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桥梁作为一个为全社会服务的公益性建筑，它与人类的繁荣发展和生产生活密不可分。它是人类克服自然艰险、战胜困难、发展进步的丰碑。从远古时代人们简单构造以达通途的木桥、石桥，发展到今天凌空跨越、雄伟壮观的现代化桥梁，每一个进步历程都昭示着人类的创造力，浓缩着人类不懈的艰苦奋斗精神，蕴含着人类科技文化奇丽发展的精髓，所以每一座桥梁建筑都是时代进步的里程碑。桥梁是人类扩大自己生存活动范围，克服自然阻碍而最早建设的结构物之一。先人尚不能亲自造桥时，便会利用天然形成的桥。桥梁工程的发展与人类文明的进步也密切相关，古代的人们，四处觅食，寻求住所，常被溪流、山涧所阻碍。一棵树偶然倒下横过溪流、藤蔓从河这岸的树上延伸到对岸的树上，这些应该是现代桥梁的雏形。人们从自然界中的偶然现象得到启发，继而效仿自然，开始了桥梁建筑的历史。近代的大跨径悬索桥、斜拉桥就是由古代的藤、竹索发展而来的。
大约公元前4000年，人类开始定居而生，由此便开始考虑永久性的桥梁建设。世界四大文明古国的古埃及、中国，沿着尼罗河、黄河开创了早期的文化。远古的人类活动范围很小，桥梁的发明创造在许多地方相继独立产生，桥梁的出现又是人类文明进步的结晶。早期的人们学会了在水中打桩的办法从而开始建造木栈桥，进一步发展成为如今的群桩基础。石桥从水中汀步发展而来，当时人们从河中露水的石头上过而不湿脚，继而抛石于河中而成汀步，再发展到后来上架木梁或石板便成了桥。英国达特河（Dart River）有原始的花岗石板桥，每跨石梁长约4.6m，宽1.83m，河中有两个石墩，用扁平花岗岩石叠砌而成，成为“拍板桥”。西班牙、埃及、巴比伦也有原始柱梁式石板桥遗物。希腊史前桥梁大都是重型桥墩，上铺窄石板，厚约0.5m，宽约0.6m，在两墩间纵向铺设，用铁钉与桥墩相连。
在我国古代，修建最多的是石桥。据史料记载，公元前250年周朝末年就有了拱桥，公元282年出现了石拱桥。举世闻名的赵州桥（如图1.1所示），建于隋大业初年（公元约605年），又称安济桥，是我国古代石拱桥的丰碑。此桥为一座空腹式圆弧形石拱桥，净跨37.02m，宽9.0m，拱矢高7.23m，主拱圈上各设两个不等跨的复拱，这样既节省材料又减轻了自重，且利于泄洪。整体构思之巧、设计之精享誉世界，曾被评为国际土木工程的里程碑建筑。直到14世纪欧洲才有类似的敞肩割圆拱桥。如今，我国拱桥已从单孔向多孔发展，由厚墩变为薄壁墩，且均有很好的发展前景。
图1.1 河北赵州桥
据史料记载，在周文王时期，我国就已在宽阔的渭河上搭设浮桥。春秋战国时期在黄河流域修建了多孔桩柱桥，水下以木桩为墩，其上置有木梁、石板等。另外，国外也很早就出现过大型浮桥。公元前510年，随着希腊的繁荣，大流士在多瑙河上铺设浮桥以过军队。公元前480年的希波之战期间，波斯军队便在赫勒斯滂海峡架设起浮桥，一周运输军队200万，由此可见其规模之大。
我国秦汉时期已经广泛修建石梁桥。现存规模宏大、工程艰巨的石梁桥，当推福建漳州江东桥（又名虎渡桥），如图1.2所示。该桥在宋绍熙年间起造为浮桥，公元1214年易为板桥，公元1237年易梁以石，历四年建成。全桥总长约336m，宽5.6m，由三块巨梁组成，共19孔，最大孔径约21.3m，最大梁长23.7m，宽1.7m，高1.9m，重约200t。福建泉州洛阳桥（又名万安桥）是我国最长的石梁桥，如图1.3所示，建于宋嘉祐四年。此桥总长800多米，共47孔，位于汹涌澎湃的海口江面上，首创选用筏形基础并殖蛎固结技术，当属世界领先，被列为国家重点文物保护建筑。
图1.2 福建漳州江东桥
图1.3 泉州洛阳桥
建于中唐时期的宝带桥，如图1.4所示，共53孔，全长316.8m，宛如千尺卧虹，建桥技术巧夺天工，是世界上现存最长的条孔薄壁墩连拱桥。
图1.4 苏州宝带桥
另外，还有许多著名的桥梁，如北京永定河上的卢沟桥、颐和园的玉带桥、苏州的枫桥（如图1.5所示），十七孔桥等。
图1.5 苏州枫桥
西罗马帝国崩溃以后，桥梁建设暂时停顿下来，直到11～14世纪才得以恢复重建，在这期间具有较大影响的桥梁并不多。由于波斯、伊斯兰教的影响，尖拱桥也曾出现在欧洲，并传至大西洋沿岸和英国。
欧洲在黑暗的中世纪时期，桥梁建设工程毫无建树。随着西方文艺复兴的到来，科学理论、施工方法和建筑设备都有了长足的进步。在当时桥梁被认为是城市建设的艺术品，而建桥工程师又被认为是纪念碑的创造者。
