钢结构的发展史

钢结构的发展史 人类采用钢结构的历史和炼铁 炼钢的发展有密切的关系 对于一个国家来说 还和 本国的钢铁产量有关 在古代 我们中华民族在冶炼技术方面是处于遥遥领先的地位的 从江苏六合和湖南长沙等地春秋时期的墓葬和遗址中 发现人工冶炼的铁块 铁条 铁销 铁锛等 说明中国在春秋时期已使用人工制铁 中国发现的最早生铁制品 比外国最先使 用生铁的时间早一千八百多年 我国也是最早用铁建造承重结构的国家 在公元前二百多年 秦始皇时代 就已经用 铁建造桥墩 在公元前六七十年间 就成功地用熟铁建造铁链桥 以后建造的铁链桥不下 数十座之多 其中以云南的沅江桥 四百多年前 贵州的盘江桥 三百年前 及四川泸 定大渡河桥 建于 1696 年 为最大 大渡河铁链桥净跨长达 100 米 桥宽 2 8 米 可 并列两辆马车 由九根桥面铁链和四根桥栏铁链构成 铁链是由生铁铸成 每根铁链重达 一吨半 锚固在直径为 20 厘米 长 4 米的锚桩上 该桥比英国用铸铁建造的欧洲第一座 跨长 31 米的拱桥早八十三年 比美洲第一座跨度为 21 3 米的铁链桥早一百多年 此外我 国还建造了不少铁塔 如湖北荆州玉泉寺铁塔 山东济宁寺铁塔和镇江甘露寺铁塔等 玉 泉寺 共 13 层 17 9m 高 位于湖北当阳城西 15 公里的玉泉山东麓 始建于东汉末年 1061 年 为我国历代著名的佛教寺院之一 这些建筑物都表明了我国古代建筑和冶金技术方面的高度水平 欧洲在 18 世纪下半叶开始修建生铁桥 由于生铁性脆 在梁桥中没有得到推广 主要 用于拱桥 世界上第一座铸铁桥是英国科尔布鲁克戴尔厂所造的赛文河桥 建于 1779 年 为半圆拱 由五片拱肋组成 跨径 30 7 米 其后转为用铸铁造桥 19 世纪 40 年代开始出 现熟 锻 铁桥 但这两种桥经常失事 19 世纪同时出现了转炉和平炉炼钢 欧洲第一座 铁链吊桥是英国的蒂斯河桥 建于 1741 年 跨径 20 米 宽 0 63 米 1855 年 美国建成尼 亚加拉瀑布公路铁路两用桥 这座桥是采用锻铁索和加劲梁的吊车 跨径为 250 米 二次世界大战后 随着强度高 韧性好 抗疲劳和耐腐蚀性能好的钢材的出现 以及 用焊接平板钢和用角钢 板钢材等加劲所形成轻而高强的正交异性板桥面的出现 高强度 螺栓的应用等 钢桥有了很大发展 20 世纪 60 年代以后 钢斜拉桥发展起来 第一座刚斜拉桥是瑞典建成的斯特伦松德 海峡桥 建于 19506 年 跨径为 74 7 182 6 74 7 米 这座桥的斜拉索在塔左右各两根 由 钢筋混凝土板和焊接钢板梁组合作为纵梁 随着冶炼技术的进步 钢材逐渐在桥梁中大量应用 近代钢桥不但在跨径上大大突破原来的记录 而且在刚才方面向高强 耐锈蚀的特种 刚发展 在施工工艺上向全焊结构方面发展 使现代化钢桥自重更轻 跨越能力更强 形 成更多优美 合理 实用的体系 我国早在 1888 年就开始了铁路钢桥的建设 到现在已经有 100 多年的历史了 但建 国以前所建的钢桥 跨度都很小 建桥的钢材是进口的 结构是铆接的 工艺很简陋 稍 大一点的桥梁多由外国商人承建 本国技术人员自行建造 具有代表性的钢桥是 1937 年 建成的淅赣铁路钱塘江公铁路桥 跨度 L p 65184m 建国后 钢桥技术发展很快 1956 年借用原苏联进口的低碳钢和技术 建成京广铁路武汉长江公铁路大桥 L p 128 m 1968 年用国产 16M nq 钢完全依靠自己的力量建成南京长江公铁路大桥 L p 160 m 南 京长江大桥是 1960 年 1 月 18 日正式动工的 1968 年 9 月铁路桥通车 同年 12 月公路桥 通 南京长江大桥是铁路公路两用特大桥 铁路桥长 6772 米 公路桥长 4588 米 桥下可 通行万吨轮船 六十年代中期 为加快铁路建设 在西南的成昆铁路修建中 系统地研究发展了栓 焊钢新技术 一举建成各种不同结构形式的栓焊钢桥 44 座 结束了在我国使用了近 100 年的铆接钢桥的历史 这在钢桥发展史上是一个很大的进步 为我国栓焊钢桥技术发展开 创了新纪元 改革开放以来 特别是进入 20 世纪 90 年代 我国钢桥建设取得了举世瞩目 的发展 修建了一批具有世界先进水平的大桥 特大桥 例如衔接镇江扬州两地的润扬大 桥 它由悬索桥和斜拉桥结合而成 跨江长度 7 3 公里 总长 35 66 公里 刷新了中国桥梁 史上八项记录 其中悬索桥主跨达到 1490 米 位居中国第一 世界第三 苏通大桥位于江 苏省东部的南通市和苏州 常熟 市之间 创造四项世界之最 最大主跨 1088m 最深 基础 桩长 120m 承台长 114m 宽 48m 最高桥塔 300 4m 最长拉索 577m 在建筑方面 第一个五年计划期间 我国很快地出现了自己的钢铁冶金企业 重型机 器制造业 汽车制造工业 动力设备制造工业以及一些轻化工业等 在这伟大的建设事业 中 很多厂房 都采用了规模巨大的钢结构 