土木工程概论第3次课

第二节、桥梁工程桥梁是线路的重要组成部分。在历史上，每当运输工具发生重大变化，对桥梁在载重、跨度等方面提出新的要求，便推动了桥梁工程技术大发展。

我国在桥梁建造史上，具有重要的地位。公元前1184年，周文王时期，在渭河上架设浮桥，据《诗经大雅大明》记载，这是我国最早的大河桥梁。

在19世纪20年代铁路出现以前，造桥所用的材料是以石材和木材为主的，铸铁和锻铁只是偶尔使用。在漫长岁月里，造桥的实践积累了丰富的经验，创造了多种多样的形式。但现今使用的各种主要桥式几乎都能在古代找到起源。在最基本的三种桥式中，梁式桥起源于模仿倒伏于溪沟上的树木而建成的独木桥，由此演变为木梁桥、石梁桥、直到19世纪的桁架梁桥；悬索桥起源于模仿天然生长的跨越深沟而可资攀援的藤条而建成的竹索桥，演变为铁索桥、柔式悬索桥，直至有加劲梁的悬索桥；拱桥起源于模仿石灰岩溶洞所形成的“天生桥”而建成的石拱桥道，演变为木拱桥和铸铁拱桥

在有了铁路以后，木桥、石桥、铁桥和原来的桥梁基础施工技术就难于适应需要。但到19世纪末叶，由于结构力学基础知识的传播；钢材的大量供应、气压沉箱应用技术的成熟，使铁路桥梁工程获得迅速发展。20世纪初，北美洲曾在铁路钢桥跨度方面连创世界纪录。到第二次世界大战前，公路钢桥和钢筋混凝土桥的跨度纪录又都超过了铁路桥60年代以来，汽车运输猛增，材料供应缓和，科学技术迅速发展，桥梁工程又在提高质量、降低造价、降低桥梁养护费等方面获得了很大改进。

桥梁既是一种功能性的结构物，又是一座立体的造型艺术工程，也是具有时代特征的景观工程，桥梁具有一种凌空宏伟的魅力。发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网，则离不开建设桥梁。道路、铁路、桥梁建设的突飞猛进，对创造良好的投资环境，促进地域性的经济腾飞，起到关键的作用。

第二次世界大战后，大量被破坏的桥梁急待修复，新桥急需修建，而造桥的钢材短缺，于是，利用30年代以来所积累的关于高强材料和高效工艺（焊接、预应力张拉及锚固、高强度螺栓施工工艺）的经验，推广了几种新型桥——用正交异性钢桥面板的箱形截面钢实腹梁桥，预应力混凝土桥和斜张桥。

梁式桥其上部结构在铅垂荷载作用下，支点只产生竖向反力。梁式桥为桥梁的基本体系之一。制造和架设均比较方便，使用广泛，在桥梁建筑中占有很大比例。按上部结构的材料分：有木梁桥、石梁桥、钢梁桥、钢筋混凝土梁桥、预应力混凝土梁桥以及用钢筋混凝土桥面板和钢梁构成的结合梁桥等。木梁桥和石梁桥只用于小桥；钢筋混凝土梁桥用于中、小桥；钢梁桥和预应力混凝土梁桥可用于大、中桥。

按主要承重结构的形式分：有实腹梁桥和桁架梁桥两大类。但实腹梁桥构造简单，制造与架设均较方便。这两种梁式桥的受力性质不同，实腹梁桥以用于预应力混凝土桥为主，而桁架梁桥则多用于钢桥。

按上部结构的静力体系分：主要有简支梁桥，连续梁桥和悬臂梁桥。

简支梁桥：主梁以孔为单元，两端设有支座，是静定结构，最大弯矩发生在跨中央，当跨度为L、承受均布荷载q时，其值为q/8，支点弯矩为零，无助于跨中卸载，一般适用于中、小跨度。若遇地基不均匀沉降时，上部结构内力不受影响，若一孔遭破坏，邻孔不受牵连。它可以分片（段）预先制造，分孔架设和修复。这种桥结构简单，制造运输和架设均比较方便，因此各国多做成标准设计，以便于构件生产工艺工业化、施工机械化，赢得工期，提高质量，并降低造价。

