第六章 桥梁工程

1、第六章 桥梁工程6.1 6.1 桥梁工程简介桥梁工程简介6.2 6.2 桥梁的基本组成桥梁的基本组成6.3 6.3 桥梁的分类桥梁的分类6.4 6.4 桥梁墩台桥梁墩台6.5 6.5 桥梁基础桥梁基础 桥梁工程在学科上属于土木工程的分支，在功能上又是交通工程的咽喉，是交通工程的一个重要组成部分，对国家经济发展起着重要作用。 桥梁既是一种功能性的结构物，又是一座立体的造型艺术工程，是一处景观，往往具有时代的特征。因此，桥梁设计既要满足桥梁使用的要求，也要满足桥梁美学、景观方面的要求。尤其是大型桥梁，它往往是一个地方的标志，桥梁设计必须反映当地的文化、历史与时代风貌。 福斯桥(Forth Brid

2、ge)，又叫福斯铁路桥，是指爱丁堡城北福斯河(Firth of Forth)上的铁路桥。铁路桥建成于1890年，是英国人引以为豪的工程杰作。桥梁的大部份结构是钢。福斯桥主跨跨径519m，铁路高出水位47.8m，因风力过大，桥梁桁架做成向内倾斜，塔顶宽约10m，塔底宽36.6m，全桥共计3个桥塔，六个伸臂，各长206m，悬跨长107m. 1882年开始建造的英国福斯海湾桥是公认的铁路桥梁史上的里程碑之一。这是一座弦杆用管形杆件的双伸臂梁铁路桥，设计人承认，这座桥的结构系统是从中国的木伸臂梁（鹊巢桥）演变而来的。有趣的是，桥造成后7年，李鸿章出使英国，在参观这座桥后，也想在中国的渤海湾建造一座。后

3、来詹天佑在当粤汉铁路督办时，提出的武汉长江大桥的方案就参照了福斯桥。外国人借鉴中国桥，中国人学习外国桥，科学技术就是在借鉴、学习、改革、创新中不断发展的。6.2 桥梁的基本组成桥梁由四个基本部分组成，即上部结构、下部结构、支座和附属设施。上部结构：也称为桥跨结构，包括承重结构和桥面系，是在线路遇到障碍(如河流、山谷或城市道路等)而中断时，跨越这类障碍的主要承重结构，也是承受自重、行人和车辆等荷载的主要构件。桥面系通常由桥面铺装、防水和排水设施、人行道、栏杆、侧缘石、灯柱及伸缩缝等构成。 llL桥 台路 堤设 计 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 结 构b0桥 墩锥 形 护 坡基 础 下部

4、结构：包括桥墩、桥台和基础。是支承桥跨结构并将恒载和车辆活荷载传至地基的构筑物。桥台设在桥梁两端，桥墩则在两桥台之间。桥墩的作用是支承桥跨结构；而桥台除了起支承桥跨结构的作用外，还要与路堤衔接，并防止路堤滑塌。为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护和导流工程。 llL桥 台路 堤设 计 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 结 构b0桥 墩锥 形 护 坡基 础 基础工程是在整个桥梁工程施工中比较困难的部位，而且是常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。 桥跨上部结构与桥墩、桥台之间一般设有支座，桥跨结构的荷载通过支座传递给桥墩、桥台，支座还要保证桥跨结构能产生一定的变位。llL桥台路

5、堤设计水位通航水位低水位h上部结构b0桥墩锥形护坡基础桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径Lk(m)特大桥L1000Lk150大桥100L100040Lk150中桥30L10020Lk40小桥8L305Lk20涵洞Lk5(1)按工程规模分为：我国公路工程技术标准(JTGB012003)规定了特大、大、中、小桥和涵洞，可根据桥梁按总长和跨径进行划分 6.3 桥梁的分类 上述分类在一定程度上反映了桥梁的建设规模，但不反映桥梁的复杂性。 (2)用途来划分：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农桥(机耕道桥)、人行桥、管线桥等。 武汉长江大桥 武汉沙湖港桥 管线桥是为了维修煤气暖气管道方便而架设的桥。世界最长

