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文档简介

1、第二版前言 本教材的第一版被评为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,第二版是在第一版的基础上按照最新颁布的规范进行修改。 本教材是以土木工程专业指导委员会颁发的专业培养目标为依据,按照普通高等院校培养应用型人才的需要,教材的编写注重于培养学生掌握桥梁工程的基本理论和实际操作的能力,每一章中都有算例或丰富的实例,使学生容易系统掌握桥梁知识,并应用所学内容独立进行中、小桥梁的设计与施工。本教材编写是全部采用新桥规(JTG D60-2015等),并详细的阐述新桥规的具体应用,以往的教学实践表明,这样做将会收到较好的效果。书中还融入了桥梁领域当前的新技术、新进展、新的施工方法。本书可作为土木工程

2、、道路桥梁与渡河工程、交通工程类学生的专业课教材,同时也可作为其它类专业的选修课教材。本书共分9章: 第1章 绪论,主要介绍国内外桥梁概况、桥梁的组成和分类、桥梁工程的发展前景。 第2章 桥梁设计一般原则、程序及桥梁的设计荷载,主要介绍桥梁规划和设计原则,重点介绍了公路桥梁及城市桥梁的设计作用和作用效应组合。 第3章 梁(板)桥构造,桥面系、梁(板)桥的总体布置、板桥的构造、装配式钢筋混凝土简支T梁桥构造、装配式预应力混凝土简支T梁桥构造、组合式梁桥构造。 第4章 预应力混凝土连续梁桥和斜交板桥构造,主要介绍预应力混凝土连续梁桥的构造特点、斜交板(梁)桥构造。 第5章 简支梁桥的设计计算,重点

3、介绍行车道板的计算、荷载横向分布计算原理及各种常用的横向分布计算方法、主梁内力计算方法以及挠度和预拱度计算。 第6章 梁式桥的支座,主要介绍支座的类型和构造以及橡胶支座的选用与计算方法。 第7章 拱桥构造与设计,主要介绍拱桥的特点与适用范围、各类常见拱桥的构造特点和设计要点,重点介绍了悬链线无铰拱的计算方法。 第8章 桥梁墩台,主要介绍桥梁墩台的构造形式和设计计算方法。 第9章 斜拉桥和悬索桥的施工,重点介绍了这两种大跨径桥梁的概念和施工方法。 本书由天津城建大学、河北工业大学、东北农业大学、河北工程大学的同行编写。其中第2章第1节、第2节,第5章以及附录I、II由天津城建大学李自林教授编写;

4、第7章由天津城建大学郭红梅编写;第3章、第4章由河北工业大学王荣霞编写;第1章、第9章由东北农业大学秦丽辉编写;第6章、第8章由长春工程学院李文华编写;第2章第3节由河北工程大学高颖编写。全书由李自林教授主编,秦丽辉、王荣霞副主编,郭红梅、李文华、高颖参编。河北工业大学李运光教授主审。 由于编者水平有限,书中不妥之处,敬请读者批评指正。 编者 2016年2月1.3 桥梁的建筑成就及发展第一章 绪论1.1 概述1.2 桥梁的组成和分类1.1 概述 桥梁是由于道路路线通到江河湖泊、山谷深沟以及其他线路(公路或铁路)等障碍时,为了保证道路的连续性,充分发挥其正常的运输能力而修建的结构物,因此可以说桥

5、梁是跨越障碍物的结构。 桥梁是路线的“延续”,主要功能是起着跨越、承载、传力的作用。 桥梁工程在学科分类上是土木工程中的一个分支,它是交通工程中的关键性枢纽。1.桥梁的定义2.桥梁工程的含义(1)指桥梁建筑的实体。(2)指建造桥梁所需的科学知识和技术。 包括:桥梁的基础理论和研究,桥梁的规划、勘测设计、建造和养护维修等。3.桥梁的历史和发展 原始时期:人们利用天然倒下的树木、自然地壳变化侵蚀而形成的石梁或石拱、溪涧冲流而下的石块或森林里攀缘的藤萝等来搭架人工桥梁,出现了原始的建桥技术。可见人类最早开始构思搭架的桥梁,采用的建筑材料是天然的石块(石板)和树木。 随着科学技术的发展、社会的进步,出