意大利威尼斯的里奥托（Rialto）桥是这一时期的典型代表作，如图1.6所示。该桥建于1591年，总长48.2m，宽22.95m，净跨27m，矢高比6.38m，两旁店铺间留有通道，每排6店，共24店。桥中央有横道，拱顶连接通道与两旁人行道，组成拱廊。人行道在最外面，支撑于牛腿上，桥面整体呈陡坡。人行道用大理石做台阶，两旁有精美护栏，内拱为1/3圆弧，拱圈和肩墙以天使像作装饰，雕板皆为大理石。桥头有台阶，与人行道相通且呈拱廊，所有线条搭配和谐赏心悦目。
图1.6 意大利威尼斯里奥托桥
科学技术和经济发展对桥梁建设的影响很大。18世纪中叶，欧洲工业革命加速了工程技术的进步，高性能建筑材料的革新促进了桥梁事业的大发展。钢材的出现解决了建桥材料的强度问题，也平衡了跨径和造价问题，极大地促进了桥梁建设的进程。这也标志着只利用天然材料筑桥时代的结束，从此桥梁建设踏上了现代化发展轨道。
始建于1886年的伦敦塔桥，如图1.7所示，是从英国伦敦泰晤士河口算起的第一座桥，也是伦敦的象征，有“伦敦正门”之称，于1894年对公众开放，将伦敦南北区连接成整体。伦敦塔桥是一座吊桥，最初为一木桥，后改为石桥，现在为6车道水泥结构桥。河中的两座桥基高7.6m，间距76m，桥基上建有两座高43.455m的方形主塔，两座主塔上建有白色大理石屋顶和五个小尖塔，远看仿佛两顶王冠。两塔之间的跨度达60多米，塔基和两岸用钢缆吊桥相连。桥身分为上、下两层，上层为宽阔的悬空人行道，两侧装有玻璃窗，行人从桥上通过，可以饱览泰晤士河两岸的美丽风光；下层可供车辆通行。当泰晤士河上有万吨船只通过时，主塔内机器启动，桥身慢慢分开，向上折起，船只过后，桥身慢慢落下，恢复车辆通行。两块活动桥面各自重达1000t。从远处观望塔桥，双塔高耸，极为壮丽。桥塔内设博物馆、展览厅、商店、酒吧等。登塔远眺，可尽情欣赏泰晤士河十里风光。若遇薄雾锁桥，景观更为一绝，雾锁塔桥是伦敦胜景之一。
图1.7 英国塔桥
悬索桥是能够充分发挥钢材优越性的一种桥型。美国从19世纪下半叶到20世纪上半叶修建了许多悬索桥，其中举世闻名的旧金山金门（Golden Gate）大桥堪称这一时期世界桥梁的杰作，如图1.8所示。该桥位于西海岸旧金山和马林半岛之间宽1900多m的金门海峡之上，是世界著名的桥梁之一，当属近代桥梁工程的一项奇迹。该大桥于1933年1月动工，1937年5月竣工，历时4年耗资达3550万美元。整个大桥造型宏伟壮观、朴素无华。桥身呈朱红色，横卧于碧海白浪之上，华灯初放，流光溢彩，如巨龙凌空，使旧金山市的夜空景色更加壮丽。人们说美丽雄伟的地方需要修建美丽宏伟的大桥来衬托，金门大桥达到了这个水准。1280m的主跨，227.4m的塔柱，精致的结构细节设计，从而使它成为一座地标性建筑。
图1.8 美国金门大桥
英国1974年建成的亨伯尔（Humber）桥，如图1.9所示，主跨径为1410m，雄踞当时世界悬索桥之冠。1998年丹麦的大贝尔特（Great Belt）桥落成通车，如图1.10所示，其主跨径为1624m，堪称英式悬索桥之典范。
图1.9 英国亨伯尔桥
图1.10 丹麦大贝尔特桥
日本于1998年建成的明石海峡（Akashi Kaikyo）大桥，如图1.11所示，全长为3911m，最大跨径达到1990m，为三跨二铰加劲桁梁式悬索桥，按双向六车道设计，是当时世界上跨径最大的悬索桥。
图1.11 日本明石海峡大桥
斜拉桥是一种高次超静定结构体系。每根拉索相当于弹性支撑，从而使桥梁跨越能力大大增加。世界上第一座具有钢筋混凝土主梁的斜拉桥是1925年西班牙修建的水道桥。1962年委内瑞拉建成宏伟的马拉卡波湖大桥，开辟了现代大跨度预应力斜拉桥的复兴之路。1995年，法国建成当时跨径最大的斜拉桥——诺曼底（Normandy）大桥，如图1.12所示，该桥跨越塞纳河入海口，全长2141.25m，主跨达到856m。
图1.12 法国诺曼底大桥
世界上第一座现代化斜拉桥，是1955年瑞典建成的斯特罗姆海峡大桥，主跨为182.6m。1978年美国建成跨径为299m的P-K大桥，是世界上第一座密索体系预应力混凝土斜拉桥。日本在斜拉桥方面也取得了令世人瞩目的成就。1999年建成的多多罗（Tataro）大桥，主跨为890m，如图1.13所示，其跨径超过当时诺曼底大桥位居世界第一。
图1.13 日本多多罗大桥
随着炼钢技术的发展，钢结构也应用到拱桥上。钢筋混凝土拱桥的兴起，推动了拱桥向更大跨径发展。位于克罗地亚首都萨格勒布西南的克尔克（Krk）大桥，如图1.14所示，跨度达到390m，首次采用无支架悬臂施工法。目前，该方法在大跨度拱桥施工中被广泛采用。19世纪下半叶至20世纪初，欧洲修建了许多大跨径的钢拱桥，拱桥便成为跨径仅次于悬索桥和斜拉桥的桥梁形式。20世纪30年代美国纽约修建的贝永桥，是跨径为503.6m的钢拱桥。
