橋梁工程概述.ppt

2020年1月 市政工程基礎霍慶春 江蘇農(nóng)林職業(yè)技術學院 第一章 概述 1 3橋梁工程概述 橋梁是人類在生活和生產(chǎn)活動中 為克服天然障礙而建造的建筑物 也是有史以來人類所建造的最古老 最壯觀和最美麗的建筑工程 它體現(xiàn)了時代的文明與進步程度 橋梁不僅是一個國家文化的象征 更是生產(chǎn)發(fā)展和科學進步的寫照 橋梁既是一種功能性的結(jié)構(gòu)物 也往往是一座立體的造型藝術工程 是一處景觀 具有時代的特征 橋梁具有一種凌空宏偉的魅力 1 3橋梁工程概述 請大家談談自己所知道的的或所見過的橋梁有哪些 橋梁的建造要考慮哪些因素 1 3橋梁工程概述 橋梁的概念 供車輛和行人跨越障礙物的建筑工程結(jié)構(gòu) 線路跨越障礙的延伸部分或連接部分 橋梁工程的概念 是土木工程中屬于結(jié)構(gòu)工程的一個分支學科 橋梁和涵洞的造價一般平均占公路縱造價的10 20 1 3橋梁工程概述 1 3 1橋梁起源及發(fā)展 人們最初是受到自然界各種景象的啟發(fā)而學會建造各式橋梁 橋梁的雛形 例如 從倒下而橫臥在溪流上的樹干 可以衍生建造橋梁的想法 從天然形成的石洞 就知道修建拱橋 從樹叢間攀爬和飄蕩的藤蔓的啟發(fā) 而學會建造索橋等 1 3橋梁工程概述 1 3 1橋梁起源及發(fā)展 人們最初是受到自然界各種景象的啟發(fā)而學會建造各式橋梁 橋梁的雛形 例如 從倒下而橫臥在溪流上的樹干 可以衍生建造橋梁的想法 從天然形成的石洞 就知道修建拱橋 從樹叢間攀爬和飄蕩的藤蔓的啟發(fā) 而學會建造索橋等 橋梁起源 樹橋 梁橋的雛形 橋梁起源 原始木梁橋 天然石梁橋 早期石梁橋 橋梁起源 世界上最長的天然石拱橋 跨度119 5米 位于美國猶他州國家公園 中國最長的天然石拱橋 跨度80米 位于重慶涪陵小溪 法國阿爾代什峽谷天然石拱橋 中國最長的天然石拱橋 跨度80米 位于重慶涪陵小溪 古代橋梁所用的材料 多為木 石 藤竹之類的天然材料 秦漢時代 我國已經(jīng)廣泛修建石梁橋 在周文王時 已在渭河上架過大型浮橋 春秋戰(zhàn)國時期 以木樁為墩柱 上置木梁 石梁的多空樁柱式橋梁 近代的大跨勁吊橋和斜拉橋也是由古代的藤 竹吊橋發(fā)展而來 1957年我國修建了第一座長江大橋 武漢長江大橋 1969年我國修建南京長江大橋 剛架拱 趙州橋 石拱橋 懸索橋 澳門大橋 地坪花壇 五亭橋 徐浦大橋結(jié)合梁斜拉橋 北京三元立交橋機動車和非機動車混行的兩層苜蓿葉式立體交叉 1 3橋梁工程概述 1 3 2橋梁的基本組成 上部結(jié)構(gòu) 橋跨結(jié)構(gòu)superstructure 包括承重結(jié)構(gòu)和橋面系 跨越障礙的主要結(jié)構(gòu) 直接承擔橋面上各種車輛 行人的荷載 下部結(jié)構(gòu) substructure 橋墩 橋臺及其基礎 支承上部結(jié)構(gòu) 傳遞上部傳來的荷載 擋住路堤的土 將橋梁結(jié)構(gòu)的反力傳遞到地基 附屬設施 accessory 包括錐形護坡 護岸 導流結(jié)構(gòu)物支座 bearing 保證橋梁的溫差伸縮 明確各部分的作用 1 3 2橋梁的基本組成 上部結(jié)構(gòu) 