6、的跨海外输管线桥和天然气外输管道 江海明珠(3)按照主要承重结构所用的材料划分：木桥：就地取材，制造方便，但容易腐朽、养护费用大、且易引起火灾。多用于临时性桥梁或林区桥梁。钢桥：跨越能力较大，钢桥的构件运输和安装方便，架设工期较短，破坏后易修复和更换，但易锈蚀，养护困难。圬工桥：用砖、石或素混凝土建造的桥。由于石料抗压强度高，且可就地取材，故在山区公路和铁路桥梁中，以石拱桥用的较多。钢筋混凝土桥：又称普通钢筋混凝土桥。桥跨结构采用钢筋混凝土建造的桥梁。这种桥梁，沙石骨料可以就地取材，维修简便，行车噪音小，使用寿命长，并可采用工业化和机械化施工，与钢桥相比，用钢量与养护费用均较少，但自重大，对于

7、特大跨度的桥梁，在跨越能力与施工难易度和速度方面，常不及钢桥优越。 格伦菲南高架桥 桥高30米，长381米，建于1897年至1901年间，是世界上最古老的混凝土铁路高架桥。 预应力钢筋混凝土桥：能合理利用高强度混凝土和高强度的钢材，从而可节约钢材，减轻结构自重，增大桥梁的跨越能力；提高结构的抗裂性；它的不足之处是施工工艺较复杂、质量要求较高和需要专门的设备。(4) 按跨越障碍的性质：跨河桥、跨谷桥、跨线桥、立交桥、地道桥、旱桥和跨海桥。预计于2016年完工大桥落成后，将会是世界上最长的跨海大桥(5)按桥梁的结构形式可分为：梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥和组合体系桥梁广东番禺洛溪大桥 广

8、东虎门辅航道桥 1. 梁桥梁桥 梁式桥的力学特征是以受弯为主，而钢筋混凝土结构抵抗弯拉引起开裂的能力较弱，普通钢筋混凝土梁式桥的跨径一直较小。随着预应力技术的成熟，促进了预应力混凝土梁式桥的迅速发展。 从受力特点上看，混凝土梁式桥分为简支梁(板)桥，连续梁(板)桥和悬臂梁(板)桥。简支梁桥：主梁以孔为单元，两端设有支座，受力和构造最简单的桥型，应用广泛于中、小跨度的桥梁，郑州黄河桥、开封黄河桥均为公路预应力混凝土T形简支梁桥； 梁式桥的基本体梁式桥的基本体系系连续梁桥：当跨度较大时，采用连续梁较省材料，由于负弯矩存在减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合；武汉长江大桥、南京长江大

9、桥为钢桁架连续梁桥。 梁式桥的基本体梁式桥的基本体系系 悬臂梁桥：跨越能力比简支梁桥大，但逊于连续梁，并且因行驶状况不良，目前较少采用。 梁式桥的基本体梁式桥的基本体系系2.拱桥湖南凤凰县乌巢河石拱桥湖南凤凰县乌巢河石拱桥 山西晋城晋焦高速公路丹河大桥山西晋城晋焦高速公路丹河大桥 拱桥，长期以来一直是大跨桥梁的主要形式之一，20世纪60年代拱桥无支架施工方法的应用与发展，使混凝土拱桥竞争力大大提高。 拱式结构在竖向荷载作用下，两端支承除了有竖向反力外，还将产生水平推力。正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以充分利用主拱截面材料强度，使跨越

10、能力增大。按建筑材料分：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥按拱上建筑形式分：实腹式拱桥，空腹式拱桥按主拱圈所采用的拱轴线形式分类：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥按桥面位置分：上承式拱桥，中承式拱桥，下承式拱桥。重庆万县长江大桥重庆万县长江大桥 贵州江界河桥贵州江界河桥 以钢管混凝土作为劲性骨架，再外包混凝土形成箱形拱，施工方便，避免了钢管防护问题，另外，由于钢管混凝土最先受力，充分利用了钢管混凝土承载潜力大的优势。跨度为420m的重庆万县长江大桥为目前世界上已建成的跨径最大的；贵州江界河桥是采用建成的桁式组合拱桥，跨度达到330 m，居同类桥型的世界之最。 朝天门长江大桥位于长江上游重庆主城区，