6、现了比石块抗压强度高的铸铁材料,人们由此又建造了铸铁拱桥;从力学特性来看石头和铸铁这些都是脆性材料,其抗压能力强而抗拉能力差,也不可能承受较大的荷载; 随着科学技术的进一步发展,人们发明了具有比铸铁抗拉强度高的多的钢材。当新的建筑材料钢出现后,则完全排斥了铸铁而使钢成了桥梁建筑的主导材料。钢桥的产生以及随后钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥的出现,使桥梁建设有了一个新的飞跃。 回顾过去,展望未来,可以预见,在今后相当长的历史时期内,我国迫切需要修建大量的公路,铁路和城市桥梁;同时还有众多的桥梁或因年代久远,或荷载增加,需要维修与加固。这就为从事桥梁科学研究、设计、施工的技术人员创造了机遇和挑战,我们

7、应肩负起国家交给我们的这些光荣而艰巨的任务,设计和建造出更多新颖和复杂桥梁结构型式;同时采用先进的加固方法和材料对旧桥进行维修,加固。1.2 桥梁的组成和分类1.2.1 桥梁的组成上部结构:直接承受车辆荷载和其他作用,跨越结构;支座:传载至墩、台,保证桥跨结构具有预设功能;下部结构:由桥墩、桥台和基础组成。桥墩、桥台:支承上部结构并传载;基础:传载至地基1.2.1 桥梁的组成附属设施:桥面系伸缩缝桥头搭板锥形护坡、护岸、挡土墙导流结构物检查设备(1)跨度(2)计算跨径(3)净跨径(4)总跨径(5)标准跨径(6)桥长 (7)桥下净空(8)桥梁建筑高度(10)桥梁的高度名 词 解 释(9)桥梁容许

8、建筑高度(11)计算矢高(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。返回(2)计算跨径 桥跨结构的力学计算常常使用计算跨径。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,通常用l表示。返回(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。返回(4)总跨径 各孔净跨径之和称为总跨径。 桥梁的净跨径L0 和总跨径L是反映桥梁宣泄洪水的能力和通航标准的指标

9、。返回(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,因而我国公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)中规定,标准设计或新建桥涵跨径在50m以下时,均应采用标准跨径。桥涵标准化跨径有:0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,25m,30m,3

10、5m,40m,45m,50m。 当单孔跨径5m或多孔跨径的全长8m时,通常采用涵洞结构。 返回桥涵分类公路桥涵多孔跨径总长L/m单孔跨径l/m特大桥L1000l150大桥100 L 100040 l 150中桥30 L10020l40小桥8 L305l 20涵洞-l5桥梁涵洞按跨径分类(6)桥长 对梁式桥,指两桥台侧墙或八字墙之间的距离L。 总长是指桥梁两端桥台台背前缘间的距离。桥梁的单孔跨径是指桥墩中线间距离或桥墩中线与桥台背前缘的间距。对于拱式桥是指其净跨径。 桥长是衡量桥梁大小的最简单的技术指标:一般把桥梁两端桥台的侧墙或八字墙尾端点之间的距离称为桥梁全长,简称桥长。 无桥台时,桥梁全长

11、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。返回(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。返回(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。 通常桥梁建筑高度应小于其容许建筑高度,即桥面标高与通航净空顶部标高之差。返回(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。返回 桥梁高度是指低水位至桥面的高差。对于跨线桥是指桥下道路路面至桥面的高差。

12、 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) 桥梁高度返回 从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心连线的垂直距离。 (11) 计算矢高返回1-主拱圈;2-拱顶;3-拱脚;4-拱轴线;5-拱腹;6-拱背;7-伸缩缝;8-桥台;9-基础;10-锥坡;11-拱上建筑;返回1.2.2 桥梁的分类 桥梁有许多分类方式,人们通常根据桥梁的结构形式、所用材料、所跨越的障碍以及其用途、跨径大小等对桥梁进行分类。(1)梁桥(2)拱桥(4)悬索桥(5)斜拉桥(3)刚架桥1.桥梁的基本体系(1)梁桥 受力特点 在竖向荷载作用下梁的支承处仅产生铅垂反力,而无水平反力(推力)。梁横截面上只

13、产生弯矩和剪力这样的内力,荷载作用方向通常与梁的轴线相垂直,梁主要通过抗弯来承受荷载,并通过支座将其传递至下部结构。(1)梁桥 分 类简支梁桥连续梁桥悬臂梁桥简支T梁桥返回(2)拱桥受力特点 拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋(拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋)。 拱结构在竖向荷载作用下,桥墩和桥台将承受水平推力,同时,根据作用力和反作用力原理,墩台向拱圈(或拱肋)提供一对水平反力,这种水平反力将大大抵消在拱圈(或拱肋)内由荷载所引起的弯矩。 因此,与同跨径的梁相比,拱的弯矩、剪力和变形都要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主,通常可用抗压能力强的圬工材料。1.2.1 桥梁的分类 图1-3 拱

