橋梁與隧道工程課件

1、橋梁與隧道工程 1 橋梁與隧道工程 黃 今 橋梁與隧道工程 2 前 言 u課程地位重要的專業(yè)必修課 u主要內(nèi)容 橋梁的分類、組成、受力特點、構(gòu)造； 常用橋梁（包括簡支梁橋、拱橋、懸索橋、 斜拉橋）的設(shè)計和構(gòu)造原理、計算理論和計 算方法； 橋梁支座、墩臺、橋臺構(gòu)造及設(shè)計方法； 橋梁上、下部施工方法，包括簡支梁、拱橋 的施工，剛性擴大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)的施工； 隧道分類、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及主要施工方法 橋梁與隧道工程 3 第一篇 橋梁上部 橋梁與隧道工程 4 第一章 總論 第一節(jié) 橋梁的地位和發(fā)展?fàn)顩r 橋梁與隧道工程 5 一、橋梁的地位 橋梁是交通設(shè)施的重要組成部分 -跨越河流、溝谷或其他線路 道路工程的關(guān)鍵節(jié)

2、點 -里程不長、難度高、造價大、工期長 城市立體交通的主要構(gòu)成 -立體交叉 -高架道路 橋梁與隧道工程 6 橋梁與隧道工程 7 橋梁與隧道工程 8 二、我國古代橋梁的成就 我國歷史上記載最早 的橋梁有： 渭河上的浮橋 渭河上的木柱木梁橋 樊河鐵鏈橋 安瀾橋 橋梁與隧道工程 9 古代拱橋趙州橋 又稱安濟橋，位于河北 省趙縣境內(nèi)，建于隋開 皇年間（公元595605 年），由隋匠李春建造， 距今已有近1400年歷史， 它是世界上現(xiàn)存最早， 保存最完整的石拱橋之 一，特別是拱上加拱的 “敞肩拱”的運用，更 為世界橋梁史上的首創(chuàng)。 趙州橋全長64.4米，拱 頂寬9米，拱腳寬9.6米， 跨徑37.02米，

3、拱矢7.23 米。 橋梁與隧道工程 10 古代拱橋蘇州寶帶橋 又名小長橋，始建于唐 元和十一至十四年（816 819年）。全橋有53孔，總 長近317m，其中橋孔長 249.8m，橋頂寬4.1m，橋 端寬6.1m。寶帶橋為薄墩 聯(lián)拱橋，墩厚僅0.6m，與 最大一孔跨徑6.95m相比， 接近1/12，使全橋顯得輕 盈秀麗，還可增大泄水面 積減少洪水對橋身的沖擊。 寶帶橋的泄水面積達85%， 居古橋之首。 橋梁與隧道工程 11 古代拱橋盧溝橋 盧溝橋在北京廣安門外30公 里，跨永定河。橋始建于 金大定二十八年(公元1188 年)，完工于金明昌三年 (公元1192年)。橋全長 212.2m，共11孔

4、，凈跨不 等，自11.4m至13.45m，橋 寬9.3m，墩寬6.5m至7.9m 米。拱圈接近半圓形。橋 墩迎水面有尖端鑲有三角 鐵柱的分水尖，背水面為 削角方形。橋面上石攔桿 共269間，各望柱頭上，雕 刻有石獅485個。 橋梁與隧道工程 12 古代拱橋玉帶橋 玉帶橋位于北京頤和園昆明湖長堤上，建于清乾隆 年間(公元17361795年)。該橋單孔凈跨11.38m，矢 高約7.5m，全部用玉石琢成，橋面是雙反向曲線，組 成波形線橋型，配有精制白石欄板。蛋尖形橋拱，特 別高聳，好似玉帶。玉帶橋的造型具有我國長江三角 洲地區(qū)石拱橋的風(fēng)格，以纖秀挺拔，輕巧為其之特色。 并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，使湖光山水