图1.14 克尔克大桥
著名的澳大利亚悉尼港湾（Sydney Harbour）大桥，跨径503m，是一座中承式钢桁架拱桥，建于1932年，如图1.15所示。2005年12月通车的法国米约（Millau）大桥，因坐落在法国西南部的米约市而得名，如图1.16所示。它是一座斜拉桥，全长达2.46km，只用7个桥墩支撑，其中2、3号桥墩分别高达245m和220m，是当时世界上最高的两个桥墩。如果算上桥墩上方用于支撑斜拉索的桥塔，最高的一个桥墩则达到343m，超过法国巴黎著名的埃菲尔铁塔23m。为了保证施工的精确性，建桥过程中使用了世界最先进的卫星定位测量系统。大桥历时3年建成，建筑垂直误差不超过5mm。
图1.15 悉尼港湾大桥
图1.16 法国米约大桥
由于米约大桥仅用了7个桥墩，这使桥体在空中显得像一只蝴蝶般轻盈，引来人们阵阵赞叹。人造的工程必须与大自然融合，支柱看起来像“天工”，仿佛是从地上长出来的。米约大桥的建造材料比普通大桥的要轻，这使它兼具了钢性和弹性。遇到超强大风、地震以及出现热胀冷缩效应时，更显它柔韧之处。
俄罗斯于2008年在海参崴（Vladivostok）修建世界最长的斜拉桥，如图1.17所示。该桥全长3.15km，为跨越东Bosphorus海峡工程，目前施工进展顺利，于2012年7月通车投入使用。桥塔高321m，桥面竖直通航净空70m，大直径钻孔桩基础延深至77m。主桥长1104m，比苏通大桥还长16m。
图1.17 俄罗斯海参崴大桥
我国作为世界四大文明古国之一，古代的桥梁建设取得了辉煌的成就，建造了一大批闻名于世的桥梁。新中国成立后，随着国力的强盛、经济的发展、科技的进步，我国的桥梁事业更是突飞猛进。1957年10月建成的武汉长江大桥，如图1.18所示，是新中国第一座横跨长江的桥梁，该桥打通了被长江隔断的京汉、粤汉两条铁路，形成完整的京广线，真是“一桥飞架南北，天堑变通途”。大桥为公铁两用桥，上层为公路桥，宽22.5m，双向四车道，两侧有人行道，从基底至公路桥面高达80m。下层为双线铁路桥，宽14.5m，两列火车可同时对开。全桥总长1670m，其中正桥长1156m，正桥的两端设置具有民族风格的桥头堡，西北岸引桥长303m，东南岸引桥长211m。
图1.18 武汉长江大桥
1968年12月我国又建成了南京长江大桥，如图1.19所示，这是我国自主设计、建造的现代化公铁两用桥梁。南京长江大桥是继武汉长江大桥、重庆白沙陀长江大桥之后第三座跨越长江的大桥，包括引桥在内，铁路桥全长6772m，公路桥全长4589m，正桥除北岸第一孔为128m的简支钢桁梁，其余为9孔三联，每孔是3×160m的连续钢桁梁。南京长江大桥的建成显示出我国建桥技术的高水平，同时也是我国桥梁史上的一座里程碑。
图1.19 南京长江大桥
2000年7月建成的山西晋城丹河大桥，如图1.20所示，位处太行山脉南端，桥梁全长425.6m，其跨径组合为2×30m+146m+5×30m，主孔净跨径146m、净矢高32.44m。桥面宽度24.8m，桥梁高度80.6m。桥梁栏杆由200多幅表现晋城市历史文化的石雕图画与近300个传统的石狮子组成，体现了现代与传统文明的气息。大桥采用全空腹式变截面悬链线无铰石板拱结构，为减轻拱上建筑重量，增加结构的透视与美学效果，腹拱墩采用横向挖空形式。腹拱采用边孔设三铰拱、跨中设置变形缝的构造形式，是一座典型的传统与现代完美结合的拱桥。
图1.20 山西丹河大桥
2003年6月建成的上海卢浦大桥，如图1.21所示，位于中国上海市卢湾区与浦东新区之间的黄浦江上。卢浦大桥全长3900m，主拱桥长550m，拱顶高出江面100m，建成时曾经号称“世界第一拱”。于2009年4月被重庆朝天门长江大桥超越，但仍然不减它的风采。
图1.21 上海卢浦大桥
2006年8月竣工通车的重庆石板坡长江大桥复线桥，如图1.22所示，桥梁全长1103.5m，宽19m，采用连续混合刚构体系，为单向四车道，设计日通行能力8万辆，耗资4.28亿元。桥跨完全满足长江通航和泄洪要求，结构安全可靠、造型美观，与周围环境协调一致，是重庆一大特色景点。每当夜幕来临，该桥犹如气势恢宏的长龙跨过长江水面，给人以旷达、豪迈之意。复线桥与原桥相距仅5m，由于两桥相距很近，出于美观考虑，复线桥总体造型与原桥保持一致，均为连续刚构。复线桥也设计为7个桥墩，后经航道专家论证，考虑到三峡的通航要求，会产生“巷道效应”，不得不将主跨之间的6号桥墩去掉。这样使5号和7号桥墩的跨度达到330m，为世界上同类结构桥梁中跨径最大的预应力混凝土梁桥。由于两桥相距“亲密”，构成双桥过江的奇特美景，两座桥梁也被亲切地称为“姊妹桥”。
