第一讲 桥梁工程总论

第一讲总论第一节国内外桥梁发展概况第二节桥梁的组成与分类我国桥梁建设的历史、现状及未来的发展趋势；国外桥梁的发展情况；桥梁的组成；桥梁的分类；桥梁设计的基本原则；桥梁的设计程序；桥梁纵、横断面设计和平面布置的内容；桥梁设计方案的比选；桥梁设计荷载等内容。第一节国内外桥梁发展概况古代桥梁：天然状态的藤萝、树木、石梁

约17世纪前

浮桥（周）、木梁桥（秦）、石

拱桥（汉）等近代桥梁：铸铁（18世纪）、钢材（19世纪约18～19世纪

50年代）、钢筋混凝土桥梁（19

世纪70年代）现代桥梁：预应力钢筋混凝土桥梁（20世纪

30年代）、斜拉桥、悬索桥桥梁小百科世界上第一座钢筋混凝土桥——由法国园

艺师蒙耶于1875年建成的人行桥。世界上第一座钢桥——美国密苏里州圣路

易市的伊兹桥，建于1867～1874年。世界上第一座斜拉桥——于1925年建成的

西班牙但波尔河的水道桥。世界上最早的悬索桥——最早的现代悬索桥

是美国宾夕法尼亚州的雅各溪桥。1、我国桥梁建设的成就赵州桥（世界最古老的敞肩桥，37.02米）我国已成为世界第一桥梁大国中国桥梁界为世界桥梁创造了众多的“世界第一”。

中国既保留着像赵州桥那样历史悠久的古代桥梁，也在不断地建造着刷新世界纪录的公路、铁路新桥，高速公路和高速铁路桥梁建设尤其引人注目。目前我国公路桥梁总数接近80万座，铁路桥梁总数已超过20万座，已成为世界第一桥梁大国。跨度是衡量一个国家桥梁技术水平的重要指标。近十几年来，我国几乎每年都在刷新世界桥梁建设的纪录，世界十大拱桥、十大梁桥、十大斜拉桥、十大悬索桥，中国分别占据了半壁江山或一半以上。钢拱桥中的重庆朝天门大桥(跨径552米)、梁桥中的石板坡长江复线大桥(跨度330米)、斜拉桥中的苏通长江大桥(跨度1088米)、悬索桥中的西堠门大桥(跨径1650米)等，均是同类桥梁中跨度超群的大桥。世界最长跨海大桥——胶州湾跨海大桥青岛海湾大桥，又称胶州湾跨海大桥，2011年6月建成通车，是我国自行设计、施工、建造的特大跨海大桥。大桥全长36.48公里，是已建成通车的世界最长跨海大桥。世界在建最长跨海大桥——港珠澳大桥港珠澳大桥东接香港、西接珠海和澳门，总长55公里，是世界正在建设中的最长跨海大桥。2009年12月15日，港珠澳大桥正式开工建设;2016年9月27日，桥梁工程全线贯通。整个大桥预计2017年底建成通车。世界跨度最大公铁两用大桥——沪通长江大桥正在建设中的沪通长江大桥，主跨1092米，建成后将是世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥。大桥主塔高325米，约相当于100层楼高，为世界最高公铁两用斜拉桥主塔。2014年3月开工建设，28号主塔墩承台混凝土浇筑近日已完美收官，进入到新的建设阶段，预计2019年建成通车。世界最长高铁桥——丹昆特大桥京沪高速铁路丹阳至昆山段特大铁路桥，全长164.85公里，是世界第一长桥。大桥纵贯苏南平原河网化地貌，跨公路、铁路、水路，以现代化高铁桥梁的傲然姿态，跨越苏南大地。2011年6月正式通车。世界跨径最大钢拱桥——朝天门长江大桥重庆朝天门长江大桥主跨长552米，超过1996年建成的跨径550米的黄埔大桥，成为世界跨径最大的钢拱桥。2006年3月动工，2009年4月通车。世界首座真正意义上的公铁两用跨海大桥——平潭海峡公铁两用桥长达16公里的平潭海峡公铁两用跨海大桥，是新建福州至平潭铁路、长乐至平潭高速公路的关键性控制工程，是世界上第一座真正意义上的公铁两用跨海大桥。目前，大桥正在紧张地施工中，预计2019年建成通车。世界第一高悬索桥——四渡河大桥位于湖北巴东县境内的四渡河大桥，是沪渝高速公路控制性桥梁工程，主跨900米，桥面距谷底560米，相当于200层楼高，是已建成通车的世界第一高桥。今年9月10日，杭瑞高速公路控制性工程——尼珠河大桥正式合龙，大桥桥面距谷底564米，建成通车后将刷新世界第一高桥纪录。杨泗港大桥是武汉第10座长江大桥。是长江上第一座双层公路大桥，也是全世界通行能力最大的过江大桥。（1）梁桥重庆的石板坡长江大桥复线桥（砼连续刚构桥，世界最大跨径330米）（2）拱桥上海卢浦大桥（世界上跨径最大的拱桥，主跨径550米）巫山长江大桥（世界跨径最大钢管砼拱桥，主跨460米）（3）斜拉桥南京长江二桥（主跨径628米）江苏苏通大桥（世界跨径最大的斜拉桥，主跨1088米）江苏苏通大桥简介