14、式桥(2)拱桥分类按静力学分三铰拱两铰拱无铰拱 返回1.2.1 桥梁的分类(3)刚架桥 刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构。受力特点 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、立柱受弯矩和轴力;柱底约束处既有竖直反力也有水平反力。 由于是超静定结构,由于温度变化或基础的不均匀沉降,其内部将会产生较大的附加应力,设计时也必须考虑到这一点。1.2.1 桥梁的分类图1-5 刚架桥(a)T形刚构(b)斜腿刚构(c)连续刚构分类(3)刚架桥返回1.2.1 桥梁的分类 组成:基础、塔墩、锚啶、主缆索、吊索、加劲梁及桥面结构等。(4)悬索桥受力特点: 在竖向荷载作

15、用下,悬索受拉,锚碇受竖向力和水平力。 跨越任何其它桥型无与伦比的特大跨度。 吊桥的另一特点是,受力简单明了,成卷的钢缆易于运输,在将缆索架设完成后,便形成了一个强大稳定的结构支承系统,施工过程中的风险相对较小。(4)悬索桥返回1.2.1 桥梁的分类(5) 斜拉桥主要由梁、塔和斜索组成的组合体系桥梁。 斜拉桥组成 受拉的斜索将主梁多点吊起,并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱,再通过塔柱基础传至地基。塔柱基本上以受压为主。 在竖向荷载作用下,主梁以受弯为主,塔以受压为主,斜索承受拉力。 梁体被斜索多点扣住,表现出弹性支撑连续梁的特点,因此,梁体荷载弯矩减小,梁体高度降低,减轻了结构自重节省了

16、材料。斜拉桥受力特点返回分类方式桥涵类型1.按用途分公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农用桥、人行桥、水运桥、管线桥等2.按建筑材料圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、组合桥、木桥等3.按工程规模分特大桥、大桥、中桥、小桥等4.按跨越障碍物性质跨河桥、跨线桥、高架桥、栈桥5.按上部结构的行车位置上承式、下承式、中承式6.按特殊使用条件开启桥、浮桥、漫水桥2.桥梁的其他分类简述1.2.1 桥梁的分类1.3桥梁建筑的成就及发展1.古代桥梁建筑的成就1.3.1我国桥梁建筑的成就 宋代建造了为数众多的石墩、石梁桥。200多年间,仅泉州一地,见于古籍的桥梁就有110座,其中名桥10座。如安平桥,有36

17、2孔,桥长5里(2223m),故又名五里桥(现桥长2100m),保持了700余年的桥长记录。1.3桥梁建筑的成就及发展 中国现存最早,并且保存良好的是隋代赵州安济桥,又称赵州桥。桥为敞间圆弧石拱,拱圈并列28道,净跨37.02m,矢高7.23m,宽9m。主拱圈等厚1.03m,主拱圈上有护拱石。在主拱圈上两侧,各开两个净跨分别为3.8m和2.85m的小拱,以渲泄洪水,减轻自重。桥面呈弧形,栏槛望柱上雕刻着神采飞扬的龙兽。桥始建于隋开皇十五年(公元595年), 完工于隋大业元年(公元605年),由李春建造,距今已有1400多年。安济桥制作精良,结构独创,造型匀称美丽,雕刻细致生动,历代都予重视和保

18、护,1991年列为世界文化遗产。 图1-7赵州桥 图1-8 北京宛平卢沟桥2.近代桥梁建筑1.3桥梁建筑的成就及发展 到了19世纪,西方国家工业技术发展较快,我国仍然处于封建社会,封建制度对生产力发展的束缚使中国在科学技术等方面远远落后于西方列强。至解放以前,我国建造的公路桥梁大多为木桥,且年久失修,破烂不堪。但是随着国家综合实力的发展,我国桥梁事业也取得了长足的进步。图1-9武汉长江大桥图1-10 南京长江大桥图1-11 九江长江大桥 图1-12重庆长江大桥 图1-13 云南六库怒江大桥图1-14 乌巢河大桥 图1-15 天津永和桥 图1-16 上海南浦大桥图1-17汕头海湾大桥 图1-18 江阴长江大桥1.3.2国外桥梁发展概况和桥梁工程的发展前景1.国外桥梁发展概况 1883年建成的牛约布鲁克林悬索桥,主跨跨

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