桥梁概论与高速铁路的桥梁PPT（303页）

1、桥梁概论与高速铁路的桥梁主讲-刘海波 电话西南交通大学1Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学一、 桥梁概述二、高速铁路桥梁类型与特点 Pg.107-end 桥梁概论与高速铁路的桥梁2Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学1 桥梁概论2 大跨度桥梁的类型与桥例一、 桥梁概述3Haibo Liu PhD. SWJTU1.1 桥梁术语基本概念桥梁起源桥梁组成桥梁分类桥梁发展4Haibo Liu PhD. SWJTU基本概念桥梁供车辆和行人跨越障碍物的建筑工程结构线路跨越障碍的延伸部分或连接部分桥梁工程桥梁建筑的实体建造桥梁所需的科技知识意义技术

2、经济美学5Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁起源树桥：梁桥的雏形6Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁起源（续）原始木梁桥天然石梁桥早期石梁桥7Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁起源（续）世界上最长的天然石拱桥，跨度119.5米，位于美国犹他州国家公园中国最长的天然石拱桥，跨度80米，位于重庆涪陵小溪法国阿尔代什峡谷天然石拱桥8Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁受力9Haibo Liu PhD. SWJTU 桥梁组成上部结构（superstructure），包括桥跨结构，也叫承重结构桥面构造（deck）下部结构（substructure），也叫支承结构，包

3、括桥墩与桥台（abutment and pier）墩台基础（foundation） 多种结构形式支座（bearing）附属结构物10Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学桥梁专业部分名词专用名词、技术术语 主桥：桥梁跨越主要障碍物（如通航河道）的结构部分。 引桥：从桥台至正桥的结构部分，连接主桥和两端道路。 跨度/径：表示桥梁的跨越能力，对于多跨桥，最大跨度称为主跨。 计算跨径：桥跨结构相邻两支点间的距离l1； 净跨径：设计洪水位线上相邻两桥墩（台）间的水平净距L0，各孔净跨径之和称为总跨径。 标准跨径的目的：有利于桥梁制造和施工的机械化，也有利于桥梁养护维修和战备需要。 11H

4、aibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学1.1 桥梁术语及其分类 标准跨径： 公路常用10m、16m、20m、40m 铁路常用20m、24m、32m、48m 桥长：两桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离。 桥下净空高度：设计洪水位（通航水位）与桥跨结构最下缘的高差H。 桥梁建筑高度：桥面与桥跨结构最下缘的高差h 。12Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁分类13Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁分类（续）14Haibo Liu PhD. SWJTU结构体系详细分类a悬臂梁桥b连续梁桥c拱桥d悬索桥e刚架桥fT型刚构g斜腿刚构h连续刚构i斜拉桥j系杆拱15Haibo Liu

5、 PhD. SWJTU西南交通大学桥梁按跨径的分类桥梁分类公路桥梁铁路桥梁多孔跨径总长L1(m)单孔跨径l(m)桥长L1(m)特大桥L11000l150L1500大 桥100L1100040l100100 L1500中 桥30L110020l4020L11000小 桥8L1305l20L12016Haibo Liu PhD. SWJTU梁桥简支梁桥悬臂梁桥等截面连续梁桥变截面连续梁桥连续刚构梁为承重结构，主要以其抗弯能力来承受荷载；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受剪，不承受轴向力增加中间支承，可减少跨中弯矩，更合理地分配内力，加大跨越能力梁式体系分实腹式和空腹式，

6、前者的梁截面为T形、工字形和箱形等，后者指桁架结构；梁的高度可等高或变高17Haibo Liu PhD. SWJTU刚构（架）桥门式刚架T形刚构斜腿刚构V形刚构18Haibo Liu PhD. SWJTU拱桥三铰拱两铰拱无铰拱系杆拱结构特征：主要承重结构具有曲线外形受力特点：在竖向荷载作用下，拱主要承受轴向压力，但也受弯受剪。支承反力不仅有竖向反力，也承受较大的水平推力 静力学分类：单铰拱、双铰拱、三铰拱和无铰拱常用材料：石材、钢筋混凝土、钢材施工方法：有支架和无支架施工 系杆吊杆主拱圈立柱行车道系19Haibo Liu PhD. SWJTU悬索桥组成：主要由缆、塔、锚碇、加劲梁等组成受力：在

7、竖向荷载作用下，索受拉，塔受压，锚碇受拉拔反力材料：缆通常用高强度钢丝制成圆形大缆，加劲梁多采用钢桁架或扁平箱梁，桥塔可采用钢筋混凝土或钢材跨度：因悬索的抗拉性能得以充分发挥且大缆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 缆塔锚锭加劲梁20Haibo Liu PhD. SWJTU斜拉桥形式：由梁、塔和斜索组成的组合体系，结构型式多样，造型优美壮观受力：在竖向荷载作用下，梁以受弯为主，塔以受压为主，斜索则承受拉力材料：斜索采用高强钢丝制成，塔多采用钢筋混凝土，梁采用预应力混凝土梁或钢箱梁斜拉索索塔主梁21Haibo Liu PhD. SWJTU人行桥（pedestrian