也稱橋跨結(jié)構(gòu) 包括承重結(jié)構(gòu)和橋面系 橋面鋪裝 防水和排水設施 伸縮縫 人行道 欄桿 燈柱等 是線路中斷時跨越障礙的主要承重結(jié)構(gòu) 作用是承受車輛和行人荷載 并通過支座將荷載傳遞給墩臺 下部結(jié)構(gòu) 由橋墩 橋臺和基礎組成 作用是支撐上部結(jié)構(gòu) 并將結(jié)構(gòu)的重力和車輛的活荷載傳遞給地基 橋墩設在兩個橋臺之間 支撐橋跨結(jié)構(gòu) 橋臺設在兩端 除了支撐橋跨結(jié)構(gòu)外 還與路堤連接并抵御路堤土壓力 附屬結(jié)構(gòu) 在橋梁建筑施工中 除了上述基本結(jié)構(gòu)外 根據(jù)需要還常常修筑護岸 導流結(jié)構(gòu)物等附屬工程 包括橋頭錐形護坡 護岸以及導流結(jié)構(gòu)物等 他的作用是抵御水流的沖刷 防止路堤填土坍塌 河南開封黃河公路大橋 下部結(jié)構(gòu) 梁式橋 1 3 2橋梁基本組成 主要名稱和尺寸 1 3 2橋梁基本組成 1 3 2橋梁基本組成 橋梁建筑高度 是橋上行車路面 或鋼軌頂面 標高至橋跨結(jié)構(gòu)最下緣之間的距離它不僅與橋跨結(jié)構(gòu)的體系和跨境大小有關 而且還隨行車部分在橋上布置的高度位置而異 凈失高 是從拱頂?shù)慕孛嫦戮壷料噜弮晒敖堑慕孛嫦戮壸畹忘c之連線的垂直距離 計算失高 是從拱頂截面型心至相鄰兩拱角的截面形心之連線的垂直距離 失跨比 是拱橋中拱圈 或拱肋 的計算失高與計算跨徑之比 橋梁工程專業(yè)部分術語 主橋 橋梁跨越主要障礙物 如通航河道 的結(jié)構(gòu)部分 引橋 從橋臺至正橋的結(jié)構(gòu)部分 連接主橋和兩端道路 跨度 徑 表示橋梁的跨越能力 對于多跨橋 最大跨度稱為主跨 計算跨徑 橋跨結(jié)構(gòu)相鄰兩個支座中心點之間的距離 凈跨徑 設計洪水位線上相鄰兩橋墩 臺 間的水平凈距 各孔凈跨徑之和稱為總跨徑 標準跨徑的目的 有利于橋梁制造和施工的機械化 也有利于橋梁養(yǎng)護維修和戰(zhàn)備需要 標準跨徑 公路常用10m 16m 20m 40m鐵路常用20m 24m 32m 48m橋長 兩橋臺側(cè)墻或八字墻尾端之間的距離 橋下凈空高度 設計洪水位 通航水位 與橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差 橋梁建筑高度 橋面與橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差 1 3橋梁工程概述 功能總結(jié) 1 橋跨結(jié)構(gòu) 上部結(jié)構(gòu) 跨越橋孔的結(jié)構(gòu)物 包括承重結(jié)構(gòu)和橋面系 直接承受車輛荷載 支座以上的部分2 橋墩 橋臺 基礎 下部結(jié)構(gòu) 橋墩 設置在橋中間支撐橋跨的結(jié)構(gòu)物橋臺 設置在橋兩端的結(jié)構(gòu)物基礎 地基底部奠基的部分 支承橋跨結(jié)構(gòu)并將其永久荷載作用和車輛荷載作用傳遞至地基 將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到基礎中去擋住路堤的土 