第6章桥梁工程

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第6章 桥梁工程,桥梁的分类；桥梁工程的总体规划；,桥梁的结构形式；桥墩与桥台；,桥梁基础；桥梁技术的发展方向；,1,6.1 桥梁的分类,一 桥梁工程的地位与作用,1,桥梁的定义,（1）广义：,联结障碍两端的中介载体称为桥梁；,例如：,a,在,20,世纪,60,70,年代，乒乓小球转动了世界大球，在中美之间建立起了一座,友谊桥梁,；,b,1997,年我国广州白云机场开通了广州至美国洛杉矶的直达航班，当时称它为架设在中美间的,空中桥梁,；,c,1998,年国家投巨资建设了北京西宁拉萨的地下光缆工程，这个光缆工程被称为架设在北京西宁拉萨间的,通讯桥梁,等。,2,6.1 桥梁的分类,一、桥梁工程的地位与作用,1,、桥梁的定义,（2）狭义：,跨越障碍物的工程结构称为桥梁；本章将言及的桥梁仅限于狭义范畴的桥梁。,跨越山谷,跨越江河,跨越公路,3,2,、桥梁工程的地位与作用,（1）,高速公路、铁路等道路工程建设中，由于受线型、纵坡、转弯半径等设计参数的制约，必须借助桥梁工程，才能保证道路技术标准的实现；,（2）,对于城市道路，在交叉路口，往往是借助城市立交桥实现道路的畅通；,（3）,桥梁工程占道路工程总造价的比例，可以从一个侧面反映道路等级的高低；,（4）,桥梁工程是一个国家在土木工程中具有技术能力和水平的象征。,4,二、桥梁的发展,1,桥梁的启蒙,：,人们有理由相信，由于天然石穹、溶洞等形状，启发了人类古代拱桥的建设；从横卧于溪流上的树干启发古代人们创造了梁式桥；跨越沟谷两端的树根藤索诞生了吊桥。,2,桥梁发展：,桥梁问世之初，其特点是规模小、跨径短、结构简单，多以天然材料为主；然而，随着科学技术的发展，新材料、新工艺的诞生，桥梁向规模宏大，结构复杂、受力合理、形状美观、材料新颖、行车舒适、适用安全的方向转化。,5,二、桥梁的发展,（续）,3,古代桥梁建设的代表：,赵州桥（公元,605,年）、法国南部尼姆城的石拱桥（公元前,18,年）；,6,二、桥梁的发展,（续）,4,、近代桥梁建设的代表：,意大利威尼斯的利亚托石拱桥（公元,1588,年）、四川灌县的安澜竹索桥（公元,1803,年）、英国福斯悬臂桁架桥（公元,1890,年）,7,二、桥梁的发展,（续）,5,国外 现代桥梁建设的代表：,美国的金门大桥(1280m)、英国的亨伯桥(1410m)以及日本明石大桥(1991m)。,金门,亨伯,明石,8,二、桥梁的发展,（续）,6,国内现代桥梁建设的代表：,世界第三的中国润扬长江桥(,1490m,)、世界第一的重庆长江大桥(,420余m,)和万州长江大桥(,420m,)、世界第一的南通长江大桥（,1088m,）。,万州,润扬桥全长,23.56km,主桥长,L1490m,重庆长江大桥,7 润扬桥概况,9,润扬桥L1490m，全长23.56km。,10,三、我国桥梁建设,1,古代中国的桥梁建设：,由于古代人发明了火药，极大地促进了土木工程建设的发展，建造了以赵州桥为代表的、一批具有当时世界领先水平的桥梁。,2 现代中国桥梁建设：,随着我国科学技术水平的提高，综合国力的增强，我国在近,20,余年内建造了一批具有世界一流水平的大型拱桥、连续刚构桥、斜拉桥和吊桥等。,3 代表桥梁见图片。,江阴,南通大桥,卢 浦,11,四、桥梁工程的未来发展,（建筑材料、设计计算、施工管理）,1 建筑,材料：,随着新材料的问世，越来越多的高强轻质、耐腐、抗疲劳、抗老化、抗松弛的新型材料必将用于桥梁建设。,2,设计计算：,随着计算技术的完善、使用的普及，将会诞生设计更合理、计算结果更准确、造型更别致的桥梁设计图。,3,施工管理：,现代化的企业管理技术、施工技术、和大型机械设备的问世，必将促进桥梁工程建设。,12,五、桥梁的基本组成与分类,（一）组成：,桥梁结构通常由基础、桥墩、桥台、支座、桥跨结构以及桥面系（桥面铺装、伸缩缝、排水设施、人行道铺装、栏杆、照明设施等）等组成。