《桥梁工程新》PPT课件.ppt

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1、第六章 桥梁工程,世界最大悬索桥,斜拉桥,.按主要承重结构体系分：有梁式桥、拱桥、悬索桥、刚架桥、斜张桥和组合体系桥等。.按桥梁上部结构的建筑材料分：有木桥、石桥、混凝土桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和结合梁桥等。.按用途分：有公路桥、铁路桥、公铁两用桥、城市桥。.按跨越障碍分：有跨河桥、跨谷桥、跨线桥和高架线路桥等。.按制造方法分：混凝土桥分就地灌筑桥和装配式桥两类。也有两者结合的装配、现浇式混凝土桥。钢桥一般都是装配式的。,第一节 桥梁的分类与选用,6、按桥梁长度分：桥梁在技术要求和养护设施等方面需要按桥梁长度进行分类。中国铁路桥梁按桥梁长度的分类见下表。中国公路桥按多孔桥的总长和

2、单孔跨径进行的分类见下表。,7、按使用期限分：有临时性桥、永久性桥和半永久性桥。8、其他特殊桥梁：有活动桥、军用桥与漫水桥等。,按材料分桥梁介绍：一、木桥：1、木桥发展史简介在公元前2000多年前，巴比伦曾在幼发拉底河上建石墩木梁桥，其木梁可以在夜间拆除，以防敌人偷袭。在罗马，凯萨曾因行军需要，于公元前55年在莱茵河上修建一座长达300多米的木排架桥。在瑞士卢塞恩至今保存着两座中世纪式样的木桥：一是1333年前始建的教堂桥，一是1408年试建的托滕坦茨桥，这两座桥都有桥屋，顶棚有绘画。在1756-1766年，瑞士建成跨度为52-73米的三座大木桥，两座是亦拱亦桁，另一座用木拱承重，位于韦廷根，

3、跨度61米。在亚洲，木拱桥出现更早，日本岩国市至今保存的5孔锦带木拱桥，跨度为27.5米，始建于1673年，其图样来自中国。18世纪末49世纪的三四十年间，美国盛行建有屋盖的大木桥，1815年在宾夕法尼亚州建成的跨越萨斯奎汉纳河的麦考尔渡口桥，跨度达到100米，堪称空前。,查林木桥,2、木桥结构构造 木桥是用木材建造的桥梁。木桥的使用很早，历史上除有木梁桥、木桁架桥外，还有木拱桥。木桥构造简单，施工迅速，但木材易腐、易裂（气候干燥地区）、易遭火灾，且强度较差，故当前多用于人行桥、抢修或施工时的临时便桥或半永久性的公路桥。作为半永久性的木桥，须做防腐处理。木桥的构件主要以承压和抗剪传力，其受拉接

4、头，则由螺栓抗剪和栓孔承压传递拉力，并以螺栓、夹板、穿钉、扒钉等铁件固定构件的相互位置。3、木桥类型目前常用的有木梁桥、木撑架桥和木桁架桥。1）木梁桥。跨度一般不超过6-8米，木梁可用两面削平的原木或方木组成，可作成单梁、叠置梁或组合梁（以键传递上、下层梁木之间的剪力）。其墩台多以木排架组成，故又称木排架桥。或木栈桥 2）木桁架桥。常用交叉腹杆式桁架，即桁架做主梁，其弦杆和斜杆用木制，竖向腹杆用圆钢。可用于跨度不大于40米的公路桥。3）木拱桥。,二、石桥 用石料建造的桥梁。有石梁桥和石拱桥，历史都很悠久。中国历史上著名的石梁桥有洛阳桥和虎渡桥。石梁抗弯能力较差，现己只能在人行桥或涵洞中使用。石