8、bridge）上：德国的两座人行桥；左下：伦敦的一座人行桥；右下：美国的一座人行桥造型轻盈别致、线条流畅、与环境协调，是其特点22Haibo Liu PhD. SWJTU开启桥（活动桥）左：伊拉克的一座平转开启桥；中：巴西的一座提升开启桥；右：竖转开启桥右下：天津塘沽海门开启桥 （64m）目的和特点：节省总造价，可保证水上交通；陆地交通受限制，维修管理费用较高23Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学桥梁的主要桥型： 梁桥、刚构桥 拱桥 斜拉桥 悬索桥 组合桥 1.2 桥梁的类型与桥例24Haibo Liu PhD. SWJTU宋代虹桥虹桥（10321033年），见宋代画家张泽端

9、的名画清明上河图构造奇特，采用两套木拱并配以横木，形成稳定的超静定结构 。25Haibo Liu PhD. SWJTU灞陵桥位于在渭源县南城门外的清源河上，是一座古典纯木结构卧式悬壁拱桥，俗称“卧桥”，结构独特，工艺精巧，已成为渭水一大景观始建于明洪武初年（1368年），1919年重建，跨度29.5m，高15.4m，宽4.8m；桥底部以十根粗壮圆木并列十一组，从两岸桥墩逐次递级，飞挑凌空，形成半圆状桥体，桥面有台阶通道三条，并配有扶手栏杆，桥顶为飞檐挑阁式廊房，共13间64柱 26Haibo Liu PhD. SWJTU赵州桥在隋大业元年（公元605年左右），李春在河北赵县修建了赵州石拱桥（又

10、称安济桥）。该桥净跨37.02m，宽9m，构思巧妙，造型美观，工艺精致，历1400年而无恙，举世闻名，被誉为“国际土木工程里程碑建筑”。27Haibo Liu PhD. SWJTU玉带桥 十七孔桥北京颐和园内的十七孔桥建于清乾隆年间（17361795年）拱洞从桥中间向两端逐渐收小 玉带桥建于清乾隆十五年（1750年）两端有反弯曲线的玉石拱 28Haibo Liu PhD. SWJTU湖州三桥位于江苏湖州双林镇，主拱跨12.6m，宽3.5m居中的拱桥大约建于800年前中国南方地区拱桥特点29Haibo Liu PhD. SWJTU大渡河铁索桥建于1706年，长约103m，宽约2.8m，由13条锚

11、固于两岸的铁链组成 30Haibo Liu PhD. SWJTU钱塘江桥主跨1665.84m，公铁两用，由我国桥梁先驱茅以升先生主持修建1937年9月通车，同年12月侵华日军攻陷杭州，我国军队西撤后将桥炸毁，1947年3月修复 31Haibo Liu PhD. SWJTU武汉长江大桥中国第一座跨越长江的大桥，1957年完成钢桁架连续梁桥，主跨128m，双层桥面，公铁两用悬臂拼装法施工 32Haibo Liu PhD. SWJTU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 33Haibo Liu PhD.

12、 SWJTU南昆线清水河桥铁路预应力混凝土连续刚构桥主跨128m，墩高100m，1996年完成34Haibo Liu PhD. SWJTU南昆线板其二号桥采用曲线连续刚构体系，曲线半径R = 450m我国铁路上的第一座弯梁桥主跨布置为447244m35Haibo Liu PhD. SWJTU排序桥名主跨(m)桥址年份1斯托尔马桥(Stolma)301挪威19982拉脱圣德桥(Raftsundet)298洛福坦(Lofoten)，挪威19983虎门辅航道桥270珠江，中国19974瓦罗德2号桥(Varodd-2)260克里斯蒂安桑德(Kristiamsand)，挪威1994门道桥(Gateway

13、)260布里斯班(Brisbane)，澳大利亚19865奥波托桥(Oporto)250道罗河(Douo Eiver)，葡萄牙1991诺日姆伯兰海峡桥(Northum Berland Strait crossing)250(43孔）新布鲁斯维克(New Brunswick)，加拿大1998斯克夏桥(Skye)250斯克夏岛( Skye laland)，英国19956黄石长江大桥245安徽，中国19967*科罗巴卜图瓦普桥(Koror-Babelthuap)241太平洋托管区(Pacifictrust)，美国19778滨名大桥(Hamana)240静冈县(Shizuoka)，日本19769彦岛大桥

14、(Hikoshima)236山口县(Yamaguchi)，日本197510诺达尔斯弗乔德桥(Norddalsfjord)231索恩-弗乔丹(Sogn-Fjordane)，挪威最大跨径的混凝土连续梁（连续刚构）桥36Haibo Liu PhD. SWJTU大跨混凝土梁桥的长期挠度问题近10多年来，我国相当多的大跨梁桥在通车25年后出现持续下挠和跨中底板开裂的现象。预拱度法：传统设计方法，按总弯矩包络图配筋（对预应力及其附加力进行估算），在悬臂施工状态，占主体荷载的恒载弯矩大于预加力产生的反向弯矩，这就导致成桥后跨中挠度的持续发展。零弯矩法：(建议的方法、有成功设计的例子），从施工顺序出发，先以悬

15、臂梁为基本图式，通过预应力手段取得了力学上平衡，由此不设预拱度，使施工的立模安装标高与成桥标高能够保持一致。这样不但极大的简化了工程控制，而且实践证明它对控制长期挠度的效果也十分理想。其他因素：材料，徐变系数难以准确考虑，各程序计算结果不准确37Haibo Liu PhD. SWJTU成昆铁路一线天桥铁路石拱桥，跨度54m有支架（钢拱架）施工，1966年建成38Haibo Liu PhD. SWJTU双曲拱河南前河大桥中国最大的公路双曲拱桥,跨度150m， 1970年建成有支架施工39Haibo Liu PhD. SWJTU四川宜宾金沙江小南门大桥中承式混凝土提篮拱桥，跨度240m， 1990