2.连续梁桥：主梁若干孔为一联，在中间支点上连续通过，是超静定结构，最大正弯矩发生在跨中附近，而最大负弯矩（绝对值）发生在支点截面上。由于支点负弯矩的存在。可使跨中正弯矩比同跨的简支梁减少很多。以受均布荷载的三等跨连续梁为例，边孔最大正弯矩为3q/40，仅为简支梁桥的60％，且弯矩分布也比较均匀。当跨度较大，恒载对总荷载的比值稍大时，采用连续梁可导致材料用量减少。连续梁桥更适合采用悬臂拼装和悬臂灌筑、纵向拖拉或顶推法施工。由于它是超静定结构，当一孔受到破坏时，邻孔可给予支持而不坠落，对修复与加固有利，

而且刚度较大，抗震性能良好。为使连续梁桥的平面位置得到固定，且能将纵向水平力传给墩台，每一联必须设立一固定支座，其余为活动支座。现在公路桥为满足高速平稳行车的要求，常采用多孔一联，用以减少桥面伸缩缝的数目，而将伸缩量集中在桥的活动端，并设置完善的具有大变形量的伸缩缝装置。

连续梁桥的缺点是，当地基发生差异沉降时，梁内要产生额外的附加内力，为此在设计中必须考虑在支座处设置顶梁与调整支座标高的装置。

刚架桥也称刚构桥。主要承重结构采用刚架的桥梁。刚架的腿形成墩（台）形，梁和腿为刚性连接，可用钢、钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土制造。

门式刚架桥：简称门架桥，其腿和梁垂直相交呈门架形。腿所受的弯矩将随腿和梁的刚度比率的提高而增大。用钢或钢筋混凝土制造的门架桥，多用于跨线桥。至于T形刚构桥（特点是在跨中有铰），及将腿做成V形两撑杆与梁刚性相连的连续梁桥，其外形均与多跨的门架桥相近，但内力分布规律则不同。门架桥可分：

1.单跨门架桥。用钢制造时，腿脚常设铰，形成两铰门架。用钢筋混凝土制造时，腿脚可设铰，也可和基础固结，形成固端单跨门架桥，主要用于地质良好处。

2.双悬臂单跨门架桥。将梁的两端悬伸到门腿之外，在悬伸端加平衡重或在悬伸端和腿脚间设置预应力拉杆，可使梁的支承截面产生较大的负弯矩，以降低梁的跨中正弯矩，相应地降低梁高，有利于修建跨线桥。

3.多跨门架桥。多用于跨度不大的跨线桥。4.三跨两腿门架桥。这种桥在两端设有桥台，采用预应力混凝土时，可将跨度做的较大。

斜腿刚架桥：刚架腿是斜置的，两腿和梁中部的轴线大致成拱形，这样，腿和梁所受到的弯矩比同跨度的门式刚架显著减小，而轴向压力有所增加。同上承式拱桥相比，这种桥不需要拱上结构，构件数目较少；当桥面较窄（如单线铁路桥）而跨度较大时，可将其斜腿在桥的横向放坡，以保证桥的横向稳定。著名的预应力混凝土斜腿桥有：联邦德国霍雷姆铁路桥，脚铰跨度85.5米。中国邯长铁路浊漳河桥，脚铰跨度82米。1982年建成的中国安康汉江铁路桥，脚铰跨度176米。斜张桥也称斜拉桥。用锚在塔上的多根斜向钢缆索吊住主梁的桥。斜张桥是第二次世界大战以后新发展起来的重要桥梁之一，因主梁为缆索多点悬吊，内力小，建筑高度低，施工方便，跨越能力大，现跨度已建到465米。可用于公路桥、铁路桥、城市桥、人行桥以及管造桥等。

斜张桥历史简介：

1995年首先在瑞典建成公路钢斜张桥——斯特伦松德桥，主跨182.6米。

1962年首先在委内瑞拉建成公路混凝土斜张桥——马拉开波桥，主跨5×235米，开创了这种桥的先例。

我国在1975年首次在四川建成云阳桥，该桥是预应力混凝土斜张桥，分跨为34.91米+75.84米+34.91米。

构造：斜张桥的主要组成部分有缆索、塔柱、桥墩、桥台、主梁和辅助墩等。

拱桥为桥梁的基本体系之一，建筑历史悠久外形优美，古今中外名桥遍布各地，在桥梁建筑中占有重要地位。它适用于大、中、小跨公路或铁路桥，尤宜跨越峡谷，又因其造型美观，也常用于城市、风景区的桥梁建筑。