5、拱桥不仅在历史上有过辉煌成就，而且在现代铁路和公路桥上也发挥一定作用。,绍兴八字桥（石梁桥）,著名的中国卢沟桥（位于北京市西南十五公里的永定河上，全长266 米，为十一孔连织石拱桥，因古称永定河为卢沟，故名卢沟桥）始建於金朝大定二十九年，后经历代重修至今仍然完好。中华人民共和国成立后，在20世纪5060年代修建了大量的铁路石拱桥，如成（都）昆（明）线的老昌沟一线天桥，跨度达54米。在中国山区的公路，石拱桥一直是一种常用的桥型，最大跨度己达116米。,特点：石拱桥的外形美观，养护简便，可以就地取材，特别在石料供应方便、工价低廉的地区，修建跨度不大的石拱桥，是比较经济的。但石拱桥为实体重型结构。跨

6、越能力有限，拱石的开采、加工、砌筑等均不易机械化，需要的劳动力较多，工期较长，使其发展受到一定限制。石拱桥可分为实腹式拱桥和空腹式拱桥两类。,三、混凝土桥混凝土抗压强度高而抗拉强度低，主要用于拱桥。,四、钢筋混凝土桥钢筋混凝土桥为耐压的混凝土和抗拉、抗压性能均好的钢筋结合而成的桥，主要用于跨度不大的梁式桥和拱桥。,五、钢桥钢桥用结构钢制造，现常用于实腹梁桥及大跨度的桁架梁桥、拱桥、斜张桥和悬索桥。其主要优点是施工速度较快，跨越能力大；缺点是用钢量较多，维修费大。,六、结合梁桥结合梁桥也称组合梁桥，是由两种不同建筑材料结合而成的桥，通常指用钢梁和钢筋混凝土桥面板结合而成的桥，可以节省钢材。,一、

7、桥梁总体规划的阶段及原则桥梁工程是一项复杂的建设工程，它的规划所涉及的因素很多。我国现今一般采用两阶段设计。,第二节 总体规划与设计要点,桥梁总体规划的原则是：根据其使用任务、性质和将来发展的需要，全面贯彻安全、经济、适用和美观的方针。一般地需考虑下述各项要求：1使用上的要求：桥上的行车道和人行道应保证车辆和行人安全畅通，满足将来交通发展的需要。桥型、跨度大小和桥下净空还应满足泄洪，安全通航和通车的要求。2经济上的要求：桥梁的建造应体现经济合理。桥梁方案的选择要充分考虑因地制宜和当地取材以及施工水平等物质条件，力求在满足功能要求的基础上，使总造价和材料等消耗量最少，工期最短，提早投入使用。3结

8、构上的要求：整个桥梁结构及其部件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。4美观上的要求：桥梁应具有优美的外形，应与周围环境与景色协调。,二、桥梁工程设计要点1、桥梁设计前资料准备工作：,2、桥梁工程设计要点1）选择桥位：桥位在服从路线总方向的前提下，选在河道顺直、河床稳定、水面较窄、水流平稳的河段。中小桥的桥位服从路线要求，而路线的选择服从大桥的桥位要求。2）确定桥梁总跨径与分孔数：总跨径的长度要保证桥下有足够的过水断面，可以顺利地宣泄洪水，通过流冰。根据河床的地质条件，确定允许冲刷深度，以便适当压缩总跨径长度，节省费用。分孔数目及跨径大小要考虑桥的通航需要，工

9、程地质条件的优劣，工程总造价的高低等因素。一般是跨径越大，总造价越大，施工亦困难。桥道标高也在确定总跨径、分孔数的同时予以确定。设计通航水位及通航净空高度是决定桥道标高的主要因素，一般在满足这些条件的前提下，尽可能地取低值，以节约工程造价。,3）桥梁的纵横断面布置：桥梁的纵断面布置是在桥的总跨度与桥道标高以后，来考虑路与桥的连接线形与连接的纵向坡度。连接线形一般应根据两端桥头的地形和线路要求而定。纵向坡度是为了桥面排水，一般控制在3%5。桥梁横断面布置包括桥面宽度、横向坡度、桥跨结构的横断面布置等。桥面宽度含车行道与人行道的宽度及构造尺寸等，按照道路等级，国家有统一规定可循。4）公路桥型的选择