16、年建成，时称“亚洲第一大中承式钢混拱桥”劲性骨架法施工2001年11月7日4：30分左右桥面突然垮塌40Haibo Liu PhD. SWJTU四川宜宾金沙江小南门大桥41Haibo Liu PhD. SWJTU重庆綦江新虹桥原虹桥为钢管混凝土系杆拱，因质量事故于1999年1月4日整体垮塌，死40人，伤14人，震惊全国新虹桥系X型钢筋混凝土人行拱桥，全长160米，净跨130米，宽7.5米，1999年9月28日开工，2000年12月峻工并投入使用，立碑纪念四川省交通厅设计院设计，大桥局施工，“全国最老最大的建桥队正建造一座该队建桥史上最小但影响最大的桥”42Haibo Liu PhD. SWJT

17、U四川旺苍东河大桥我国第一座钢管混凝土系杆拱桥跨度115m，1990年建成43Haibo Liu PhD. SWJTU三峡工程专用公路黄柏河桥上承式钢管砼拱，桥长276.71m，跨度160m转体施工，1996年竣工44Haibo Liu PhD. SWJTU桁架拱：贵州剑河桥主跨150m，1985年建成45Haibo Liu PhD. SWJTU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46Haibo Liu PhD. SWJTU重庆万州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199

18、7年建成47Haibo Liu PhD. SWJTU斜拉桥19世纪出现雏形，20世纪中期出现现代意义上的斜拉桥，后期得到迅猛发展（全世界约有400余座，我国占大约1/4）。斜拉桥发展的原因和条件结构造型新颖（直线感和柔细感）新材料的应用（高强钢丝，特别是斜拉索卷材）设计理论和计算技术的进步施工技术的进步经济效益（在400800m跨度内具有很强竞争力）总体趋势：稀索密索，混凝土斜拉桥，造型多样化技术问题：斜拉索的防腐，抗风抗震48Haibo Liu PhD. SWJTU排序桥名主跨(m)桥址年份1苏通大桥1088长江，江苏，中国20072昂船舟大桥1018香港，中国20093多多罗桥(Tatar

19、a)890日本本州四国联络线19984诺曼第桥(Normandie)856法国19945南京二桥628长江，中国20006武汉三桥618长江，中国20007*青州闽江大桥605福州，中国20008上海杨浦大桥602上海，中国19939中央名港大桥(Meiko-Chuo)590日本199610上海徐浦大桥590上海，中国1997最大跨径斜拉桥49Haibo Liu PhD. SWJTU中外斜拉桥跨度统计苏通昂船洲南京三桥仁川50Haibo Liu PhD. SWJTU上海南浦大桥结合梁，主跨423m，1991年51Haibo Liu PhD. SWJTU南京长江二桥钢箱梁，主跨628m，2000

20、年52Haibo Liu PhD. SWJTU广西来宾红水河桥混凝土梁，主跨96m，1981年53Haibo Liu PhD. SWJTU悬索桥最早的大跨度桥型，依旧保持桥梁跨度记录与其他桥型相比，悬索桥的优势：材料用量、加劲梁截面，基本不发生变化构件设计，承重结构在尺寸方面不受限制大缆受力形式，受拉，可充分发挥材料能力施工，大缆是现成的悬吊式脚手架不足：刚度较小，容易振动54Haibo Liu PhD. SWJTU各国悬索桥的主要特点美国：钢主塔；直吊索；非连续的桁架式加劲梁；钢筋混凝土桥面板；铸钢鞍座和眼杆锚拉杆；空中送丝法（AS法）欧洲：混凝土主塔，全焊梭状扁平钢箱加劲梁；直吊索和斜吊索

21、； AS法日本：钢主塔；直吊索；桁式加劲梁（双层桥面）；预制平行丝股法（PS法）中国：混凝土索塔；（倾向于采用）扁平钢箱梁；垂直吊索； PS法 55Haibo Liu PhD. SWJTU汕头海湾大桥混凝土加劲梁，主跨452m，1995年56Haibo Liu PhD. SWJTU西陵长江大桥钢箱加劲梁，主跨900m，1996年57Haibo Liu PhD. SWJTU广东虎门大桥钢箱加劲梁，主跨888m，1997年58Haibo Liu PhD. SWJTU香港青马大桥钢箱加劲梁，主跨1 377m，1997年59Haibo Liu PhD. SWJTU江阴长江大桥钢箱加劲梁，主跨1 385

22、m，1999年60Haibo Liu PhD. SWJTU排序桥名主跨(m)桥址年份1万县长江大桥420万县，中国19972克尔克1号桥(Krk-1)390克尔克岛(Krk lsland)，南斯拉夫19803江界河大桥330黄河，中国19954邕江大桥312广西，中国19975格莱兹维尔桥(Gladesville)305悉尼(Sydney)，澳大利亚19646艾米赞德桥(Ponte da Amizade)290巴拉那河(Parana River)巴西-巴拉圭19647布洛克兰斯桥(Bolukrans)272布洛克兰斯(Bloukrans)，南非19838阿拉比达桥(Arrabida)270奥波