5、增色。 橋梁與隧道工程 13 古代拱橋十七孔橋 十七孔橋位于北京市頤和園東堤上。清乾隆年間(公元 17361795)建。是一座式樣美觀的連拱大石橋，橋面呈 拱狀隆起，形如初月，橋欄柱上雕鏤小獅，形態(tài)各異。橋 中各孔跨徑以中孔最大，約8m，向邊孔逐漸變小，最小約 4.14m。 橋梁與隧道工程 14 古代梁橋萬安橋 泉州萬安橋，俗稱洛陽 橋，建于洛陽江入?？?。橋 始建于宋皇佑五年,完成于宋 嘉裕四年。橋總長約834米， 石墩、石梁共有孔，每 孔約1117米，橋?qū)?.7米。 采用磐石遍鋪橋位江底為橋 基，在其上養(yǎng)殖海生牡蠣， 使江底磐石膠固成整體，然 后在磐石橋基之上壘縱橫石 條成橋墩，再架設(shè)石梁。

6、每 孔花崗巖石梁有7根，每根梁 高約0.5m，寬0.6m，長約12m。 萬安橋開現(xiàn)代筏形基礎(chǔ)之先 河，創(chuàng)世界絕無僅有之造橋 方法，成就驚人。 橋梁與隧道工程 15 古代梁橋虎渡橋 又名江東橋，位于福建省漳州市城東16公里處，跨越九龍江 的北溪下游。宋紹熙年間(公元11901194年)始建浮橋，明嘉 靖四十四年(公元1565年)建石梁橋，是我國十大古名橋之一。 橋全長335m，共25空，橋?qū)?.6m，跨徑長短不一，最大跨徑為 23.7m，用根寬1.7m，高1.9m，重達207噸的石梁并鋪成橋面。 據(jù)史料記載， 如此重的巨大 石梁是利用潮 水漲落浮運架 設(shè),足見我國古 代工匠的聰明 和智慧。 橋梁

7、與隧道工程 16 古代梁橋霽玉橋 又名經(jīng)堂橋。相傳建于三國時期，石平橋，共 6孔，跨徑3m。墩寬1.5m，橋長28m，為抗山洪， 橋墩迎水面分水尖銳突。雖橋已建數(shù)百年，橋面 石板也多次更迭，然橋墩依故。橋頭有香樟樹三 棵，已有八百余年的歷史。 橋梁與隧道工程 17 古代索吊橋 我國西南地區(qū)山高林密，坡陡谷深，早就建有懸索吊 橋，迄今至少有三千年左右的歷史。早期以竹、藤為 懸索和吊索，稱為竹索橋或藤索橋。春秋戰(zhàn)國時期擁 有冶鐵、鍛鐵技術(shù)之后，逐漸以鐵鏈作為懸索和吊索， 稱為鐵鏈橋。這類橋是現(xiàn)代斜索橋和斜拉橋的原始橋 型。 橋梁與隧道工程 18 古代吊橋霽虹橋 霽虹橋是我國現(xiàn)存最 早的鐵鏈橋之一。

8、位于云 南永平的“瀾滄古渡”， 橫跨瀾滄江。自漢朝就建 有竹索橋，14651487年 改建為鐵鏈橋。橋全長為 113.4m，橋?qū)?.7m，凈跨 徑為57.3m，全橋共14條 鐵鏈，2條扶欄鐵鏈，每 側(cè)各一條，12條承重底鐵 鏈，錨固于兩岸的橋臺上， 底鐵鏈上鋪設(shè)縱橫木板， 此橋至今仍在使用。 橋梁與隧道工程 19 古代索橋滬定鐵索橋 四川滬定鐵索橋，跨越大渡 河，位于川、藏要道，是 鐵索橋中現(xiàn)存制作最精良 的一座。橋始建于清康 熙四十四年(公元1705 年），次年完成。橋凈跨 100m，橋?qū)?.8m，上鋪木 板，底索9根，每根索長 約128m，兩側(cè)各有兩根欄 桿索，由四川善于制作鐵 索橋的全天