將橋梁結(jié)構(gòu)的反力傳遞到地基 3 支座支承上部結(jié)構(gòu)的傳力裝置 傳遞荷載 保證橋跨產(chǎn)生一定的變位 和收縮4 附屬設施護岸 導流結(jié)構(gòu)物 錐形護坡等 保證橋梁穩(wěn)定 橋墩和橋臺 注意區(qū)分 橋臺 是橋梁兩端橋頭的支承結(jié)構(gòu) 是道路與橋梁的連接點 橋墩 是多跨橋的中間支承結(jié)構(gòu) 橋臺和橋墩都是由臺 墩 帽 臺 墩 身和基礎組成 橋墩在結(jié)構(gòu)上必須有足夠的強度和穩(wěn)定性 在布設上要考慮橋墩與河流的相互影響 在空間上應滿足通航和通車的要求 橋墩類型根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為實體式 重力式 橋墩 空心式橋墩和樁 柱 式橋墩 橋臺是兩端橋頭的支承結(jié)構(gòu)物 它是連接兩岸道路的路橋銜接構(gòu)造物 它既要承受支座傳遞來的豎直力和水平力 還要擋土護岸 承受臺后填土及填土上荷載產(chǎn)生的側(cè)向土壓力 因此橋臺必須有足夠的強度 并能避免在荷載作用下發(fā)生過大的水平位移 轉(zhuǎn)動和沉降 橋梁基礎橋梁的基礎承擔著橋墩 橋跨結(jié)構(gòu) 橋身 的全部重量以及橋上的可變荷載 橋梁基礎往往修建于江河的流水之中 遭受水流的沖刷 所以橋梁基礎一般比房屋基礎的規(guī)模大 需要考慮的問題多 施工條件也困難 橋梁基礎的類型有剛性擴大基礎 樁基礎和沉井基礎等 本課小結(jié) 通過本課的學習要知曉橋梁的發(fā)展過程 基本組成及各部分的作用 傳力形式 作業(yè) 課后習題1 p247 1 3橋梁工程概述 1 3 3橋梁的分類 1 橋梁的分類1 橋梁按其受力特點和結(jié)構(gòu)體系分為 梁式橋 拱式橋 懸索橋 剛架橋 斜拉橋 組合體系橋等 按橋梁上部結(jié)構(gòu)的建筑材料分 木橋 石橋 混凝土橋 鋼筋混凝土橋 預應力混凝土橋 鋼橋和結(jié)合梁橋等 按用途分 公路橋 鐵路橋 公鐵兩用橋 城市橋 按跨越障礙分 跨河橋 跨谷橋 跨線橋 高架線路橋等 按橋梁平面的形狀分 正交橋 斜橋和彎橋 按制造方法分 混凝土橋分就地灌筑橋和裝配式橋兩類 也有兩者結(jié)合的裝配 現(xiàn)澆式混凝土橋 鋼橋一般都是裝配式的 7 按橋長分類 2 木橋 是用木材建造的橋梁 木橋的使用很早 歷史上除有木梁橋 木桁架橋外 還有木拱橋 木橋構(gòu)造簡單 施工迅速 但木材易腐 易裂 氣候干燥地區(qū) 易遭火災 且強度較差 故當前多用于人行橋 搶修或施工時的臨時便橋或半永久性的公路橋 上三坑古木拱橋 查林木橋 紹興 八字橋 北京 盧溝橋 3 石橋 用石料建造的橋梁 有石梁橋和石拱橋 歷史都很悠久 中國歷史上著名的石梁橋有洛陽橋和虎渡橋 由于石梁抗彎能力較差 現(xiàn)己只能在人行橋或涵洞中使用 廣西 香橋 趙州橋 石拱橋的外形美觀 養(yǎng)護簡便 可以就地取材 特別在石料供應方便 工價低廉的地區(qū) 修建跨度不大的石拱橋 是比較經(jīng)濟的 但石拱橋為實體重型結(jié)構(gòu) 跨越能力有限 拱石的開采 加工 砌筑等均不易機械化 需要的勞動力較多 工期較長 使其發(fā)展受到一定限制 