23、托(Oporto)，葡萄牙19639山多桥(Sando)264克拉姆福斯(Kramfors)，瑞典194310拉兰斯桥(La Rance)261法国1990世界上最大跨径的混凝土拱桥61Haibo Liu PhD. SWJTU钢拱桥在20世纪30年代，国外钢拱桥的跨度就超过500m在90年代，兴起钢管混凝土拱桥目前正热衷于钢拱桥拱桥向大跨度发展，重点在无支架施工方法上62Haibo Liu PhD. SWJTU四川旺苍东河大桥，跨度115m，1990，第一座钢管混凝土系杆拱桥钢管混凝土拱桥柳州市文惠大桥，跨度3180m，1994，第一座中承式钢管混凝土拱桥63Haibo Liu PhD. SW

24、JTU广州丫髻沙珠江大桥，跨度360m，2000年贵州水柏铁路北盘江铁路大桥，轨底到峡谷底深达280m，跨度236m，转体，2001年武汉江汉三桥，跨度280m，2001年钢管混凝土拱桥（续）宜宾戎州大桥，跨度260m，缆索，2004年64Haibo Liu PhD. SWJTU历史上著名的钢拱桥世界上第一座钢拱桥，位于美国密西西比圣路易斯，建于1867-1874年，主跨158.80m双层桥面，上层为公路，下层为双线铁路（使用至1974年）美国鬼门（Hell Gate）桥四线铁路桥，主跨298m1916年建成 65Haibo Liu PhD. SWJTU历史上著名的钢拱桥美国新河谷桥，1977

25、，518.2m澳大利亚悉尼港大桥，1932，503m美国贝永桥，1931，503.6m美国弗里芒特桥，1973，382.6m66Haibo Liu PhD. SWJTU67Haibo Liu PhD. SWJTUThatcher Ferry Bridge in PanamaCalled “bridge ofthe Americas” by Panamanian peopleSteel archedtruss arch with span of 344m, completed in 1962Crossing Panama Canal 68Haibo Liu PhD. SWJTU韩国傍花大桥，主跨

26、 540m，2000年美国罗斯福湖桥，主跨330m，1990年日本Kishiwada桥，主跨255m，1993日本Shin-Hamadera 桥，主跨254m，199169Haibo Liu PhD. SWJTU厦门钟宅湾大桥，主跨208m，2004上海卢浦大桥，主跨550m，2003中国近年来修建的钢拱桥中承式钢箱提篮拱桥 云南小湾大桥，主跨130m，2002上海卢浦大桥，主跨550m，200370Haibo Liu PhD. SWJTU新型的组合式系杆钢拱桥中承式钢桁系杆拱桥独塔自锚式悬索桥斜拉拱桥组合体系其他的花式桥组合桥等71Haibo Liu PhD. SWJTU新型的组合式系杆钢拱

27、桥重庆菜园坝大桥，主跨420m，2007广州新光大桥，主跨428m，在建美国Alsea海湾钢拱桥，主跨137.16m，199172Haibo Liu PhD. SWJTU新型的组合式系杆钢拱桥重庆菜园坝大桥，主跨420m，2007广州新光大桥，主跨428m，200673Haibo Liu PhD. SWJTU重庆朝天门大桥，2008，552m宜万铁路万州长江大桥，主跨360m的单拱连续钢桁梁，02年12月开工，2005年6月合龙190米+552米+190米，三跨连续中承式钢桁系杆拱桥 74Haibo Liu PhD. SWJTU西东1936年建成1989年地震中损伤独塔自锚式悬索桥，替代东侧的

28、桁架桥，2002年动工，由于经济原因，工程延误，预计2012年完工signature span 广珠城际铁路小榄水道特大桥主跨220m ，在建，施工控制进行中75Haibo Liu PhD. SWJTU旧金山奥克兰海湾桥西东1936年建成1989年地震中损伤独塔自锚式悬索桥，替代东侧的桁架桥，2002年动工，由于经济原因，工程延误，预计2012年完工signature span 76Haibo Liu PhD. SWJTU韩国Yeongjong大桥空间缆自锚式悬索桥，分跨125-300-125m ，200077Haibo Liu PhD. SWJTU独缆自锚式悬索桥，分跨120-300-120

29、m ，1987日本大阪konohana（此花） 大桥78Haibo Liu PhD. SWJTU马来西亚Seri Saujana 桥斜拉拱桥组合体系，主跨300m，200279Haibo Liu PhD. SWJTU马来西亚Seri Wawasan桥主跨168.5m，200380Haibo Liu PhD. SWJTU81Haibo Liu PhD. SWJTUAlameda 桥，主跨130m，1995西班牙的两座城市道路钢拱桥Bach de Roda-Felipe II桥，主跨130m，199582Haibo Liu PhD. SWJTUJuscelino Kubitschek Bridge

30、 in Brazil2002年 3240m83Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁发展桥跨结构继续向大跨发展结构型式和构造呈多样化发展桥梁设计理论更趋完善和合理桥梁CAD技术应用更趋广泛建桥材料向高强、轻质、新功能方向发展84Haibo Liu PhD. SWJTUSpan increment and bridgetypes85Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁建设的基本目标 基本目标是适用、安全、经济、美观。围绕这一基本目标，桥梁技术的发展应表现在： 桥梁具有较大的跨越能力和承载能力； 车辆能安全运行于桥上并使旅客有舒适感； 讲求经济效益，力图降低造价； 考虑结构与环境的协

