第6讲 桥梁工程

1、第七讲第七讲桥梁工程桥梁工程本章主要内容本章主要内容7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 桥梁的种类桥梁的种类7.3 7.3 桥梁基础桥梁基础7.4 7.4 桥台与桥墩桥台与桥墩7.5 7.5 图示桥梁架设过程图示桥梁架设过程7.6 7.6 桥梁工程设计要点桥梁工程设计要点7.7 7.7 桥梁技术的发展方向桥梁技术的发展方向7.1 7.1 概述概述 桥梁是线路的重要组成部分。每当运输工具发生重大变革，对桥梁在载重、跨度等方面提出新的要求，便推动了桥梁工程技术大发展。 我国在桥梁建造史上具有重要的地位。据诗经记载，公元前1184年周文王时期，在渭河上架设浮桥，这是我国最早的大河桥梁。赵州桥赵州

2、桥 又名安济桥，建于隋大业(公元605-618)年间，是著名匠师李春建造。桥长64.40米，跨径37.02米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。 1991年9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定取为第十二个“国际土木工程里程碑”。 桥梁基本形式桥梁基本形式 梁式桥梁式桥起源于模仿倒伏于溪沟上的树木而建成的独木桥，由此演变为木梁桥、石梁桥、直至桁架梁桥； 悬索桥悬索桥起源于模仿天然生长的跨越深沟而可资攀援的藤条而建成的竹索桥，演变为铁索桥、柔式悬索桥，直至有加劲梁的悬索桥； 拱桥拱桥起源于模仿石灰岩溶洞所形成的“天生桥”而建成的石拱桥道，演变为木拱桥和铸铁拱桥。7.2 7.2 桥梁

3、的种类桥梁的种类 桥梁按主要承重结构体系承重结构体系有梁式桥、拱桥、悬索桥、刚架桥、斜张桥和组合体系桥等，前三种是桥梁的基本体系。 按桥梁上部结构的建筑材料建筑材料分：有木桥、石桥、混凝土桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和结合梁桥等。 按桥梁功能桥梁功能分：有公路桥、铁路桥、公铁两用桥、城市桥。 按制造方法制造方法分：混凝土桥分就地灌筑桥和装配式桥两类。也有两者结合的装配、现浇式混凝土桥。7.2.1 7.2.1 梁式桥梁式桥 梁式桥的上部结构在竖向荷载作用下，支点只产生竖向反力。制造和架设均比较方便，使用广泛，在桥梁建筑中占有很大比例。 按上部结构的静力体系分：主要有简支梁桥，连续梁桥和

4、悬臂梁桥。简支梁桥简支梁桥 主梁以孔为单元，两端设有支座，是静定结构，最大弯矩发生在跨中央，当跨度为L，承受均布荷载q时，其值为（qLL /8），支点弯矩为零，无助于跨中卸载，一般适用于中、小跨度。 简支梁桥的支座，一端为固定支座，用以固定主梁位置，使桥端在平面内不得发生移动，但可竖向转动；另一端为活动支座，用以保证主梁在荷载、温度、钢筋混凝收缩和徐变作用下能自由伸缩和转动，以免梁内产生额外附加内力。 公路桥在活动端的桥面处要求设置桥面伸缩缝，以保证行车平稳；铁路钢桥当温度跨度超过100米时，应设钢轨伸缩调节器。 若遇地基不均匀沉降时，上部结构内力不受影响，若一孔遭破坏，邻孔不受牵连。它可以分

5、片（段）预先制造，分孔架设和修复。 这种桥结构简单，制造运输和架设均比较方便，因此各国多做成标准设计，以便于构件生产工艺工业化、施工机械化，赢得工期，提高质量，并降低造价。 简支梁桥的缺点是邻孔两跨之间有异向转角，影响行车平顺，现在公路桥多采用桥面连续的简支梁桥来改善。 此外，简支梁桥的桥墩上需设置两跨桥端的支座，体积增大，较连续梁桥和悬臂梁桥要多耗费一些材料，阻水面积也大一些。连续梁桥连续梁桥 主梁若干孔为一联，在中间支点上连续通过，是超静定结构，最大正弯矩发生在跨中附近，而最大负弯矩（绝对值）发生在支点截面上。由于支点负弯矩的存在。可使跨中正弯矩比同跨的简支梁减少很多。 由于它是超静定结构

6、，当一孔受到破坏时，邻孔可给予支持而不坠落，对修复与加固有利，而且刚度较大，抗震性能良好。 连续梁桥的缺点是，当地基发生差异沉降时，梁内要产生额外的附加内力，为此在设计中必须考虑在支座处设置顶梁与调整支座标高的装置。 为使连续梁桥的平面位置得到固定，每一联必须设立一固定支座，其余为活动支座。悬臂梁桥悬臂梁桥 在连续梁桥弯矩图中的零值弯矩点处设铰，从构造设计上使此处弯矩为零，当设铰的数目等于连续梁的超静定次数时，这就将超静定的连续梁桥变成静定的悬臂梁桥。 其内力不因地基不均匀沉陷而变，故可适用于地质不良的地区，但仍具有支点负弯矩卸载的优点（减少跨中的正弯矩）。 悬臂梁桥的上部结构由锚固孔、悬臂和