图1.22 重庆石板坡复线桥
进入21世纪，我国和境外公司的合作日益密切，一些大跨径的桥梁和跨海工程需要依靠大型先进的进口设备才能使工程进展顺利。另外一些大桥指挥部也积极邀请国外知名专家担当技术顾问，对重要环节和关键技术进行现场指导和把关，如东海大桥、苏通大桥、杭州湾大桥等。境外公司富有创意的设计理念得到我们的赞赏，这种积极的交流合作对中国桥梁界的发展和进步十分有益。
2008年6月建成的苏通大桥，路线全长32.4km，如图1.23所示，主要由跨江大桥和南、北岸接线三部分组成，其中跨江大桥长8146m，北接线长约15.1km，南接线长约9.2km。跨江大桥由主跨1088m双塔斜拉桥及辅桥和引桥组成，是当时世界上最大跨径的斜拉桥，主塔高达300.4m。苏通大桥的建设在技术方面极具挑战性、难度大，是我国建桥史上建设标准最高、技术最复杂、科技含量最高的现代化特大型桥梁工程之一。
图1.23 苏通大桥
改革开放以来，我国的桥梁建设在规模和速度上都令世人赞叹，而在匆忙建设过程中是否考虑过桥梁美学概念、建设的桥梁能否给人以美感，这些问题都值得我们去深入地思考。过去我们的设计方针是：适用、经济，在许可条件下兼顾美观。随着我国社会经济的发展，人民的生活水平逐步改善，对环境景观的要求不断提高，对美的追求也日益增强。基于这些原因，现在把设计原则修订为“安全、适用、经济、美观”。另外还要考虑可施工性、可养护性、全寿命性等。近年来，节约资源、保护环境的可持续发展工程的理念也得到了重视。
2008年5月建成通车的杭州湾跨海大桥，如图1.24所示，是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥。它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36km，是当时世界上最长的跨海大桥。杭州湾跨海大桥按双向六车道高速公路设计，设计速度为100km/h，设计使用年限100年，总投资约118亿元。大桥设南、北两个航道，其中南航道桥为主跨318m的A型单塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准3000t。北航道桥为主跨448m的钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准35000t。
图1.24 杭州湾跨海大桥
杭州湾跨海大桥在设计中首次引入了景观设计的概念。景观设计师们借助西湖苏堤“长桥卧波”的美学理念，兼顾杭州湾水文环境特点，结合行车时司机和乘客的心理因素，确定了大桥总体布置原则。整座大桥平面呈S形曲线，总体观看线形优美、生动活泼。从侧面看，在南北航道的通航孔桥处各呈一拱形，具有起伏跌宕的立体形状。
2009年4月通车的重庆朝天门长江大桥，位于长江上游重庆主城区，西连江北青草坝，东接南岸王家沱，如图1.25所示。大桥全长1741m，仅有两座主墩，主跨达552m，为当时世界上最长的拱桥，超越上海的卢浦大桥，比世界著名拱桥——澳大利亚悉尼港湾大桥的主跨还要长，成为“世界第一拱桥”。大桥最终选取了简洁大气的钢桁架拱桥形式，为重庆市民全民投票决定的，这也是全国第一座由全体市民投票决定造桥方案的长江大桥。
图1.25 重庆朝天门长江大桥
当夜幕降临，华灯初上之时，站在朝天门大桥上放眼望去，可见岸上万家灯火如璀璨群星，熠熠生辉。长江干流和嘉陵江在朝天门汇合，流急涡旋，犹如野马奔腾，滚滚东去，气势雄壮。建成后的重庆朝天门大桥分为上下两层，上层为双向六车道，行人可经两侧人行道过桥。下层则是双向轻轨轨道，并在两侧预留了2个车行道，可满足今后大桥车流量增大的需求。
2009年12月竣工通车的武汉天兴洲长江大桥，是一座双塔三索面三主桁公铁两用斜拉桥，如图1.26所示。主桥长4657m，主跨504m，超越丹麦海峡大桥成为当今世界公铁两用斜拉桥中跨度最大的桥梁，公路引线全长8043m，铁路引线全长60300m。大桥位于武汉长江二桥下游10km处，西北起于汉口平安铺，东南止于武昌武青主干道，全桥共91个桥墩，总投资约110亿余元，是继武汉长江大桥之后我国第二座公铁两用斜拉桥。该长江大桥也是中国第一座能够满足高速铁路运营的大跨度斜拉桥。大桥下层路面铺设4条铁路客运专线，设计速度为200km/h，上层为6车道公路，设计速度为80km/h。主桁宽度30m，位居世界同类桥梁第一。公路桥面采用正交异性板和混凝土板结合体系，铁路桥面采用混凝土道碴槽板结合体系，大桥可以同时承载两万吨的载荷。
