-橋梁工程概述上課講義

第八章橋梁工程概述目的要求：要求學(xué)生熟練掌握橋梁工程中橋梁的分類與選用、總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)要點(diǎn)等知識(shí)。教學(xué)內(nèi)容：橋梁的分類與運(yùn)用；橋梁工程的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)要點(diǎn)；橋跨結(jié)構(gòu)；橋墩與橋臺(tái)；橋梁基礎(chǔ)。本章重點(diǎn)：橋梁的分類與運(yùn)用；橋梁工程的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)要點(diǎn)；橋跨結(jié)構(gòu)。7.1引言7.2橋梁類別和著名橋梁掠影7.3橋梁的規(guī)劃設(shè)計(jì)7.4橋墩、橋臺(tái)和橋梁基礎(chǔ)7.5橋梁施工目錄課程要求第7.1節(jié)引言1.橋梁的定義

2.橋梁的組成及特點(diǎn)3.橋梁工程的內(nèi)容1.了解橋梁的概念；

2.了解橋梁的組成及特點(diǎn)；3.了解橋梁工程的內(nèi)容。本節(jié)目錄基本要求

橋梁(Bridge)指供道路、鐵路、渠道、管線等跨越水體、山谷或彼此問相互跨越的工程構(gòu)筑物，是交通運(yùn)輸中重要的組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展中占有極其重要的地位。

橋梁工程則指修建的這些工程構(gòu)筑物和修建、使用過程中所應(yīng)用的各項(xiàng)技術(shù)的總稱；橋梁工程是土木工程的重要組成部分。

橋梁的原始雛形是堤梁、獨(dú)木橋、浮橋和石拱。世界上現(xiàn)存最古老的石橋在希臘的伯羅奔尼撒半島，是一座用石塊干壘的單孔石拱橋，距今3500年左右建成（圖7.1.1）。

7.1.1橋梁的定義和分類?跨越河流的橋梁稱為跨河橋(RivercrossingBridge)；

?跨越山谷的橋梁稱為跨谷橋(ValleycrossingBridge)；?跨越海峽的橋梁稱為海峽大橋(ChannelBridge)；?跨越鐵路或公路的橋梁稱為跨線橋(DryBridge)或立交橋(Overpass)。如圖7.1.2所示根據(jù)橋的用途不同，還可分為鐵路橋、公路橋、公鐵兩用橋、人行橋和渡槽等?？绾訕蚩绻葮蚝{大橋跨線橋圖7.1.2橋梁分類返回7.1.2橋梁的組成及特點(diǎn)一、橋梁的組成

?

橋梁上部結(jié)構(gòu)：即橋身，又稱橋跨結(jié)構(gòu)，主要包括：橋面、主梁、支座和其他附屬設(shè)備。

?橋梁的下部結(jié)構(gòu)：是指支撐橋梁的墩臺(tái)和基礎(chǔ)。

下部結(jié)構(gòu)(bridgesubstructure)圖7.1橋梁的主要構(gòu)成部分

橋長(zhǎng)跨徑(span)橋墩(pier)橋臺(tái)(abutment)基礎(chǔ)(foundation)跨徑(span)上部結(jié)構(gòu)(bridgesuperstructure)｛基礎(chǔ)(foundation)橋臺(tái)(abutment)基礎(chǔ)(foundation)

橋梁工程中的荷載、材料、地基和內(nèi)力效應(yīng)4個(gè)基本問題和建筑工程相同，但有以下3點(diǎn)區(qū)別：

(1)活載主要是鐵路列車或公路車輛荷載，它們是以一系列集中力和均布作用力組成的移動(dòng)式荷載。

(2)作用效應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)除承受各種荷載引起的拉力、壓力、彎矩、剪力、扭矩以外，還要承受由鐵路列車或公路汽車行進(jìn)過程中產(chǎn)生的沖擊力、離心力、橫向搖擺力(鐵路列車有)、制動(dòng)力或牽引力等。二、橋梁的特點(diǎn)

