道桥工程概论4-桥梁入门(讲课版本)

1、桥梁工程 Bridge Engineering,4-1 桥梁的基本组成和分类 4-2 桥梁建设及展望 4-3 常用桥梁施工机械,-,-,目录,桥梁概述,桥梁的定义,桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、车辆、行人等跨越河流、山谷、湖泊、低地或其它交通线路等障碍时使用的建筑结构。 从线路的角度讲，也是线路在跨越上述障碍时的延伸或连接部分。,第一节 桥梁的组成和分类,一、桥梁的组成,2.支座 bearing,1.桥跨结构,3.桥墩 pier,4.桥台 abutment,5.基础 foundation,下部结构 substructure,上部结构 superstructure,6.附属设施 accesso

2、ry,图1.2.1 桥梁的基本组成,1上部结构(superstructure) 上部结构指桥梁位于支座以上的部分。也称为桥跨结构、桥孔结构。 是指桥梁中直接承受桥上交通荷载的、架空的主体结构部分,包含主要承重结构，纵横向连接系，拱上建筑等。桥跨结构的型式多样。对梁桥而言，其主体结构是梁；对拱桥而言，其主体结构是拱；对悬索桥而言，其主体结构是缆。,2下部结构（substructure） 下部结构指桥梁位于支座以下的部分，也叫支承结构。它包括桥墩(pier)、桥台(abutment)以及墩台的基础(foundation)，是支承上部结构、向下传递荷载的结构物。 桥梁墩台的布置是与桥跨结构相对应的。

3、桥台设在桥跨结构的两端，桥墩则分设在两桥台之间。桥台除起到支承和传力作用外，还起到与路堤衔接、防止路堤滑塌的作用。为此，通常需在桥台周围设置锥体护坡。 墩台基础是承受由上至下的全部荷载（包括交通荷载和结构重力）并将其传递给地基的结构物。它通常埋入土层之中或建筑在基岩之上，时常需要在水中施工。,3支座(bearing) 在桥跨结构与墩台之间，还需要设置支座，以连接桥跨结构与桥梁墩台，提供荷载传递途径。除此之外，根据具体情况，与桥梁配套建造的附属结构物可能有：挡土墙、护坡、导流堤、检查设备、台阶扶梯、导航装置等。拱桥、刚架桥一般没有支座。,4附属结构 指为保证桥跨结构能正常使用而需要建造的桥上各种

4、附属结构或设施。,1.桥面铺装（行车道铺装）,2.排水防水系统,3.栏杆,4.伸缩缝,5.灯光照明,常用名词,1.跨度 也称跨径，是指桥梁两相邻墩支座间的距离，表示桥梁的跨越能力，对多跨桥，最大跨度称为主跨，是表征桥梁技术水平的重要指标。,2.计算跨径 桥跨结构两个支点间的距离称为计算跨径。对于梁式桥是指桥跨两端相邻支座中心之间的距离。对于拱式桥是指拱轴线两端点之间的距离。,3.净跨径 对于梁式桥净跨径是指设计洪水位线上相邻两个桥墩(或桥台)之间的水平净距，而拱式桥是指每孔拱跨拱脚截面内边缘之间的距离。,4.总跨径 各孔净跨径之和称为总跨径。桥梁的净跨径和总跨径是反映桥梁宣泄洪水的能力和通航标

5、准的指标。,5.标准跨径 对公路梁式桥，标准跨径是指两相邻桥墩中线间的距离，或桥墩中线与桥台台背前缘间的距离；对拱式桥，是指其净跨径。铁路桥常以计算跨径作为标准跨径。,在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这部分桥梁如果采用标准设计，其工程设计和施工质量将大大提高，其经济效益也是非常可观的，因而我国公路工程技术标准中规定，标准设计或新建桥涵跨径在50m以下时，均应采用标准化跨径。公路桥涵的标准化跨径从0.75m至50m，共计21种跨径。当单孔跨径5m或多孔跨径的全长8m时，通常采用涵洞结构。 涵洞结构是用来宣泄路堤下水流的构造物，简称涵洞。在涵洞处路堤一般是不中断的。,6.桥长,桥长是衡