苏通大桥奠基仪式于2002年10月30日在南通破土动工，于2008年6月30日上午通车。

该桥为斜拉桥，总投资64.5亿元，全长32.4千米，创造了人类建桥史上1088米最大跨径、306米最高主塔、580米最长斜拉索、131根长120米的最深群桩基础四项世界第一。（4）悬索桥舟山西堠门大桥（主跨1650米，位居目前悬索桥世界第二、国内第一的悬索桥）2、国外现代桥梁建设的成就桥梁建设规模新材料的应用预应力技术的应用计算机技术的应用洲际联络工程日本明石海峡大桥（世界上跨径最大的悬索桥，1991米）美国旧金山金门大桥（世界上第一座超1000米跨径的悬索桥）日本多多罗大桥（前世界第一大跨径斜拉桥，890米）南斯拉夫克尔克1号桥（铁托桥）（世界上最纤细的混凝土桥，拱桥的宽度与跨度之比仅及1/30，主跨390米）挪威拉脱圣德桥（世界第二大跨径预应力混凝土梁桥，298米）3、桥梁工程前景展望桥梁的跨径代表着一个国家的经济、工业和科学技术的整体水平。从现代桥梁的发展趋势可以看出，近年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，但桥梁的载重、跨长却不断增长。为了适应社会生产力发展所提出的愈来愈高的要求，需要建造大量的承受更大荷载、跨越海湾、大江等跨径和总长更大的桥梁，这就推动了桥梁结构向高强、轻型、大跨度的方向发展。第二节桥梁的组成与分类一、桥梁的基本组成桥梁结构组成桥梁上部结构：桥梁下部结构桥梁附属结构物：桥台桥墩桥梁基础由桥面系、主要承重结构和支座组成。如路堤挡土墙、护坡、导流堤、检查设备、台阶扶梯、导航装置等。拱桥的基本组成二、桥梁常用名词净跨径相邻墩、台身顶内缘间的平距计算跨径

相邻支座中心的平距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。总跨径

各孔净跨的总和桥梁全长

两岸桥台翼墙尾端间的距离1、桥墩2、基础3、锥形护坡4、路基边坡5、桥台6、支座Lk：标准跨径

L0：净跨径Lq：桥梁全长台背前缘123456计算跨径净跨径总跨径标准跨径跨径桥下净空

对上部结构底缘以下规定的空间界限建筑高度

上部结构底缘至桥面顶面的垂直距离桥梁高度

桥面与低水位（桥面、路面）之间的距离低水位和高水位

枯水（洪峰）季节河流中的最低（高）水位设计水位

按规定设计洪水频率计算得的高水位通航水位

航道中能保持船舶正常航行的水位拱桥的主要技术名词净跨径（l0）每孔拱跨两个起拱线之间的平距计算跨径（l）相邻两拱脚截面形心之间的平距（即拱轴线两端点之间的平距）净矢高（f0）拱顶截面下缘至起拱线连线之间的垂距计算矢高（f）拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂距矢跨比（D或