11、主跨长552米，全长1741米，若含前后引桥段则长达4881米，主跨为世界跨径最大的拱桥，超越上海的卢浦大桥。 该桥于2006年3月动工，并于2009年4月29日通车。建成后的大桥，分为上下两层。上层为双向六车道，行人可经两侧人行道上桥；下层则是双向轻轨轨道，并在两侧预留了2个车行道，可保证今后大桥车流量增大时的需求。专家说，这个552米其实“并不准确”，建桥时，已预留了85厘米的间隙，遇热胀冷缩，该桥还可能变长或缩短1米。3.斜拉桥美国美国P-KP-K（帕斯克（帕斯克肯尼斯克）大桥肯尼斯克）大桥 日本多多罗大桥日本多多罗大桥 斜拉桥斜拉桥又称斜张桥斜张桥，由斜索、塔柱和主梁所组成。高强钢材制

12、成的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒荷载和车辆荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。该桥可使梁体内弯矩减小，减轻了结构重量，节省了材料，又大幅度地提高了桥梁的跨越能力。 苏通长江公路大桥位于中国江苏省，该桥跨越长江，连接苏州（常熟）和南通两座城市。其斜张索桥间的跨距达1088米，总投资约64.5亿元。原本预计2008年底完工，但却预先于2007年6月18日提前合龙，整体工程进度提前了近乎一年。2008年5月25日下午4时30分，苏通大桥投入试运行，6月30日正式通车，南通进入上海一小时都市圈之内。客车客车收费费率（元收费费率（元/车次）车次）7座以下（含7座）30819座4020座以上60（优

13、惠标准）货车货车收费费率（元收费费率（元/车次）车次）2吨（含2吨）4025吨（含5吨）70510吨（含10吨）100（优惠标准）4.悬索桥纽约布鲁克林桥纽约布鲁克林桥 洛杉矶金门大桥洛杉矶金门大桥 悬索桥悬索桥又称吊桥吊桥，由悬索，桥塔，吊杆，锚锭，加劲梁及桥面系所组成。是由承受拉力的悬索作为主要承重构件的桥梁。因为悬索受拉，无弯曲和疲劳引起的应力折减，可以采用高强钢丝制成，故吊桥跨越能力是各桥梁体系中最大的。 悬索桥的承重构件由以下几个主要部分组成：桥塔。其是支承主缆的重要构件。锚碇。它是主缆的锚固体，它将主缆中的拉力传递给地基基础。主缆，主缆是悬索桥的主要承重构件。吊索。它是将活载和加劲

14、梁的恒载传递到主缆的构件。加劲梁。提供桥面和防止桥面发生过大的局部挠曲和扭曲的部件。鞍座。它是支承主缆的重要构件。 悬索桥悬索桥 目前世界上跨度最大的悬索桥是日本的明石海峡公铁两用桥，跨径1991 m(设计跨径为1990m，后因1995年阪神地震，地壳移位，南岸的岸墩和锚锭装置发生了轻微位移，使桥的长度增加了0.8m，才变成目前的跨径)。锚锭装置发生了轻微位移，使桥的长度增加了0.8m。 江阴长江公路大桥，悬索桥结构。主跨1385m。 大桥于1994年11月22日开工，1999年9月28日竣工通车。1996年初完工的江阴长江公路大桥北锚旋大型深沉井重达7.6万吨，高达58米，平面面积足有九个半

