《桥梁工程》第一篇 总论.ppt

,Qiaoliang Gongcheng白宝玉主编 课件制作,李化东姬莹,桥 梁 工 程,第一篇总 论,第一章概述第一节桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况第二节桥梁的组成和分类第二章 桥梁的总体规划设计第一节桥梁设计基本原则第二节桥梁的总体规划设计第三节桥梁设计的方案比较第三章 桥梁上的作用及其效应组合第一节作用分类第二节永久作用第三节可变作用第四节偶然作用第五节作用效应组合,第一章概述第一节 桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况 一、桥梁在交通事业中的地位 为了跨越各种障碍(如河流、沟谷或其他线路等)，必须修建各种类型的桥梁与涵洞，因此桥涵是交通线路中的重要组成部分。特别是现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁往往是保证全线早日通车的关键。在经济上，一般说来桥梁和涵洞的造价平均占公路总造价的1020%，而且随着公路等级的提高，其所占比例还会加大。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。,二、我国桥梁建筑的成就我国是世界上文明发达最早的国家之一，在世界桥梁建筑史上我们的祖先也写下了不少辉煌灿烂的篇章。据史科记载，在距今约三千年的周文王时，我国就已在宽阔的渭河上架过大型浮桥。近代的大跨径吊桥(或称悬索桥)和斜拉桥也是由古代的藤、竹吊桥发展而来的，在各国有关桥梁的历史书上，大都承认我国是最早建造吊桥的国家。至今尚保留下来的古代吊桥有四川沪定县的大渡河铁索桥(1706年)，以及灌县的安澜竹索桥(1803年)等。在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。世界上现在尚保存着的最长、工程最艰巨的石梁桥，就是我国于10531059年在福建泉州建造的万安桥，也称洛阳桥。,1240年建造的福建漳州虎渡桥，也是最令人惊奇的一座梁式石桥。此桥总长约335m，某些石梁长达23.7m，沿宽度用三根石梁组成，每根宽1.7m高1.9m，重量达200t，该桥一直保存至今。举世闻名的河北省赵县的赵州桥(又称安济桥)，是我国古代石拱桥的杰出代表。,NEXT,BACK,除赵州桥外，我国还有其他著名的石拱桥，如北京永定河上卢沟桥，颐和园内的玉带桥和十七孔桥、苏州的枫桥等。在我国古桥建筑中，尚值得一提的是广东潮安县横跨韩江的湘子桥(又名广济桥)。此桥始建于公元1169年，全桥长517.85m，总共20个墩台19孔，上部结构有石拱、木梁、石梁等多种型式，还有用18条浮船组成的长达97.30m的开合式浮桥。我国古代桥梁建筑曾取得举世公认的成就。但自1840年鸦片战争后，由于帝国主义列强的侵入、社会制度的腐朽，民不聊生，桥梁建筑发展也停滞不前。新中国成立后，随着社会主义建设的向前发展，桥梁建设同其他各条战线一样，也出现了突飞猛进的局面。1957年，第一座长江大桥武汉长江大桥的胜利建成，既结束了我国万里长江无桥的状况，又标志我国的现代化桥梁技术水平提高到了新的起点。,NEXT,1969年我国又胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥(图1-1-2)，这是我国自行设计、制造、施工，并使用国产高强钢材的现代化大型桥梁。,我国拱桥有悠久的历史。在建国初期修建了大量经济美观的石拱桥，其中跨径最大的是云南省的南盘江长虹桥，跨径1125m。之后跨径纪录一再刷新。1998年建成的湖南凤凰县乌巢大桥最大跨径达120m。除石拱桥外，我国还创造和推广了不少新颖的拱桥结构，如1964年创建的双曲拱桥。此外，全国各地还因地制宜创建了其他一些各 具特色的拱式桥型。在拱桥的施工技术方面，除了有支架施工外，对于大跨拱桥，目前已广泛采用无支架施工、转体施工、刚性骨 架施工法等。,图1-1-3所示是1997年建成的万县长江大桥。此桥是用钢管混凝土劲性骨架作为拱架施工的箱形拱桥，全长856.12m，主跨为420m，跨径居目前世界同类型桥梁之冠。,1980年建成的重庆长江大桥，为主跨174m的T型刚构桥(图1-1-4)。,1991年建成的云南怒江桥，为主跨154m的连续梁桥。1997年建成的广东虎门大桥，由东引桥、主航道桥、中引桥、辅航道桥及西引桥五部分组成。大桥全长4588m，桥宽32m。辅航道桥为主跨270m的连续刚构桥，为当时同类型桥梁的世界最大跨径。