6、量桥梁大小的最简单的技术指标：一般把桥梁两端桥台的翼墙（侧墙、八字墙或U形墙）尾端点之间的距离称为桥梁全长，简称桥长L。 无桥台时，桥梁全长为桥跨结构的行车道板全长距离。桥梁规范中根据桥梁跨径总长L和单孔跨径划分桥梁的规模大小。,7.桥下净空,桥下净空高度是指设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构下边缘之间的距离。该距离应满足安全排洪及通航的要求。,8.桥梁建筑高度,桥梁建筑高度是指桥上行车路面(或轨顶)与桥跨结构下边缘之间的高差。,9.桥梁容许建筑高度,公路桥面或铁路轨底标高减去设计洪水位标高，再减去通航或排洪所要求的梁底净空高度。 通常桥梁建筑高度应小于其容许建筑高度。,桥梁高度是指低水位至桥

7、面的高差。 桥高的不同对桥梁施工的要求也不同，其施工的方法和难度会有很大差异。,10. 桥梁高度,二、桥梁的分类,（一）桥梁按受力体系分类 按结构体系及其受力特点，桥梁可划分为梁、拱、索三种基本体系和组合体系。不同的结构体系具有不同的结构型式和受力特点。,按受力图示不同,梁式,拱式,刚架,悬索,斜拉,组合体系,梁桥,拱桥,刚架桥,悬索桥,斜拉桥,组合体系桥梁,1梁桥 梁桥是古老的结构体系之一。梁作为承重结构，主要是以其抗弯能力来承受荷载的。在竖向荷载作用下，其支承反力也是竖直的；简支的梁部结构只受弯、剪，不承受轴向力。,常用的简支梁(simply-supported beam)的跨越能力有限：

8、施工方法有预制装配和支架现浇两种，此桥梁结构简单，施工方便，对地基承载力的要求也不高，其常用跨度在16m以下，当跨度较大时，需要采用预应力混凝土简支梁，但跨度一般不超过50m,悬臂梁和连续梁(图(a)和图(c)得到发展。它们都是利用增加中间支承以减少跨中正弯矩，更合理地利用材料和分配内力，加大跨越能力。 悬臂梁(cantilever beam)采用铰结或一简支跨（称为挂孔）来连接其两个端头，其为静定结构，受力明确，计算简便；因结构变形在连接处不连续而对行车和桥面养护产生不利影响，近年来已很少采用。 连续梁 (continuous beam)因桥跨结构连续，克服了悬臂梁的不足，是目前采用得较多的

9、梁式桥型。,对于跨度很大的大桥和特大桥，可采用预应力混凝土梁桥、钢桥和钢-混凝土组合梁桥,2拱桥 拱桥的主要承重结构是具有曲线外形的拱圈。在竖向荷载作用下，拱圈主要承受轴向压力，但也受弯、受剪。拱趾处的支承反力除了竖向反力外，还有较大的水平推力。,根据拱的受力特点，多采用抗压能力较强且经济合算的砌体材料（石材等）和钢筋混凝土来修建拱桥； 因拱是有推力的结构，对地基的要求较高，故一般宜建于地基良好之上。 拱桥为跨越能力很大，而且外形酷似彩虹卧波，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的，一般在跨度500m以内均可作为比选方案,在地基条件不适合于修建具有很大推力的拱桥下，也可以建造水平推力由受