10、：桥型选择是指选择什么类型的桥梁，是梁式桥，还是拱桥；是刚架桥，还是斜拉桥；是多孔桥，还是单跨桥等等。分析一般应从安全实用与经济合理等方面综合考虑，选出最优的桥型方案，实际操作中，往往需要准备多套可能的桥型方案，综合比较分析以后，才能找出符合要求的最优方案来。,第三节 桥梁的结构型式,一、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。类型：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

11、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。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：1）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 L2/8，支点弯矩为零，无助于跨中卸载，一般适用于中、小跨度。2）简支梁桥的支座：一端为固定支座，用以固定主梁位置，使桥端在平面内不得发生移动，但可竖向转动；另一端为活动支座，用以保证主梁

12、在荷载、温度、钢筋混凝收缩和徐变作用下能自由伸缩和转动，以免梁内产生额外附加内力。此外，公路桥在活动端的桥面处要求设置桥面伸缩缝，以保证行车平稳；铁路钢桥当温度跨度超过100米（位于无缝线路上为60米）时，应设钢轨伸缩调节器。3）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。4）优点：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。5）缺点：邻孔两跨之间有异向转角，影响行车平顺。为此，现在公路桥多采用桥面连续的简支梁桥来改善。此外，简支梁桥的桥墩上需设置两跨桥端的支座，体积增大，较连

13、续梁桥和悬臂梁桥要多耗费一些材料，阻水面积也大一些。,连续梁桥：1）受力特点：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。2）优点：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

14、良好。3）缺点：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。,简支梁桥：在能整孔架设时，常被采用。中国预应力混凝土桥的标准设计主要采用简支梁。在能整孔架设时，常被采用。,连续梁桥：梁以数跨为一联，仅在联和联之间及桥台和梁的活动端之间设置桥面伸缩缝，它是近年很受欢迎的一种体系。,二、拱式桥 1、受力特点：拱形桥承受的是根据其拱形斜向的压缩力而不是弯曲力。拱式桥将拱圈或拱肋作为主要承载结构。这种结构在竖向荷载下，桥墩或桥台将承受水平推力。2、材料：拱的弯矩和变形都比较小，主要承受压力，故拱式桥用砖、石、混凝土和钢筋混凝土材料建造的比较多

15、。3、优点：拱桥跨越能力大，外形比较美观，因此修建拱桥是经济合理的。4、缺点：由于在桥墩或桥台处承受很大的水平推力，因此对桥的下部结构和基础的要求比较高。拱桥的施工比梁式桥要困难些。5、分类：分为上承式拱桥（桥面在拱肋的上方）、中承式拱桥（桥面一部分在拱肋上方，一部分在拱肋下方）、下乘式拱桥（桥面在拱肋下方）。,箱肋中承式拱桥,单孔空腹式石拱桥,钢筋混凝土斜拉杆式架拱桥,三、刚架桥：与梁式桥不同的是，刚架桥的上部结构与下方支架部分是完全刚结在一起的。刚架桥是梁和柱（或竖墙）整体结合的桥梁结构。在竖向移动荷载作用下，梁部主要受弯，柱脚处有水平推力，受力状态介于梁式桥和拱桥之间。刚架桥一般可采用T

16、形刚架桥、连续刚架桥、斜腿刚架桥三种类型。四、斜拉桥 1、特点：斜拉桥也称斜张桥，是目前发展最快，应用日益广泛的一种桥型。它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。可用于公路桥、铁路桥、城市桥、人行桥以及管造桥等。,2、组成：斜拉桥由主梁、塔柱和斜索三种基本构件组成。3、传力方式：用高强钢材制成的斜索将主梁多点吊起，将主梁承受的恒载和车辆荷载传至塔柱，再有塔柱传给基础。它是一种桥面体系（加劲主梁）受压，支撑体系（斜拉索）受拉的结构。这样拉索可以充分利用高强度钢材的抗拉性能，又可以