15、篮球场大，可承受主缆拉力6.4万吨，为“世界第一大沉井”。5.刚架桥 刚架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下部柱（或墩）整体结合在一起的结构。一般用于跨径不大的城市桥或公路高架桥和立交桥。 常见形式：（1）门式刚架桥：简称门架桥，其腿和梁垂直相交呈门架形。（2）斜腿刚架桥：刚架腿是斜置的，两腿和梁中部的轴线大致呈拱形，同上承式拱桥相比，这种桥不需要拱上结构，构件数目较少 桥墩、桥台为桥梁的下部结构，是桥梁的重要组成部分之一。 桥梁墩台的主要作用是承受上部结构传来的荷载,并将它及本身自重传给地基。 桥墩桥墩支承相邻的两孔桥跨，居于桥梁的中间部位。 一、墩台

16、的作用与要求6.4 桥梁墩台llL桥 台路 堤设 计 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 结 构b0桥 墩锥 形 护 坡基 础 桥台桥台居于全桥的两端，它的前端支承桥跨,后端与路基衔接，起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用。 桥梁墩台除承受上部结构的作用力外，桥墩还受到风力、流水压力及可能发生的冰压力、船只和漂流物的撞击力，桥台还需承受台背填土及填土上车辆荷载产生的附加侧压力。 因此，桥梁墩台不仅本身应具有足够的强度、刚度和稳定性，而且对地基的承载能力、沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求。 llL桥 台路 堤设 计 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 结 构

17、b0桥 墩锥 形 护 坡基 础二、墩台的组成 桥梁墩(台)主要由墩(台)帽、墩(台)身和基础三部分组成。 桥梁常用的墩、台按形式大体上可以分为重力式墩台和轻型墩台两大类。三、桥墩构造1重力式桥墩 重力式桥墩是依靠自身重量来平衡外力而保持稳定的。适宜于荷载较大的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的江河之中。但其体积较大、自重较大，阻水面积也较大。2V形桥墩和Y形桥墩 大跨径桥梁，当上部结构为连续梁时，为了缩短桥梁的跨径，桥墩结构可采用V形桥墩和Y形桥墩。Y形桥墩V形桥墩3柱式桥墩 柱式桥墩是公路桥梁采用较多的桥墩形式之一，它能减轻墩身的重力，节约圬工材料，外形又较美观。柱式墩一般由基础上的承台、柱

18、式墩身和盖梁组成，在有漂流物和流冰的河流中可以使用。桩式桥墩桩式桥墩 单柱式桥墩单柱式桥墩 双柱式桥墩双柱式桥墩 4柔性排架桩墩 柔性墩指的是墩身较细长，墩顶可随着上部结构顺桥向的位移而相应变位的桥墩。柔性排架桩墩是有成排打入的钢筋混凝土桩构成的，一般在墩高小于57m，跨径小于13m的桥梁上使用。 广东崖门大桥主墩采用双薄壁矩形柔性墩 湖南双柱式柔性墩望城 沩江桥四、桥台构造1.重力式桥台 重力式桥台也称实体式桥台，它主要靠自重来平衡台后的土压力。桥台台身多用石砌、片石混 凝土或混凝土等圬工材料 建造，并采用就地建造施 工方法，适合于砂石料来 源丰宫的桥梁工点选用。 U形桥台 它的形状简单，施

19、工方便，但工程量大，目前已较少采用。当填土不高、桥跨较小且桥面不宽时可考虑采用。U形桥台2.钢筋混凝土薄壁桥台 钢筋混凝土薄壁桥台是由扶壁式挡土墙和两侧的薄壁侧墙所构成。这种桥台比重力式U形桥台可减少圬工体积4050，同时还因自身重力轻而减小对地基的压力。但其构造复杂，钢筋用量也比较多，适用于在软土地基上建造的桥梁。3.埋置式桥台 埋置式桥台是将台身大部分埋在锥形护坡中，只露出台帽，以安放支座和上部结构。这样，桥台体积可以大为减少，自重相对较小。这种桥台可用石料、混凝土和钢筋混凝土修建。6.5 桥梁基础 桥梁的基础承担着桥墩、桥跨结构(桥身)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