它标志我国预应力混凝土桥梁建 设水平已跨入世界先进行列。,1993年建成的世界上跨度最大的结合梁斜拉桥杨浦大桥(图1-1-5)，主跨为602m。,1998年建成的香港青马大桥，为钢箱梁悬索桥，主跨1377m，而1999建成的钢箱梁悬索桥江阴长江大桥(图1-1-6)，主跨已达1385m。,在桥梁基础方面，除了广泛采用明挖基础、桩基、沉井等之外，对于深水中的大桥建设，目前在大型管柱的施工技术方面已积累了丰富的经验。,三、国外桥梁建设简述和发展趋向纵观国外桥梁建设发展的历史，对于促进和发展现代桥梁有深远影响的，是继意大利文艺复兴后18世纪在英国、法国和其他西欧国家兴起的工业革命。它推动了工业的发达，从而也促进了桥梁建筑技术方面空前的发展。1855年起，法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的石拱桥。目前，最大跨度的石拱桥是1946年瑞典建成的绥依纳松特桥，跨度为155m。目前，世界上跨度最大的连续刚构桥，为1998年建成的挪威斯托尔马(Stolma)桥，主跨301m，桥跨布置94m+301m+72m。世界上第一座具有钢筋混凝土主梁的斜拉桥，是1925年在西班牙修建跨越坦波尔河的水道桥(主跨60.35m)。目前世界上跨径最大的斜拉桥，为1999年建成的日本的多多罗桥，主梁为钢箱梁，主跨达890m。,NEXT,吊桥是能够充分发挥钢材优越性能的一种桥型。目前已建成桥梁中最大跨径的桥梁，为1998年建成的日本明石海峡大桥，全长3910m，主跨达1991m(图1-1-7)。,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。为此，在建筑材料上，需研制和生产超大跨径桥梁(30005000m)的新型建筑材料；在结构理论上，要研究更符合实际状态的力学分析方法与新的设计理论，充分发挥结构潜在的承载力，充分利用建筑材料的强度，力求工程结构的安全度更为科学和可靠；在大跨度桥梁的设计中，会愈来愈重视空气动力学、振动、稳定、疲劳、非线性等研究成果的应用，并广泛应用计算机辅助设计；在施工上，力求高度机械化、工厂化、自动化；在工程管理上，则力争高度科学化、自动化。,第二节 桥梁的组成和分类,桥梁是供公路、城市道路、铁路、渠道和管线等跨越江河湖泊、山沟深谷以及其他障碍(如公路、铁路)的架空构造物。桥梁一方面要保证桥上的交通运行、渠道和管路通过，而且也要保证桥下水流的宣泄、船只的通航或车辆的通行。,一、桥梁的组成 图1-1-8表示一座公路桥梁的概貌。从图中可见，桥梁一般由以下几部分组成：1.桥跨结构(或称桥孔结构、上部结构)；2.桥墩、桥台(统称下部结构)；3.墩台基础；在桥跨结构与桥墩、桥台的支承处所设置的传力装置，称为支座；在路堤与桥台衔接处，一般还在桥台两侧设置锥体护坡、护岸等；在桥跨结构上面直接与车辆、行人接触的结构部分为桥面构造，它包括桥面铺装、防水及排水设施、桥面伸缩装置、人行道（或安全带）、栏杆（或护栏）和灯柱等构造。,在枯水季节的最低水位称为低水位；洪峰季节河流中的最高水位称为高水位。桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所得的高水位，称为设计洪水位。与桥梁布置和结构有关的主要尺寸和名称术语：净跨径、总跨径、计算跨径、桥长、桥高、桥下净空高度、建筑高度、净矢高、计算矢高、矢跨比、标准跨径。,我国公路桥涵标准跨径规定为：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。,二、桥梁分类(一)按结构体系分类 桥梁有梁式桥、拱桥、刚架桥、吊桥等四种基本体系，以及由基本体系组合而成的组合体系桥。1.梁式桥（图1-1-11）梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。2.拱桥（图1-1-12）拱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。,图1-1-11 梁式桥,图1-1-12 拱桥,3.刚架桥（图1-1-13）刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性。4.吊桥（图1-1-14）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。5.组合体系桥 1)T形刚架、连续刚构桥（图1-1-15）T型刚架、连续刚构都是由梁和刚架相结合的体系。