在建的常泰长江大桥天星洲专用航道桥

　　如果要追溯最早的桥梁，其年代可能会早于人类起源。这并非意味着桥梁是外星人馈赠给人类的礼物，而是说桥梁本是来源于大自然的造化，聪明的人类先祖是从观察自然中学会了建造桥梁。
　　无论是梁桥、拱桥还是索桥，在自然界中都有天成的例子。在原始森林中，老朽的枯树倒伏横亘于溪流之上，成为野生动物跨越溪流的交通要道，这就是天然梁桥最为常见的例子——横木为梁。天然拱桥的成因要复杂一些，其一般是下部软弱岩土被风化侵蚀，使上部坚固部分悬空而形成的天然结构。我们在一些景区经常见到一些所谓的“天生桥”，大多是这类天然拱桥。天然索桥的例子比较普遍，一般是森林巨树或山区沟谷中一些粗壮的多年生藤本植物天然形成的。人们观察到了这些简单原始的自然存在，在实践中不断学习、总结和创新，逐渐发展出了桥梁工程技术，创造出多姿多彩的桥梁世界。
　　古代桥梁
　　据历史文献记载，我国早在殷商和西周就有了桥梁，那时的桥梁均为木构，且多为浮桥和木梁桥。大约在公元前12世纪，周文王姬昌为婚娶迎亲，曾在渭河上“造舟为梁”，架设了一座浮桥。《诗经·大雅·大明》写道：“文定厥祥，亲迎于渭。造舟为梁，丕显其光。”这是我国古代最早有文字记载的桥梁。另据《史记》记载：公元前985年，周穆王曾在巨鹿水上造桥；公元前541年，秦公子鍼（同“针”）曾在陕西大荔东黄河上修建浮桥。自周代以迄秦汉，桥梁建筑技艺不断发展。至汉代时，桥梁已经较为普及，并逐步形成了浮桥、梁桥、索桥和拱桥等桥梁类型，建筑材料以木料、砖石为主。据相关记载，公元前3世纪，在成都市郊出现竹索桥；公元前2世纪，在陕西出现铁链桥；目前最早的石拱桥记载是东汉末年满城（今河北保定市满城区）的石窦桥。
　　隋、唐、宋时期，国力强盛，取得了较长时间的安定统一，工商业、交通运输业十分发达，创造出许多举世瞩目的桥梁。这一时期，拱结构在桥梁建筑中得到广泛运用，建桥材料从以木料为主发展到以石料为主。敞肩式、筏型基础、浮运法等重大技术的突破，使拱桥如雨后春笋遍及全国，桥梁的造型也变得更为美观，出现了独特的启闭式桥、美观的叠梁式木拱桥等。赵州安济桥、苏州宝带桥、泉州洛阳桥、泉州安平桥、潮州广济桥、北京卢沟桥等一批世界一流的名桥，均诞生于这一时期。英国科学家李约瑟在其名著《中国科学技术史》中曾热情地赞叹道：“（桥梁）在宋代有一个惊人的发展，造了一系列巨大板梁桥，特别是福建省，在国外任何地方都找不到能和它们相比的。”
　　在元、明、清时期的七百多年间，人们继承了前人创造桥梁的建筑技术，继续修筑新桥，维修、加固或重建旧桥。这一时期，竹索桥、藤索桥、铁索桥等索桥在中国西南山区兴盛。索桥技术是中国古代特有的桥梁技术，后来传播到了欧洲。在工业革命晚期，这项技术经悬链桥过渡，逐渐发展成以斜拉桥和悬索桥为代表的现代索桥技术。
　　国外在古代也以木、石作为主要的建桥材料，取得了璀璨的建桥成就。据史料记载，古罗马在公元前621年就建造了跨越台伯河的木桥，在公元前481年建造了跨越赫勒斯滂海峡的浮桥。古代美索不达米亚地区，公元前4世纪建有拱腹台阶式挑出的石拱桥。罗马时代的欧洲桥梁多为石拱桥，其中建于公元前98年的西班牙阿尔坎塔拉桥（Alcantara Bridge）的桥面高达52米，建于公元前62年的法布里希奥石拱桥（Fabricio Bridge）单孔跨度达24.5米。罗马时代的石拱桥多为半圆拱，桥墩很宽，约为拱跨的1/3。罗马帝国灭亡后的数百年内，欧洲桥梁建筑的形态变化不大。11世纪时尖拱技术从中东传入欧洲，欧洲拱桥形态开始变得丰富，除圆拱、割圆拱外，还出现了椭圆拱和坦拱，如1569年建造的意大利佛罗伦萨的圣特里尼塔桥（Santa Trinita Bridge）。在木桥方面，104年，匈牙利多瑙河上建成特拉杨木拱桥（TrajanBridge）有21孔，每孔跨度达36米。桁架技术是欧洲木梁桥的特有技术，为工业革命时期钢桁梁桥在欧洲的兴盛埋下了伏笔。
