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桥梁工程(上)桥梁工程(上)第1章总论第2章桥面构造第3章梁式桥梁的构造与设计第4章梁式桥梁的计算第5章梁式桥梁的施工第6章刚架桥的构造及计算特点第1章总论第1章总论1.1国内外桥梁发展概况1.1.1桥梁工程的地位和作用桥梁工程在交通事业中占有重要地位。1.1.2我国桥梁建设的成就我国桥梁类型繁多,数量惊人,无论是古代桥梁,还是当今的现代桥梁,都在世界桥梁史上写下了辉煌的篇章。举世闻名的河北省赵县的赵州桥,就是我国古代石拱桥的杰出代表。第1章总论图1.1河北赵县赵州桥图1.1河北赵县赵州桥(1)钢桥图1.2南京长江大桥(1)钢桥图1.2南京长江大桥(2)预应力混凝土桥图1.3重庆长江大桥(2)预应力混凝土桥图1.3重庆长江大桥图1.4广东虎门辅航道桥图1.4广东虎门辅航道桥(3)斜拉桥和悬索桥图1.5上海黄浦江杨浦大桥(3)斜拉桥和悬索桥图1.5上海黄浦江杨浦大桥图1.6江苏江阴长江公路大桥图1.6江苏江阴长江公路大桥图1.7贵州乌江大桥图1.7贵州乌江大桥(4)石拱桥、混凝土拱桥图1.8湖南省凤凰县乌巢河桥(4)石拱桥、混凝土拱桥图1.8湖南省凤凰县乌巢河桥图1.9广东省清远北江大桥图1.9广东省清远北江大桥图1.10万州长江公路大桥图1.10万州长江公路大桥(5)桥梁基础工程我国在深水急流中修建了不少桥梁,已积累了宝贵的深水基础工程的设计和施工经验。20世纪50年代,我国修建武汉长江大桥时,在世界上首次采用了大型管柱基础。随后,这种先进的深水基础形式得到了推广和发展,管柱的直径由1.55m发展到5.80m,最大埋置深度达47.5m。在沉井施工方面,由于成功地采用了先进的触变泥浆套下沉技术,大幅度地减少了基础圬工数量,并使下沉速度加快3~11倍。此外,我国还广泛采用和推广了钻孔灌注桩基础。北镇黄河公路桥成功地采用这种基础施工方法,钻孔深度达104m。(5)桥梁基础工程(6)桥梁设计与科研建国五十余年来,我国公路、铁路、城市建设部门以及高等院校已形成了一支人数众多,力量雄厚的设计、科研队伍。从1956年开始制定公铁桥梁设计规范,并根据建桥经验不断进行修改,桥梁设计理论从容许应力法进展到极限状态设计方法,现已发展到可靠度设计理论。对中、小跨桥梁,已编制了大量标准化图纸。在桥梁设计中,对空间分析、结构复杂的次内力计算、稳定、振动与地震响应等方面进行了大量研究,取得了有实用价值的成果。桥梁静、动力模型试验、野外测试、风洞试验的研究,又为我国发展长大桥梁提供了科学依据。在软件开发方面,我国已编制了计算公路桥梁的大型综合程序和大量专用程序,桥梁CAD也在积极开发之中,已取得可喜成果。(6)桥梁设计与科研1.1.3世界各国桥梁建设现状与展望纵观国外桥梁的发展史,早在古罗马时代,欧洲的石拱桥艺术已在世界桥梁史上写下过光辉的篇章。然而,国外桥梁得到发展,则得益于18世纪的工业革命。工业革命带来了生产力的大幅度增长,推动了工业的发达。而钢材和混凝土的出现,力学的发展和计算理论的完善,是国外桥梁建设的空前发展的保证。1.1.3世界各国桥梁建设现状与展望图1.11南斯拉夫KRK桥图1.11南斯拉夫KRK桥图1.12法国诺曼底大桥图1.12法国诺曼底大桥图1.13英国恒比尔吊桥图1.13英国恒比尔吊桥图1.14日本港大桥图1.14日本港大桥1.1.4桥梁工程的前景展望(1)材料的应用与发展从桥梁工程学科的发展可以发现,材料科学对桥梁工程的发展起着关键性作用。没有新材料的发展,就没有长大跨度及新桥型的诞生。目前,桥梁工程所用材料主要是钢材和混凝土。1.1.4桥梁工程的前景展望新型非金属纤维强化复合材料的开发研究,已得到全世界的关注和认同,各国都投入大量资金,开展理论研究。