土木工程概論橋梁工程

第6章橋梁工程什么是橋梁——是指供鐵路、道路、管道、渠道等交通運(yùn)輸線路跨越水體或山谷的工程構(gòu)筑物。橋梁的原始雛形——獨(dú)木橋、浮橋和石拱。隨著科學(xué)技術(shù)的開展和社會(huì)的進(jìn)步，橋梁的跨越能力越來越強(qiáng)，功能與構(gòu)造形式也越來越多樣化。

橋梁的組成橋梁的組成：上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、根底

橋梁設(shè)計(jì)中一般考慮以下荷載的作用：(1)恒載：橋自重、高欄、橋面等的重量。

(2)活載：汽車、列車等交通荷載、人群荷載。(3)沖擊力：交通工具的沖擊。(4)風(fēng)載：作用于橋梁、汽車、列車的風(fēng)。(5)離心力；在曲線橋的情況下，列車的離心力。(6)制動(dòng)作用：列車、汽車緊急剎車的作用。(7)溫度作用：由于溫度變化構(gòu)件伸縮受到限制產(chǎn)生的內(nèi)力。(8)地震作用：地震引起的慣性作用。(9)雪載：在積雪較多的地區(qū)予以考慮。橋梁工程的荷載與建筑工程的區(qū)別主要受車輛的移動(dòng)荷載。還要承受來自車輛的沖擊力、離心力等。根底、橋墩工程較復(fù)雜。按使用性分類：公路橋、、公鐵兩用橋、人行橋、機(jī)耕橋、過水橋等按結(jié)構(gòu)形式分類：梁橋、板橋、拱橋、剛構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋

橋梁的分類按跨徑大小和多跨總長(zhǎng)分類：小橋、、中橋、大橋、特大橋等按行車道位置分類：上承式橋、中承式橋、下承式橋按使用年限分類：永久性橋、半永久性橋、臨時(shí)橋按材料分類：木橋、圬工橋、鋼筋混凝土橋、鋼橋〔1〕使用上的要求〔2〕經(jīng)濟(jì)上的要求〔3〕結(jié)構(gòu)上的要求〔4〕美觀和環(huán)保的要求

橋梁工程的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)要點(diǎn)6.2.1橋梁總體規(guī)劃的任務(wù)和重點(diǎn)〔1〕選擇橋位〔2〕確定橋梁總跨徑和分孔數(shù)〔3〕橋梁的縱橫斷面布置〔4〕公路橋型的選擇6.2.2橋梁工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