4 混凝土橋混凝土抗壓強度高而抗拉強度低 主要用于拱橋 5 鋼筋混凝土橋鋼筋混凝土橋為耐壓的混凝土和抗拉 抗壓性能均好的鋼筋結(jié)合而成的橋 主要用于跨度不大的梁式橋和拱橋 6 鋼橋用結(jié)構(gòu)鋼制造 現(xiàn)常用于實腹梁橋及大跨度的桁架梁橋 拱橋 斜拉橋和懸索橋 其主要優(yōu)點是施工速度較快 跨越能力大 缺點是用鋼量較多 維修費大 7 預應力混凝土橋優(yōu)點 節(jié)省鋼材 降低橋梁的材料費用 由于采用預應力工藝 能使混凝土結(jié)構(gòu)的工地接頭安全可靠 因而以往只適應于鋼橋架設的各種不要支架的施工方法 現(xiàn)在也能用于這種混凝土橋 從而使其造價明顯降低 同鋼橋相比 其養(yǎng)護費用較省 行車噪聲小 同鋼筋混凝土橋相比 其自重和建筑高度較小 其耐久性則因采用高質(zhì)量的材料及消除了活載所致裂紋而大為改進 缺點 自重要比鋼橋大 施工工藝有時比鋼橋復雜 工期較長 8 結(jié)合梁橋結(jié)合梁橋也稱組合梁橋 是由兩種不同建筑材料結(jié)合而成的橋 通常指用鋼梁和鋼筋混凝土橋面板結(jié)合而成的橋 可以節(jié)省鋼材 1 3橋梁工程概述 1 3 4橋跨的結(jié)構(gòu)形式 1 梁式橋梁式橋是一種最簡單的橋梁上部結(jié)構(gòu)形式 其上部結(jié)構(gòu)在鉛垂荷載作用下 支點只產(chǎn)生豎向反力 制造和架設均比較方便 使用廣泛 在橋梁建筑中占有很大比例 1 按主要承重結(jié)構(gòu)的形式分 有實腹梁橋和桁架梁橋兩大類 實腹梁橋構(gòu)造簡單 制造與架設均較方便 這兩種梁式橋的受力性質(zhì)不同 實腹梁橋以用于預應力混凝土橋為主 而桁架梁橋則多用于鋼橋 湖北 黃陵磯橋 洛陽黃河公路橋 2 按上部結(jié)構(gòu)的靜力體系分 主要有簡支梁橋 連續(xù)梁橋和懸臂梁橋 簡支梁橋 主梁以孔為單元 兩端設有支座 是靜定結(jié)構(gòu) 最大彎矩發(fā)生在跨中央 當跨度為L 承受均布荷載q時 其值為q 8 支點彎矩為零 無助于跨中卸載 一般適用于中 小跨度 若遇地基不均勻沉降時 上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力不受影響 若一孔遭破壞 鄰孔不受牽連 它可以分片 段 預先制造 分孔架設和修復 這種橋結(jié)構(gòu)簡單 制造運輸和架設均比較方便 因此各國多做成標準設計 以便于構(gòu)件生產(chǎn)工藝工業(yè)化 施工機械化 贏得工期 提高質(zhì)量 并降低造價 連續(xù)梁橋 主梁若干孔為一聯(lián) 在中間支點上連續(xù)通過 是超靜定結(jié)構(gòu) 最大正彎矩發(fā)生在跨中附近 而最大負彎矩 絕對值 發(fā)生在支點截面上 由于支點負彎矩的存在 可使跨中正彎矩比同跨的簡支梁減少很多 連續(xù)梁橋更適合采用懸臂拼裝和懸臂灌筑 縱向拖拉或頂推法施工 懸臂梁橋 在連續(xù)梁橋彎矩圖中的零值彎矩點 反彎點 處設鉸 從構(gòu)造設計上使此處彎矩為零 鉸只能承受剪力而不能受彎矩 當設鉸的數(shù)目等于連續(xù)梁的超靜定次數(shù)時 這就將超靜定的連續(xù)梁橋變成靜定的懸臂梁橋 