目前主要集中在玻璃纤维、阿拉米特纤维和碳纤维同聚合物强化合成的超高强材料上,它们不但质量轻,强度高,而且具有耐疲劳、抗腐蚀、热传导率低、非磁性等优点。分析表明,若采用碳纤维强化复合材料来修建悬索桥,其极限跨度可比钢悬索桥提高一倍以上。加拿大、美国等国家,则已进入工程实践阶段。新型非金属纤维强化复合材料的开发研究,已得到全世界的关注和认(2)设计理论与CAD技术目前国内外桥梁设计理论已普遍采用极限状态法设计,少数国家在强度极限状态基础上推广到挠度、裂缝、振动、疲劳的极限状态。而基于可靠度理论的极限状态法设计,可以充分发挥桥梁结构潜在的承载能力,充分利用材料的强度,使桥梁结构安全度更加可靠和科学,是目前世界各国努力的方向。对大跨度桥梁的设计,愈来愈重视振动、稳定、疲劳、空气动力学、非线性等因素影响的研究。桥梁CAD技术主要集中在以下5个方面:结构分析、图形绘制、结构优化、工程数据库、专家系统。(2)设计理论与CAD技术1.2桥梁基本组成与分类1.2.1桥梁的基本组成部分桥梁是由桥跨结构、下部结构和墩台基础3个主要部分组成的一个人工构筑物。与桥梁布置、结构有关的专业术语。1.2桥梁基本组成与分类图1.15桥梁基本组成图1.15桥梁基本组成1)水位2)净跨径(l0)与总跨径(∑l0)3)标准跨径(lb)4)计算跨径(l)5)桥梁全长(L)与桥梁总长6)桥梁高度7)建筑高度与容许建筑高度8)桥下净空高度9)拱轴线10)净矢高(f0)与计算矢高(f)11)矢跨比(f/l)1)水位1.2.2桥梁分类(1)按桥梁的基本结构体系分类1)梁式桥2)拱式桥3)刚架桥4)缆索承重桥5)组合体系桥1.2.2桥梁分类图1.16梁式桥图1.16梁式桥图1.17拱式桥图1.17拱式桥图1.18刚架桥图1.18刚架桥图1.19缆索承重桥(尺寸单位:m)图1.19缆索承重桥(尺寸单位:m)图1.20组合体系桥(尺寸单位:m)图1.20组合体系桥(尺寸单位:m)(2)桥梁的其他分类方法除了上述按受力特点划分成不同结构体系外,人们习惯按桥梁的用途、主要承重结构的材料等其他方面来划分。(2)桥梁的其他分类方法1.3桥梁的总体规划与设计原则1.3.1桥梁规划设计原则(1)使用上的要求(2)经济上的要求(3)结构尺寸和构造上的要求(4)美观上的要求1.3.2设计程序桥梁规划设计、初步设计、技术设计和施工图设计4个阶段。1.3.3野外勘测和资料调查1.3桥梁的总体规划与设计原则1.4桥梁纵、横断面设计及平面布置1.4.1桥梁纵断面设计(1)桥梁总跨径的确定(2)桥梁的分孔(3)桥面标高的确定1.4.2桥梁横断面设计1.4桥梁纵、横断面设计及平面布置桥梁工程(上册)-课件1图1.21桥梁纵断面规划图图1.21桥梁纵断面规划图桥梁工程(上册)-课件1图1.22桥面尺寸布置图1.22桥面尺寸布置1.4.3平面布置二、三、四级公路上的大、中桥线形,一般为直线,当桥面受到两岸地形限制时,可修建曲线桥。曲线的各项指标应符合路线的要求。1.4.4桥梁设计方案比较(1)拟定桥梁方案(2)编制方案图1.23是某大桥初步设计所编制的比较方案实例。(3)技术经济比较和最优方案的选定1.4.3平面布置桥梁工程(上册)-课件1图1.23某大桥初步设计方案比较1.5桥梁的设计荷载1.5.1永久荷载永久荷载,又称恒载,它是在设计使用期内,其作用的位置、大小不随时间变化,或其变化值与平均值相比可忽略不计的荷载。1.5.2可变荷载可变荷载是指在设计使用期内,其作用的位置、大小随时间变化,且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。