　　近代以来桥梁科技的发展
　　古代建桥以木、石等天然材料为主，人工材料在桥梁工程上的应用是近现代桥梁科技的标志，材料技术的进步是近现代桥梁科技发展的物质基础。18世纪，冶铁技术的成熟使铁的生产和铸造变得容易，从而为桥梁提供了新的建造材料。建于1779年的英国铁桥（Iron Bridge）是世界上第一座钢铁拱桥。1824年，英国石匠约瑟夫·阿斯普丁（Joseph Aspdin）在他的厨房发明了水泥。用水泥和制的混凝土最初被用于修建水坝。19世纪中后期，为解决当时严重的混凝土开裂问题，在浇筑混凝土时加入钢筋而出现了钢筋混凝土，并在20世纪前期发展为预应力混凝土。由此，出现了混凝土桥梁和预应力混凝土桥梁。
　　力学是近现代桥梁科技发展的理论基础。力学在早期是一门单一的学科，具有悠久的历史。工业革命时期，人们遇到的力学问题数量增加，加速了力学的发展。19世纪中期，力学已发展出理论力学、材料力学和结构力学等分支学科。进入20世纪后，又进一步发展出了地质力学、土力学、固体力学和流体力学等分支学科，20世纪20年代固体力学又分化出弹性力学等分支。
　　二战以后，力学与当时兴起的应用数学和计算机科学相互渗透、综合利用，发展出一个非常重要的数值分析方法——有限元分析法。伴随着应用数学和计算机科学的高速发展，有限元分析法成为各类工程学科的主要研究内容之一，应用领域不断发展，求解精度不断提高，以至大到三峡大坝、小到微米级的元器件的工程问题大都采用有限元分析法来进行分析，桥梁建设也是如此。
　　二战以来，桥梁抗震技术也有重要发展。早期的桥梁抗震分析采用静力理论，20世纪40年代出现了反应谱理论。该理论考虑了地面震动和结构动力特性的关系，比静力理论更加合理。20世纪70年代又出现了延性抗震设计和能力保护设计方法，通过在预期的延性破坏构件和预期的受保护构件之间引入强度差异，最大限度地让破坏发生在预期的延性构件上，使破坏部位可以预期，方便进行专门的构造设计以提高延性，进而大幅提高整个结构在地震中的安全性。
　　在桥梁抗风技术方面，1879年，苏格兰一座跨度75米的铁桁架桥在建成次年被风摧毁，使桥梁建造者开始考虑风的静力作用。1940年，美国塔科马海峡大桥（Tacoma Narrows Bridge）在风力不太大（约19.3米/秒）时发生了严重振动并最终垮塌，使人们又认识到风对桥梁的动力作用，开启了风对桥梁动力作用的研究。
　　近现代桥梁
　　1814年，英国人乔治·斯蒂芬森（George Ste-phenson）发明了蒸汽机车驱动的火车；1886年，德国人卡尔·本茨（Karl Benz）发明了内燃机车驱动的汽车，交通业的发展使得桥梁建设需求大量涌现。这一时期，冶铁技术和混凝土技术也逐渐成熟。在不断的工程实践中，桥梁结构理论也得到快速发展。这些因素导致近现代的桥梁与古代桥梁相比有了显著的不同。首先，古代桥梁主要以木、石等天然材料建成，而近现代桥梁主要以钢铁、混凝土等人工材料建成。其次，古代桥梁主要用于承载行人和马车、牛车等畜力车，近现代桥梁则主要用于承载火车和汽车。