9、州修建。兩岸 石砌橋臺，用臺身自重來 平衡鐵索的拉力。 橋梁與隧道工程 20 國外古代橋梁加爾德輸水橋 國外保留至今的古 代橋梁大多為石拱橋。 最為著名的一座是位 于法國南部尼姆 (Nimes)附近，建于公 元前6313年古羅馬 時代的加爾德(Pont du Gard)輸水橋。全 橋由三層圓弧拱組成， 底層和二層各有6孔和 11孔大拱，頂層為36 孔小拱，拱上支承帶 有蓋板的輸水槽。 橋梁與隧道工程 21 國外古代橋梁天使橋 意大利羅馬臺伯 河(Tiber)上的天 使橋建于公元136 年，也是古羅馬 時代留下的、至 今仍在使用的多 孔圓弧拱橋。古 羅馬時代的石拱 橋至今尚有許多 遺存，其建筑技

10、 術(shù)和結(jié)構(gòu)造型對 拱橋的歷史發(fā)展 有著極為深遠的 影響。 橋梁與隧道工程 22 三、我國近現(xiàn)代橋梁的成就 橋型橋型最大跨徑最大跨徑橋名橋名 梁橋梁橋270m270m虎門輔航道橋虎門輔航道橋 拱橋拱橋550m550m上海盧浦大橋上海盧浦大橋 斜拉橋斜拉橋628m628m南京長江二橋南京長江二橋 懸索橋懸索橋1490m1490m潤揚長江大橋潤揚長江大橋 橋梁建設(shè)規(guī)模 橋梁與隧道工程 23 虎門輔航道橋 橋梁與隧道工程 24 上海盧浦大橋 橋梁與隧道工程 25 南京長江二橋 橋梁與隧道工程 26 潤揚長江大橋 橋梁與隧道工程 27 基礎(chǔ)工程 水深50米已經(jīng)解決 100米以上尚待探索 設(shè)計水平 允許應(yīng)

11、力法 極限狀態(tài)法 可靠度理論 橋梁與隧道工程 28 四、世界橋梁成就 橋梁建設(shè)規(guī)模 新材料的應(yīng)用 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用 計算機技術(shù)的應(yīng)用 洲際聯(lián)絡(luò)工程 橋梁與隧道工程 29 世界十大懸索橋 橋梁與隧道工程 30 日本明石海峽大橋 大橋坐落在日本神戶市 與淡路島之間，全長3911 米，主橋墩跨度1991米。 兩座主橋墩海拔297米，基 礎(chǔ)直徑80米，水中部分高 60米。兩條主鋼纜每條約 4000米，直徑1.12米，由 290根細鋼纜組成，重約5 萬噸。大橋于1988年5月動 工。1998年3月竣工。 橋梁與隧道工程 31 丹麥大貝爾特橋 位于丹麥哥本哈根，全長17.5公里，1998年竣工通車 橋梁與

12、隧道工程 32 潤揚長江公路大橋 連接江蘇鎮(zhèn)江與揚州，工程全長 35.66公里(南延伸段12公里)， 由北接線、北接線高架橋、北引 橋、北汊斜拉橋、世業(yè)洲互通、 南汊懸索橋、南引橋、南接線、 南接線延伸段9個部分組成。 橋梁與隧道工程 33 世界十大斜拉橋 橋梁與隧道工程 34 日本多多羅大橋 位于日本本州四國連絡(luò)西線尾道今治線的中央 部位,是連接生口島(廣島縣)和大三島(愛媛縣)的重要工程。 全橋長1480m,主跨徑達890m。 橋梁與隧道工程 35 法國諾曼底大橋 跨越塞納河，連接法國翁弗勒爾河勒哈弗爾兩地，于 1995年1月26日正式通車。橋梁全長2141.25m，主跨856m， 為混合