图1.26 武汉天兴洲长江大桥
2011年1月建成通车的南京大胜关长江大桥，是京沪高速铁路和沪汉蓉铁路一座跨江通道，同时搭载双线地铁，为六线铁路桥，如图1.27所示。大桥全长9.27km，采用双孔通航的三桁承重六跨连续钢桁拱桥结构，跨径组合为109m+192m+2×336m+192m+109m。双主跨连拱为世界同类型跨度最大的高速铁路桥，三个主墩基础采用46根 Φ 2.8～ Φ 3.2m的钻孔桩基础，通航净高32m，能够确保万吨级船舶顺利过江。该长江大桥具有体量大、跨度大、荷载大、速度高“三大一高”的显著特点。大桥是世界首座六线铁路大桥，钢结构总量高达36万吨，混凝土总量达到了122万立方米，仅一个桥墩就有七个篮球场大。设计活载为六线轨道交通，支座最大反力达1.8万吨，是当时世界上设计荷载最大的高速铁路大桥。
图1.27 南京大胜关长江大桥
南京大胜关长江大桥建成后，可以同时通行六列列车，其中京沪高速铁路设计速度达300km/h，位居高速铁路大跨度桥梁世界领先水平。沪汉蓉铁路客车设计速度为200km/h，地铁设计速度为80km/h。大桥坡度仅为1.4‰，既能确保高速列车爬坡的安全性，又增加了旅客乘坐的舒适性。引桥之所以长达7658m，就是为了减小桥梁整体坡度。
2011年12月通车的武汉二七长江大桥是武汉第七座长江大桥，主桥通航孔采用三塔斜拉桥方案，两个主跨均为616m，是世界上最大跨度的三塔结合梁斜拉桥，如图1.28所示。引桥采用高架桥方案，桥梁总长约6.5km，桥塔高205m，是武汉市主塔最高的桥梁。三塔斜拉桥线型流畅、造型优美，等高的三塔蕴含武汉“三镇”之意。
图1.28 武汉二七长江大桥
2012年3月建成通车的湖南湘西矮寨塔梁分离式特大悬索桥，桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，桥梁全长1073.65m，主跨为1176m，如图1.29所示。该桥跨越矮寨大峡谷，主跨居世界同类桥梁第三、亚洲第一，首次采用轨索移梁工艺进行主桁梁架设。相对于桥面吊机拼装方案，该方案可大大减少钢桁梁的高空拼装作业，既可缩短工期节约投资，又能保证施工安全和施工质量。
图1.29 湘西矮寨大桥
由于湘西矮寨桥使用了塔梁分离式悬索桥结构，使钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，这样就会出现吊索卸载应力为零的情况，对大桥的钢桁梁受力将产生不利影响。因而，大桥首次在悬索桥上采用大型岩锚吊索结构。吉首岸设置1对岩锚吊索，茶峒岸设置2对岩锚吊索，岩锚吊索作为调节器，让主梁受力平衡。
另外，湘西矮寨桥首次采用碳纤维预应力索对岩锚底座进行锚固，将岩锚吊索所受的拉力传至地面岩体上。常规岩锚索预应力筋材采用钢绞线，矮寨大桥根据试验研究采用高性能碳纤维作为预应力筋材。与传统钢绞线相比，碳纤维材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀的特点，为桥梁的安全提供了充分的保障。
2012年4月竣工的四川雅（安）泸（沽）高速公路干海子大桥，如图1.30所示，是世界上同类型桥梁中最长的钢管桁架梁公路桥，它标志着我国艰险山区高速公路建设的科学研究与施工水平取得了重大突破。桥梁全长1811m，桥宽24.5m，共36跨。它在世界上首次采用钢管混凝土桁架桥梁和钢管格构桥墩，最长的连续梁达1044.7m，最高桥墩107m。大桥的主体结构全部采用了钢纤维混凝土，在世界桥梁建设史上也尚属首例。
图1.30 四川干海子大桥
2012年5月竣工的海即跨海大桥，如图1.31所示，是山东滨海公路海阳至即墨段的跨海工程，位于黄海与丁字湾交汇的丁字河口处，它将使青岛至海阳的车程缩短到不足1h。大桥采用双塔双索面混凝土斜拉桥体系，桥面宽度24.5m，双向4车道，主桥跨径为376m（88m+200m+88m），总跨度约3.3km，其中烟台海阳段2.17km，青岛即墨段1.13km。
图1.31 山东海即跨海大桥