　　近现代桥梁最初在欧洲铁路线上开始建设时，沿用了古代桥梁的梁桥和拱桥建造技术，但主要使用铸铁和钢材作为建造材料，结构形式以桁架为主。1890年建成的英国福斯桥（ForthBridge）是这一时期桥梁的杰出代表。该桥在桥墩上修建巨大的纺锤形钢桁悬臂梁，跨中搭设107米长的钢桁梁挂孔，使主孔跨度高达519米。这座桥全部用不耐腐蚀的钢材建成，必须涂刷油漆。涂刷油漆要耗费很多时间，一遍涂刷完毕时，最初涂刷的油漆又已经破损要重新涂刷，因此之后英国出现了“给福斯桥刷漆”这样一句俚语，用来形容一件永远也做不完的工作。
　　工业革命以来，数学和力学逐渐在拱桥的设计中起主导作用，拱桥设计理论臻于完善，拱桥的结构形式多样化，不再是单一的上承式实腹石拱桥。1932年建成的跨度502米的悉尼海港大桥（Sydney Harbour Bridge）是其中的典型代表。宏伟稳重的悉尼海港大桥与小巧灵动的悉尼歌剧院相映成趣，组成了举世闻名的城市符号，以至于很多人一提到悉尼，脑海中就浮现出悉尼海港大桥的样子，这就是桥梁的魅力。
　　1741年在英格兰建成的温奇人行桥（WinchBridge）是欧洲最早的铁索桥。该桥使用尺寸不大的铁环制成链状铁索来支承桥面，在技术上与中国古代的铁索桥是完全相同的。1801年，从苏格兰来到美国的移民建造了一座熟铁链式悬索桥，跨度21米，两根主缆由销链（用铁销连接眼杆）组成并锚于地面，该桥被美国人视为第一座现代悬索桥。法国人想到用铁丝来制作主缆。1824年，法国人在日内瓦建造了一座三塔两跨的人行桥，每跨42米，有6根主索，每索由90根铁丝组成。1826年，英国建成跨度137米的销链式悬索桥——梅奈海峡桥（MenaiStrait Bridge）。1849年，美国人学习法式悬索桥技术后，用熟铁丝制作主索，建成跨度308米的威林桥（Wheeling Bridge）。该桥在5年后毁于风暴，1860年重建，1874年增加了加劲斜索，1954年桥面改造，一直使用至今，是存世的建造最早的现代悬索桥。1854年，美国建成尼亚加拉瀑布悬索桥(NiagaraFalls Suspension Bridge)。该桥上层通行火车，下层过行人和马车，跨度251米，是世界上首座铁路悬索桥。1883年，罗布林（Roebling）父子建成举世闻名的纽约布鲁克林大桥（Brooklyn Bridge），跨度486米，由此拉开了现代大跨度悬索桥建设的帷幕。
　　虽然罗布林父子建造的桥梁使用了斜拉索结构体系，但斜拉桥的最初构思并非来自罗布林父子。早在1784年德国人就设计了木斜拉桥，19世纪初期斜拉桥曾在欧洲风行一时。但当时桥梁理论不足，无法精确计算高次超静定结构，当时的斜拉桥建造多以失败结束。1938年，德国人迪辛格（Dishinger）重新认识到斜拉索结构体系的优越性，提出现代斜拉桥设计概念；1955年，德国人在瑞典建成第一座现代斜拉桥，从此以后斜拉桥迅速发展。
　　二战以后桥梁建设中的另一个重大变化，是钢筋混凝土和预应力混凝土材料在桥梁建设中的大量运用。最早的钢筋混凝土桥梁可以追溯到19世纪后期，但由于当时严重的混凝土开裂问题以及人们担心混凝土开裂可能导致钢筋锈蚀问题，桥梁建设一直没有大量运用钢筋混凝土材料。直到二战后的欧洲重建时期，钢材极度缺乏，同时钢筋混凝土和预应力混凝土的技术已基本发展完善，混凝土材料才被大量用于桥梁建设，从而使这一时期的桥梁建设速度超过人类历史上以往任何一个时期。