2)梁、拱组合体系（图1-1-16）梁、拱组合体系中有系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等。它们利用梁的受弯与拱的承压特点组成联合结构。3)斜拉桥（图1-1-17）斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系。,(二)桥梁的其他分类简述 1.按用途来划分，有公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、运水桥(渡槽)及其他专用桥梁(如通过管路、电缆等)。2.按桥梁全长和跨径的不同，分为特殊大桥、大桥、中桥和小桥。公路工程技术标准规定的大、中、小桥划分标准如表1-1-1。3.按主要承重结构所用材料划分，有圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。,NEXT,刚架桥,吊桥,图1-1-13,图1-1-14,BACK,图1-1-15 T型刚构桥、连续刚构桥,BACK,图1-1-16 梁、拱组合体系,BACK,图1-1-17 斜拉桥,BACK,桥梁涵洞分类表1-1-1,BACK,4.按跨越障碍的性质，可分为跨河桥、跨线桥(立体交叉)、高架桥和栈桥。5.按上部结构的行车道位置分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。除了上述各种固定式的桥梁以外，还有开启桥、浮桥、漫水桥等等。,第二章 桥梁的总体规划设计,第一节 桥梁设计基本原则 一、桥梁设计基本原则 平桥梁设计必须遵照“安全、适用、经济、美观和有利环保”的基本原则。桥梁设计必须积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺，认真学习国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成就，把学习外国和自己独创结合起来。,二、桥梁设计程序 桥梁的设计程序一般采用两阶段设计。桥梁设计的第一阶段是初步设计。桥梁设计的第二阶段是施工图设计。对于技术简单的中、小桥，也可采用一阶段设计，即以扩大的初步设计来包含两阶段设计的主要内容。,第二节 桥梁的总体规划设计,一、勘测与调查对于跨越河流的桥梁一般包括下面几方面的内容：1.调查研究桥梁的具体任务：桥上的交通种类和它的要求；2.选择桥位；3.测量桥位附近的地形，并绘制地形图，供设计和施工应用；4.通过钻探调查桥位的地质情况，并将钻探资料制成地质剖面图，作为基础设计的重要依据；,5.调查和测量河流的水文情况：(1)河道性质：了解河道是静水河还是流水河，有无潮水，河床及两岸的冲刷和淤积，河道的自然变迁和人工规划的情况等。北方地区还要了解季节河的具体性质；(2)测量桥位处河床断面；(3)调查了解洪水位的多年历史资料，通过分析推算设计洪水位；(4)测量河床比降，调查河槽各部分的形态标高和粗糙率等，计算流速、流量等有关的资料；(5)向航运部门了解和协商确定设计通航水位和通航净空。6对大桥工程，应调查桥址附近风向、风速，以及有关的地震资料；7.调查了解其他与建桥有关的情况；,二、桥梁纵、横断面设计和平面布置(一)桥梁纵断面设计1.桥梁总跨径的确定对于一般跨河桥梁，总跨径可参照水文计算来确定。但为了使总跨径不致过大而增加桥梁的总长度，同时又要允许有一定的冲刷，因此桥梁的总跨径不能机械地根据计算和规定冲刷系数来确定。2.桥梁的分孔对于大、中桥梁的分孔是一个相当复杂的问题，必须根据使用任务、桥位处的地形和环境、河床地质、水文等具体情况，通过技术经济等方面的分析比较，才能做出比较完美的设计方案。,3.桥面标高的确定(1)在不通航河流上，为了保证桥下流水净空，桥下净空不应小于表1-2-1的规定。(2)在通航及通行木筏的河流上，必须设置保证桥下安全通航的通航孔。(3)立体交叉的跨线桥桥下净空：当公路从公路桥下穿行时，跨线桥桥下净空应符合公路建筑限界的规定；当公路从铁路桥下穿行时，净宽以及路肩或人行道的净高与公路和公路立体交叉的规定相同；行车道部分的净高一般为5m；当铁路从公路桥下穿行时，跨线桥桥下净空应符合铁路净空限界的要求。,NEXT,BACK,一般小桥，通常做成平坡桥。对于大、中桥梁，为了利于桥面排水和降低引道路提高度，往往设置从中间向两端倾斜的双向纵坡。桥上纵坡不大于4%；桥头引道纵坡不宜大于5%。对位于市镇混合交通繁忙处的桥梁，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3%。