土木工程概论第6章桥梁工程

第6章桥梁工程什么是桥梁——是指供铁路、道路、管道、渠道等交通运输线路跨越水体或山谷的工程构筑物。桥梁的原始雏形

——独木桥、浮桥和石拱。随着科学技术的发展和社会的进步，桥梁的跨越能力越来越强，功能与构造形式也越来越多样化。

桥梁的组成桥梁的组成：上部结构、下部结构、基础

桥梁设计中一般考虑以下荷载的作用：(1)恒载：桥自重、高栏、桥面等的重量。

(2)活载：汽车、列车等交通荷载、人群荷载。(3)冲击力：交通工具的冲击。

(4)风载：作用于桥梁、汽车、列车的风。(5)离心力；在曲线桥的情况下，列车的离心力。

(6)制动作用：列车、汽车紧急刹车的作用。(7)温度作用：由于温度变化构件伸缩受到限制产生的内力。(8)地震作用：地震引起的惯性作用。

(9)雪载：在积雪较多的地区予以考虑。

桥梁工程的荷载与建筑工程的区别主要受车辆的移动荷载。还要承受来自车辆的冲击力、离心力等。基础、桥墩工程较复杂。按使用性分类：公路桥、、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥等按结构形式分类：梁桥、板桥

、拱桥、刚构桥、斜拉桥、悬索桥

6.1

桥梁的分类按跨径大小和多跨总长分类：小桥、、中桥、大桥、特大桥等按行车道位置分类：上承式桥、中承式桥

、下承式桥

按使用年限分类：永久性桥、半永久性桥

、临时桥

按材料分类：木桥、圬工桥

、钢筋混凝土桥、钢桥（1）使用上的要求（2）经济上的要求（3）结构上的要求（4）美观和环保的要求

6.2

桥梁工程的总体规划和设计要点6.2.1桥梁总体规划的任务和重点（1）选择桥位（2）确定桥梁总跨径和分孔数（3）桥梁的纵横断面布置（4）公路桥型的选择6.2.2桥梁工程设计要点

6.3

桥梁的结构形式

(1)梁式桥

梁式桥是一种最简单常用的桥梁上部结构形式，用于中小跨径桥梁。主梁常用断面形式有I型、T型、箱型和板梁等。

概念：在竖向移动式荷载作用下无水平反力的结构体系。受力特点：梁作为受弯构件由梁跨两端支座（桥墩或桥台）支撑着。主梁断面连续桁架梁桥。支承在三个支点以上的桥梁。简支梁桥伸臂梁桥梁式桥的支撑条件武汉长江大桥1957年建成,是中国在万里长江上修建的第一座铁路、公路两用桥梁。全桥总长1670米，其中正桥1156米，北岸引桥303米，南岸引桥211米。从基底至公路桥面高80米，下层为双线铁路桥，宽14.5米，两列火车可同时对开。桥身为三联连续桥梁，每联3孔，共8墩9孔。每孔跨度为128米。1969年建成,是我国自行设计、制造、施工并使用国产高强钢材的现代化大型桥梁，属于连续钢桁梁双层桥。全长包括引桥在内，铁路部分为6772m，公路部分为4589m。南京长江大桥九江长江大桥该桥铁路部分全长7675.4m，公路部分4215.9m，最大跨度为216m。属于梁式桥与拱的组合体系桥。216m（2）拱式桥概念：拱桥的主要承重结构是拱圈，它在桥面竖向移动荷载作用下桥墩或桥台要承受水平推力，同时，这种推力将显著抵消在拱圈中引起的弯矩，使拱圈承受的主要是压力，故通常可采用抗压能力强的圬工材料(如石、砖、混凝土)建造。赵州桥赵州桥座落在河北省南部的洨河上，洨河流经赵县。由著名匠师李春设计和建造，距今已有1400年的历史，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。湖南长沙湘江双曲拱桥。主拱圈横截面是由一个或数个小拱组成的。主拱圈在纵向及横向均呈曲线形。拱桥的主要优点材料就地取材，与钢桥和钢筋混凝土梁式桥相比，可节省大量的钢材和水泥。能耐久，养护、维修费用少。外形美观拱桥的承重方式上承式拱桥：桥面布置在主要承重构件之上。

中承式拱桥：桥面在桥跨结构的高度中间武汉晴川桥武汉晴川大桥位于汉江与长江的交汇处，连接汉口的中山大道和汉阳铁门关，主桥为下承式钢管无铰拱桥，工程全长2147.5米,净跨280米。