10、拉系杆来承受的系杆拱桥。系杆可由钢、预应力混凝土或高强钢筋做成。近年来发展了一种所谓飞雁式三跨自锚式微小推力搭桥。如图d所示，即在边跨的两端施加强大的水平预加力，通过边跨梁传至拱脚，以抵消主跨拱脚处的巨大水平推力,随着施工方法的进步，除了传统的满堂支架或拱架施工方法外，现可采用悬臂施工、转体施工、劲性骨架施工等无支架施工新技术，这对拱桥在更大跨度范围内的应用，起到了重要的促进作用。,3.刚构桥(portal bridge) 刚构桥是梁与立柱（或称为墩柱）的组合体系。刚构桥中的梁与立柱刚性连接，形成刚架，见图1.2(e)。,其主要特点是：立柱具有相当的抗弯刚度，故可有效分担梁部跨中正弯矩，达到降

11、低梁高、增大桥下净空的目的。在竖向荷载作用下，主梁与立柱的连接处会产生负弯矩；主梁、立柱承受弯矩，也承受轴力和剪力；柱底约束处既有竖直反力，也有水平力。 刚架桥多采用立柱直立的、单跨或多跨的门形框架、柱底约束可以是铰结或固结。钢筋混凝土刚架桥适用于中小跨度的、建筑高度要求较严的城市或公路跨线桥。,4悬索桥 悬索桥主要由缆、塔、锚锭、加劲梁等组成。 对跨度较小（如小于300m）、活载较大且加劲梁较刚劲的悬索桥，可以视其为缆与梁的组合体系。 但大跨度悬索桥的主要承重结构为缆，组合体系的效应可以忽略。,在竖向荷载作用下，其悬索受拉，锚锭处会承受较大的竖向（向上）和水平（向河心）力。悬索通常用高强度钢

12、丝制成圆形大缆，加劲梁多采用钢桁架梁或扁平箱梁，桥塔可采用钢筋混凝土或钢。因缆的抗拉性能得以充分发挥且其尺寸基本上不受限制，故悬索桥的跨越能力一直在各种桥型中名列前茅。不过，由于结构较柔，悬索桥较难满足当代铁路桥的要求。,在修建跨度相对较小（通常不大于300m）的悬索桥，当两岸用地受到限制而无法布置锚锭时或出于景观需要，可采用自锚式悬索桥(self-anchored suspension bridge)。 其特点是：将大缆的两端固定在加劲梁的两端，省略了大尺寸的锚锭，但导致了梁的材料用量的增加，也增加了施工难度。,注：加劲梁：又称为刚性梁。 悬索桥加劲梁主要起支承和传递荷载的作用，是承受风载和

13、其他横向水平力的主要构件。大跨径悬索桥的加劲梁大都采用钢结构。一般采用桁架梁和扁平钢箱梁。,5.斜拉桥（cable-stayed bridge） 斜拉桥是梁与塔、斜索组成的组合体系，结构型式多样，造型优美壮观。,在竖向荷载作用下，梁以受弯为主，塔以受压为主，斜索则承受拉力。梁体被斜索多点扣住，表现出弹性支承连续梁的特点；这样，梁所承受的恒载弯矩减小，梁高可以降低，结构自重可以减轻，跨度可以增加；另外，塔和斜索的材料性能也能得到较充分地发挥。 因此，斜拉桥的跨越能力仅次于悬索桥，是近几十年来发展很快的一种桥式。由于刚度问题，斜拉桥在铁路桥梁上的应用极为有限。,（二）桥梁的其他分类,表4-1 桥梁

14、涵洞按跨径分类,桥梁按年代分类 古代桥梁大致指19世纪之前的桥梁。 现代桥梁19世纪20年代，世界上出现铁路。现代桥主要是为适应铁路建设的需要，在19世纪后期逐步发展起来的，并在铁路上使用至今。 当代桥梁是本世纪50年代左右发展起来的，主要为公路和城市道路服务的。,第二节 桥梁建设及展望,一、我国桥梁建筑 二、国外桥梁建设,1、中国古代三大名桥,河北赵县赵州桥（安济桥） 605年 隋 李春 空腹圆弧石拱，净跨37.02m，矢高7.23m ，宽9m，是我国古代石拱桥的杰出代表。 福建泉州万安桥（洛阳桥） 1053-59年 800多米，47孔，石梁、牡蛎胶固基础,是近代筏形基础的开端。 广东潮州湘