自19世纪中叶以来，随着钢铁和混凝土建筑材料的出现，石拱桥已逐步为钢拱和钢筋混凝土拱桥所代替。拱桥结构向轻型结构发展，并逐步打破传统的上承式石拱桥的型式，创造出新型的拱桥。拱桥的拱圈发展成为分离式肋拱，桥面发展成新型板梁式结构，借立柱支承于拱肋之上（上承式），或用吊杆悬挂于拱肋之下（下承式）。当受地势或受桥梁建筑高度限制时，还可做成中承式拱桥。拱桥可以是单跨，也可以做成多跨。

单孔空腹式石拱桥钢筋混凝土斜拉杆式架拱桥３.按拱圈（肋）结构的静力图式分：无铰拱、双铰拱、三铰拱。前两者属超静定结构，后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台（墩），结构最为刚劲，变形小，比有铰拱经济；但桥台位移、温度变化或混凝土收缩等因素对拱的受力会产生不利影响，因而修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承，铰可允许拱圈在两端有少量转动的可能。结构虽不如无铰拱刚劲，但可减弱桥台位移等因素的不利影响。三铰拱则是在双铰拱顶再增设一铰，结构的刚度更差些，但可避免各种因素对拱圈受力的不利影响。

悬索桥概况：

当前世界上的悬索桥以美国最发达；英国其次，并于最近建成世界上最大跨度的悬索桥。日本则有几座大跨度公铁两用悬索桥正在施工。中国悬索桥：20世纪30、40年代，中国开始采用钢丝缆绳修建悬索桥。1940年建成的滇缅公路昌淦澜沧江桥的主跨为135米，用轻型钢桁架做加劲梁。1948年在云南建成继成桥，为跨度为140米的柔式悬索桥。中华人民共和国成立后，1951年在四川泸定建成大渡河新桥，跨度为130米。其后30多年来曾建成一批悬索桥，如在四川省渡口市建成跨度为172与185米的悬索桥各一座；又1969年在重庆建成了朝阳桥，主跨186米，为了消灭加劲梁的S形挠曲用了双悬索式，加劲梁是由钢筋混凝土面板和钢梁结合而成的箱形梁。1985年在西藏建成的达孜拉萨河跨度达415米。

悬索桥也称吊桥。主要承重结构由缆索（包括吊杆）、塔和锚碇三者组成的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面板吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。

现代悬索桥，是由索桥演变而来。适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，是当今跨度超过1000米的唯一桥式。主要结构类型：

1.不设加劲梁的柔式悬索桥，仅在活载对恒载的比值较小时采用。

2.主跨吊于悬索桥并在该跨设加劲梁，如有边跨则边跨用独立的简支梁。

3.三跨吊于悬索，加劲梁为三跨简支梁。

4.三跨吊于悬索，加劲梁为三跨连续梁。

5.自锚式悬索桥，和组合体系桥中的系杆拱相似，其悬索的水平拉力不传给锚碇基础，而是传给加劲梁；

6.缆索中段同加劲桁架上弦合为一体，在缆索用眼杆组成时，构造并不复杂，可节省材料并提高刚度缆索：过去曾用竹索、铁索、调质钢眼杆，现主要使用冷拔碳素钢丝制成下列三种形式：

1.平行丝大缆，常用J.A.罗布林所发明的“空中编缆法”就地制造，现今跨度750米以上的桥都使用此法。

2.由钢丝绳组成的钢丝绳缆，施工较快，但其弹性模量较低，只适用于跨度较小的桥；

3.由平行钢丝绳股组成的大缆，绳股可在工厂预制，保持了平行丝大缆的优点，并在施工上有所改进。

塔：以往常用石塔，今则以钢塔为主，有时也用钢筋混凝土塔。到20世纪60年代，美国仍采用铆接多室箱型截面，英国则开始采用栓焊结构，并将箱形截面从多室改为单室，以节约钢材。因缆索在塔