下承式拱桥：桥面布置在承重结构之下。（3）刚架桥桥跨结构与桥墩整结，即刚性连接。(rigidconnection)特点桥墩与桥跨刚性连接概念：是梁和柱（或竖墙）整体结合的桥梁结构。1、在竖向移动荷载作用下，梁部主要受弯，柱脚处有水平推力。受力特点：2、受力状态介于梁式桥和拱桥之间。⑶类型T形刚架桥，便于施加预应力，加挂梁后，跨度很大。连续刚架桥.有较好的抗震性能。斜腿刚架桥。造型轻巧美观。T形刚架桥（刚构桥）挂梁广东虎门珠江辅航道桥建于1997年。桥面有6车道，总宽33m，主跨270m由上下行两座单桥组成。主航道桥为跨径888m的钢箱梁悬索桥。位于广东东莞和番禺市之间跨越珠江的公路大桥，全桥长3618m。该桥建于1997年。主跨270m，属于连续刚架桥。主跨跨径世界第一。连续刚架桥Y形墩多孔预应力连续-—刚架桥广西桂林漓江桥该桥是一座建于风景区的预应力混凝土V形墩刚架桥。主跨和分孔为67.5m＋95m＋67.5m,主孔悬臂长27.5m，挂梁长40m，斜腿倾角45o，长12m。整座桥型线条流畅，轻巧别致，桥景相融。斜腿刚架桥陕西安康汉江桥（4）斜拉桥斜拉桥主要由塔、主梁和斜拉钢索组成。斜拉桥一般为双塔，有时也可采用单塔；绝大多数桥塔是竖向的，极少数为斜立。斜拉桥的跨度一般介于悬索桥和桁架桥之间，通常为钢梁或钢筋混凝土梁。某现代化斜拉桥施工现场辐射形竖琴形扇形辐射形索型竖琴形索型来宾红水河，位于广西红水河，是我国修建的第一座预应力混凝土铁路斜拉桥。全长398ｍ，主跨48＋96＋48(ｍ），索型采用双塔竖琴型。扇形索型三台涪江桥位于四川省三台县跨越涪江。全桥共１１孔，全长５６０．３ｍ。该桥主桥为双塔混凝土斜拉桥，其孔跨为５６＋１２８＋５６(ｍ）。，桥面总宽１２．５ｍ(车行道７ｍ及两侧人行道各２．２５ｍ）。斜拉索为扇形双索面体系。构造要求一般为三孔，中孔为主孔，边孔跨度通常为中孔的0.25~0.5倍（多在0.4倍左右）。若为两孔，其跨度比值为0.5~1.0，常在0.8~0.9之间。索面根据桥宽和美观要求可为双索或单索面。索面根据桥宽和美观要求可为单索或双索；索塔也可是单塔或双塔。单塔单索面重庆石门桥位于重庆市沙坪坝，跨越嘉陵江，全长716ｍ。主桥为200＋230(ｍ）单索面独塔预应力混凝土斜拉桥，桥面全宽25.5ｍ，设４车道。墩高约50ｍ，塔柱自桥面以上高113ｍ，塔总高约163ｍ。拉索采用平行索布置。双塔双索面济南黄河公路桥位于山东省济南市北郊，大桥全长2033.44ｍ，其中主桥长488ｍ，为５孔40＋94＋220＋94＋20(ｍ）连续的预应力混凝土双塔斜拉桥。。该桥总宽19.5ｍ，其中车行道15ｍ，两侧人行道各２ｍ。桥塔为Ａ型门式立体结构，塔高68.4ｍ，索面采用扇形布置，索距８ｍ，每塔共11对索。大桥于1982年建成。广东沙溪大桥。桥型为单面独塔斜拉板桥。桥长553m.我国现代斜拉桥始建于1975年四川云阳桥-我国最早建成的现代斜拉桥辐射型拉索云阳汤溪河桥位于四川省云阳县，是我国第一座试验性斜拉桥，建于1975年。双塔斜拉桥的孔跨布置为34.91＋75.84＋34.91(ｍ），全长153.12ｍ。每塔有三对斜拉索，由钢芯缆索组成，呈辐射形布置。改革开放后我国建成和正在建设的重要的大型现代斜拉桥工程有：上海南浦大桥主跨径423m上海南浦大桥，全长8346m，1991年建成。主桥跨径171+423+171m，为双塔双索面钢与混凝土叠和斜拉桥，扇形拉索，主塔高150m，H形折线形塔身。上海杨浦大桥主跨径602m上海杨浦大桥，1993年建成。跨径602m，双塔双索面，主塔高144m，钻石形塔身，为当时世界最大跨径的斜拉桥。当年在建设的杨浦大桥重庆长江二桥主跨444m重庆长江二桥位于重庆市西郊九龙坡地区，大桥南岸为李家沱工业区，主孔全长1288米。该桥为双塔双索预应力混凝土斜拉桥，主塔高141米，1995年底建成。武汉长江二桥主跨400m当年大桥施工即将合拢的情况武汉长江三桥（白沙洲大桥主跨618m）武汉白沙洲大桥位于武汉长江大桥上游8.6公里处，全长3586米，正桥长2458米，主跨618米，是双塔双索面斜拉桥。大桥北岸引桥与汉阳鹦鹉大道形成三层立交，南岸跨武昌武金临江大道，桥面净宽26.5米，６车道，设计时速为８０公里，设计日通车能力５万辆次。2000.9.8建成通车。（4）悬索桥

悬索桥是在桥的两端设置索锚，借助于架设在桥塔的拉索，通过分布设置的吊杆将桥上的荷载传至悬索上。一般认为在所有桥式中，悬索桥的可能跨度最大。目前主跨超过1000m的桥梁主要为悬索桥。

