桥梁的类型与结构.ppt

1、桥梁的结构体系,目前，人们所见到的桥梁种类繁多。它们都在长期的生产活动中，通过反复实践和不断的总结而逐步创造发展起来的。 我们知道，结构工程上的受力构件，总离不开拉、压、剪、弯、扭等基本受力方式。,桥梁工程技术,Bridge Construction Technique,Edited for ：乌兰察布市公路工程局 Edited by ：武志勇 2014,5,9,课题1：桥梁组成及分类,1、桥梁的组成 传统的说法 桥梁主要由桥跨结构、墩台、基础、附属工程等部分组成。 随着大型桥梁的增多、结构先进性和复杂性的增强、对桥梁使用品质的要求越来越高，传统提法的局限性逐渐显露。 现在的提法： 桥梁由“五

2、大部件”与“五小部件组成。,1.1 所谓“五大部件”（力学，承重）是指 桥梁承受汽车或其他运输车辆荷载的桥跨上部结构与下部结构，它们必须通过承受荷载的计算与分析，是桥梁结构安全性的保证。 五大部件： 1）桥跨结构：(或称桥孔结构、上部结构)。路线遇到障碍（如江河、山谷或其他路线等）的结构物。 2）支座系统：支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，它应保证上部结构预计的在荷载、温度变化或其他因素作用下的位移功能。 3）桥墩：是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。 4）桥台。设在桥的两端；一端与路堤相接，并防止路堤滑塌；另一端则支承桥跨上部结构的端部。为保护桥台和路堤填土， 桥台两侧常做一些防护

3、工程。 5）墩台基础：是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。 前两个部件是桥跨上部结构，后三个部件是桥跨下部结构。,1.2 所谓“五小部件”（功能性） 是直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造。 五小部件： 1）桥面铺装(或称行车道铺装)： 铺装的平整、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。特别是在钢箱梁上铺设沥青路面时，其技术要求甚严。 2）排水防水系统：应能迅速排除桥面积水，并使渗水的可能性降至最小限度。城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。 3）栏杆：（或防撞栏

4、杆）。它既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。 4）伸缩缝：桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间所设的缝隙，以保证结构在各种因素作用下的变位。为使行车顺适、不颠簸，桥面上要设置伸缩缝构造。 5）灯光照明：现代城市中，大跨桥梁通常是一个城市的标志性建筑，大多装置了灯光照明系统，构成了城市夜景的重要组成部分。,2、 各个结构的功能 桥跨结构（承受作用）上部结构 跨越障碍，承受活载； 下部结构（传递作用）桥墩、桥台； 支承上部结构，传递上部结构荷载；承上启下； 桥台两端，配以路堤、锥形护坡、挡土墙等； 大型、重要桥梁设防撞岛； 基础（传递作用）基础在最底下，通常埋于土下，将上面

5、的荷载传到大地；是保证结构安全的关键。 关于水位： 低水位-枯水季节最底；高水位-洪峰季节最高；设计洪水位-桥梁规定的设计计算水位；,3、桥梁分类 按跨径大小分类 按桥面的位置划分 按桥梁用途来划分 按按材料来划分 按按结构体系划分,3.1按桥跨径大小分类,上承式 视野好、建筑高度大 下承式建筑高度小、视野差 中承式兼有两者的特点,3.2 按桥面位置分类,3.3 按桥梁用途分类,公路桥、 铁路桥、 公路铁路两用桥 农桥、 人行桥、 运水桥(渡槽)、 其它专用桥梁(如通过管路、电缆等),哈尔滨松花江公路桥,3.4 按材料划分,木桥、 钢桥、 圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)、 钢筋混凝土桥、 预应

6、力钢筋混凝土桥,木桥,圬工桥,3.5 按结构体系分,梁式桥主梁受弯 拱桥主拱受压 刚架桥 构件受弯压 缆索承重桥（吊桥、斜拉桥）缆索受拉 组合体系桥,3.5 按结构体系分,梁式桥主梁受弯 拱桥主拱受压 刚架桥 构件受弯压 缆索承重桥（吊桥、斜拉桥）缆索受拉 组合体系桥,3.5.1 梁式桥,用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。其上部结构在铅垂向荷载作用下，支点只产生竖向反力。梁式桥为桥梁的基本体系之一。制造和架设均甚方便，使用广泛，在桥梁建筑中占有很大比例。,用拱作为桥身主要承重结构的桥。拱桥主要承受压力，故可用砖，石，混凝土等抗压性能良好的材料建造。大跨度拱桥则可用钢筋混凝土或钢材建造，可承受发