2009年12月开工建设的港珠澳大桥，如图1.32所示，是一座连接香港、珠海和澳门的巨型桥梁，该桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港、珠海及澳门的大型跨海通道。工程建设内容包括：港珠澳大桥经济地理辐射带、珠澳大桥主体工程、香港口岸、珠海口岸、澳门口岸、香港接线以及珠海接线等。大桥主体工程采用桥隧组合方式，全长约29.6km，海底隧道长约6km。设计年限首次达到120年，总投资700多亿，预计于2016年底竣工通车。港珠澳大桥是中国首座涉及“一国两制”三地的世界级跨海大桥，协调难度前所未有，大桥着陆点、桥型线位、口岸模式、融资安排等成为三方博弈的四大焦点。
图1.32 港珠澳大桥
20世纪末期，国际桥梁会议以展望21世纪为主题。2006年美国土木工程师学会（ASCE）举行了一次“土木工程未来峰会”，形成了一份展望“2025年的土木工程”的报告。报告说：“土木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。”在容许应力法、极限状态法完善之后，一些发达国家已开始致力于编制基于使用性能的设计规范来提高基础设施的建设水平。
进入21世纪，我国桥梁事业还将继续前进，并向超大跨径发展，以适应修建跨海峡桥梁的需要。为此，桥梁建设者要依靠科技发展的最新成果，通过不断的研究来改进现有的技术，克服存在的不足，创新出更加先进的建桥技术。在可以预见的未来，纳米材料技术和生物技术要成为新世纪的前沿科技。同时，要探索超大跨径桥梁的新型建筑材料、合理的结构形式以及抵抗自然灾害的防范措施。要不断探索深海基础施工新方法、结构材料防腐措施、智能化结构设计理论、利用新的模拟软件对桥梁结构进行现场模拟等新技术、新方法。随着计算机技术的不断更新，非线性、全过程、全断面三维空间分析技术取得了很大进步，桥梁结构分析朝着更符合实际情况的精细化发展。
总之，在新桥梁建设方面将采用更为完善的概念设计理念，更注重与环境的协调发展，注重桥梁的美学效应，考虑全寿命的安全性、经济性和服务质量，将耐久性放到重要地位，考虑损伤构件的维修与更换。在施工方面，注重系统化管理和桥梁信息的采集，加强施工过程安全与质量的控制。对大型复杂桥梁进行施工过程监控并为生命期的健康监测打下基础。对于已建好的桥梁，采用高效的桥梁管理系统，定期、不定期地对桥梁进行检查，发现问题及时解决，做好管理与养护工作，以保证服务质量和有效服务年限。加强对已建桥梁的监测、评估、维修、加固改造等。桥梁景观各元素是自然科学、社会科学的研究对象，除了桥梁工程技术外，还要用到环境生态学、动植物生态学、地景学及城市规划、道路建筑、园林、绿化、雕塑、灯光等学科。相信经过科技的持续发展和理论的不断创新，从设计、施工、管理、运营等方面不断积累总结经验，我国未来的建桥技术将日臻完善。
桥梁一般有四个基本组成部分，即上部结构（superstructure）、下部结构（substructure）、支座（support）和附属设施（accessory），如图1.33所示。上部结构（也叫桥跨结构）指桥梁支座以上部分，是线路中断时跨越江河峡谷等障碍的主要承重结构。下部结构包括桥墩（pier）、桥台（abutment）和基础（foundation）。桥墩和桥台主要用来支撑上部结构，并把上面传下来的恒载和活载作用传至基础。通常设置在桥中间部分的为桥墩，设置在桥两端与路堤相衔接的部分称为桥台。另外，桥墩还要受到流水、冰块、船只等漂流物的冲击。桥台还要支挡路基填土防止路堤滑坡、坍塌等。单孔桥只有两端的桥台没有中间的桥墩。
图1.33 桥梁的基本组成
基础是桥墩桥台与地基相接的部分。基础需要承受桥墩桥台传下来的全部荷载，包括竖向荷载以及地震、外物撞击等。基础要深埋在土层之中，有时还需在深海中打桩，是建桥过程中首先施工的部分，且地质条件复杂难测，施工难度大。
支座是设置在墩台顶部，用于支撑上部结构的传力装置。它不仅要传递很大的荷载，还要保证上部结构能产生一定的自由活动。另外，建设桥梁时还要在路堤与桥台结合处两侧设置锥形护坡，防止雨水冲刷，保证迎水部分边坡的稳定。
桥梁的基本附属设施是指与桥梁服务功能有关的构件，主要包括：桥面铺装（deck pavement）、伸缩缝（expansion joint）、桥头搭板（transition slab at bridge head）、边沟、防排水系统、栏杆、灯光照明等。
下面介绍一些有关桥梁的术语。
（1）桥梁全长 （total length of bridge） 简称桥长，对于有桥台的桥梁，指两岸桥台后端点之间的水平距离；对于无桥台的桥梁，指桥面行车道总长，用 L 表示。对于一座桥梁，桥长是其工程规模的一个重要指标。