15、子桥（广济桥） 始建1169年 517.95m，19孔，石梁、木梁石拱多种形式，18条浮船组成的97.3m的开合式浮桥为世界之最。,古代拱桥赵州桥,又称安济桥，位于河北省赵县境内，建于隋开皇年间（公元595605年），由隋匠李春建造，距今已有近1400年历史。赵州桥全长64.4米，拱顶宽9米，拱脚宽9.6米，跨径37.02米，拱矢7.23米。不仅有高度的科学性，而且具有我国独特的民族艺术风格，是我国古代建筑的伟大作品。,古代梁桥万安桥,泉州万安桥，俗称洛阳桥，建于洛阳江入海口。桥始建于宋皇佑五年,完成于宋嘉裕四年。桥总长约834米，石墩、石梁共有孔，每孔约1117米，桥宽3.7米。每孔花岗岩石

16、梁有7根，每根梁高约0.5m，宽0.6m，长约12m。万安桥开现代筏形基础之先河，创世界绝无仅有之造桥方法，成就惊人。,古代梁桥湘子桥,湘子桥全长500余米，东岸桥墩13座，西岸桥墩11座，位于潮州古城东门楼外，曾被著名桥梁专家茅以升誉为“世界上最早的启闭式桥梁”。湘子桥建于宋，初为浮桥，由八十六只巨船连结而成，始名“康济”。后历代太守修建，筑建桥墩，改名“丁公桥”、“济川桥”。至明代，遂筑成“十八梭船廿四洲”，更名为“广济桥 ”，俗称湘子桥。,2.中国现代桥梁建筑情况,（1）梁桥 （2）拱桥 （3）刚构桥 （4）斜拉桥 （5）悬索桥,武汉长江大桥,中国第一座跨越长江的大桥，1957年完成 钢

17、桁架连续梁桥，主跨128m，双层桥面，公铁两用 悬臂拼装法施工,（一）梁桥,南京长江大桥,1968年完成，其材料、设计、施工全部自己承担 钢桁架连续梁桥，主跨160m，双层桥面，公铁两用 悬臂拼装法施工，深水基础施工,九江长江大桥,1992年完成，位于江苏九江 连续钢桁架带加劲拱梁桥，主跨216m，双层桥面，公铁两用 悬臂拼装法施工,芜湖长江大桥,2000年完成，位于安徽芜湖 低塔加劲连续钢桁架梁桥，主跨312m，双层桥面，公铁两用 悬臂拼装法施工,云南六库怒江大桥,云南六库怒江大桥是目前国内跨度最大的预应力混凝土连续箱梁。采用3跨变截面箱形梁，分跨为85+154+85(m)，箱梁为单箱单室截

18、面，箱宽5.0m，两侧各挑出伸臂2.5m。支点处梁高8.5m，合跨度的1/18；跨中梁高2.8m，合跨度的1/55；全桥仅在#0块内设置横隔板两道。采用三向预应力配筋，纵向采用大吨位钢绞线群锚体系，仅于顶底板内配筋而无下弯索和弯起索，既简化了施工，又不为布索而增厚腹板；竖向预应力筋采用四级32高强度精轧螺纹钢筋，兼作悬浇挂蓝的后锚钢筋。下部结构采用空心墩，钻孔灌注桩基础支承于岩层上。于1991年3月竣工。,南京长江第二大桥是国家“九五”重点建设项目，由南汊大桥、北汊大桥和南岸、八卦洲及北岸引桥组成 北汊大桥为五跨连续的预应力连续梁桥，主跨为90+3165+90米连续梁桥，桥长2172米，在同类