概念是一种古老桥型。早期制索材料为藤条、竹子、皮革、铁链等。至今我国四川灌县安澜竹索桥仍保持着原始的风貌。建于公元1705年的四川大渡河的泸定铁索桥，主跨达103m，很可能是当时世界跨度最大的悬索桥。钢缆采用高强钢丝成股编制，充分发挥材料优越的抗拉性能。基本组成荷载传递主缆、塔架、加劲梁、锚碇桥面主梁吊杆主塔地基在力的传递过程中，吊杆和主缆索承受很大的拉力，此拉力由两岸桥台后修筑的巨型锚碇平衡。悬索桥示意图悬索桥受力示意优点能充分发挥钢缆材料优越的抗拉性能。因此结构自重轻，可以获得比斜拉桥更大的跨径；成卷钢缆便于运输，也便于无支架悬吊拼装，适合在大江、湖海或跨越深沟、深谷时采用。悬索桥边跨与主跨之比一般为0.3~0.4，最小可达0.21。我国建造现代大跨度悬索桥的发展情况我国应用悬索桥的历史虽比西方早1000多年（据记载我国早在8世纪就出现了铁链悬索结构，西方是在1218年在瑞士出现了一座悬链式桥，即横跨斯高林峡谷的特兰斯弗斯大桥），但建造现代大跨度悬索桥的历史我国却是近几年的事，但发展很快。1995年建成的汕头海湾大桥，跨径452m1996年建成的西陵长江大桥，跨径900m香港青马大桥建于1997年大桥主塔施工的情况当年大桥安装钢箱梁的情况大桥主缆施工的情况(6)组合体系桥

同时采用几种桥型的组合形式，充分利用各种形式桥的受力特性，发挥其优越性。梁拱组合体系桥6.4桥墩与桥台桥墩承受上部结构传来的竖向力和水平力还要承受水流，风力和船只的撞击力。桥台承受上部结构传来的竖向力和水平力还要承受挡土护岸等土的压力。基础承受上部结构、桥墩的重力和桥上的可变荷载。桥台和桥墩由台（墩)帽、台（墩)身和基础组成。6.4.1桥墩的类型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，即水流冲刷桥墩和桥墩壅水的问题。在空间上应满足通航和通车的要求。一般公路桥梁常采用的桥墩类型根据其结构形式可分为实体式(重力式)桥墩、空心式桥墩和桩(柱)式桥墩。（1）重力式桥墩主要特点是依靠自身重量来平衡外力而保持稳定。适用于荷载较大的大、中型桥梁，或流水、漂流物较多的江河之中。缺点是圬工体积大，自重大，阻水面积也较大。（2）空心式桥墩克服了实体式桥墩在许多情况下强度得不到充分发挥的缺点，而将混凝土或钢筋混凝土做成空心薄壁的形式。优点：节省圬工材料，减轻重量，但经不起漂浮物的撞击。（3）桩（或柱）式桥墩是将桩基一直延伸到桥跨结构下面，桩顶浇筑墩帽，桩作为墩身的一部分，桩和墩帽均由钢筋混凝土制成。1.要求：（1）足够的强度；（2）避免在荷载作用下发生大的水平唯一、转动、沉降。2.形式：（1）实体式桥台U型桥台是最常用的桥台形式，它由支承桥跨结构的台身与两侧翼墙在平面上构成U字形而得名。一般用圬工材料砌筑，构造简单。适合于填土高度在8～10m以下，跨度稍大的桥梁。缺点是桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求。6.4.2

桥台的类型（2）埋置式桥台它是将台身大部分埋入锥形护坡中，只露出台帽在外，以安置支座及上部结构。由于台前护坡用作永久性表面防护设施，存在被洪水冲毁而使台身裸露的可能，故一般用于桥头为浅滩、护坡受冲刷较小的场合。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。桥梁基础往往遭受水流的冲刷。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：刚性扩大基础、桩基础和沉井基础、气压沉箱基础。一、刚性扩大基础是实体式墩台浅基础的基本形式。由于地基承载力一般较墩台的承载力低，因而需要将其基础平面尺寸扩大以满足地基承载力要求，这种刚性基础又称刚性扩大基础。它是桥涵及其他构造物常用的基础形式，其平面形状常为矩形。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。

二、桩基础是桥梁基础中常用的形式。适用于地基上面土层较软且较厚，或水流稍深的江河道上的桥梁基础。三、沉井基础在桥梁基础中被广泛使用。四、沉箱基础沉箱形似有顶盖的沉井。在水下修筑大桥时，若用沉井基础施工有困难，则改用气压沉箱施工，并用沉箱作基础。练习题（一）判断题1、发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网，则离不开桥梁建设。（）2、桥梁的基础承担着桥墩、桥跨结构(桥身)的全部重量，不包括桥上的可变荷载。（）3、按照桥梁主要承重结构所用材料分为：圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和斜拉桥等。（）4、拱式桥的拱圈承受的弯矩较大、压力较小。（）