其中主要的有 恢复和扩建了鞍山钢铁公司 武汉钢铁公司和大连船厂等 新建的有太原 富拉尔基重型机器制造厂 长春汽车制造厂 哈尔滨和四川的三大动力厂 洛阳拖拉机厂以及一些飞机制造厂等 钢结构的发展有赖于钢产量的提高 我国冶金工业建国后虽有了很大的发展 但产量 还不高 使钢结构在我国的采用受到了客观条件的限制 只在必需采用钢结构的重要建筑 物中才得到应用 公用和民用建筑中 主要的有首都人民大会堂 60 米跨度的钢屋架 北 京工人体育馆 94 米直径的悬索结构 首都体育馆 99 米跨度的平板网架结构 上海体育馆 110 米直径的圆形平板网架结构 西安秦始皇陵兵马俑陈列馆 70 米跨度的三铰拱钢结构 在高耸结构中 先后建成 200 米高的广州电视塔 210 米高的上海电视塔 325 米高的 背景环境气象桅杆等 随着我国经济建设的迅速发展 钢产量的提高 钢结构在我国建设事业中将得到更加 广泛的应用 我国建成一批世界排名前十的高层建筑 例如上海环球金融中心 上海金茂 大厦 香港国际金融中心等 另外 先进的钢结构构筑物得到广泛的应用 钢结构的发展史 1660 虎克发现材料变形与受力大小的比例关系 虎克定律 1744 欧拉 Euler 推导出压秆稳定极限荷载公式 沿用至今 1779 第一座铸铁拱桥 英格兰 Coalbrookdale 大桥建造完成 建在塞文河上 1786 法国建造巴黎法兰西剧院 铁 玻璃顶 1820 美国费城建造第一栋铸铁建筑 1828 维也纳建造第一座钢桥 1851 年 伦敦花匠帕克斯顿设计的 水晶宫 展览馆 为玻璃铁架结构 完全表现了工业 生产的机械本能 水晶宫 开创了建筑形式的新纪元 1856 美国开始产钢 1874 第一座大跨钢桁桥 Eads Bridge 在圣路易 St Louis 建成 1876 法国巴黎建造艾菲尔铁塔 Eiffel Tower 1881 电弧焊工艺问世 1883 布鲁克林 Brooklyn 吊桥完工 始建于 1869 年 1889 年 法国世博会上设计的 埃菲尔铁塔 和 机械馆 埃菲尔铁塔 为高架铁结构 塔 高 328M 机械馆 是空前未有的大跨度结构 刷新了世界建筑的新纪录 长 420M 跨度 达 115M 结构方法首次运用了三铰拱的原理 1889 CHICAGO 的 The Rand Mcnally Building 图中 4 号楼 建成 成为第一栋全钢结 构的大厦 10 层 1890 3 月苏格兰福斯桥 Firth of Forth Bridge 完成 用钢 55 000 吨 57 条生命 8 百万 铆钉运回家 1907 美国设立伯力恒钢厂 Bethlehem Steel 1908 伯力恒 Bethlehem Steel 开始生产热轧型钢 1909 年 德意志制造联盟的彼得 贝伦斯设计了 柏林通用电气公司透平机车间 以钢 结构为骨架与大玻璃窗为特点 被称为是第一座真正的现代建筑 1909 美国麻州采用热轧型钢用于建筑结构 1914 匈牙利 Kazinczy 证实梁具有塑性铰极限行为 1921 美国钢结构学会 AISC 成立 1923 AISC 年發行第一版钢结构设计规范 AISC ASD 容许应力法 1930 耐候钢问世 1931 纽约帝国大厦完工 102 层 高 381 米 1944 柱研究学会 Column Research Council CRC 成立 后改名稳定学会 1940 Lehigh University 开始研究结构及构件的极限强度 1947 高强度螺栓规范出版 1950 中国东北制定钢结构设计内部规定 1953 建成世界第一个悬索屋面 美国北卡罗里那州的雷里体育馆 RALEIGH 大剧院 现代悬索结构的开始 1954 中国颁布第一本 钢结构设计规范 结规 4 54 容许应力设计法 1955 苏联颁布 121 55 规范 日本中之岛制钢所开始生产轻量型钢 1956 12 月中国采用苏联颁布 121 55 规范为参考规范 1957 第一次将塑性设计法用于建筑 1960 日本积水 SEKISUI HOUSE 公司推出 A 型钢结构住宅 1961 建成北京工人体育馆 中国现代悬索结构的开始 1962 日本大和公司推出 A 型钢结构住宅 1965 日本松下住宅推出 R2N 型钢结构住宅 1970 当时世界最高大厦纽约世界贸易大厦建成 高 410 米 1973 当时最高的芝加哥西尔斯大厦 Sears Tower 完工 110 层 高 442 米 1974 中国颁布 TJ 17 44 半概率 半经验的设计法 1976 在加拿大的西安大略大学进行的风洞实验室研究 这一研究对 MBMA SBC 和世 界其他一些国家的规范中风荷载的规定做出贡献 广泛用于低层金属结构系统 同年 法国 USINOR 发展可耐 900 的耐火钢 1980 日本钢管公司 NKK 发展 OLAC 钢板工艺 TMCP 钢板 1983 美国钢结构学会 AISC