31、调。 86Haibo Liu PhD. SWJTU 桥梁学科的研究及发展 墩台和基础： 总的说来，在桥梁墩台和基础技术水平方面，我国仅次于日本。日本因修建了较多的海湾、海峡桥及大跨悬索桥、斜拉桥，使其在施工机械、大体积混凝土施工、无人沉箱、设置沉井和地下连续墙等技术方面处于世界领先地位。到了90年代，我国深基础的施工和技术水平仅次于日本，己进入世界先进水平。 87Haibo Liu PhD. SWJTU材料： 桥梁的发展进程表明，新材料对其发展具有关键性作用。没有材料科学的发展，就不会有长大跨及新桥型的演进。从另一方面看，正是由于材料科学的发展还不满足桥梁科技进步的需要，一些目前己经可以构思、

32、设计的大跨桥梁工程，但因没有理想的材料而难以实现。由此可见，新材料确实是桥梁的物质基础和重要依托。桥梁所用材料主要有两类，一为钢材，另一为混凝土，目前它们都是向高强、轻质、新功能方向发展。下面简介其发展动态。 88Haibo Liu PhD. SWJTU高性能钢桥梁用钢的历史，表现出一条低碳钢低合金钢高强度钢高性能钢的发展轨迹。高强度钢（High Strength Steel, HSS）在材料韧性和可焊性等方面往往不尽人意高性能钢（High Performance Steel, HPS）是一种综合优化了材料力学性能、便于加工制造、适于低温和腐蚀环境、具备较高性价比的桥梁结构用钢。进展：美、日、

33、欧洲从20世纪90年代起，开始研究和应用HPS。97年日本“超级钢材”项目，98年中国“新一代钢铁材料重大基础研究 ” HPS材料特征：化学成分碳、磷、硫含量有显著的减少，增加有利于防腐蚀和耐候稀有元素；力学性能对合金元素进行优化组合，并采用Q&T或热力控制处理（TMCP）技术，生产出同时保持高强度、高韧性和可焊性好的细晶粒结构钢；抗腐蚀和耐候性能通常无需油漆；疲劳性能有待更多试验 89Haibo Liu PhD. SWJTU 混凝土: 高强混凝土 高强混凝土是相对普通强度混凝土而言，其定义的确定并无统一的标准。我国一般把强度等级大于C60级的混凝土称为高强混凝土，大于Cl00级的混凝土称为超

34、高强混凝土；美国ACI363委员会把强度超过4lMPa的混凝土定义为高强混凝土；而前苏联则把500号(相当于48MPa)以上的混凝土称为高强混凝土。高强混凝土具有抗压强度高、抗冲击性能好、耐久性强等优点。因用高强混凝土建造桥梁，不仅可减小梁高、又能减轻梁自重，从而使其跨度增大。据国外资料统计，预应力混凝土桥采用高强混凝土，结构截面尺寸可减小近一半，而构件自重与钢构件相当，可提高经济效益30%40%。日本歧关大桥为748m后张T梁，采用60MP的高强混凝土后，T梁高度降低12.5%，截面积减小13.5%。 90Haibo Liu PhD. SWJTU 混凝土: 高强混凝土 目前，在实验室条件下，

35、我国己能制成C100级凝土，罗马尼亚可制成C170级混凝土，美国己制成C200级混凝土。在铁路桥工程中，我国现浇混凝土等级已达C60C70级，预制的达C80级，如衡广复线江村桥混凝土设计强度达80MPa。在结构工程领域已达C100。 91Haibo Liu PhD. SWJTU 轻质混凝土 凡用轻质骨料配制的混凝土，容重在1620kN/m3(普通混凝土容重为2324kN/m3)，强度等级在C30C50者称为轻质混凝土。轻质混凝土的骨料主要是以页岩锻烧膨胀而得，其有陶粒型(破碎成粉后制成球锻烧)和非陶粒型(页岩破碎后原状锻烧)。1965年起，日本开始将轻质混凝土用于铁路桥梁制造，如东北本线金山架

36、道桥和总武本线荒川桥，其容重为1620kN/m3，强度等级为40级。 92Haibo Liu PhD. SWJTU 轻质混凝土 我国在南京长江大桥等一些铁路桥中，也采用过轻质混凝土，但使用并不普遍。这主要是轻质混凝土在使用中还存在着一些难以处理的问题。如轻质混凝土自重虽可减轻，但其弹性模量为同等级普通混凝土的5060%、且徐变大，造成应力损失也大。所以也有人认为将混凝土等级提高来减小断面，其效果比轻质混凝土好。这样就出现一种趋向，认为轻质混凝土对中小跨径铁路桥减轻自重、提高抗震效能是有一定效果；但在大跨径铁路桥梁上要成为理想材料，还需作更多的研究。 93Haibo Liu PhD. SWJTU

37、 絮凝混凝土 水下絮凝混凝土可在水中缓慢地自行流平和密实，能进行钢筋密集区、狭窄断面、水下大面积薄板及小体积结构等过去无法施工的水下混凝土工程的施工。其工艺简单，不受水位、季节等的限制。1974年德国首次研制成功专用外加剂，其主要成分是纤维素醚类有机水溶性高分子聚合物的抗分散外加剂。用它拌制的水下絮凝混凝土，在水中浇注时不易因周围水流冲洗而分离，混凝土始终能粘成一体，从而达到不离析的目的。1981年日本三井石油化学工业公司引进德国的技术，并开发了自己的水下不离析混凝土。目前，日本已有十余种抗分散外加剂投放市场，美国、法国等国也都在开发。 94Haibo Liu PhD. SWJTU 碳纤维强化