其內(nèi)力不因地基不均勻沉陷而變 故可適用于地質(zhì)不良的地區(qū) 但仍具有支點負彎矩卸載的優(yōu)點 減少跨中的正彎矩 3 梁式橋的主梁斷面形式 工形 T形 箱形和板式橋等 單箱雙室截面 型橫截面 型橫截面 飛云江橋 簡支梁橋 梁式橋 梁式橋 六庫怒江橋 連續(xù)梁橋 武漢長江大橋 1957年建 公鐵兩用 連續(xù)鋼桁梁橋 三聯(lián)3 128m 梁式橋 梁式橋 簡支梁橋懸臂梁橋等截面連續(xù)梁橋變截面連續(xù)梁橋連續(xù)剛構(gòu) 梁為承重結(jié)構(gòu) 主要以其抗彎能力來承受荷載 在豎向荷載作用下 其支承反力也是豎直的 簡支的梁部結(jié)構(gòu)只受彎受剪 不承受軸向力增加中間支承 可減少跨中彎矩 更合理地分配內(nèi)力 加大跨越能力梁式體系分實腹式和空腹式 前者的梁截面為T形 工字形和箱形等 后者指桁架結(jié)構(gòu) 梁的高度可等高或變高 2 拱式橋拱橋相當于主梁的桿件為曲線形 在荷載作用下 桿件的內(nèi)力以壓力為主 1 按拱圈 肋 結(jié)構(gòu)的靜力圖式分 無鉸拱 雙鉸拱 三鉸拱 前兩者屬超靜定結(jié)構(gòu) 后者為靜定結(jié)構(gòu) 無鉸拱的拱圈兩端固結(jié)于橋臺 墩 結(jié)構(gòu)最為剛勁 變形小 比有鉸拱經(jīng)濟 但橋臺位移 溫度變化或混凝土收縮等因素對拱的受力會產(chǎn)生不利影響 因而修建無鉸拱橋要求有堅實的地基基礎 雙鉸拱是在拱圈兩端設置可轉(zhuǎn)動的鉸支承 鉸可允許拱圈在兩端有少量轉(zhuǎn)動的可能 結(jié)構(gòu)雖不如無鉸拱剛勁 但可減弱橋臺位移等因素的不利影響 三鉸拱則是在雙鉸拱頂再增設一鉸 結(jié)構(gòu)的剛度更差些 但可避免各種因素對拱圈受力的不利影響 2 按支承形式分 上承式 中承式 下承式 3 其他形式 系桿拱橋 斜拉桿式架拱橋 單孔空腹式 箱肋中承式拱橋 鋼筋混凝土斜拉桿式架拱橋 單孔空腹式石拱橋 拱橋受力圖式 拱式橋 剛架拱 趙州橋 石拱橋 從化拱橋 鋼筋混凝土肋拱 四川旺蒼東河橋 鋼管拱 拱式橋 3 剛構(gòu)橋 鋼架橋 主要承重結(jié)構(gòu)采用剛架的橋梁 剛架的腿形成墩 臺 形 梁和腿為剛性連接 可用鋼 鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土制造 門式剛構(gòu)橋 簡稱門架橋 其腿和梁垂直相交呈門架形 腿所受的彎矩將隨腿和梁的剛度比率的提高而增大 斜腿剛構(gòu)橋 剛架腿是斜置的 兩腿和梁中部的軸線大致成拱形 這樣 腿和梁所受到的彎矩比同跨度的門式剛架顯著減小 而軸向壓力有所增加 剛架橋的顯著特點是橋跨和墩臺剛性連接成整體 在豎向荷載作用下和拱一樣 有豎向反力和水平反力 無鉸剛架還有支承彎距 剛構(gòu) 架 橋 門式剛架 T形剛構(gòu) 斜腿剛構(gòu) V形剛構(gòu) 形門架橋 斜腿剛構(gòu)橋 4 懸索橋1 懸索橋也稱吊橋 主要承重結(jié)構(gòu)由纜索 包括吊桿 塔和錨碇三者組成的橋梁 其纜索幾何形狀由力的平衡條件決定 一般接近拋物線 從纜索垂下許多吊桿 把橋面板吊住 在橋面和吊桿之間常設置加勁梁 同纜索形成組合體系 以減小活載所引起的撓度變形 自錨上承式懸?guī)?