(1)车辆荷载图1.23某大桥初步设计方案比较1.5桥梁的设计荷图1.24各级汽车车队的纵向排列(轴重力单位:kN;尺寸单位:m)图1.24各级汽车车队的纵向排列图1.25各级汽车的平面尺寸和横向布置(尺寸单位:m)图1.25各级汽车的平面尺寸和横向布置(尺寸单位:m)图1.26各级验算车的纵向排列和横向布置(重力单位:kN;尺寸单位:m)图1.26各级验算车的纵向排列和横向布置图1.27城—A级标准车辆纵、平面布置图1.27城—A级标准车辆纵、平面布置图1.28城—B级标准车辆纵、平面布置图1.28城—B级标准车辆纵、平面布置图1.29车辆荷载横向布置图1.29车辆荷载横向布置图1.30图1.30图1.31图1.31图1.32车道荷载横向布置图1.32车道荷载横向布置桥梁工程(上册)-课件1(2)车辆荷载的影响力1)汽车荷载的冲击力(2)车辆荷载的影响力2)汽车荷载的制动力3)离心力(3)人群荷载1.5.3偶然荷载偶然荷载包括地震力和船只或飘浮物的撞击力。2)汽车荷载的制动力1.5.4荷载组合1.5.4荷载组合桥梁工程(上)桥梁工程(上)第1章总论第2章桥面构造第3章梁式桥梁的构造与设计第4章梁式桥梁的计算第5章梁式桥梁的施工第6章刚架桥的构造及计算特点第1章总论第1章总论1.1国内外桥梁发展概况1.1.1桥梁工程的地位和作用桥梁工程在交通事业中占有重要地位。1.1.2我国桥梁建设的成就我国桥梁类型繁多,数量惊人,无论是古代桥梁,还是当今的现代桥梁,都在世界桥梁史上写下了辉煌的篇章。举世闻名的河北省赵县的赵州桥,就是我国古代石拱桥的杰出代表。第1章总论图1.1河北赵县赵州桥图1.1河北赵县赵州桥(1)钢桥图1.2南京长江大桥(1)钢桥图1.2南京长江大桥(2)预应力混凝土桥图1.3重庆长江大桥(2)预应力混凝土桥图1.3重庆长江大桥图1.4广东虎门辅航道桥图1.4广东虎门辅航道桥(3)斜拉桥和悬索桥图1.5上海黄浦江杨浦大桥(3)斜拉桥和悬索桥图1.5上海黄浦江杨浦大桥图1.6江苏江阴长江公路大桥图1.6江苏江阴长江公路大桥图1.7贵州乌江大桥图1.7贵州乌江大桥(4)石拱桥、混凝土拱桥图1.8湖南省凤凰县乌巢河桥(4)石拱桥、混凝土拱桥图1.8湖南省凤凰县乌巢河桥图1.9广东省清远北江大桥图1.9广东省清远北江大桥图1.10万州长江公路大桥图1.10万州长江公路大桥(5)桥梁基础工程我国在深水急流中修建了不少桥梁,已积累了宝贵的深水基础工程的设计和施工经验。20世纪50年代,我国修建武汉长江大桥时,在世界上首次采用了大型管柱基础。随后,这种先进的深水基础形式得到了推广和发展,管柱的直径由1.55m发展到5.80m,最大埋置深度达47.5m。在沉井施工方面,由于成功地采用了先进的触变泥浆套下沉技术,大幅度地减少了基础圬工数量,并使下沉速度加快3~11倍。此外,我国还广泛采用和推广了钻孔灌注桩基础。北镇黄河公路桥成功地采用这种基础施工方法,钻孔深度达104m。(5)桥梁基础工程(6)桥梁设计与科研建国五十余年来,我国公路、铁路、城市建设部门以及高等院校已形成了一支人数众多,力量雄厚的设计、科研队伍。从1956年开始制定公铁桥梁设计规范,并根据建桥经验不断进行修改,桥梁设计理论从容许应力法进展到极限状态设计方法,现已发展到可靠度设计理论。对中、小跨桥梁,已编制了大量标准化图纸。在桥梁设计中,对空间分析、结构复杂的次内力计算、稳定、振动与地震响应等方面进行了大量研究,取得了有实用价值的成果。桥梁静、动力模型试验、野外测试、风洞试验的研究,又为我国发展长大桥梁提供了科学依据。在软件开发方面,我国已编制了计算公路桥梁的大型综合程序和大量专用程序,桥梁CAD也在积极开发之中,已取得可喜成果。(6)桥梁设计与科研1.1.3世界各国桥梁建设现状与展望纵观国外桥梁的发展史,早在古罗马时代,欧洲的石拱桥艺术已在世界桥梁史上写下过光辉的篇章。然而,国外桥梁得到发展,则得益于18世纪的工业革命。工业革命带来了生产力的大幅度增长,推动了工业的发达。而钢材和混凝土的出现,力学的发展和计算理论的完善,是国外桥梁建设的空前发展的保证。