17、显著减小主梁的截面面积，使得结构自重大大减轻，从而能建造大跨度的桥梁。斜拉桥的主梁和塔柱可以采用钢筋混凝土和型钢。斜拉桥是大跨度桥梁的最主要的桥型，在200800m的范围内占据着优势。4、分类：按桥塔设置分：多塔（含双塔）斜张桥与独塔斜张桥。前者用于多跨，后者用于双跨，当桥位处无设置高引桥的必要时，以选用独塔斜张桥为好，可以减少工程费用，对结构受力与抗震均有利。按索面形式分：双平行索面斜张桥、双倾斜索面斜张桥与单索面斜张桥。根据纵向斜缆布置有辐射、扇形、竖琴形、星形等多种形式。按主梁支承形式分：刚性铰式支承斜张桥与悬浮体系斜张桥。,多塔斜张桥,独塔斜张桥,五、悬索桥 1、特点：悬索桥也称吊桥。

18、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，在各类桥梁中的跨越能力最大，是当今跨度超过1000米的唯一桥式。悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一。悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点。,2、组成：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。,缆索：过去曾用竹索、铁索，现主要使用冷拔碳素钢丝。塔：以往常用石塔，今则以钢塔为主，有时也用钢筋混凝土塔。锚碇：缆索的拉力通过灌筑在混凝土中的

19、钢质构件传递给混凝土和地基。当地基为坚实岩层时，只需顺缆索方向凿一隧道（坑洞），将固定缆索的钢质构件置于其中，再用混凝土将隧道填实即成。这种锚碇称隧道式。当地基没有岩层可利用时，则需灌筑巨型混凝土块，凭重量及相应的摩阻力来抵抗拉力。这种锚碇称重力式。,3、传力方式：作用在桥面上的竖向移动荷载可通过主梁和吊杆加载于主塔，传给地基。在力的传递过程中吊杆和主缆索均承受着很大的拉力，此拉力由两岸桥台后修筑的巨型锚碇平衡。个别也有固定在刚性梁的端部者，称为自锚式悬索桥。荷载主梁、吊杆缆索主塔地基 吊杆与主缆索承受的拉力由桥台后修筑的巨型锚碇平衡。,六、高架桥 城市发展后，交通拥挤，建筑物密集，而街道又难

20、于拓宽，采用这种桥可以疏散交通密度，提高运输效率。此外，在城市间的高速公路或铁路，为避免和其他线路平面交叉、节省用地、减少路基沉陷（某些地区），也可不用路堤，而采用这种桥。这种桥因受既有建筑物限制和线路要求，多弯桥和坡桥。,七、组合体系桥 由多种结构形式组合起来的桥。,第四节 桥墩和桥台,桥梁的支撑结构为桥台与桥墩。一、桥台 1、概念：桥台是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。2、作用：承受支座传来的竖直力和水平力，还要挡土护岸，承受后台填土及填土上荷载产生的侧向土压力。3、要求：桥台必须足够的强度，并能避免在荷载作用下发生过大的水平位移、转动和沉降。4、分类：桥台有实体式桥台和埋置

21、式桥台等形式。,第四节 桥墩和桥台,桥梁的支撑结构为桥台与桥墩。二、桥墩 1、组成：是多跨桥的中间支承结构，桥台和桥墩由台（墩）帽、台（墩）身和基础组成。2、作用：承受支承在其上的左右两跨的上部结构通过支座传来的竖直力和水平力。还有流水压力，风力，可能出现的冰压力，船只的撞击力。3、设计要求：桥墩在结构上必须具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，在空间上应满足通航和通车的要求。4、桥墩的类型：1）实体式桥墩：依靠自身重量来平衡外力而保持稳定。2）空心式桥墩：克服了实体式桥墩在许多情况下材料强度得不到充分发挥的缺点，将混凝土或钢筋混凝土桥墩做成空心薄壁结构等形式。可以节省圬

22、工材料，还减轻重量。缺点是经不起漂浮物的撞击。3）桩或柱式桥墩：将桩基一直向上延伸到桥跨结构下面，桩顶浇筑墩帽，桩作为墩婶的一部分，桩和墩帽均由钢筋混凝土制成。,第五节 桥梁基础,桥梁基础的类型有1、刚性扩大基础（桥梁实体式墩台浅基础的基本型式。它的主要特点是基础外伸长度与基础高度的比值必须限制在材料刚性角的正切tan的范围内。若满足此条件，则认为基础的刚性很大，基础材料只承受压力，不会发生弯曲和剪切破坏。刚性扩大基础即由此而得名。此基础施工简单，可就地取材，稳定性好，也能承受较大的荷载。）2、桩基础：适合以下情况：1）荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的持力层位置较深时；2）河床受冲刷较大，河