　　我国近现代桥梁也是从铁路建设开始发展的。在半殖民地半封建社会的中国，铁路路权多为列强占据，桥梁起初也多为外国人修建。例如：我国第一座具有近现代水平的桥梁——建于1888年的唐（山）至胥（各庄）铁路蓟运河大桥，由英国人设计、比利时公司修建；1901年建成的位于中东铁路上的哈尔滨松花江桥，由受沙俄控制的东省铁路公司修建和经营；1905年建成的位于京汉线上的郑州黄河大桥由比利时公司承建；1908年建成的陇海线黑石关伊洛河桥及滇越铁路云南倮姑人字桥由法国人设计和建造；1909年建成的兰州黄河铁桥由德国人修建。
　　1872年，清政府在洋务派的推动下选派了包括詹天佑在内的一批少年赴美国学习现代科学技术，修习铁路工程的詹天佑于1881年学成归国。1896年，清政府又创办南洋公学和北洋铁路官学堂，开始自己培养工程技术人才。1909年，詹天佑主持修建的京张铁路通车，标志着中国人已能够自己建造近现代桥梁。
　　我国民国时期建桥成就乏善可陈，最著名的要数杭州钱塘江大桥，这是中国人自行设计建造的首座公铁两用大桥。该桥位于潮汛汹涌的钱塘江湾区，江底流沙深达40米，建造非常不易。1937年9月和11月，铁路和公路相继通车。同年底抗日战争局势恶化，12月23日该桥被迫炸毁。虽然该桥只通行了不足3个月，但经过该桥抢运的国家战略物资和步行到后方的难民为数甚巨，仅杭州沦陷前三天内，就有十多万难民从桥上步行疏散至后方。抗日战争期间，该桥历经多次修复、破坏，直至中华人民共和国成立后该桥才被完全修复，后又经多次加固维修。
　　我国桥梁建设在中华人民共和国成立后迎来快速发展期。成立初期，我国组建大桥局，集中全国桥梁科技力量，在苏联专家的帮助下成功建造了武汉长江大桥。该桥正桥为3联共9孔128米跨度的连续钢桁梁桥，首创“大直径钢筋混凝土管柱”基础和“大型管柱钻孔法”工法，被誉为“万里长江第一桥”。1968年建成的南京长江大桥，正桥为1孔128米简支梁和3联共9孔160米跨度的连续钢桁梁，9个主墩分别采用重型混凝土沉井、钢沉井加管柱、浮式钢筋混凝土沉井和钢板桩围堰管柱基础。该桥在1985年与“两弹一星”一并获得“国家科学技术进步奖特等奖”，被誉为“争气桥”。1973年至1993年建设的九江长江大桥，正桥为国内首次采用的3跨连续刚性梁柔性拱桥结构，主孔跨度216米，首创双壁钢围堰大直径钻孔基础技术。2000年建成的芜湖长江大桥开创了我国公铁两用斜拉桥先河，主桥为矮塔斜拉桥，主孔跨度312米。2009年建成的武汉天兴洲长江大桥采用三索面三主桁斜拉桥结构，主孔跨度504米，桥面系与主桁结合共同受力，研制700吨架梁吊机实现钢桁梁节段整体安装，研制全液压动力头钻机将深水钻孔能力提升到直径4米。2011年建成的南京大胜关长江大桥为6跨连续钢桁梁拱桥，两个主孔跨度均为336米。该桥建造过程中在建桥材料和设备方面又有重大突破，与武汉天兴洲长江大桥共同标志着我国桥梁建造技术跻身世界领先行列。这六座大桥被誉为我国近现代桥梁发展史上的六座里程碑。目前我国桥梁总量已超过100万座，是世界第一桥梁大国。各大桥型的跨度排行榜上，中国桥梁的占比已超过半数。


　　（秦顺全，中国工程院院士，1987年获西南交通大学工学硕士学位，教授级高级工程师，长期从事大型桥梁的设计、施工技术研究与管理工作，曾任中铁大桥院董事长。2004年享受国务院特殊津贴，2006年被评为全国杰出专业技术人才，历任第十、十一届全国人大代表，第十二、十三届全国人大常委；现任全国政协常委、九三学社中央常委、九三学社湖北省主委、湖北省政协副主席、中国中铁首席科学家。）