1.1.3世界各国桥梁建设现状与展望图1.11南斯拉夫KRK桥图1.11南斯拉夫KRK桥图1.12法国诺曼底大桥图1.12法国诺曼底大桥图1.13英国恒比尔吊桥图1.13英国恒比尔吊桥图1.14日本港大桥图1.14日本港大桥1.1.4桥梁工程的前景展望(1)材料的应用与发展从桥梁工程学科的发展可以发现,材料科学对桥梁工程的发展起着关键性作用。没有新材料的发展,就没有长大跨度及新桥型的诞生。目前,桥梁工程所用材料主要是钢材和混凝土。1.1.4桥梁工程的前景展望新型非金属纤维强化复合材料的开发研究,已得到全世界的关注和认同,各国都投入大量资金,开展理论研究。目前主要集中在玻璃纤维、阿拉米特纤维和碳纤维同聚合物强化合成的超高强材料上,它们不但质量轻,强度高,而且具有耐疲劳、抗腐蚀、热传导率低、非磁性等优点。分析表明,若采用碳纤维强化复合材料来修建悬索桥,其极限跨度可比钢悬索桥提高一倍以上。加拿大、美国等国家,则已进入工程实践阶段。新型非金属纤维强化复合材料的开发研究,已得到全世界的关注和认(2)设计理论与CAD技术目前国内外桥梁设计理论已普遍采用极限状态法设计,少数国家在强度极限状态基础上推广到挠度、裂缝、振动、疲劳的极限状态。而基于可靠度理论的极限状态法设计,可以充分发挥桥梁结构潜在的承载能力,充分利用材料的强度,使桥梁结构安全度更加可靠和科学,是目前世界各国努力的方向。对大跨度桥梁的设计,愈来愈重视振动、稳定、疲劳、空气动力学、非线性等因素影响的研究。桥梁CAD技术主要集中在以下5个方面:结构分析、图形绘制、结构优化、工程数据库、专家系统。(2)设计理论与CAD技术1.2桥梁基本组成与分类1.2.1桥梁的基本组成部分桥梁是由桥跨结构、下部结构和墩台基础3个主要部分组成的一个人工构筑物。与桥梁布置、结构有关的专业术语。1.2桥梁基本组成与分类图1.15桥梁基本组成图1.15桥梁基本组成1)水位2)净跨径(l0)与总跨径(∑l0)3)标准跨径(lb)4)计算跨径(l)5)桥梁全长(L)与桥梁总长6)桥梁高度7)建筑高度与容许建筑高度8)桥下净空高度9)拱轴线10)净矢高(f0)与计算矢高(f)11)矢跨比(f/l)1)水位1.2.2桥梁分类(1)按桥梁的基本结构体系分类1)梁式桥2)拱式桥3)刚架桥4)缆索承重桥5)组合体系桥1.2.2桥梁分类图1.16梁式桥图1.16梁式桥图1.17拱式桥图1.17拱式桥图1.18刚架桥图1.18刚架桥图1.19缆索承重桥(尺寸单位:m)图1.19缆索承重桥(尺寸单位:m)图1.20组合体系桥(尺寸单位:m)图1.20组合体系桥(尺寸单位:m)(2)桥梁的其他分类方法除了上述按受力特点划分成不同结构体系外,人们习惯按桥梁的用途、主要承重结构的材料等其他方面来划分。(2)桥梁的其他分类方法1.3桥梁的总体规划与设计原则1.3.1桥梁规划设计原则(1)使用上的要求(2)经济上的要求(3)结构尺寸和构造上的要求(4)美观上的要求1.3.2设计程序桥梁规划设计、初步设计、技术设计和施工图设计4个阶段。1.3.3野外勘测和资料调查1.3桥梁的总体规划与设计原则1.4桥梁纵、横断面设计及平面布置1.4.1桥梁纵断面设计(1)桥梁总跨径的确定(2)桥梁的分孔(3)桥面标高的确定1.4.2桥梁横断面设计1.4桥梁纵、横断面设计及平面布置桥梁工程(上册)-课件1图1.21桥梁纵断面规划图图1.21桥梁纵断面规划图桥梁工程(上册)-课件1图1.22桥面尺寸布置图1.22桥面尺寸布置1.4.3平面布置二、三、四级公路上的大、中桥线形,一般为直线,当桥面受到两岸地形限制时,可修建曲线桥。曲线的各项指标应符合路线的要求。1.4.4桥梁设计方案比较(1)拟定桥
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