(3)

墩、臺(tái)和基礎(chǔ)

與建筑工程相比，橋梁基礎(chǔ)埋置較深(因活載強(qiáng)大和地基的淺層土較軟)，水中的橋墩和橋臺(tái)及其基礎(chǔ)要考慮河流沖刷和船只撞擊，水中墩、臺(tái)和基礎(chǔ)施工時(shí)遇到的技術(shù)問題復(fù)雜，導(dǎo)致工程量大、工期長(zhǎng)、造價(jià)高。

7.1.3橋梁工程的內(nèi)容橋梁工程的內(nèi)容如圖7.2所示。

圖7．2橋梁工程的內(nèi)容返回梁式橋拱橋桁架橋剛架橋懸索橋斜拉橋上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)加勁肋橫梁縱梁橋面鋪裝橋面板加勁肋橫梁縱梁拉索懸索橋垮結(jié)構(gòu)附屬結(jié)構(gòu)照明設(shè)施防護(hù)設(shè)施排水設(shè)施信號(hào)標(biāo)志橋渡設(shè)計(jì)橋式方案設(shè)計(jì)橋垮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橋梁施工橋梁試驗(yàn)、檢定橋梁養(yǎng)護(hù)組成部分工程內(nèi)容結(jié)構(gòu)分類第7.2節(jié)橋梁類別和著名橋梁掠影橋梁的類別及著名橋梁了解橋梁的類別，熟悉相應(yīng)著名橋梁本節(jié)目錄基本要求按用途分，橋梁結(jié)構(gòu)可分為：

鐵路橋、公路橋、公鐵兩用橋、城市道路橋(含立交橋)、農(nóng)村道路橋、人行橋、管線橋和渡槽橋等；此外，還有浮橋、漫水橋、活動(dòng)橋等特殊用途的橋梁。一、橋梁的分類按橋身結(jié)構(gòu)材料分，可分為：

木橋、圬工橋(含磚、石和混凝土砌塊橋)、鋼筋混凝土僑、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋等。

按結(jié)構(gòu)形式，橋梁可分為：?梁式橋(beambridge)?桁架橋(trussbridge)?拱式橋(archbridge)?剛構(gòu)橋(rigidframebridge)?斜拉橋（斜張橋）(cablestayedbridge)?懸索橋（吊橋）(suspensionbridge)(1)梁式橋(Beambridge)

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、箱型和板式橋等。

圖7.2.1主梁常用斷面形式(a)工字形斷面(鋼及鋼筋混凝土梁）(b)T形斷面(鋼筋混凝土梁)(c)箱形斷面（鋼及鋼筋混凝土梁）（d）板梁（鋼筋混凝土梁）

梁式橋根據(jù)其支承條件可分為：?簡(jiǎn)支梁橋(Simplesupportedbeambridge)

圖7.2.2梁式橋的支承條件(a)簡(jiǎn)支梁(b)多跨連續(xù)梁(c)多跨靜定梁?連續(xù)梁橋(continuousbeambridge)

?多跨靜定梁橋(Multi-spanStaticallydeterminate)

圖7.2.4桁架橋常用桿件組成形式豎桿上弦桿下弦桿(a)帶豎桿的平行弦(b)帶豎桿的平行弦(c)無豎桿的平行弦(2)桁架橋(Trussbridge)

荷載由各桿件的軸力承擔(dān)。這種橋式一般適用于鋼橋、木橋，極少用于混凝土橋。桁架橋高一般大于梁式橋，可用于較大跨度的橋梁。桁架橋根據(jù)其支承條件也可分為簡(jiǎn)支橋和連續(xù)梁橋等。圖7.2.3桁架橋(3)拱橋(Archbridge)