簡支鋼架勁桁梁的懸索橋 2 懸索橋構(gòu)造 纜索 過去曾用竹索 鐵索 現(xiàn)主要使用冷拔鋼絲制成 塔 以往常用石塔 今多用鋼塔 鋼筋混凝土塔 因纜索在塔頂有一轉(zhuǎn)角 其支承須設鞍式構(gòu)造 稱為索鞍 錨碇 纜索的拉力通過灌筑在混凝土中的鋼質(zhì)構(gòu)件傳遞給混凝土和地基 5 斜拉橋斜拉橋是用錨在塔上的多根斜向鋼纜索吊住主梁的橋 因主梁為纜索多點懸吊 內(nèi)力小 施工方便 跨越能力大 1 斜拉橋的主要組成部分有纜索 塔柱 橋墩 橋臺 主梁和輔助墩等 2 分類 按橋塔設置分有多塔 含雙塔 斜拉橋與獨塔斜拉橋 前者用于多跨 后者用于雙跨 按索面形式分有雙平行索面斜拉橋 雙傾斜索面斜拉橋與單索面斜拉橋 獨塔斜拉橋 多塔斜拉橋 斜拉橋 形式 由梁 塔和斜索組成的組合體系 結(jié)構(gòu)型式多樣 造型優(yōu)美壯觀受力 在豎向荷載作用下 梁以受彎為主 塔以受壓為主 斜索則承受拉力材料 斜索采用高強鋼絲制成 塔多采用鋼筋混凝土 梁采用預應力混凝土梁或鋼箱梁 斜拉索 索塔 主梁 主梁 6 組合體系橋 幾種受力的組合組合體系橋是由不同體系組合而成的橋梁 梁拱組合 系桿拱橋 梁索組合 斜拉橋 新型的組合式系桿鋼拱橋中承式鋼桁系桿拱橋獨塔自錨式懸索橋斜拉拱橋組合體系其他的花式橋 組合橋 新型的組合式系桿鋼拱橋 重慶菜園壩大橋 主跨420m 2007 新型的組合式系桿鋼拱橋 重慶菜園壩大橋 主跨420m 2007 廣州新光大橋 主跨428m 2006 重慶朝天門大橋 2008 552m 宜萬鐵路萬州長江大橋 主跨360m的單拱連續(xù)鋼桁梁 02年12月開工 2005年6月合龍 190米 552米 190米 三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋 廣珠城際鐵路小欖水道特大橋 舊金山 奧克蘭海灣橋 西 東 1936年建成 1989年地震中損傷 獨塔自錨式懸索橋 替代東側(cè)的桁架橋 2002年動工 韓國Yeongjong大橋 空間纜自錨式懸索橋 分跨125 300 125m 2000 獨纜自錨式懸索橋 分跨120 300 120m 1987 日本大阪此花大橋 馬來西亞SeriSaujana橋 斜拉拱橋組合體系 主跨300m 2002 馬來西亞SeriWawasan橋 主跨168 5m 2003 Alameda橋 主跨130m 1995 西班牙的兩座城市道路鋼拱橋 BachdeRoda FelipeII橋 主跨130m 1995 1 3橋梁工程概述 1 3 5橋梁的發(fā)展 橋跨結(jié)構(gòu)繼續(xù)向大跨發(fā)展結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造呈多樣化發(fā)展橋梁設計理論更趨完善和合理橋梁CAD技術應用更趨廣泛建橋材料向高強 輕質(zhì) 新功能方向發(fā)展 橋梁建設的基本目標 基本目標是適用 安全 經(jīng)濟 美觀 圍繞這一基本目標 橋梁技術的發(fā)展應表現(xiàn)在 橋梁具有較大的跨越能力和承載能力 車輛能安全運行于橋上并使旅客有舒適感 講求經(jīng)濟效益 力圖降低造價 