38、复合材料 1930年代，美国旧金山金门大桥建成时，创下了桥梁史上跨长1280m的世界记录。几经改写，到20世纪末，日本明石海峡桥才将这一记录改成1990m。其中，结构理论的发展和材料强度的提高起了决定性作用。根据目前理论计算，钢悬索桥的极限跨长(指桥跨结构能支承自重的跨度)可达4000m，而到20世纪末，实际所建最大跨长只有其一半。分析表明，若改用碳纤维强化复合材料，悬索桥的极限跨长可比钢悬索桥提高一倍以上。95Haibo Liu PhD. SWJTU 碳纤维强化复合材料 可以预言，纤维强化复合材料是21世纪桥梁新材料的发展方向。正因如此，许多发达国家都在争相研究、开发。目前，因其成本太高，主

39、要还只用于航天工业，桥梁工程中只是极少量使用。国内现已开展非金属纤维加劲塑料预应力筋的研究。其可作为我国桥梁工程中开展碳纤维强化复合材料研究的起步。纤维加劲材料的研究是21世纪一个重要的研究方向。 96Haibo Liu PhD. SWJTU 材料 总之，我国桥梁所用材料，不论是结构钢材、预应力钢材、混凝土材料，在强度方面都已接近国外先进水平；但在新型高强材料的品种、类型和使用上比国外少，今后要加强这方面的工作。97Haibo Liu PhD. SWJTU 计算机辅助设计与结构分析系统 CAD技术，即计算机辅助设计技术，自1960年代出现以来，经历近40年的发展，在工程领域取得了长足进步，在桥

40、梁设计中的应用也越来越广泛。现在，桥梁CAD技术的主要内容有如下五部分：结构分析、图形绘制、结构优化、工程数据库、专家系统。98Haibo Liu PhD. SWJTU 高速铁路车桥耦合动力性能研究 随着铁路提速、高速铁路与城市轻轨的修建，桥梁在移动列车荷载下引起的振动问题往往成为桥梁结构设计时的控制因素，“车桥耦合动力学”便是针对上述问题而产生的一门新型交叉学科。 99Haibo Liu PhD. SWJTU 高速铁路车桥耦合动力性能研究 研究并建立车桥耦合动力学理论，是解决铁路提速、高速铁路与城市轻轨修建带来的一系列动力学问题的关键，随着京沪高速铁路建设，在一系列国家攻关项目的支撑下，开展

41、了高速铁路车桥耦合动力性能的研究，完成了大量的理论分析和数值计算工作，并编制了京沪高速铁路桥梁动力特性分析及设计准则。 100Haibo Liu PhD. SWJTU 桥梁结构风工程研究 随着大跨、超大跨桥梁的发展以及跨海桥梁的建设，桥梁抗风问题日益突出。近年来，针对大跨度悬索桥、斜拉桥的重大工程建设，开展了大量桥梁抗风性能研究，对于诸如虎门大桥、汕头海湾大桥以及上海卢浦大桥等开展风洞试验及理论分析研究，对这些桥梁的选型和设计、施工方法起到了指导作用。并在颤振、抖振、驰振理论研究领域取得了进展，此外，还开展了斜拉索雨振的研究。在此领域的成果推动了大跨桥梁的发展。 101Haibo Liu Ph

42、D. SWJTU桥梁结构抗震性能研究 研究桥梁在地震波作用下的动力响应规律已成为近年来桥梁抗震分析中的热门研究课题。 90年代以来，国内在此领域内分析了斜拉桥在纵向地震波入射下的动力响应，并讨论了行波效应、地震的竖向分量、桩土结构相互作用以及多点激振对大跨度桥梁地震响应的影响；对于连续刚构桥，采用平面杆系有限元模型对其地震动力响应进行分析，结果表明：竖向地震激励对结构的内力影响较小，行波效应及土桩结构相互作用对结构的位移、内力增长显著。 对于大跨、高墩连续梁桥空间地震响应进行了分析，结论是：地震波相位差对结构不利，梁的横向刚度变化对桥梁的横向地震响应影响不大。 102Haibo Liu PhD

43、. SWJTU 桥梁结构施工力学及既有结构性能评估研究 大跨、超大跨及新型桥梁结构由于工程规模大、过程漫长，施工期间的环境和结构边界条件和结构状态（几何形状和物理特性）经常变化，结构荷载和材料的性能是时变的。最近几年的许多工程事故大都发生在施工阶段，虽然其中有许多责任问题，但和对施工力学和时变力学研究与重视不够也有很大关系。 目前，许多大跨度桥梁施工开展了施工控制研究，但这只是对一般工程设计的补充和一般工程力学应用的扩展，实际上这方面设计到许多学科的交叉和综合发展。 103Haibo Liu PhD. SWJTU 桥梁结构施工力学及既有结构性能评估研究 既有结构的评估、加固与合理利用是目前世界