,13,五、桥梁的基本组成与分类,（二）桥梁分类,1,按位置分类：,水中桥、水面桥、水上桥、高架桥、栈桥等；,2 按形式分类：,踏步桥、梁式桥、拱桥、悬索桥等；,14,（二）桥梁分类,(续),3,按用途分类：,人行桥、,公路桥、,铁路桥、,公铁两用桥、,引水桥、,15,（二）桥梁分类,(续),3,按用途分类：,航运桥；,16,（二）桥梁分类,(续),4,按材料分类：,木桥、,圬工桥、,钢筋混凝土桥、,预应力混凝土桥、,铁桥、,钢桥,以及复合材料桥等。,17,5,按受力分类：,简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥、刚架桥、,T,构桥（静定与超静定）、桁架桥、斜拉桥、吊桥、拱桥(三铰、双铰、单铰和无铰等)；,（二）桥梁分类,(续),18,（二）桥梁分类,(续),6,按行车道板的位置分类：,上承式拱桥、,7,按桥的长度或跨径分类：,小桥、中桥、,小 桥：,8.0m L1 30.0m；5.0m l 20.0m；,中 桥：,30.0 L1 100.0m；20.0m l 40.0m；,大 桥：,L1 100.0m；l 40.0m；,特大桥：,L1 500.0m；l 100.0m；,注：,L1,为桥梁的总长，,l,为桥梁的跨长。,中承式拱桥、,下承式拱桥；,大桥、,特大桥。,19,六、桥梁设计原则与程序,1,、设计原则：安全、适用、经济、美观。,2,、设计程序：初步设计、技术设计、施工图设计三个阶段,（仅限于设计阶段）,。,20,6.1,2,2,梁式桥,一、概述,1,梁式桥的定义：,在垂直荷载作,用下，桥跨结构以受弯为主，支座不产生推力，仅有垂直反力存在。,2,我国古代著名的梁式桥：,福建泉州的,万安桥,。规模：,Lmax 17m、L800m,余米。建筑材料：石料，单条石梁重：,W200,余吨。,3,简支梁的承载能力,M,：,Mf（I，）,。,4,梁跨结构的用材：,通常情况下是用钢筋混凝土、预应力混凝土、预应力混凝土钢材的混合结构以及钢材。,21,二 梁式桥体系划分与受力特点,1、简支梁桥,1)受力特点：,在垂直荷载作用下，梁中只产生弯矩和剪力，不产生轴力，且在环境温度发生变化、地基产生不均匀沉降或位移时，梁中不产生附加次内力,（图1）,；,2)适用范围：,跨径不超过,50m,、墩高不大、特别是在高架桥和高速公路上的跨线桥中被大量运用；,3)简支梁桥的支承方式,：,如,图2,所示。,图1,图2,22,（1）受力特点：,悬臂梁桥由于支点截面存在负弯矩而降低跨中内力，由此可提高梁的承载能力，它与简支梁同属静定结构，其余受力特点与简支梁的类同。,（2）适用范围：,通航净宽大于,50m,的北方河流；,（3）支座设置方式：,如上图所示，类同于连续梁桥；,（4）桥跨结构布置形式：,对称与非对称两种；,（5）不足之处：,由于挂梁的存在，使得行车不流畅，,跳车现象不可避免；同时，挂梁牛腿构造复杂，使得施工困难，而且，牛腿还是全桥的薄弱环节。,（6）代表桥梁：,加拿大魁北克桥，,l,max,549m,、挂梁,l,195.2m,2,、悬臂梁桥,23,3,连续梁桥,(1)受力特点：,同一联上的任意位置作用荷载（支点截面除外），整联每跨梁中都有内力产生，连续梁属超静定结构，仅用内力平衡方程已无法求解支座反力和梁中内力的大小，必须借助位移协调条件和物理方程才能求解。,(2)适用范围：,主要使用在跨径在,50150m,范围内桥梁中；,(3)支座设置：,每一联只设一个固定铰支座，其余均为活动支座；,(4),优劣性：,连续梁桥刚度大、防震性能好、接头少便于车辆高速行驶，行车舒适；但构造复杂、接头处伸缩量大，在温度和支座基础发生变化时，梁中要产生次内力。,24,4,T,型刚构桥,（1）受力特点：,T,型刚构受力类似于固端悬臂梁，也属于静定结构，每一个,T,型结构为一个受力单元；,（2）适用范围：,本桥型多用在跨径,100200m,范围内，目前国内该桥型最大跨径,Lmax174m,（国外,L,max,270m,）；,（3）支座设置：,仅在挂梁和桥台处设置支座，设置方式类同于简支梁桥；,(4),优劣性：,由于,T,型刚构桥（,T,构桥）的桥梁与墩台间不设支座、是固结，在进行主梁悬臂现浇施工时，不需要临时支座、也不存在支座转化的问题；但由于挂梁的存在，有与悬臂梁桥类同的缺点。