7、悬挂孔（简称挂孔）组成，悬挂孔支承在悬臂上，用铰相联。常采用单悬臂梁桥和双悬臂梁桥两种型式。前者由三跨构成，中跨较大以满足通航（车）要求；后者可构成多跨的长大梁式桥。 悬臂梁桥的缺点是：锚固孔一旦破坏，将株连悬臂倒塌；结构刚度不如连续梁大，而且桥面伸缩缝多，不利于高速平稳行车。7.2.2 7.2.2 拱桥拱桥 拱桥为桥梁的基本体系之一，建筑历史悠久外形优美，古今中外名桥遍布各地，在桥梁建筑中占有重要地位。它适用于大、中、小跨公路或铁路桥，尤宜跨越峡谷，又因其造型美观，也常用于城市、风景区的桥梁建筑。 拱桥是以拱圈或拱肋拱圈或拱肋作为主要承载结构，在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。拱的

8、弯矩和变形都比较小，主要承受压力，故拱桥用砖、石、混凝土和钢筋混凝土材料建造的比较多。拱桥类型拱桥类型 拱桥根据拱圈承载荷载的方式分为： 上承式拱桥上承式拱桥，车辆与行人在拱圈之上行驶通行。 中承式拱桥中承式拱桥，车辆与行人在拱圈之中部行驶通行。 下承式拱桥下承式拱桥，车辆与行人在拱圈之下行驶通行。7.2.3 7.2.3 刚架桥刚架桥 刚架桥也称刚构桥，主要承重结构采用刚架的桥梁。刚架的腿形成墩（台）形，梁和腿为刚性连接，可用钢、钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土制造。刚架桥类型刚架桥类型门式刚架桥门式刚架桥 门式刚架桥简称门架桥，其腿和梁垂直相交呈门架形。腿所受的弯矩将随腿和梁的刚度比率的提高而增

9、大。用钢或钢筋混凝土制造的门架桥，多用于跨线桥。至于T形刚构桥（特点是在跨中有铰），则将腿做成V形两撑杆与梁刚性相连的连续梁桥，其外形均与多跨的门架桥相近，但内力分布规律则不同。斜腿刚架桥斜腿刚架桥 斜腿刚架桥的刚架腿是斜置的，两腿和梁中部的轴线大致成拱形，这样，腿和梁所受到的弯矩比同跨度的门式刚架显著减小，而轴向压力有所增加。同上承式拱桥相比，这种桥不需要拱上结构，构件数目较少；当桥面较窄（如单线铁路桥）而跨度较大时，可将其斜腿在桥的横向放坡，以保证桥的横向稳定。7.2.4 7.2.4 斜拉桥斜拉桥 斜拉桥也称斜张桥，是一种利用锚在塔上的多根斜向钢缆索吊住主梁的桥。斜张桥是第二次世界大战以后

10、新发展起来的重要桥梁之一，因主梁为缆索多点悬吊，内力小，建筑高度低，施工方便，跨越能力大，可用于公路桥、铁路桥、高架桥、人行天桥等。 斜张桥的主要组成部分有缆索、塔柱、桥墩、桥台、主梁和辅助墩等。 缆索用以悬吊主梁，将其上部荷载传递给塔柱与桥墩。 塔柱为桥墩以上支承缆索的结构，可用钢筋混凝土或型钢建造。 斜拉桥的主要组成部分有缆索、塔柱、桥墩、桥台、主梁和辅助墩等。 缆索用以悬吊主梁，将其上部荷载传递给塔柱与桥墩。索形布置主要有三种：辐射形， 竖琴形， 扇形。辐射形，斜索吊点集中在塔顶，这种布置最省钢索，更适用于用缆索悬吊主梁于塔上的悬浮体系。竖琴形，斜索皆平行布置宛如竖琴，故名竖琴形，这种布

11、置用钢量多，但比较美观。扇形，系辐射形与竖琴形的折中形式，用钢量居中。世界十大斜拉桥世界十大斜拉桥7.2.5 7.2.5 悬索桥悬索桥 悬索桥也称吊桥，主要承重结构由缆索（包括吊杆）、塔和锚碇三者组成。 悬索桥的缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面板吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。 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。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上

12、。 悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。世界十大悬索桥世界十大悬索桥7.3 7.3 桥梁基础桥梁基础 桥梁的基础承担着桥墩、桥跨结构的全部重量以及桥上的可变荷载。桥梁基础往往修建于江河的流水之中，遭受水流的冲刷。所以桥梁基础一般比房屋基础的规模大，需要考虑的问题多，施工条件也困难。 桥梁基础的类型有刚性扩大基础、桩基础和沉井基础等。在特殊情况下，也用气压沉箱基础。7.4 7.4 桥台与桥墩桥台与桥墩 桥梁的支承结构为桥台与桥墩。 桥台桥台是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。 桥墩桥墩是多跨桥的中间支承结构。 桥台和桥墩都是由台(墩)