44、各国均十分关注的一个重大问题。内容包括：结构在经历了若干年的正常或非正常使用之后，其各项功能发生的不同程度退变以及评价其承载能力、损伤程度、使用性能、抵抗超载的能力、剩余寿命以及相应的可靠性的方法。 在正确评价的基础上，进一步研究了对既有结构的加固措施与方法，并在实际工程中采用了多种加固措施，解决了现代交通运输对既有桥梁的要求。该领域的研究正在不断深入。 104Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁学科科学研究 总之，紧跟世界潮流。半个世纪以来，我国在桥梁建设规模与水平、新材料的开发与应用、新技术的研究与推广、设计理论的研究、计算机技术的应用等各方面均开展了卓有成效的工作，取得了许多重大

45、成果。 建成了一大批具有世界影响的桥梁工程，此处难以全面论及。随着大型跨江、跨海桥梁结构建设需要的日益突出，如桥梁结构抗风、快速交通运输条件下的桥梁动力学结构分析计算、桥梁结构设计分析与工程控制等，对桥梁结构行为理论研究和应用软件的开发与完善等都提出了更高的要求。105Haibo Liu PhD. SWJTU对桥梁工程的总体把握106Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学1 高速铁路桥梁的特点2 高速铁路桥梁设计荷载3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值二、高速铁路桥梁类型与特点 107Haibo Liu PhD. SWJTU1 高速铁路桥梁的特点高速铁路的高速度、高舒适性、高安全性

46、、高密度连续运营等特点对其土建工程提出严格的要求。高速铁路的发展推动现代铁路技术的发展，采用设计，施工新理念。桥梁设计突出人性化，满足适用、舒适、耐久、环保、便于维修等方面的要求，从而体现经济性。108Haibo Liu PhD. SWJTU1 高速铁路桥梁的特点具体而言，高速铁路桥梁的特点体现为：1）桥梁所占的比例大，高架桥、长桥多；2）结构的动力效应较大；3）桥上无缝线路与桥梁及下部结构共同作用；4）刚度大，整体性能好；5）修养护的时间少；6）重视耐久性，便于检查，维修；7）强调结构与环境的协调。109Haibo Liu PhD. SWJTU1 高速铁路桥梁的特点高速铁路的自身特性对设计也

47、提出了新的要求：1）桥梁具有足够刚度(竖、向、转)，结构变形小；2）避免结构出现共振和较大振动；3）结构耐久性的要求、便于检查；4）力求标准化并简化规格，品种；5）桥梁与环境协调，满足美观、降噪、减振的要求。110Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学2 高速铁路桥梁设计荷载列车活载欧洲欧洲高速铁路采用UIC荷载作为设计活载，是考虑到了与其他欧洲铁路网相接，以及将来高速铁路上行走重型车辆的可能，UIC活载满足货车80-120 km/h的重型货车和高速轻型客车250-300km/h桥梁设计要求。UIC活载111Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学日本日本采用接近其高

48、速运营列车的P（N）荷载作为设计活载，P荷载仅为UIC活载的40%。N标准活载重 0系列100系列200系列300系列WIN350500系列 235230275296350300 16.015.217.011.310.011.2车 型最高速度最大轴重2 高速铁路桥梁设计荷载列车活载112Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学2 高速铁路桥梁设计荷载中国客运专线中国高速铁路采用ZK荷载作为设计活载，ZK活载为普通铁路桥梁设计的中-活载的70%，为欧洲铁路联盟UIC活载的80%。ZK活载113Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学2 高速铁路桥梁设计荷载中国客货混运桥梁

49、荷载按中活载设计， ZK活载校核。中活载114Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学2 高速铁路桥梁设计荷载 中国台湾 中国台湾高速铁路采用UIC修正荷载作为设计活载各种荷载相互关系（以中-活载为基准作简单比较）中-活载UIC荷载ZK荷载台湾P（N）荷载100%87.5%70%66%35% 60 60115Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值桥梁刚度要求对高速铁路线上单跨及多跨简支梁桥的刚度限值的计算方法可采用如下思路确定:1）对高速铁路线上运行的车辆按车辆共振速度和最高设计速度用整车模型确定其最低刚度要求；2）结构设计时按满足最

50、低刚度要求设计，并计算其结构自振频率；116Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值3）对于设计好的结构，根据其自振频率，计算桥梁及车辆的共振速度，设法避开车辆及桥梁同时发生共振的结构布置形式，即在可能出现车辆和桥梁同时共振的跨度范围，不采用等跨度的桥梁结构布置形式；4）对于已设计好的结构，用车桥耦合振动计算模型检算车辆和桥梁各自共振速度时的列车运动舒适性与安全性，对不能满足要求的桥梁进行修改设计，直至满足舒适性与安全性的要求。结构变形限值-竖向挠度限值不同速度等级的铁路，对竖向挠度的限值是不一样的。详细列出如下。117Haibo Liu PhD.

51、 SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值京沪暂规中的梁体的竖向挠度限值(ZK静载） 跨度mL2424 80单跨L/1300L/1000L/1000多跨L/1800L/1500L/1000客专无碴轨道设计指南梁体的竖向挠度限值(ZK静载） L50m，无碴轨道铺设后徐变上拱10mmL50m，无碴轨道铺设后徐变上拱L/5000， 20mm118Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值200km/h客货共线暂规梁体的竖向挠度限值(中活载） 铁路基本规范梁体的竖向挠度限值 (中活载） 简支混凝土梁： L/800 跨度mL2020L 5050