,25,6,连续刚构桥,（1）受力特点：,受力类同于多,跨连续框架结构，为了减少环,境变化引起的次内力，通常采用薄壁墩，同时采用薄壁墩 也是为了满足桥跨结构伸缩变形的需要；,（2）适用范围：,连续刚构桥多用在跨径,200300m,间的高墩桥梁上；,（3）支座设置：,连续刚构桥除在梁的两端设置滑动支座外，全桥均无支座结构；,（4）,优劣性：,它综合了连续梁桥和,T,型刚构桥的优点；其最大的缺点是在施工过程中稳定安全性较差。,26,三、梁式桥梁施工方法简介,1,、顶推连续梁施工方法简介,。,27,三、梁式桥梁施工方法简介,2,、悬臂浇筑连续刚构桥施工方法简介。,28,2,3,拱式桥梁,一、拱及拱桥,1,、拱的定义：,在建筑上呈弧形，且结构以受压为主。,2,、拱桥的定义：,承重结构的建筑呈弧形，且以受压为主的桥梁。,3,、拱的分类及实际应用：,拱可分为正拱、侧拱和反拱三种形式；正拱主要用于桥梁结构、洞或门的顶部，侧拱用于大坝或档土墙结构，反拱用于地下水位高的底板结构。,29,二 拱桥的组成与分类,1,、拱桥的组成：基础、墩台、拱座、拱圈、拱上建筑、行车道板以及桥面系。,2,、分类（以拱圈为主）,1）按材料分类：圬工、混凝土、钢筋混凝土、（部分）预应力混凝土、钢、钢混凝土；,2）,按线性分类：抛物线、圆弧线、悬链线；,30,2,、分类,（续）,（3）,按位置分类：上、中、下承式；,（4）,按推力分类：有推力拱和无推力拱；,（5）,按受力分类：无铰拱、两铰拱、三铰拱；,（6）,按跨数分类：单跨拱与多跨联拱拱桥。,31,三 拱桥体系划分与受力特点,1,、体系划分：,简单体系与组合体系；其区别在于前者有推力而后者则没有。,2,、受力特点：,在竖向荷载作用下，拱圈结构以受压为主，除此之外，拱顶截面产生正弯矩，拱脚截面产生负弯矩；拱座不仅要受竖向力的作用，而且也得受到很大水平推力的作用。,32,五、拱桥的施工,1,、施工方法：,预制吊装施工、满堂支架施工以及转体施工。,2,、施工注意事项：,按设计的要求顺序加载，平稳落载、安全吊装等。,33,2,4,缆索承重体系,一、概述,1,定义：,主要承重体系为缆索的桥梁。,2,分类：,斜拉桥和吊桥；而斜拉桥又可分为单索面和双索面、单塔和双塔，索的布置分为竖琴式、扇形式和放射式等类型。,3,缆索的锚固方式：,吊桥主缆集中为两索，通常采用地锚（地锚分为重力式和摩擦式），斜拉桥为自锚。,34,二、特 点,1,行车道梁受到拉索或吊索的作用，结构内力大大减小。,2,由于桥跨结构主要是弹性支承，所以在外荷载的作用下桥跨结构变形较大。,3,桥跨结构的刚度较小，抗风振是缆索桥梁设计中一个非常重要的内容。,35,三、桥梁专业术语,1、低水位：,指枯水季节的最低水位。,2、高水位：,指洪峰季节河流中的最高水位。,3、设计洪水位：,指桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所,得的高水位。,36,三、桥梁专业术语,4、净跨径：,对于梁式桥是指设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的水平净距，通常用,l,0,表示；对于拱式桥是指每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。,5、总跨径：,是指各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径（,l,0,），它反映了排泄洪水的能力。,6、计算跨径：,对于具有支座的桥梁，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，通常用,l,表示；对于拱式桥，是两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。,37,7、桥梁全长：,指桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离，以L表示。,8、桥梁高度：,指桥面与低水位之间的高差。,9、桥下净空高度,：是指设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距