橋梁的結(jié)構(gòu)形式

(1)梁式橋

梁式橋是一種最簡(jiǎn)單常用的橋梁上部結(jié)構(gòu)形式，用于中小跨徑橋梁。主梁常用斷面形式有I型、T型、箱型和板梁等。

概念：在豎向移動(dòng)式荷載作用下無水平反力的結(jié)構(gòu)體系。受力特點(diǎn)：梁作為受彎構(gòu)件由梁跨兩端支座〔橋墩或橋臺(tái)〕支撐著。主梁斷面連續(xù)桁架梁橋。支承在三個(gè)支點(diǎn)以上的橋梁。簡(jiǎn)支梁橋伸臂梁橋梁式橋的支撐條件武漢長(zhǎng)江大橋1957年建成,是中國(guó)在萬里長(zhǎng)江上修建的第一座鐵路、公路兩用橋梁。全橋總長(zhǎng)1670米，其中正橋1156米，北岸引橋303米，南岸引橋211米。從基底至公路橋面高80米，下層為雙線鐵路橋，寬米，兩列火車可同時(shí)對(duì)開。橋身為三聯(lián)連續(xù)橋梁，每聯(lián)3孔，共8墩9孔。每孔跨度為128米。1969年建成,是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造、施工并使用國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)鋼材的現(xiàn)代化大型橋梁，屬于連續(xù)鋼桁梁雙層橋。全長(zhǎng)包括引橋在內(nèi)，鐵路局部為6772m，公路局部為4589m。南京長(zhǎng)江大橋九江長(zhǎng)江大橋該橋鐵路局部全長(zhǎng)，公路局部，最大跨度為216m。屬于梁式橋與拱的組合體系橋。216m〔2〕拱式橋概念：拱橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈，它在橋面豎向移動(dòng)荷載作用下橋墩或橋臺(tái)要承受水平推力，同時(shí)，這種推力將顯著抵消在拱圈中引起的彎矩，使拱圈承受的主要是壓力，故通常可采用抗壓能力強(qiáng)的圬工材料(如石、磚、混凝土)建造。趙州橋趙州橋座落在河北省南部的洨河上，洨河流經(jīng)趙縣。由著名匠師李春設(shè)計(jì)和建造，距今已有1400年的歷史，是當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代敞肩石拱橋。湖南長(zhǎng)沙湘江雙曲拱橋。主拱圈橫截面是由一個(gè)或數(shù)個(gè)小拱組成的。主拱圈在縱向及橫向均呈曲線形。拱橋的主要優(yōu)點(diǎn)材料就地取材，與鋼橋和鋼筋混凝土梁式橋相比，可節(jié)省大量的鋼材和水泥。能耐久，養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用少。外形美觀拱橋的承重方式上承式拱橋：橋面布置在主要承重構(gòu)件之上。

中承式拱橋：橋面在橋跨結(jié)構(gòu)的高度中間武漢晴川橋武漢晴川大橋位于漢江與長(zhǎng)江的交匯處，連接漢口的中山大道和漢陽鐵門關(guān)，主橋?yàn)橄鲁惺戒摴軣o鉸拱橋，工程全長(zhǎng)米,凈跨280米。