桥上或引道处纵坡发生变更的地方均应按规定设置竖曲线。,(二)桥梁横断面设计桥梁横断面设计，主要是确定桥面净空和桥跨结构横断面的布置。为了保证车辆和行人的安全通过，应在桥面以上垂直于行车方向保留一定限界的空间，这个空间称为桥面净空。它包括净宽和净高，其尺寸应符合公路工程技术标准有关公路建筑限界的规定。确定桥涵净宽时，其所依据的设计速度尚应用各级公路选用的设计速度。城市桥梁以及位于大、中城市近郊的公路桥梁的桥面净空尺寸，应结合城市实际交通量和今后发展的要求来确定。在弯道上的桥梁应按路线要求予以加宽。公路和城市桥梁，为了利于桥面排水，应根据不同类型的桥面铺装，设置从桥面中央倾向两侧的1530%的横向坡度。,(三)平面布置桥梁的线型及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。高速公路和一级公路上的大、中桥，以及各级公路上的小桥的线形及其与公路的衔接，应符合路线布设的规定。二、三、四级公路上的大、中桥平面线形，一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设的规定。桥梁与河流或与桥下路线应尽可能避免斜交。但对于一般小桥，为了改善路线的线形，或城市桥梁受原有街道的制约时，有时也修建斜交桥，斜度通常不宜大于45。在通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线与最高通航水位主流方向的交角大于5时，宜增加通航孔净宽。,第三节 桥梁设计的方案比较 一、拟定桥型图式 桥梁设计方案比较，通常是从桥梁分孔和拟定桥型图式开始。拟定图式时，设计思路要宽广，不要遗漏可能的桥型和布置。下一步工作就是经过综合分析和判断，剔除一些在技术经济上明显相形见拙的图式，选出几个(通常24个)构思好、各具优点、但还难以判定孰优孰劣的图式，作为进一步详细研究而进行比较的方案。,二、编制方案 编制方案的目的在于提供各个中选图式的技术经济指标，以便经过相互比较，科学地从中选定最佳方案。这些指标包括：主要材料(钢、木、水泥)用量、劳动力(包括专业技术工种)数量、全桥总造价(分上、下部结构列出)、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、要否特种机具、美观等。其他的一些问题，虽难得到数量指标，也应进行适当的概略评价。,三、技术经济比较和最佳方案的确定 设计方案的评价和比较，是要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个符合当前条件的最佳推荐方案。一般说来，造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案，但实际上并不尽然，因为有时当其他技术因素或使用要求上升成为设计的主要矛盾时，就不得不放弃较为经济的方案。在方案比较中，除了绘制方案比较图外，还应编写方案比较说明书。,第三章 桥梁上的作用及其效应组合,第一节 作用分类根据使用任务，桥梁结构除了承受本身自重和各种附加重力以外，主要是承受桥上车辆和人群等荷载。而且，鉴于桥梁结构所处的环境和本身结构的特性，它还要经受温度变化、地震、基础变位、混凝土收缩和徐变等复杂因素的影响。这些施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，统称为作用。前者称直接作用，亦称荷载，后者称间接作用。桥梁上的作用按随时间变化可分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。,第二节 永久作用,永久作用(如恒载)是在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。桥梁设计时，永久作用采用标准值为代表值。结构重力亦称恒载，它包括结构物自重、桥面铺装及附属设备的重力。结构重力标准值可按实际体积乘以材料的重力密度值(容重)计算。其他永久作用均可按我国公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)(以下简称桥规)中有关规定计算。,第三节 可变作用,可变作用(如活载)为在结构使用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。桥梁设计时，可变作用根据不同的极限状态分别采用不同的代表值。以下简要介绍公路桥梁设计中常用的汽车荷载及其影响力和人群荷载。,图1-3-2 车辆荷载的立面、平面尺寸,第五节 作用效应组合,