在拱橋中，相當(dāng)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。(a)無鉸拱(EcardinalArch)(b)兩鉸拱(Tow-hingedArch)(c)三鉸拱(Three-hingedArch)圖7.2.5無鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱(a)桁架拱橋(GirderArch)(b)系桿拱橋(BinderArch)圖7.2.7桁架拱橋和系桿拱橋圖7.2.6趙州安濟(jì)橋(4)斜拉橋(Cablestayedbridge)

斜拉橋主要由塔、主梁和斜拉鋼索組成；斜拉橋的跨度一般介于懸索橋和桁架橋之間，通常采用鋼梁或預(yù)應(yīng)力混凝土梁。圖7.2.8斜拉橋的構(gòu)成塔主梁(Deck)斜拉鋼索(Cable)斜拉鋼索塔(Pylon)圖7.2.9單塔斜拉橋

正在建設(shè)中的南京長(zhǎng)江二橋南汊橋主橋，主跨為628m。圖7.2.10南京長(zhǎng)江二橋南汊橋主橋(5)懸索(吊)橋(Suspensionbridge)

懸索橋是在橋的兩端設(shè)置索錨，借助于架設(shè)在橋塔間的懸索，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。圖7.2.11懸索（吊）橋懸索(Cable)吊桿(Suspender)塔架(PylonorTower)錨固(Abutment)錨固二、各類橋梁掠影梁式橋（圖7.2.12）拱式橋（圖7.2.13）剛構(gòu)橋（圖7.2.14）斜拉橋（圖7.2.15）懸索橋（圖7.2.16）武漢長(zhǎng)江大橋鋼桁梁橋圖7.2.12梁式橋簡(jiǎn)支梁橋南寧邕江大橋-懸臂橋

杭州錢塘江二橋-連續(xù)梁橋

返回圖7.2.13拱式橋德興太白橋-剛架拱橋圬工拱橋返回圖7.2.14剛構(gòu)橋遼陽太子河橋青銅峽黃河公路大橋返回圖7.2.15斜拉橋廣州丫髻沙大橋南浦大橋夜景寧波甬江橋錢江三橋汕頭石大橋桃江馬跡塘橋蕪湖長(zhǎng)江大橋返回

Conway大橋圖7.2.16懸索橋Hammersmith大橋德勒斯登橋返回第7.3節(jié)橋梁的規(guī)劃設(shè)計(jì)1.選址2.下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了解橋梁的規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本節(jié)目錄基本要求7.3.1選址

長(zhǎng)大橋梁位置的選取基本上取決于公路（鐵路）線路的規(guī)劃。平面位置的確定需對(duì)各種因素進(jìn)行綜合考慮；繼而進(jìn)行橋址的測(cè)量和地質(zhì)勘探。根據(jù)地形地質(zhì)、交差條件、河流設(shè)計(jì)水位、經(jīng)濟(jì)性、施工工藝（難易程度、工期）、環(huán)境影響（振動(dòng)、噪聲）和景觀等條件，進(jìn)行綜合分析，探討擬建橋梁的跨徑和結(jié)構(gòu)形式。

7.3.2下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下部結(jié)構(gòu)（橋墩、橋臺(tái)）受上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向、水平荷載及土壓力的作用，必須具備安全地傳給地基的功能。7.3.3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中一般考慮以下荷載的作用：(1)

恒載(Deadload)：橋自重、欄桿、橋面等的重量。(2)

活載(Liveload)：汽車、列車等交通荷載、人群荷載。(3)

沖擊力(ImpactForce)：交通工具的沖擊。(4)

風(fēng)載(Windload)：作用于橋梁、汽車、列車的風(fēng)。(5)

離心力(Centrifugalforce)：在曲線橋的情況下，列車的離心力。(6)

制動(dòng)作用(BrakingAction)：列車、汽車緊急剎車的作用。(7)

溫度作用(TemperatureAction)：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(SeismicAction)：地震引起的慣性作用。(9)