7、生的力矩。,3.5.2 拱式桥,赵州桥，建于隋代，距今有1400年历史,3.5.3 刚架桥,也称刚构桥，上部结构和下部结构连成整体的框架结构。根据基础连结条件不同，分为有铰与无铰两种。这种结构是超静定体系，在垂直荷载作用下，框架底部除了产生竖向反力外，还产生力矩和水平反力。常见的刚架桥有门式刚架桥和斜腿刚架桥等。,安康汉江大桥：钢斜腿刚架铁路桥，脚铰跨度176m，1982年建成。,3.5.4 缆索承重桥,利用高强钢丝制成的缆索做主要承重构件，以其跨越大距度的能力而著称荷载通过吊杆使缆索产生拉力，并传递到岸上巨大的锚碇上；分吊桥和斜拉桥两种。 有水平反力，跨越能力大，对动荷载要求较高；,湛江海湾

8、大桥，是一座双塔斜拉桥,有梁、拱、塔、索等几种构件组合而成，有承重构件、传力构件之分； 单孔系杆拱桥、连续梁拱组合、桁架拱桥、斜拉桥、部分斜拉桥；,4、几种桥梁实例展示,英国亨伯桥：悬索桥，主跨1410.8米，1981建成。 建成时世界第一，现列世界第4 。,悬索桥实例,拱桥实例,九溪沟桥：主跨116米，圬工拱桥。所在地：四川、丰都、九溪沟。建成时间：1972年。 建成时是世界上跨径最大的石拱桥，保持纪录年之久。,南海九江桥： 主跨160米；桥梁类型：混凝土斜拉桥；所在地：广东、南海、西江；主桥全长1370米；建成时间：1988年。,斜拉桥示例,德国本多夫桥：预应力砼单铰连续T构公路桥，主跨2

9、08米，1964建成。,刚架桥示例,组合结构体系示例,由基本构件所组成的各种结构物，在力学上也可归结为：梁式、拱式、悬吊式三种基本体系以及它们之间的各种组合。 现代的桥梁结构也一样，不过其内容更丰富，形式更多样，材料更坚固，技术更进步。 桥梁各种体系的特点，决定其受力特点、建桥材料、适用跨度、施工条件等。,桥梁的基本体系,梁式、拱式、悬吊式,试述梁式、拱式、悬吊式的特点及主要区别？,见下面详述,思考题3,桥梁的类型,1.拱桥与梁桥,拱桥,梁桥,拱桥,拱式桥,拱式桥,拱式桥的主要乘重结构是拱圈或拱肋.这种结构在竖向荷载作用下,桥墩或桥台都将承受水平推力和竖向反力.同时这种水平推力将显著抵消荷载所

10、引起的在拱圈(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,通常就可以用抗压能力强的坞工材料(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，外形也比较美观，在条件许可的情况下，修建坞工拱桥往往经济合理的。,拱式桥对下部构造和基础要求较高,要求下构（桥墩、桥台）和基础能够提供足够大的水平推力，而且具有足够的稳定性和耐久性。 拱式桥的施工难度一般情况下会比梁式桥困难些。,梁桥,梁式桥,梁式桥,梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平推力的结构。 由于外力（恒载与活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨经的其他结构体系相比

11、，梁内产生的弯矩最大。通常需用抗弯能力强的材料（钢、木、钢筋混凝土）来建造。,目前公路桥梁中广泛应用“预制装配式的钢筋混凝土简支梁”。 简支梁桥结构简单，施工方便，对地基承载力要求不高，跨径25m内多用。 多跨梁式桥也使用“连续梁”。 为了节省材料，充分利用钢材抗拉强度的优势，通常做成“钢筋混凝土预应力梁”。,对于很大跨径的特大桥梁，可建造钢桥或预应力箱梁桥。,2.刚架桥与吊桥,刚架桥,吊桥,刚架桥,刚构桥,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性构架的结构体系，也称为刚构体系。梁和柱的连接处具有很大的刚性，连接可靠。在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有