下承式拱橋：橋面布置在承重結(jié)構(gòu)之下。〔3〕剛架橋橋跨結(jié)構(gòu)與橋墩整結(jié)，即剛性連接。(rigidconnection)特點(diǎn)橋墩與橋跨剛性連接概念：是梁和柱〔或豎墻〕整體結(jié)合的橋梁結(jié)構(gòu)。1、在豎向移動(dòng)荷載作用下，梁部主要受彎，柱腳處有水平推力。受力特點(diǎn)：2、受力狀態(tài)介于梁式橋和拱橋之間。⑶類型T形剛架橋，便于施加預(yù)應(yīng)力，加掛梁后，跨度很大。連續(xù)剛架橋.有較好的抗震性能。斜腿剛架橋。造型輕巧美觀。T形剛架橋〔剛構(gòu)橋〕掛梁廣東虎門珠江輔航道橋建于1997年。橋面有6車道，總寬33m，主跨270m由上下行兩座單橋組成。主航道橋?yàn)榭鐝?88m的鋼箱梁懸索橋。位于廣東東莞和番禺市之間跨越珠江的公路大橋，全橋長(zhǎng)3618m。該橋建于1997年。主跨270m，屬于連續(xù)剛架橋。主跨跨徑世界第一。連續(xù)剛架橋Y形墩多孔預(yù)應(yīng)力連續(xù)-—?jiǎng)偧軜驈V西桂林漓江橋該橋是一座建于風(fēng)景區(qū)的預(yù)應(yīng)力混凝土V形墩剛架橋。主跨和分孔為＋95m＋67.5m,主孔懸臂長(zhǎng)，掛梁長(zhǎng)40m，斜腿傾角45o，長(zhǎng)12m。整座橋型線條流暢，輕巧別致，橋景相融。斜腿剛架橋陜西安康漢江橋〔4〕斜拉橋斜拉橋主要由塔、主梁和斜拉鋼索組成。斜拉橋一般為雙塔，有時(shí)也可采用單塔；絕大多數(shù)橋塔是豎向的，極少數(shù)為斜立。斜拉橋的跨度一般介于懸索橋和桁架橋之間，通常為鋼梁或鋼筋混凝土梁。某現(xiàn)代化斜拉橋施工現(xiàn)場(chǎng)輻射形豎琴形扇形輻射形索型豎琴形索型來賓紅水河，位于廣西紅水河，是我國(guó)修建的第一座預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路斜拉橋。全長(zhǎng)398ｍ，主跨48＋96＋48(ｍ〕，索型采用雙塔豎琴型。扇形索型三臺(tái)涪江橋位于四川省三臺(tái)縣跨越涪江。全橋共１１孔，全長(zhǎng)５６０．３ｍ。該橋主橋?yàn)殡p塔混凝土斜拉橋，其孔跨為５６＋１２８＋５６(ｍ〕。，橋面總寬１２．５ｍ(車行道７ｍ及兩側(cè)人行道各２．２５ｍ〕。斜拉索為扇形雙索面體系。構(gòu)造要求一般為三孔，中孔為主孔，邊孔跨度通常為中孔的倍〔多在倍左右〕。假設(shè)為兩孔，其跨度比值為，常在之間。索面根據(jù)橋?qū)捄兔烙^要求可為雙索或單索面。索面根據(jù)橋?qū)捄兔烙^要求可為單索或雙索；索塔也可是單塔或雙塔。單塔單索面重慶石門橋位于重慶市沙坪壩，跨越嘉陵江，全長(zhǎng)716ｍ。主橋?yàn)?00＋230(ｍ〕單索面獨(dú)塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，橋面全寬ｍ，設(shè)４車道。墩高約50ｍ，塔柱自橋面以上高113ｍ，塔總高約163ｍ。拉索采用平行索布置。雙塔雙索面濟(jì)南黃河公路橋位于山東省濟(jì)南市北郊，大橋全長(zhǎng)ｍ，其中主橋長(zhǎng)488ｍ，為５孔40＋94＋220＋94＋20(ｍ〕連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔斜拉橋。。該橋總寬ｍ，其中車行道15ｍ，兩側(cè)人行道各２ｍ。橋塔為Ａ型門式立體結(jié)構(gòu)，塔高ｍ，索面采用扇形布置，索距８ｍ，每塔共11對(duì)索。大橋于1982年建成。廣東沙溪大橋。橋型為單面獨(dú)塔斜拉板橋。橋長(zhǎng)553m.我國(guó)現(xiàn)代斜拉橋始建于1975年四川云陽橋-我國(guó)最早建成的現(xiàn)代斜拉橋輻射型拉索云陽湯溪河橋位于四川省云陽縣，是我國(guó)第一座試驗(yàn)性斜拉橋，建于1975年。雙塔斜拉橋的孔跨布置為＋＋34.91(ｍ〕，全長(zhǎng)ｍ。每塔有三對(duì)斜拉索，由鋼芯纜索組成，呈輻射形布置。改革開放后我國(guó)建成和正在建設(shè)的重要的大型現(xiàn)代斜拉橋工程有：上海南浦大橋主跨徑423m上海南浦大橋，全長(zhǎng)8346m，1991年建成。主橋跨徑171+423+171m，為雙塔雙索面鋼與混凝土疊和斜拉橋，扇形拉索，主塔高150m，H形折線形塔身。上海楊浦大橋主跨徑602m上海楊浦大橋，1993年建成?？鐝?02m，雙塔雙索面，主塔高144m，鉆石形塔身，為當(dāng)時(shí)世界最大跨徑的斜拉橋。當(dāng)年在建設(shè)的楊浦大橋重慶長(zhǎng)江二橋主跨444m重慶長(zhǎng)江二橋位于重慶市西郊九龍坡地區(qū)，大橋南岸為李家沱工業(yè)區(qū)，主孔全長(zhǎng)1288米。該橋?yàn)殡p塔雙索預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主塔高141米，1995年底建成。武漢長(zhǎng)江二橋主跨400m當(dāng)年大橋施工即將合攏的情況武漢長(zhǎng)江三橋〔白沙洲大橋主跨618m〕武漢白沙洲大橋位于武漢長(zhǎng)江大橋上游公里處，全長(zhǎng)3586米，正橋長(zhǎng)2458米，主跨618米，是雙塔雙索面斜拉橋。大橋北岸引橋與漢陽鸚鵡大道形成三層立交，南岸跨武昌武金臨江大道，橋面凈寬米，６車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為８０公里，設(shè)計(jì)日通車能力５萬輛次。建成通車?！?〕懸索橋