13、式斜拉橋，兩岸引橋分別長737.50m和547.75m。 橋梁與隧道工程 36 世界十大混凝土拱橋 橋梁與隧道工程 37 萬縣長江大橋 大橋位于重慶萬州區(qū)（原萬縣市）黃?？滋?，大橋一跨 飛渡長江，全長 856.12米，主拱圈為鋼管混凝土勁性骨架 箱型混凝土結(jié)構(gòu)，主跨420米，橋面寬24米，為雙向四車道， 是世界最大跨徑的混凝土拱橋。 橋梁與隧道工程 38 克爾克1號橋 位于克羅地亞首都薩格勒布西南，全橋由跨度390米(大 陸至圣馬爾科島)和244米（圣馬爾科島至克爾克島）的兩 座鋼筋混凝土上承式拱橋組成，兩橋相距235米 ，在馬爾 科島上用一段96米長的公路連接。 橋梁與隧道工程 39 世界十

14、大預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋 橋梁與隧道工程 40 挪威斯托爾馬橋 橋梁與隧道工程 41 挪威拉脫圣德橋 橋梁與隧道工程 42 第一章 概論 第二節(jié) 橋梁的組成與分類 橋梁與隧道工程 43 一、橋梁的組成 從傳遞荷載功能劃分： 橋跨結(jié)構(gòu)（上部結(jié)構(gòu)） 直接承擔(dān)使用荷載 橋墩、橋臺、支座（下部結(jié)構(gòu)） 將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到基礎(chǔ)中去 擋住路堤的土，防止路堤滑塌 保證橋梁的溫差伸縮 基礎(chǔ) 將橋梁結(jié)構(gòu)的反力傳遞到地基 橋梁與隧道工程 44 橋梁與隧道工程 45 橋梁有關(guān)技術(shù)術(shù)語-1 有關(guān)水位的定義：低水位；高水位；通航水位；設(shè) 計洪水位。 橋長(L)：一般把橋梁兩端橋臺的側(cè)墻或八字墻尾端 點之間的距離稱為橋梁全長

15、，簡稱橋長。 橋梁的跨徑總長(L1) ：橋梁兩端橋臺臺背前緣間的 距離。 橋梁的單孔跨徑(l) ：指橋墩中線間距離或橋墩中 線與橋臺背前緣的間距，對于拱式橋是指其凈跨徑。 橋梁凈跨徑(l0)：對于梁式橋凈跨徑是指設(shè)計洪水 位上相鄰兩個橋墩（或橋臺）之間的凈距，而拱式 橋是指每孔拱跨拱腳截面內(nèi)邊緣之間的距離。 總跨徑：是多跨橋梁各孔凈跨徑的總和(l0)，也 稱橋梁孔徑。 橋梁與隧道工程 46 橋梁的有關(guān)技術(shù)術(shù)語-2 計算跨徑(l)：對于梁式橋是指橋跨兩端相鄰支座 中心之間的距離。對于拱式橋是指拱軸線兩端點之 間的距離。 橋梁建筑高度(h)：指橋上行車路面（或軌頂）與 橋跨結(jié)構(gòu)下邊緣之間的高差。

16、橋下凈空高度(H)：設(shè)計洪水位或計算通航水位至 橋跨結(jié)構(gòu)下邊緣之間的距離。 橋梁高度(H1) ：低水位至橋面的高差。對于跨線橋 是指橋下道路路面至橋面的高差。橋高的不同對橋 梁施工的要求也不同，其施工的方法和難度會有很 大差異。 橋梁與隧道工程 47 橋梁的有關(guān)技術(shù)術(shù)語-3 凈矢高(f0)：拱橋從拱頂截面下緣至相鄰兩拱腳截 面下緣最低點之連線的垂直距離。 計算矢高(f)：從拱頂截面形心至相鄰兩拱腳截面 形心之連線的垂直距離。 矢跨比：計算矢高f與計算跨徑l之比。 橋梁與隧道工程 48 二、橋梁的分類 1、按跨徑大小分類 我國公路工程技術(shù)標(biāo)準橋梁分類 橋梁與隧道工程 49 國際特大橋梁分類標(biāo)準