12、水平反力，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。,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比一般梁桥的小。根据这一特点，刚够桥跨中的建筑高度就可以做得较小。在城市道路网中，遇到线路立体交叉或需要跨越通航河段时，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。,从通航要求看，刚架桥也有有利的一面。当桥面标高已确定时，能增加桥下净空。 缺点：施工困难！ 普通钢筋混凝土 时裂缝多。 使用：采用预应 力钢筋混凝土。,预应力钢筋混凝土刚构桥,T形刚构是目前修建较大跨径钢筋混凝土桥曾采用的桥型。它是结合了刚架桥和多孔静定悬臂梁桥的特点发展起来的新颖结构。 对于普通钢筋混凝土T形刚构桥采用

13、预制装配方法施工时，往往将跨径较大的梁分成三段安装，从而显著减少了安装重量。,刚架桥的主要缺点是： 悬臂根部的负弯矩很大，用普通钢筋混凝土修建时不仅钢材用量大，而且控制混凝土裂缝的开展成为关键，因此，跨径就不能做得太大，通常只有4050m。,预应力混凝土的发展，使得T形刚构桥得到了很大的推广。特别是由于采用了悬臂安装或浇筑的分段施工方法，不但加速了修建大跨度桥梁的施工速度，而且也克服了要在江河或深谷中搭设支架的困难。,桂林木龙湖 吊桥,江阴市长江 吊桥,传统的吊桥均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。如图：,吊桥,吊桥在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常就需要在两岸桥

14、台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。吊桥也是具有水平反力（拉力）的结构。 现代吊桥广泛采用高强度钢丝编制的钢缆，以充分发挥其优异的抗拉性能，因此结构自重较小，就能以较小的建筑高度跨越其他任何桥型无以伦比的特大跨度。,吊桥的另一个特点是：成卷的钢缆容易运输，结构的组成构件较轻，便于无支架悬吊拼装。 我国在西南山岭地区和在遭受山洪泥石流冲击等威胁的山区河流上，当修建其他桥梁有困难时，往往采用吊桥。在战时，也常常用轻便的制式器材架设临时性吊桥，以抢通较宽的交通障碍。,相对于其他体系的桥梁而言，吊桥的自重小，结构刚度差，在车辆动载和风载作用下有较大的变形和振动。可以说：整个吊桥的发展历史是和变形与振动斗争

15、的历史，亦即是争取刚度的历史。目前吊桥一般只在公路上修建。,组合体系桥,拱梁组合桥,拱梁组合桥,拱梁吊组合桥,组合体系桥,根据结构的受力特点，由几个不同体系的结构组合而成的桥梁称为组合体系桥。如图是一种梁拱组合体系。,上图中梁和拱都是主要承重结构，两者相互配合共同受力。由于吊杆将梁向上（与荷载作用的挠度方向相反）吊住，这样就显著减少了梁中的弯矩；同时由于拱与梁连接在一起，拱的水平推力就传给梁来承受，这样梁除了受弯受剪以外尚受拉。,拱梁组合体系能跨越较一般简支梁更大的跨度。而对桥墩没有推力作用，因此对地基要求就像一般简支梁桥一样。下图是拱梁组合的另一种形式，把拱置于梁的下方，通过立柱对梁起辅助支

16、承作用。,斜拉桥也是一种主梁与斜梁相结合的组合体系，如下图。 悬挂在塔柱上的被张紧的的斜缆将主梁吊住，使主梁像多点弹性支承的连续梁一样工作。,这样既发挥了高强度材料的作用，又显著减少了主梁的截面积，使结构自重减少而能跨越很大的跨径。 组合体系的种类很多，但究其实质不外乎利用梁、拱、吊三者的不同组合，上吊下撑以形成新的结构。 组合体系桥梁一般都可以用钢筋混凝土来建造，对于大跨径的桥梁以采用预应力混凝土或钢材修建为宜。,桥梁的其他分类,一、按用途分： 公路桥 铁路桥 公路铁路两用桥 农桥 人行桥 运水桥（渡槽）及其他专用桥,二、按桥长和跨径分： 特大桥 大桥 中侨 小桥,三、按主要承重结构所用材料