（2）净跨径 （clear span） 对于梁式桥指设计洪水位线上相邻两桥墩（或桥台）的水平净距；对于拱桥指两起拱线间的水平距离，用 l 表示。
（3）总跨径 （total span） 是多孔桥梁中各孔净跨径的总和。
（4）计算跨径 （computed span） 对于有支座的桥梁，是指桥跨结构相邻两个支座中心间的距离；对于无支座的桥梁指上、下部结构相交面中心间的水平距离，用 l 0 表示。
（5）桥梁建筑高度 （construction height of bridge） 指的是上部结构底缘至桥面顶面的竖直距离，用 h 表示。它不仅与桥梁结构体系和跨径大小有关，而且还随行车部分在桥上布置的高度位置而异。桥梁的建筑高度不得大于其容许建筑高度，否则就不能保证桥下通航、通车的要求。
（6）桥下净空 （clearance of span） 指的是为满足桥下通航（行车、行人）的需要，对上部结构底缘以下规定的空间限界，用 H 表示。
（7）桥面净空 （clearance above bridge floor） 指的是桥面车行道（lane）、人行道上方应保持的空间限界。净宽（clear width）指车行道、人行道的有效使用宽度，行车道净宽与车道数、行车速度有关。
（8）引桥 （approach） 是位于主桥两端、连接正桥和路堤的桥梁，主要用来代替高路堤的桥梁跨段。
（9）涵洞 （culvert） 是公路或铁路与沟渠相交的构筑物。作为一种洞穴式水利设施，水可以从里面流过，也可以行人通车，一般孔径较小，作用与桥相同。通常由洞身、洞口两大建筑部分组成，按照构造形式涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵、箱涵等。
当今世界桥梁种类繁多，按照其结构、受力、用途、材料、跨径等的差异，桥梁可以有多种分类方法，现逐一介绍。
实际上按照受力体系桥梁只分为梁桥、拱桥和吊桥三大体系。其次，在上述结构类型的基础上进行重新组合，还可以形成许多新桥型，如斜拉桥、刚架桥、系杆拱桥等。
（1）梁式桥 （beam bridge） 梁式桥是一种古老的桥梁体系，如图1.34所示，由桥柱和桥板组成。荷载作用从桥面板传向桥墩。由于外力（恒载和活载）的作用方向与桥梁承重结构轴线几乎垂直，因此与同样跨径的其他桥梁体系相比，梁式桥产生的弯矩最大，故以受弯为主。在竖向荷载作用下无水平反力，建桥时需用抗弯、抗拉性能很高的材料。对于中、小跨径桥梁，目前应用最广泛的是标准跨径钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥，有预制装配和现浇两种施工方法。这种桥梁结构简单、受力明确、施工方面，对地基承载力要求不高，跨径一般在50m以内。特别是预应力技术的使用，为现代装配式结构提供了最有效的连接手段。跨径很大时可采用悬臂式或连续式梁桥。
图1.34 梁式桥
（2）拱式桥 （arch bridge） 拱桥以受压为主，主要承重结构是拱圈、拱肋，如图1.35所示。在竖向荷载作用下，桥墩、桥台将承受很大的水平推力，同时这种水平推力的反作用力将会显著抵消荷载作用在拱圈中产生的弯矩峰值。所以，与同跨径的梁桥相比，拱圈的弯矩、挠度要小得多。基于拱桥的这些受力特征，建桥时要用抗压性能很好的圬工材料（如砖石、混凝土）和钢筋混凝土材料等。
图1.35 拱式桥
拱桥不仅跨越能力大而且外形酷似彩虹卧波，造型相当美观，在条件允许时，修建拱桥往往是经济合理的。当然，地质条件不太适合修建具有很大推力的拱桥时，也可修建无水平推力的系杆拱桥，跨度很大时也可修建钢拱桥。拱的形状越接近合理拱轴线则受力越合理，但是为了施工方便，一般采用圆弧形。拱圈上一般都有几个腹拱，既减轻了自重、节省了材料，又增加了泄洪的能力。
按照车行道所处主拱圈的不同位置，拱桥可分为上承式、中承式、下承式三种形式。
（3）悬索桥 （suspension bridge） 悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，如图1.36所示，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、加劲梁等构件组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢绞线、钢缆等）制作。锚固在加劲梁上的吊杆可看做多点弹性支撑，能减小恒载产生的弯矩，而大跨度桥梁中恒载内力所占比例最大，由于恒载弯矩减小，跨越能力显著增加，主梁断面也减小了，可以做成等高截面。