17、二、橋梁的分類 橋梁與隧道工程 50 2、按橋面的位置劃分 上承式視野好、建筑高度大 下承式建筑高度小、視野差 中承式兼有兩者的特點 二、橋梁的分類 橋梁與隧道工程 51 二、橋梁的分類 上承式拱橋 橋梁與隧道工程 52 上承式拱橋 橋梁與隧道工程 53 二、橋梁的分類 中承式拱橋 橋梁與隧道工程 54 中承式拱橋 橋梁與隧道工程 55 二、橋梁的分類 下承式拱橋 橋梁與隧道工程 56 下承式拱橋 橋梁與隧道工程 57 3、按橋梁用途來劃分 公路橋、鐵路橋、公路鐵路兩用橋 農(nóng)橋、人行橋、運水橋(渡槽) 其它專用橋梁(如通過管路、電纜等) 二、橋梁的分類 橋梁與隧道工程 58 4、按材料來劃分

18、木橋 鋼橋 圬工橋(包括磚、石、混凝土橋) 鋼筋混凝土橋 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋 二、橋梁的分類 橋梁與隧道工程 59 5、按結(jié)構(gòu)體系劃分 梁式橋主梁受彎 拱橋主拱受壓 剛架橋構(gòu)件受彎壓 懸索橋纜索受拉 組合體系橋幾種受力的組合 二、橋梁的分類 橋梁與隧道工程 60 (1)梁式橋 梁式橋的特點是其橋跨 的承載結(jié)構(gòu)由梁組成。 在豎向荷載作用下梁的 支承處僅產(chǎn)生豎向反力， 而無水平反力(推力)。 梁式橋的內(nèi)力以彎矩和 剪力為主，水平軸力和 扭矩相對很小。 荷載作用方向通常與梁 的軸線相垂直，梁主要 通過抗彎來承受荷載， 并通過支座將其傳遞至 下部結(jié)構(gòu)。 梁式橋可分為簡支梁橋、 連續(xù)梁橋、懸臂梁橋。 橋

19、梁與隧道工程 61 梁式橋 橋梁與隧道工程 62 (2)拱式橋 拱式橋的特點是其橋 跨的承載結(jié)構(gòu)以拱圈 或拱肋為主。在豎向 荷載作用下，兩拱腳 處不僅產(chǎn)生豎向反力， 還產(chǎn)生水平反力（推 力）。 拱式橋是鋼筋混凝土 橋和圬工橋最合理的 結(jié)構(gòu)形式之一。 拱式橋的基本結(jié)構(gòu)體 系可分為有鉸拱和無 鉸拱。 拱式橋適建于地質(zhì)和 地基條件良好的橋址。 橋梁與隧道工程 63 拱橋 橋梁與隧道工程 64 (3)剛架橋 剛架橋是由橋跨結(jié)構(gòu)(主梁)與墩臺(支柱、板墻)整體相連而 形成的結(jié)構(gòu)體系，其梁柱結(jié)點為剛結(jié)。 在荷載作用下，其結(jié)構(gòu)中梁和柱(支柱、板墻)的截面均作用 有彎矩、剪力和軸力。 T形剛架橋?qū)儆跓o推力結(jié)構(gòu)

20、，與其它剛架橋的受力特點根本 不同。T形剛架橋的懸臂部分主要承受負彎矩，一般為對稱 設(shè)置。 剛架橋的外形尺寸較小，橋下 凈空較大，視野開闊，適用于 建筑高度受限、需要較大橋下 凈空的情況。 剛架橋設(shè)計必須考慮附加內(nèi)力。 大跨度預(yù)應(yīng)力剛架橋近年來發(fā) 展迅速。 剛架橋要求橋址有較好的地基 條件或采用深基礎(chǔ)。 橋梁與隧道工程 65 剛架橋 橋梁與隧道工程 66 (4)懸索橋 懸索橋的特點是主要承載結(jié)構(gòu)由橋塔和懸掛在塔上 的高強度柔性纜索及吊索、加勁梁和錨錠結(jié)構(gòu)組成。 主纜索是主要承重結(jié)構(gòu)，但其僅承受拉力。這種橋 型能以較小的建筑高度跨越其它任何橋型無法比擬 的特大跨度。 懸索橋在設(shè)計 計算時，除需考