考慮結(jié)構(gòu)與環(huán)境的協(xié)調(diào) 橋梁學科的研究及發(fā)展 墩臺和基礎 總的說來 在橋梁墩臺和基礎技術水平方面 我國僅次于日本 日本因修建了較多的海灣 海峽橋及大跨懸索橋 斜拉橋 使其在施工機械 大體積混凝土施工 無人沉箱 設置沉井和地下連續(xù)墻等技術方面處于世界領先地位 到了90年代 我國深基礎的施工和技術水平僅次于日本 己進入世界先進水平 材料 橋梁的發(fā)展進程表明 新材料對其發(fā)展具有關鍵性作用 沒有材料科學的發(fā)展 就不會有長大跨及新橋型的演進 從另一方面看 正是由于材料科學的發(fā)展還不滿足橋梁科技進步的需要 一些目前己經(jīng)可以構(gòu)思 設計的大跨橋梁工程 但因沒有理想的材料而難以實現(xiàn) 由此可見 新材料確實是橋梁的物質(zhì)基礎和重要依托 橋梁所用材料主要有兩類 一為鋼材 另一為混凝土 目前它們都是向高強 輕質(zhì) 新功能方向發(fā)展 下面簡介其發(fā)展動態(tài) 高性能鋼 橋梁用鋼的歷史 表現(xiàn)出一條低碳鋼 低合金鋼 高強度鋼 高性能鋼的發(fā)展軌跡 高強度鋼 HighStrengthSteel HSS 在材料韌性和可焊性等方面往往不盡人意高性能鋼 HighPerformanceSteel HPS 是一種綜合優(yōu)化了材料力學性能 便于加工制造 適于低溫和腐蝕環(huán)境 具備較高性價比的橋梁結(jié)構(gòu)用鋼 進展 美 日 歐洲從20世紀90年代起 開始研究和應用HPS 97年日本 超級鋼材 項目 98年中國 新一代鋼鐵材料重大基礎研究 HPS材料特征 化學成分 碳 磷 硫含量有顯著的減少 增加有利于防腐蝕和耐候稀有元素 力學性能 對合金元素進行優(yōu)化組合 并采用Q T或熱力控制處理 TMCP 技術 生產(chǎn)出同時保持高強度 高韌性和可焊性好的細晶粒結(jié)構(gòu)鋼 抗腐蝕和耐候性能 通常無需油漆 疲勞性能 有待更多試驗 混凝土 高強混凝土高強混凝土是相對普通強度混凝土而言 其定義的確定并無統(tǒng)一的標準 我國一般把強度等級大于C60級的混凝土稱為高強混凝土 大于Cl00級的混凝土稱為超高強混凝土 美國ACI363委員會把強度超過4lMPa的混凝土定義為高強混凝土 而前蘇聯(lián)則把500號 相當于48MPa 以上的混凝土稱為高強混凝土 高強混凝土具有抗壓強度高 抗沖擊性能好 耐久性強等優(yōu)點 因用高強混凝土建造橋梁 不僅可減小梁高 又能減輕梁自重 從而使其跨度增大 據(jù)國外資料統(tǒng)計 預應力混凝土橋采用高強混凝土 結(jié)構(gòu)截面尺寸可減小近一半 而構(gòu)件自重與鋼構(gòu)件相當 可提高經(jīng)濟效益30 40 日本歧關大橋為7 48m后張T梁 采用60MP的高強混凝土后 T梁高度降低12 5 截面積減小13 5 混凝土 高強混凝土目前 在實驗室條件下 我國己能制成C100級凝土 羅馬尼亞可制成C170級混凝土 美國己制成C200級混凝土 在鐵路橋工程中 我國現(xiàn)澆混凝土等級已達C60 C70級 預制的達C80級 如衡廣復線江村橋混凝土設計強度達80MPa 在結(jié)構(gòu)工程領域已達C100 輕質(zhì)混凝土凡用輕質(zhì)骨料配制的混凝土 