懸索橋是在橋的兩端設(shè)置索錨，借助于架設(shè)在橋塔的拉索，通過分布設(shè)置的吊桿將橋上的荷載傳至懸索上。一般認(rèn)為在所有橋式中，懸索橋的可能跨度最大。目前主跨超過1000m的橋梁主要為懸索橋。

概念是一種古老橋型。早期制索材料為藤條、竹子、皮革、鐵鏈等。至今我國(guó)四川灌縣安瀾竹索橋仍保持著原始的風(fēng)貌。建于公元1705年的四川大渡河的瀘定鐵索橋，主跨達(dá)103m，很可能是當(dāng)時(shí)世界跨度最大的懸索橋。鋼纜采用高強(qiáng)鋼絲成股編制，充分發(fā)揮材料優(yōu)越的抗拉性能。根本組成荷載傳遞主纜、塔架、加勁梁、錨碇橋面主梁吊桿主塔地基在力的傳遞過程中，吊桿和主纜索承受很大的拉力，此拉力由兩岸橋臺(tái)后修筑的巨型錨碇平衡。懸索橋示意圖懸索橋受力示意優(yōu)點(diǎn)能充分發(fā)揮鋼纜材料優(yōu)越的抗拉性能。因此結(jié)構(gòu)自重輕，可以獲得比斜拉橋更大的跨徑；成卷鋼纜便于運(yùn)輸，也便于無支架懸吊拼裝，適合在大江、湖?；蚩缭缴顪?、深谷時(shí)采用。懸索橋邊跨與主跨之比一般為，最小可達(dá)。我國(guó)建造現(xiàn)代大跨度懸索橋的開展情況我國(guó)應(yīng)用懸索橋的歷史雖比西方早1000多年〔據(jù)記載我國(guó)早在8世紀(jì)就出現(xiàn)了鐵鏈懸索結(jié)構(gòu)，西方是在1218年在瑞士出現(xiàn)了一座懸鏈?zhǔn)綐?，即橫跨斯高林峽谷的特蘭斯弗斯大橋〕，但建造現(xiàn)代大跨度懸索橋的歷史我國(guó)卻是近幾年的事，但開展很快。1995年建成的汕頭海灣大橋，跨徑452m1996年建成的西陵長(zhǎng)江大橋，跨徑900m香港青馬大橋建于1997年大橋主塔施工的情況當(dāng)年大橋安裝鋼箱梁的情況大橋主纜施工的情況(6)組合體系橋