19、桥型中居亚洲,（二）拱桥,拱桥由于拱桥造型优美，跨越能力大，长期以来一直是大跨度桥梁的主要形式之一。混凝土拱桥分箱形拱、肋拱、桁架拱。 我国采用索吊装架设法施工的最大跨度是1979年建成的四川宜宾马鸣溪大桥（主跨150m） 采用拱架法施工的最大跨度是1982年建成的四川攀枝花市宝鼎大桥（主跨170m） 采用支架法施工的最大跨度是河南许沟大桥（主跨220m） 采用转体法施工的最大跨度是1990年建成的重庆涪陵乌江大桥（主跨200m） 采用悬臂法施工的最大跨度是1995年建成的贵州江界河大桥（主跨330m）,世界十大混凝土拱桥,成昆铁路一线天桥,铁路石拱桥，跨度54m 有支架（钢拱架）施工，196

20、6年建成,九溪沟大桥,位于四川省丰都县九溪沟，跨径为116m 有支架施工，1972年建成，时为世界上跨径最大的石拱桥，保持纪录18年之久,组合桁架拱：江界河桥,位于贵州瓮安 跨度330m，世界上跨度最大的桁架拱桥 悬臂拼装施工 1995年建成,万县长江大桥,世界上跨度最大的钢筋混凝土拱桥，主跨420m 采用劲性骨架（含钢管混凝土）和缆索吊装方法施工 1997年建成,钢管混凝土是一种钢管-混凝土复合材料，具有高强、支架、模板三大作用，自架能力强，较好地解决了大跨度搭桥经济、省料、安装方便，后期承载能力高的问题。钢管混凝土拱桥在我国近年来发展很快。我国建成跨度最大的是2000年建成的广州丫髻沙大桥

21、（主跨360m）中承式钢管混凝土拱桥，为世界第一钢管混凝土系杆拱桥。相继建成的还有武汉江汉三桥（主跨280m）广西三岸邕江大桥（主跨270m）等 多座钢管混凝土拱桥，2004年建成通车的巫山长江大桥（主跨492m），目前居同类型桥梁世界第一,世界十大钢/钢管混凝土拱桥,巫山长江大桥,钢管混凝土中承式拱桥。大桥全长612.2米，桥面净宽19米，双向4车道，主跨492米 ，被称为“渝东门户桥”、“渝东第一桥”,广州丫髻沙大桥,广州丫髻沙大桥,丫髻沙大桥是广州环城高速路西南环段跨越珠江主、副航道和丫髻沙岛的特大桥梁。全长1084米，主桥采用三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥桥型，其主跨以360米一跨跨

22、过珠江的主航道。大桥建成后，桥面是双向6车道,钢拱桥是主拱采用型钢制作的拱桥，目前世界上最大跨度的钢拱桥是2009年建成通车的重庆朝天门大桥（主跨552m）其次是2003年建成的上海卢浦大桥,重庆朝天门大桥,主跨长552米，全长1741米。钢桁架拱桥形式，两座主墩,上海卢浦大桥,当今世界第一钢结构拱桥，是世界上跨度最大的拱形桥。它也是世界上首座完全采用焊接工艺连接的大型拱桥（除合拢接口采用栓接外），现场焊接焊缝总长度达4万多米，接近上海市内环高架路的总长度。卢浦大桥像澳大利亚悉尼海湾大桥一样具有旅游观光的功能。,（三）刚构桥,连续刚构桥的特点是保持连续，梁墩固结。这样既保持了连续梁无伸缩缝、行