13、帽、台(墩)身和基础组成。桥台桥台 桥台是两端桥头的支承结构物，它是连接两岸道路的路桥衔接构造物。它既要承受支座传递来的竖直力和水平力，还要挡土护岸、承受台后填土及填土上荷载产生的侧向土压力。因此桥台必须有足够的强度，并能避免在荷载作用下发生过大的水平位移、转动和沉降，这在超静定结构桥梁中尤为重要。桥墩桥墩 桥墩的作用是支承在它左右两跨的上部结构通过支座传来的竖直力和水平力。由于桥墩建筑在江河之中，因此它还要承受流水压力，水面以上的风力和可能出现的冰压力，船只等的撞击力。所以桥墩在结构上必须有足够的强度和稳定性，在布设上要考虑桥墩与河流的相互影响。7.5 7.5 图示桥梁架设过程图示桥梁架设过

14、程悬臂梁桥首先，兴建桥的地基、桥墩和桥台。其次，从桥墩的两侧同时兴建悬臂梁。用钢条将已建造的部分连在一起。 当悬臂梁的一侧延伸到桥台后，就开始在第二个桥墩上兴建新的悬臂。最后，将楔安放在中间，以完成整座桥的兴建。在已经沉在岩床上的沉箱中建造基础，在基础上建造桥墩。在工厂里预制桥面的混凝土部分，从空气动力学角度来说，它们可以阻止桥梁晃动。桥面的第一部分在桥墩上建造，它们将为桥塔提供一个基础。斜拉桥斜拉桥在桥墩上一部分、一部分地建造桥塔，它们把桥的重量扩散大地上。用起重机将驳船运来的桥面分别置放在塔的两边。桥面的每个部分都连到塔上的一根钢索上。这样一片片地把桥面加到各个塔上，直到道路接近完成。桥面

15、上要用专用的铺路机铺上沥青以应付繁重交通。当桥梁结构完工后，就开始安装路灯和其他设施。最后，机动车可以安全的通过了。悬索桥悬索桥首先，兴建吊桥的地基、桥墩和锚状物，这些为吊桥提供了一个稳固的基础。在桥墩上兴建桥塔，他们是由钢板或混凝土制作的，用以支撑巨大的缆索。安装两根粗缆索，他们穿过桥塔，并和深埋在河岸上的锚固物相连。一段一段地铺设路面板，铺设工作可以从桥塔开始，向两侧外移，也可以在桥头或桥中向桥塔移动。路面板铺设后，就开始铺设供汽车、卡车和其他交通工具通行的车道。7.6 7.6 桥梁工程设计要点桥梁工程设计要点 选择桥位：桥位在服从路线总方向的前提下，选在河道顺直、河床稳定、水面较窄、水流

16、平稳的河段。 确定桥梁总跨径与分孔数：总跨径的长度要保证桥下有足够的过水断面，可以顺利地宣泄洪水，通过流冰。分孔数目及跨径大小要考虑桥的通航需要，工程地质条件的优劣，工程总造价的高低等因素。一般是跨径越大，总造价越大，施工亦困难。设计通航水位及通航净空高度是决定桥道标高的主要因素，一般在满足这些条件的前提下，尽可能地取低值，以节约工程造价。 桥梁的纵横断面布置：桥梁的纵断面布置是在桥的总跨度与桥道标高确定以后，考虑路与桥的连接线形与连接的纵向坡度。连接线形一般应根据两端桥头的地形和线路要求而定。纵向坡度是为了桥面排水，一般控制在3%5。桥梁横断面布置包括桥面宽度、横向坡度、等。 桥型的选择：桥

17、型选择是指选择什么类型的桥梁，是梁式桥，拱桥；刚架桥，还是斜拉桥；是多孔桥，还是单跨桥等等。分析一般应从安全实用与经济合理等方面综合考虑，选出最优的桥型方案，实际操作中，往往需要准备多套可能的桥型方案，综合比较分析以后，才能找出符合要求的最优方案来。7.7 7.7 桥梁技术的发展方向桥梁技术的发展方向1、大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展；2、新材料的开发和应用；3、在设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段，有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工；4、大型深水基础工程；5、桥梁建成交付使用后，将通过自动监测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行，一旦发生故障或损伤，将自动报告损伤部位和养护对策。6、重视桥梁美学及环境保护。中国赵州桥 澳门大桥 六库怒江桥 广州丫譬沙珠江大桥 卢浦大桥京珠高速公路黄河桥焦作至荥阳黄河桥 黄石长江大桥 日本多多罗大桥,1999年建成法国诺曼底斜拉桥，主跨856m，1995年建成福建青州闽江结合梁斜拉桥主跨605 m，2001年建成 南京长江二桥钢箱梁斜拉桥主跨628 m，2001年建成 伦敦千禧桥 兰卡威天堑飞桥（马