D0）又称矢度，计算矢高与计算跨径之比（D=f/l）或净矢高与净跨径之比

（D0=f0/l0）坦拱:D＜1/5陡拱:D≥1/5（一）按桥梁受力分类梁式桥拱式桥刚架桥吊桥组合体系桥桥梁结构不同的结构体系对应不同的力学形式，表现出不同的受力特点。三、桥梁的分类1.梁式桥

梁式桥是古老的结构体系之一。梁作为承重结构，主要是以其抗弯能力来承受荷载。在竖向荷载作用下，其支撑处只产生竖向反力；一般，梁体结构只受弯受剪不承受轴向力（如图1-8所示）。梁桥包括简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。悬臂梁简支梁连续梁梁式桥

实例1洛阳黄河桥梁式桥

实例2开封黄河大桥梁式桥

实例3飞云江桥2.拱式桥

拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。

同时，这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯

矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。鉴

于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料

(如

砖石、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。拱桥的跨越能力很大，

外形也较美观，在条件许可的情况下，修建圬工拱桥往往是经济合理的。但为了确保拱桥能安全使用，下部结构和地基必须能经受住很大

水平推力的不利作用。拱式桥

实例1赵州桥主跨(MainSpan)：37.02米

设计单位(Designedby)：李春

桥梁类型(TypeoftheBridge)：古代桥梁、圬工拱桥、拱桥

建成时间(completedyear)：公元605年拱式桥

实例2拱式桥

实例33.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，梁和柱的连接处具有很大的刚性（如图所示）。在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。因此，对于同样的跨径，在相同的荷载作用下，刚架桥的跨中正弯矩要比一般梁桥的小。根据这一特点，刚架桥跨中的建筑高度就可以做得较小。在城市中当遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河时，采用这种桥型能尽量降低线路标高以改善纵坡并能减少路堤土方量。当桥面标高已确定时，能增加桥下净空。刚架桥的缺点是施工比较困难。刚架桥

实例1刚架桥

实例2虎门大桥主跨为T型刚构，其余各跨为连续梁刚架桥

实例3刚架桥

实例4刚架桥

实例54.悬索桥

悬索桥（也称为吊桥），由桥塔、锚碇、缆索、吊杆、加劲梁及索鞍等主要部分组成（如图1-10所示）。活载、桥面和加劲梁荷载通过吊杆传给缆索，缆索通过索鞍支承在桥塔上，两端锚固在锚碇结构上。悬索桥的主要承载结构为主缆。主缆由高强钢丝编制而成。该桥型轻巧美观，是跨越能力最大的桥型，其主要缺点是刚度小，一般不用于铁路桥。泸定铁索桥悬索桥

实例1汕头海湾大桥悬索桥

实例2香港青马大桥悬索桥

实例35.组合体系桥将上述几种结构形式进行合理的组合应用，即形成组合体系桥梁。常见的组合方式是梁、拱结构的组合（如系杆拱桥，图1-12a、b所示）和梁、索、塔的组合（如斜拉桥，图1-12c所示）。

斜拉桥是由梁、塔和斜索（拉索）组成。在竖向荷载作用下，梁以受弯为主，塔以受压为主，斜索承受拉力。梁体被斜索多点扣拉，表现出弹性支承连续梁的特点。因此，梁体荷载弯矩减小，梁体高度可以降低，从而减轻了结构自重并节省了材料。另外塔和斜索的材料性能也能得到较充分的发挥。因此，斜拉桥是近几十年来发展很快的一种桥型。梁、拱、吊组合体系同时具备梁的受弯和拱的承压特点，可以是刚性拱及柔性拉杆，也可以是柔性拱及刚性梁。这类结构的主要优点是：利用梁部受拉来承受和抵消拱在竖直荷载下产生的水平推力，这样，桥跨结构既具有拱的外形和承压特点，又不存在很大的水平推力，可在一般地基条件下修建，相对而言这种

组合体系的施工较为复杂。斜拉桥

实例1斜拉桥

实例2桥梁分类多孔跨径总长Lz（m）单孔跨径Lk（m）特大桥