17、分： 圬工桥 钢筋混凝土桥 预应力混凝土桥 钢桥 木桥,圬工拱桥,圬工桥,钢筋混凝土桥,预应力混凝土桥,钢桥,木桥,木桥,四、按跨越障碍的性质分： 跨河桥 跨线桥 高架桥 栈桥,五、按上部构造的车行道位置分： 上承式桥 下承式桥 中承式桥 六、按特殊的使用条件分： 开合桥 浮桥 漫水桥,上承式拱桥,中承式拱桥,下承式拱桥,桥梁的基本组成,桥跨结构是在线路中断时跨越障碍的主要承载结构。 桥墩位于桥总跨内，两侧跨越，是支承桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的建筑物。 桥台位于桥的两端，一侧跨越，是支承桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的建筑物。,桥台除了支承桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的作用

18、之外，还与路堤相衔接，以抵御路堤土压力，防止路堤填土的滑坡和坍落。 对于岸墩式悬臂桥梁，也可以不设桥台。如无台桥,桥墩,梁桥的基本组成,桥台,桥墩,桥梁基础在桥墩和桥台中使全部荷载传至地基的底部奠基部分结构物。 上部构造指桥跨结构部分，支座以上部分。 下部构造桥墩桥台部分，支座以下部分。 支座在桥跨结构（上构）与桥墩或桥台（下构）之间的支承处设置的传力装置。,锥形护坡在路堤与桥台衔接处，在桥台的两侧设置石砌的锥形铺砌，以保护迎水部分路堤边坡的稳定。这部分结构称为锥形护坡。 低水位河流枯水期的水位。 高水位河流的洪峰水位。 设计洪水位桥梁设计中按规定的累积频率计算所得的高水位。,净跨径对于梁式桥

19、是设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距，用L0表示；对于拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。 总跨径（桥梁孔径）是多孔桥梁中各个孔净跨径的总和。,计算跨径对于具有支座的梁桥，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离。对于拱式桥，是两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。 拱圈拱结构中两个弧形轮廓线围成的部分圈形结构体。 拱轴线拱圈（或拱肋）各截面形心点的连线称为拱轴线。,合理拱轴线拱轴线形状按照荷载作用下合力作用线路径设计，使拱结构在荷载作用下内力只有轴力而弯矩和剪力均为零。这样的拱结构只受压力作用，而建造拱圈的材料就可以使用砖石砼等经济而抗压强度高的材料建造，更能充分发挥材料

20、的优势，这更合理。故叫合理拱轴线。,桥长（桥梁全长）简称桥长，是桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离，用L表示。对于无桥台的桥梁为桥面系行车道的全长。 桥梁高度（桥高）是指桥面与低水位之间的高差。或是桥面与桥下线路路面之间的距离。,桥下净空高度是指设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离。 建筑高度是指桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构最下缘之间的距离。 容许建筑高度是指桥上行车路面（或轨顶）标高至通航净空顶部的高差。（是一个空间高差）,净矢高是从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。 计算矢高是从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离。 矢跨

21、比是拱桥中拱圈（或拱肋）的计算矢高f与计算跨径L之比，也称拱矢度。,标准跨径我国公路工程技术标准和公路桥涵设计通用规范规定的跨径标准值。标准中规定，对标准设计或新建桥涵跨径在50m以下时，一般均应尽量采用标准跨径（L0）。对于梁式桥，它指两相邻桥墩中线之间的距离，或墩中线至桥台台背前缘之间的距离；对于拱桥，则指净跨径。从0.75m起至50m共分21种。,标准跨径参数,从0.75m起至50m共分21种。即：0.75m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、8.0m、10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m。,涵洞是用来宣泄路堤下水流的的构造物。通常在建造涵洞处路堤不中断。为了区别于桥梁，公路工程技术标准和公路桥涵设计通用规范中规定，凡是单孔跨径不到5m，多跨孔径全长不到8m的泄水结构物，均称为涵洞。,如何按桥长和跨径分为特大桥、大桥、中侨、小桥？,思考题2,试述梁式、拱式、悬吊式的特点及主要区别？,思考题3,请指出图示桥梁的各部分结构名称？,思考题4,桥台,桥墩,护栏,梁,耳墙,基础,地基,墩帽或盖梁,