23、道不稳定或冲刷深度不易计算准确时；3）采用刚性扩大基础困难大，其它方案在技术经济上不合理时。3、沉井、沉箱基础等。,第六节 桥梁技术的发展方向1、大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展。2、新材料的开发和应用。3、在设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段。4、大型深水基础工程。5、桥梁的安全性。6、重视桥梁美学及环境保护。,第七节 桥梁的建造过程,一、横梁桥的建造过程,1）建桥开始前，专家必须考察建桥地点的地质情况。他们用钻机钻洞，抽取地质样本化验。,2）在岩床上建造不透水的围堰，以便将水隔开，建造桥桩基础。,3）在工厂里建造巨大的钢筋混凝土预制梁，然后运到现场。,4）在深埋在岩床中的桥梁基础上

24、面建造混凝土桥墩。,5）在两边的河床上建造用于支撑混凝土预制梁的巨大而坚固的桥台。,6）用工作在河岸上的巨大的起重机将边上混凝土预制梁放入位置。慢慢地，桥梁形成了。,7）一旦边梁放入位置，就在他们上面加上桥面，桥面是就地用混凝土制造的。,8）当桥面铺上后，就用起重机将驳船上的中心梁放入位置。,9）桥面铺完了，安全护栏、路灯、信号和其他设施也安装上了，桥梁最终可以使用了。,1）在已经沉在岩床上的沉箱中建造基础，在基础上建造桥墩。,二、斜拉桥建造过程,2）在工厂里预制桥面的混凝土部分，从空气动力学角度来说，它们可以阻止桥梁晃动。,3）桥面的第一部分在桥墩上建造，它们将为桥塔提供一个基础。,4）在桥

25、墩上一部分、一部分地建造桥塔，它们把桥的重量扩散大地上。,5）用起重机将驳船运来的桥面分别置放在塔的两边。,6）桥面的每个部分都连到塔上的一根钢索上。,7）这样一片片地把桥面加到各个塔上，直到道路接近完成。,8）桥面上要用专用的铺路机铺上沥青以应付繁重交通。,9）当桥梁结构完工后，就开始安装路灯和其他设施。最后，机动车可以安全的通过了。,1）首先，兴建吊桥的地基、桥墩和锚状物，这些为吊桥提供了一个稳固的基础。,三、悬索桥建造过程,2）其次，在桥墩上兴建桥塔，他们是由钢板或混凝土制作的，用以支撑巨大的缆索。,3）安装两根粗缆索，他们穿过桥塔，并和深埋在河岸上的锚固物相连。,4）一段一段地铺设路面

26、板，铺设工作可以从桥塔开始，向两侧外移，也可以在桥头或桥中向桥塔移动。,5）路面板铺设后，就开始铺设供汽车、卡车和其他交通工具通行的车道。,1）首先，兴建峡谷两边的桥台和它上面的桥墩。,四、拱桥建造过程,2）桥拱的中间部分在地面预制，然后用滑轮将它吊起安放在预定位置。,3）混凝土路面板、边梁和更多的桥墩兴建后，便完成整座桥的兴建。,1）首先，修建支撑桥梁的桥墩。,五、石拱桥建造过程,2）其次，在两个桥墩之间修建木制拱架,3）在拱架上铺放一块一块的石头。,4）桥拱建成后，就将拱架移走。,5）最后，在桥拱上铺设路面。,1）首先，兴建桥的地基、桥墩和桥台。,六、悬臂桥建造过程,2）其次，从桥墩的两侧同时兴建悬臂梁。,3）用钢条将已建造的部分连在一起。,4）当悬臂梁的一侧延伸到桥台后，就开始在第二个桥墩上兴建新的悬臂。,5）最后，将楔安放在中间，以完成整座桥的兴建。,