同時(shí)采用幾種橋型的組合形式，充分利用各種形式橋的受力特性，發(fā)揮其優(yōu)越性。梁拱組合體系橋6.4橋墩與橋臺(tái)橋墩承受上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力還要承受水流，風(fēng)力和船只的撞擊力。橋臺(tái)承受上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力還要承受擋土護(hù)岸等土的壓力。根底承受上部結(jié)構(gòu)、橋墩的重力和橋上的可變荷載。橋臺(tái)和橋墩由臺(tái)〔墩)帽、臺(tái)〔墩)身和根底組成。6.4.1橋墩的類型橋墩在結(jié)構(gòu)上必須有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在布設(shè)上要考慮橋墩與河流的相互影響，即水流沖刷橋墩和橋墩壅水的問題。在空間上應(yīng)滿足通航和通車的要求。一般公路橋梁常采用的橋墩類型根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為實(shí)體式(重力式)橋墩、空心式橋墩和樁(柱)式橋墩?！?〕重力式橋墩主要特點(diǎn)是依靠自身重量來平衡外力而保持穩(wěn)定。適用于荷載較大的大、中型橋梁，或流水、漂流物較多的江河之中。缺點(diǎn)是圬工體積大，自重大，阻水面積也較大?！?〕空心式橋墩克服了實(shí)體式橋墩在許多情況下強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮的缺點(diǎn)，而將混凝土或鋼筋混凝土做成空心薄壁的形式。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省圬工材料，減輕重量，但經(jīng)不起漂浮物的撞擊。〔3〕樁〔或柱〕式橋墩是將樁基一直延伸到橋跨結(jié)構(gòu)下面，樁頂澆筑墩帽，樁作為墩身的一局部，樁和墩帽均由鋼筋混凝土制成。1.要求：〔1〕足夠的強(qiáng)度；〔2〕防止在荷載作用下發(fā)生大的水平唯一、轉(zhuǎn)動(dòng)、沉降。2.形式：〔1〕實(shí)體式橋臺(tái)U型橋臺(tái)是最常用的橋臺(tái)形式，它由支承橋跨結(jié)構(gòu)的臺(tái)身與兩側(cè)翼墻在平面上構(gòu)成U字形而得名。一般用圬工材料砌筑，構(gòu)造簡(jiǎn)單。適合于填土高度在8～10m以下，跨度稍大的橋梁。缺點(diǎn)是橋臺(tái)體積和自重較大，也增加了對(duì)地基的要求。6.4.2橋臺(tái)的類型〔2〕埋置式橋臺(tái)它是將臺(tái)身大局部埋入錐形護(hù)坡中，只露出臺(tái)帽在外，以安置支座及上部結(jié)構(gòu)。由于臺(tái)前護(hù)坡用作永久性外表防護(hù)設(shè)施，存在被洪水沖毀而使臺(tái)身裸露的可能，故一般用于橋頭為淺灘、護(hù)坡受沖刷較小的場(chǎng)合。6.5橋梁根底橋梁的根底承擔(dān)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。橋梁根底往往遭受水流的沖刷。橋梁根底一般比房屋根底的規(guī)模大，需要考慮的問題多，施工條件也困難。橋梁根底的類型：剛性擴(kuò)大根底、樁根底和沉井根底、氣壓沉箱根底。一、剛性擴(kuò)大根底是實(shí)體式墩臺(tái)淺根底的根本形式。由于地基承載力一般較墩臺(tái)的承載力低，因而需要將其根底平面尺寸擴(kuò)大以滿足地基承載力要求，這種剛性根底又稱剛性擴(kuò)大根底。它是橋涵及其他構(gòu)造物常用的根底形式，其平面形狀常為矩形。當(dāng)根底較厚時(shí)，可在縱橫兩個(gè)剖面上都做成臺(tái)階形，以減少根底自重，節(jié)省材料。

二、樁根底是橋梁根底中常用的形式。適用于地基上面土層較軟且較厚，或水流稍深的江河道上的橋梁根底。三、沉井根底在橋梁根底中被廣泛使用。四、沉箱根底沉箱形似有頂蓋的沉井。在水下修筑大橋時(shí)，假設(shè)用沉井根底施工有困難，那么改用氣壓沉箱施工，并用沉箱作根底。練習(xí)題〔一〕判斷題1、開展交通運(yùn)輸事業(yè)，建立四通八達(dá)的現(xiàn)代交通網(wǎng)，那么離不開橋梁建設(shè)。〔〕2、橋梁的根底承擔(dān)著橋墩、橋跨結(jié)構(gòu)(橋身)的全部重量，不包括橋上的可變荷載?！病?、按照橋梁主要承重結(jié)構(gòu)所用材料分為：圬工橋、鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋和斜拉橋等。〔〕4、拱式橋的拱圈承受的彎矩