图1.36 悬索桥
桥面系竖向荷载通过吊杆使主缆承受很大的拉力，主缆通过索鞍悬挂在主塔上，两端锚固在两岸锚定体系中，并把所承受的拉力传递给锚碇体系，该拉力可分解为竖向力和水平力。
主塔受到主缆传来的竖向荷载和水平荷载以及加劲梁支撑在塔身上的作用力，并把各种作用力传递给下部的塔墩和基础，主塔的高度主要由垂跨比决定。
由于悬索桥可以充分利用材料的强度，且用料省、自重轻，因此悬索桥在各种桥梁体系中的跨越能力最大，跨径可以达到1000m以上。然而，悬索桥的整体刚度小，属柔性体系。在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，针对这一点需采取相应的措施。
（4）斜拉桥 （cable stayed bridge） 斜拉桥由塔柱、加劲梁、斜拉索构成，它实际上是梁桥与吊桥的组合形式，如图1.37所示。其基本受力特点是：桥面系上的作用力通过斜拉索传递给主塔，主塔再将此作用力传到下面的基础和地基。斜拉索将主梁吊起，使主梁成为具有多点弹性支撑的连续梁，这将大大减小主梁内的弯矩峰值，提高了跨越能力。斜拉桥属于高次超静定结构，为自锚体系。塔柱、拉索、加劲梁构成稳定的三角形结构，比悬索桥刚度大，抗风稳定性较好，跨径仅次于悬索桥。还可采用悬臂挂篮对称施工技术，无需临时支墩，不妨碍桥下通航。
图1.37 斜拉桥
（5）刚构桥 （rigid frame bridge） 刚构桥的主要承重结构是梁板和竖向支撑结合在一起的刚架体系，梁柱结合处具有较大刚性，以抵抗负弯矩，如图1.38所示。在竖向荷载作用下，梁板主要受弯，在柱脚处有水平反力，其受力状态介于梁桥和拱桥之间，弯矩值要比同跨径的简支梁小。由此可知刚构桥跨中截面高度可以做得很小，在城市线路中遇到立体跨线桥或跨越通航河道时，可考虑修建刚构桥以获得桥下净空并减少路堤填方量。
图1.38 刚构桥
除了上述按受力特征分类外，人们还习惯按功能、大小规模、材料等来分类。
（1）按用途划分 有公路桥（highway bridge）、铁路桥（railway bridge）、公铁两用桥（highway and railway bridge）、人行桥（foot bridge），以及机耕桥、过水桥、管线桥等。
（2）按跨径大小和桥梁总长划分 有涵洞、小桥、中桥、大桥、特大桥，如表1.1和表1.2所示。
表1.1 公路桥涵按跨径分类
表1.2 铁路桥梁按跨径分类
（3）按行车道位置划分 有上承式桥（deck bridge）、中承式桥（half-through bridge）和下承式桥（through bridge）。
（4）按跨越障碍性质划分 有跨河桥（river-crossing bridge）、跨海桥（sea-crossing bridge）、跨线桥（overpass bridge）、立交桥（flyover bridge）等。
（5）按承重结构所用材料类型划分 钢筋混凝土桥（reinforced concrete bridge）、预应力混凝土桥（prestressed concrete bridge）、钢桥（steel bridge）、钢-混凝土组合桥（steel-concrete composite bridge）、圬工桥（masonry bridge）、木桥（timberbr idge）等。
（6）按使用年限划分 有永久性桥 （permanent bridge）、半永久性桥（semi-permanent bridge）、临时桥（temporary bridge）等。
（7）按桥跨结构平面布置划分 有正交桥（rightbr idge）、斜交桥（skew bridge）、曲线桥（curve bridge）等。
本章主要介绍桥梁从古至今的发展历程，以及桥梁的基本组成与分类。古代人类受到自然现象的启发，建设一些简单的桥梁，而后随着科学技术的发展，桥梁建设步伐逐渐加快。特别是目前新工艺、新材料的运用，无论在数量上还是在跨径上桥梁建设都迈上一个新台阶。如今更加重视桥梁全寿命概念设计和景观设计、重视桥梁美学概念，使桥梁建筑与周围环境相协调，以此来展望未来桥梁的发展方向。
1.1 试概述我国桥梁的发展历程及未来桥梁发展的方向。
1.2 桥梁通常有哪几个基本组成部分？概述各组成部分的主要作用。
1.3 什么是桥梁的净跨径、总跨径和桥梁建筑高度？
1.4 依据受力体系桥梁可划分为哪些基本类型？简述各种类型的受力特征及使用场合。
1.5 斜拉桥和悬索桥的跨径要比其他桥型的跨径大许多，请阐述其原因。
1.6 针对不同的桥型，如何确定其计算跨径。