21、 慮其結(jié)構(gòu)的靜力 特性外，還必須 考慮其結(jié)構(gòu)的動 力特性，尤其它 的抗風(fēng)穩(wěn)定性。 計算通常采用有 限變形理論。 橋梁與隧道工程 67 懸索橋 橋梁與隧道工程 68 (5)組合式橋 組合式橋是由幾個不同的基本類型結(jié)構(gòu)所組成的橋。各種各 樣的組合式橋根據(jù)其所組合的基本類型結(jié)構(gòu)不同，其受力特 點也不同，往往是所組合的基本類型結(jié)構(gòu)的受力特點的綜合 表現(xiàn)。 常見的這類橋型有梁與拱組合式橋，如系桿拱、桁架拱及多 跨拱梁結(jié)構(gòu)等；懸索結(jié)構(gòu)與梁式結(jié)構(gòu)的組合式橋，如斜拉橋 等。 系桿拱橋 系桿拱是典型的梁和拱組合的無推力結(jié)構(gòu)體系。這 一橋型的實用跨徑為30-100m，最大跨徑已達150m。 橋梁與隧道工程 69

22、斜拉橋(獨塔斜拉橋、雙塔斜拉橋、多塔斜拉橋) 斜拉橋由主梁、拉索和索塔組成。 在結(jié)構(gòu)體系中，斜拉索中荷載所引起拉力的水平分 量，使梁結(jié)構(gòu)承受軸向壓力，相當(dāng)于對梁結(jié)構(gòu)施加 預(yù)應(yīng)力；其豎向分量為主梁提供彈性支承。 與懸索橋相比，抗風(fēng)穩(wěn)定性明顯改善，不需要巨大 的錨錠結(jié)構(gòu)。與梁式橋相比，主梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布 更均勻合理。 這一橋型的實用跨徑為1501000m，最大跨徑已達 890m。目前在建的蘇通長江大橋跨徑為1088m，2008 年建成。 橋梁與隧道工程 70 組合體系橋梁 橋梁與隧道工程 71 6、按跨越方式 固定式的橋梁 開啟橋 浮橋 漫水橋 二、橋梁的分類 橋梁與隧道工程 72 開啟橋 橋梁與

23、隧道工程 73 7、按施工方法 整體施工橋梁上部結(jié)構(gòu)一次澆筑而成 節(jié)段施工橋梁上部結(jié)構(gòu)分節(jié)段組拼而成 二、橋梁的分類 橋梁與隧道工程 74 二、橋梁的分類 整體施工橋梁 橋梁與隧道工程 75 二、橋梁的分類 節(jié)段施工橋梁 橋梁與隧道工程 76 橋梁與隧道工程 77 第一章 概論 第三節(jié) 橋梁的總體規(guī)劃與設(shè)計要點 橋梁與隧道工程 78 一、橋梁設(shè)計程序一、橋梁設(shè)計程序 （一）前期工作預(yù)可行性研究報告與 可行性研究報告的編制 1.工程必要性論證工程必要性論證 2.工程可行性論證工程可行性論證制定橋梁標(biāo)準、自然條 件及周圍環(huán)境、橋式方案、橋位 3.經(jīng)濟可行性論證經(jīng)濟可行性論證造價及回報、資金來源 及償還 橋梁與隧道工程 79 （二）初步設(shè)計 1.1.進一步開展水文、勘測工作 2.2.橋式方案比選 3.3.科研項目立項 4.4.施工組織設(shè)計 5.5.概算 橋梁與隧道工程 80 （三）技術(shù)設(shè)計 進一步深化初步設(shè)計： 充分勘探、確定細部尺寸、截面配筋、確定施 工方法、調(diào)整概算 橋梁與隧道工程 81 （四）施工圖設(shè)計 編制施工圖、編制工程預(yù)算 中小橋可以簡化程序 國外施工設(shè)計由施工承包商進行 國內(nèi)所有設(shè)計由設(shè)計單位進行 橋梁與隧道工程 82 二、橋梁的規(guī)劃設(shè)計二、橋梁的規(guī)劃設(shè)計 （一）野外勘測與調(diào)查研究 1.橋梁的任務(wù)橋梁的任務(wù)