和60年代早期也建造了很多更大跨徑的混凝土箱梁橋，這種趨勢一直延續(xù)到1978年在美國托管地建成的跨徑241米的K—B大橋為止。1986年在澳大利亞的布里斯班建成了跨徑260米的門道橋。1997年，中國建成了跨徑270米的虎門大橋輔助航道橋。
目前，世界上跨徑最大的箱梁橋是中國重慶的石板坡長江大橋復線橋。該橋主跨徑330米，主跨跨中設103米的鋼箱梁，其余為混凝士箱梁。鋼混箱梁的結合使用將使箱梁橋的跨越能力更大。
世界紀錄“朝不保夕”?
過去，—座橋梁跨徑世界紀錄可以保持超過1000年。今天，人們建造的橋梁跨越能力越來越大，世界紀錄隨之也就在短短幾年內被打破。
目前，中國保持了箱梁橋最大跨徑世界紀錄(石板坡長江大橋復線橋，330米)，拱橋最大跨徑世界紀錄(朝天門大橋，552米)，斜拉橋最大跨徑世界紀錄(蘇通大橋，1088米)。在意大利的3300米跨徑的墨西拿海峽大橋建成之前，日本的跨徑為1991米的明石海峽大橋將一直保持世界最大跨徑懸索橋的紀錄。
今天的這些世界紀錄會很快被打破嗎?
我們?yōu)槭裁丛鞓?
我們可以通過成本與收益的角度來探討這個問題。任何項目都有它的收益和成本。如果收益超過成本．那么項目是可行的。若收益少于成本，至少從理性上講，是不可行的。
橋梁的成本是很直接的。它由建設費、管理費、維修費和其他諸如設計、監(jiān)控等的軟成本費用組成。橋梁的收益來自于功能價值、美學價值和品牌價值幾個方面。功能價值是在橋梁的運營過程中節(jié)約時間和能源等方面的總和，美學價值是橋梁為城市增加美感而體現(xiàn)的。這些橋梁吸引了眾多的游客前往這些城市參觀。品牌價值可以包含很多方面：歷史事件的紀念，政治理念的表達，或者某位重要人物的追憶。
當然，世界紀錄還可以給人們，特別是政治家們以吹噓的資本。
顯然，最直接的收益是功能價值，這也是橋梁建設的初衷所在。我們的生活標準在提高，橋梁的功能價值也同樣得到提高。最簡單的例子是人們由于通行便利和節(jié)約了時間而愿意支付過橋的費用。另一方面，建造方法和建設設備也在改進，建橋所需費用的增加速度卻并不像人們生活標準的增長速度那么快。這也說明了為何在過去難以建成的橋梁，在將來卻可能成為現(xiàn)實。
同樣的邏輯，隨著時間的推移，越大跨徑的橋梁往往花費越大，但人們也更加能夠負擔得起。由此看來，越來越多打破跨徑紀錄的橋梁將會被建造。
即使有這樣的理由，若實際并不需要如此大的跨徑，仍舊不應該以不菲的代價來建造破世界紀錄的大跨徑橋梁。額外的費用必須有對應的額外價值，如果達不到，那么我們就是在浪費納稅人的錢。
重新審視造橋的動機
競爭是人類的天性。我們的競爭無處不在：體育、商業(yè)和政治等等。當然，建造世界上最大跨徑的橋梁也包括其中，競爭的趨勢不會停止。然而，在我們踏上世界紀錄的競爭之路前，必須仔細核算項目的成本和收益，當然還要考慮我們能保持世界紀錄的時間。被打破的世界紀錄沒有太多意義，但為更高的工程質量而努力也許對我們更加有益。金門大橋已不再是世界紀錄的保持者了，但人們仍舊聚集到舊金山來拜訪它，因為金門大橋是一個無與倫比的尤物。