容重在16 20kN m3 普通混凝土容重為23 24kN m3 強度等級在C30 C50者稱為輕質(zhì)混凝土 輕質(zhì)混凝土的骨料主要是以頁巖鍛燒膨脹而得 其有陶粒型 破碎成粉后制成球鍛燒 和非陶粒型 頁巖破碎后原狀鍛燒 1965年起 日本開始將輕質(zhì)混凝土用于鐵路橋梁制造 如東北本線金山架道橋和總武本線荒川橋 其容重為16 20kN m3 強度等級為40級 輕質(zhì)混凝土我國在南京長江大橋等一些鐵路橋中 也采用過輕質(zhì)混凝土 但使用并不普遍 這主要是輕質(zhì)混凝土在使用中還存在著一些難以處理的問題 如輕質(zhì)混凝土自重雖可減輕 但其彈性模量為同等級普通混凝土的50 60 且徐變大 造成應力損失也大 所以也有人認為將混凝土等級提高來減小斷面 其效果比輕質(zhì)混凝土好 這樣就出現(xiàn)一種趨向 認為輕質(zhì)混凝土對中小跨徑鐵路橋減輕自重 提高抗震效能是有一定效果 但在大跨徑鐵路橋梁上要成為理想材料 還需作更多的研究 絮凝混凝土水下絮凝混凝土可在水中緩慢地自行流平和密實 能進行鋼筋密集區(qū) 狹窄斷面 水下大面積薄板及小體積結(jié)構(gòu)等過去無法施工的水下混凝土工程的施工 其工藝簡單 不受水位 季節(jié)等的限制 1974年德國首次研制成功專用外加劑 其主要成分是纖維素醚類有機水溶性高分子聚合物的抗分散外加劑 用它拌制的水下絮凝混凝土 在水中澆注時不易因周圍水流沖洗而分離 混凝土始終能粘成一體 從而達到不離析的目的 1981年日本三井石油化學工業(yè)公司引進德國的技術 并開發(fā)了自己的水下不離析混凝土 目前 日本已有十余種抗分散外加劑投放市場 美國 法國等國也都在開發(fā) 碳纖維強化復合材料1930年代 美國舊金山金門大橋建成時 創(chuàng)下了橋梁史上跨長1280m的世界記錄 幾經(jīng)改寫 到20世紀末 日本明石海峽橋才將這一記錄改成1990m 其中 結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展和材料強度的提高起了決定性作用 根據(jù)目前理論計算 鋼懸索橋的極限跨長 指橋跨結(jié)構(gòu)能支承自重的跨度 可達4000m 而到20世紀末 實際所建最大跨長只有其一半 分析表明 若改用碳纖維強化復合材料 懸索橋的極限跨長可比鋼懸索橋提高一倍以上 碳纖維強化復合材料可以預言 纖維強化復合材料是21世紀橋梁新材料的發(fā)展方向 正因如此 許多發(fā)達國家都在爭相研究 開發(fā) 目前 因其成本太高 主要還只用于航天工業(yè) 橋梁工程中只是極少量使用 國內(nèi)現(xiàn)已開展非金屬纖維加勁塑料預應力筋的研究 其可作為我國橋梁工程中開展碳纖維強化復合材料研究的起步 纖維加勁材料的研究是21世紀一個重要的研究方向 材料總之 我國橋梁所用材料 不論是結(jié)構(gòu)鋼材 預應力鋼材 混凝土材料 在強度方面都已接近國外先進水平 但在新型高強材料的品種 類型和使用上比國外少 今后要加強這方面的工作 計算機輔助設計與結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)CAD技術 即計算機輔助設計技術 自1960年代