23、车平顺的优点，又保持了T形刚构不设支座的优点，同时避免了连续梁和T形刚构的缺点。 广东番禺洛溪大桥开创了我国修建大跨度PC连续刚构桥的先例，跨度组合为65m+125m+180m+110m，采用双肢箱形薄壁墩，墩顶处梁高10m，跨中处梁高3m,广东番禺洛溪大桥,安康专线铁路斜腿刚构桥,钢斜腿刚构，箱形截面，单线铁路桥 主跨176m，世界同类桥梁第一,（四）斜拉桥,斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥有更大的跨越能力。由于拉索的自锚特性而不需要悬索桥那样巨大的锚碇，加之斜拉桥有良好的力学性能和经济指标，已成为大跨度桥梁最主要桥型,斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成，索塔形式有A型、倒Y型、H型、独柱、菱形

24、、门型等国，材料有钢、混凝土，主梁有混凝土梁、钢箱梁、结合梁、混合式梁。,世界十大斜拉桥,苏通大桥,香港青马大桥,江阴长江大桥,悬索桥,悬索桥是特大桥梁的主要型式之一，被人们称为桥梁皇后。当跨度大于800m时，悬索桥面具有很大竞争力。 我国最有要的成就有江阴长江大桥、舟山大陆连岛工程西侯门大桥等以及润扬长江公路大桥、青岛海湾大桥等,世界十大悬索桥,日本明石海峡大桥 全长3911米，主桥墩跨度1991米。两座主桥墩海拔297米，基础直径80米，水中部分高60米。两条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆组成，重约5万吨。,舟山西堠门大桥 主桥为两跨连续钢箱梁悬索桥，主跨1650

25、米，位居悬索桥世界第二、中国第一,润扬长江大桥全长35.66公里，其中南汊主桥采用单孔双铰钢箱梁悬索桥，主跨径1490米，,青岛海湾大桥，大桥全长36.48公里,（一）面临的挑战 目前桥梁最大跨度还没有超过2000m，深水基础还没有达到50m 我国现代化桥梁建设发展迅猛。桥梁工程无论在规模和发展速度上都取得了伟大成就。其中，杭州湾跨海大桥的长度是目前世界上在建和已建跨海大桥中位居第一，已在规划建设的跨海工程有琼州海峡跨海工程、渤海海峡跨度工程 、伶仃洋跨海工程等,三、桥梁工程展望,（二）桥梁未来发展方向,（1）桥跨结构继续向大跨度发展,（6）重视桥梁美学及环境保护,（4）施工技术的发展,（3）

26、桥梁设计理论更趋完善和合理,（5）桥梁结构智能系统,（2）建桥材料向高强、轻质、多功能方向发展,桥梁的规划原则和设计要点,一、桥梁总体规划原则和基本设计资料,二、桥梁纵 横断面设计和平面布置,桥梁设计原则和基本设计资料,(一)基本原则,适用要求；安全要求；经济要求；施工要求；美观要求。,适 用 要 求,能保证行车的通畅、舒适和安全；桥梁运量既能满足当前需要，也可适当照顾今后发展；对跨越线路或河流的桥梁，要求不妨碍桥下交通或通航；靠近城市、村镇等的桥梁，还当综合考虑桥头和引桥地区的环境和发展；在使用年限内，桥梁一般只需常规养护维修就可保证日常使用。,安 全 要 求,桥梁的安全既包括桥上车辆、行人

27、的安全，也包括桥梁本身的安全。结构在使用年限以内，在各种自然情况和荷载作用下，能具有足够的承载能力，能保持适当的安全度，是对每一座桥梁的基本要求。,经 济 要 求,在适用、安全的前提下，经济是衡量技术水平和作出方案选择的主要因素。桥梁设计应体现出经济特性。对于重大的桥梁工程，必须进行多方案的比较，详细研究技术上的可行性和先进性以及经济上的合理性。这样，才能对桥梁的建造消耗、施工、技术发展和今后使用等因素进行统筹考虑，得出合理的经济结论 。,美 观 要 求,在适用、安全和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调，这就是对桥梁美观的基本要求。合理的轮廓造型和布局、正确表达力的传递、以及结构风格和色彩与周围环境的和谐一致，是体现美观的主