52、 L 7070 L 96单跨L/1000L/1000L/900L/900多跨L/1400L/1200L/1000L/900跨度mL2424 L 4040 L 96单跨L/1300L/1000L/1000多跨L/1800L/1500L/1200200250km/h客专暂规梁体的竖向挠度限值 (ZK静载） 119Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值德国 铺设无碴轨道的高速铁路桥梁，对桥梁变形的要求，参照德国无碴轨道的总体技术规范技术通告（2002.8.1 DB Netz NST）和DIN技术报告101：=（L）UIC+K+S容许=（L）804 L1

53、0.0m时，（L）=0.4以32m梁为例，（L）=0.4 容许的垂直位移取决于跨度和速度 L=32m、v=350 km/h时120Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学结构变形限值-竖向转角限值墩台梁体扣件钢轨道床板道床板 客专无碴轨道设计指南梁端的竖向转角(ZK静载） 京沪暂规中的梁端的竖向转角(ZK静载） L 80m无规定L80， 23 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值121Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值200km/h客货共线暂规梁端的竖向转角(中活载） 铁路基本规范中梁体的竖向转角 (中活载） 无规定 200250km/

54、h客专暂规梁端的竖向转角 (ZK静载） 有碴轨道： 2 无碴轨道： 路基与桥梁过渡段：310-3rad；两梁之间： 1+2610-3rad122Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值德国考虑冲击系数的UIC71活载和温度，1）单线桥梁：桥梁端头 6.510-3rad； 中间支点处 1+21010-3rad2）双线桥梁：桥梁端头 3.510-3rad 中间支点处 1+2510-3rad123Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值两梁竖向错位对扣件上拔力的影响其他要求 两梁竖向错位 客专无碴轨道设计指南

55、规定，梁缝钢轨支点相对位移不应大于1mm 德国无碴轨道技术规程规定，设有纵坡的桥梁，由于活动支座产生水平位移引起的梁缝两侧钢轨支点间的竖向相对位移不宜大于1mm124Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学3 高速铁路桥梁刚度要求与变形限值结构变形限值-横向力挠度限值 在列车摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于梁体计算跨度的1/4000；结构变形限值-竖向自振频率限值 常用简支梁竖向自振频率限值跨径（m）16202432404856自振频率限值（Hz）7.56.05.03.753.02.382.18125Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学

56、在高速铁路线上，列车对桥梁的动力作用增大，为满足行车安全、乘坐舒适以及适应高速铁路线路的构造要求，高速铁路桥梁必须具有足够的强度、更高的刚度及良好的稳定性，更大的抗扭能力和较高的减振降噪特性。同时，采用无缝长钢轨的线路，其桥梁体系的构造应能很好地传递列车纵向力，使列车纵向力不能过多地分配给钢轨。 三、世界各国高速铁路桥梁的结构形式126Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学为满足以上要求，国外一些规定或规范中对高速铁路桥梁的结构型式提出了原则性的建议或要求。国际铁路联盟UIC776-2高速和超高速线路上的桥梁规程规定，最适宜的桥型应是桥梁上部结构具有尽可能好的刚性，并建议: 世界

57、各国高速铁路桥梁的结构形式（续）127Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学小跨度桥（L20m）的结构形式 带道碴的正交异性板 外包混凝土的钢梁 钢筋混凝土或预应力混凝土板或T梁 钢混凝土组合结构世界各国高速铁路桥梁的结构形式（续）128Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学对中等跨度桥（20mL60m） 钢筋混凝土或预应力混凝土箱形梁 钢混凝土组合结构对大跨度桥（L60m） 上弦设有抗风联结系的双线桥格构梁桥 钢、钢筋或预应力混凝土拱桥世界各国高速铁路桥梁的结构形式（续）129Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学随着建桥水平的提高及预应力混凝土结构

58、的广泛应用，同时人类对环境的要求越来越高，国外近年修建的高速铁路新线，基本上全部采用钢筋混凝土及预应力混凝土结构。 世界各国高速铁路桥梁的结构形式（续）130Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学在日本的铁路新干线上，除东海道新干线设计速度为210 km/h外，其余几条线的设计速度为260 km/h。在这些线上，桥梁总延长所占线路长度比重较大，下表为各条新干线上桥梁及高架桥所占比例。 日本新干线上的桥梁131Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学 新干线上的桥梁及高架桥所占比重日本新干线上的桥梁（续）桥 型东 海 道山 阳 新 干 线上 越东北新干线东京新大阪新大阪

59、冈山冈山博多大宫新泻东京盛冈延长km比率%延长km比率%延长km比率%延长km比率%延长km比率%桥 梁5711201231730117515高架桥11622744586221324927956合 计173339457117291626035471132Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学由上表可见，日本新干线上高架桥的比率，在某些段几乎占了线路总长的一半。由于有这样多的高架桥，因此日本新干线上的高架桥多采用标准设计。日本高架桥标准设计的基本情况如表3.1，标准设计中桥面宽度按表3.2确定。 日本新干线上的桥梁（续）133Haibo Liu PhD. SWJTU日本新干线上的桥

60、梁（续）高架桥标准设计的基本情况 表3-1134Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学日本新干线上的桥梁（续）高架桥标准设计的基本情况 续表3-1135Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学 新干线表彰高架桥桥宽（m） 表3-2日本新干线上的桥梁（续）136Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学东海道高架桥的几种标准设计形式如下图所示日本新干线上的桥梁（续）图3.1 日本东海道标准设计框架式高架桥（单位:mm）137Haibo Liu PhD. SWJTU西南交通大学续上图3.2 日本东海道标准设计框架式高架桥（单位:mm）日本新干线上的桥梁（续）13