雪載(Snowload)：在積雪較多的地區(qū)予以考慮。第7.4節(jié)橋墩、橋臺(tái)和橋梁基礎(chǔ)1.橋墩

2.橋臺(tái)3.基礎(chǔ)了解橋墩、橋臺(tái)、橋梁基礎(chǔ)的受力構(gòu)造和特點(diǎn)本節(jié)目錄基本要求7.4.1橋墩

橋墩既要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力，還要承受流水壓力、水面上的風(fēng)力和可能出現(xiàn)的冰壓力、船只的撞擊力等。所以橋墩必須有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在布設(shè)上要考慮橋墩和河流的相互影響，在空間上應(yīng)滿足通航和通車的要求。

橋墩的類型（1）實(shí)體重力式如圖7.4.1(a)靠自身重力平衡外力、保持穩(wěn)定，但體積較大，所占空間和阻水面積也較大，所用材料的強(qiáng)度得不到充分利用，適用于大中型橋梁。（2）構(gòu)架式如圖7.4.1(b)、(c)、(d)、(e)，克服了實(shí)體重力式的缺點(diǎn)，但有時(shí)會(huì)經(jīng)不住漂浮物的撞擊。

（3）樁或柱式如圖7.4.1(f)、(g)、(h)，將樁基向上延伸至橋跨結(jié)構(gòu)下；如在樁頂上修筑承臺(tái)，在承臺(tái)上修筑立柱作墩身則成柱式，適用于跨度不大于30m的橋梁。圖7.4.1橋墩示例

(a)重力式(b)構(gòu)架式(c)X形(d)Y形(e)V形(f)樁式(g)雙柱式(h)單柱式

返回7.4.2橋臺(tái)

橋臺(tái)既要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向力和水平力，還要擋土護(hù)岸，承受臺(tái)后填土及土上荷載產(chǎn)生的土壓力，因此，橋臺(tái)必須有足夠強(qiáng)度并要避免發(fā)生過大的水平位移、轉(zhuǎn)動(dòng)和沉陷。

橋臺(tái)的類型（1）實(shí)體式如圖7.4.2(a)、(b)，它以U形或八字形最常用，由臺(tái)身與兩側(cè)翼墻在平面上的形狀得名，它構(gòu)造簡(jiǎn)單但體積和自重較大，適用于填土高度在8～10m以下的橋梁（2）埋置式如圖7.4.2(c)、(d)，將臺(tái)身大部分埋入錐體護(hù)坡中，露出臺(tái)帽以安置支座及上部結(jié)構(gòu)；一般用于橋頭為淺灘時(shí)兩種。

圖7.4.2橋臺(tái)示例

(a)U形(b)八字形(c)埋置式(d)耳墻式返回7.4.3基礎(chǔ)

橋梁基礎(chǔ)承受橋跨結(jié)構(gòu)、橋墩(臺(tái))的全部重力和橋上的可變荷載，而且往往修筑于江河流水之中，遭受水流沖刷。所以橋梁基礎(chǔ)一般比房屋基礎(chǔ)規(guī)模大、埋入土層的深度深、施工困難(往往要先筑起圍堰抵擋水流后才能施工)。

橋梁基礎(chǔ)的類型（1）剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)如圖7.4.3(a)，適用于淺基礎(chǔ)，地基為密實(shí)土層、（2）樁基礎(chǔ)如圖7.4.3(b)，適用于地基上部土層軟弱、適宜的持力層(密實(shí)土層或巖面)較深時(shí)。

按施工方法分為：打入式鋼板樁或混凝土預(yù)制樁

現(xiàn)澆式混凝土灌注樁按受力情況分為：端承樁摩擦樁（3）管柱基礎(chǔ)

如圖7.4.3(c)，以鋼管柱為基礎(chǔ)支承構(gòu)件，埋人巖層鉆孔中。（4）沉井基礎(chǔ)如圖7.4.3(d)，它四周有壁、下部無底、上部無蓋、側(cè)壁下有刃腳，通常用鋼筋混凝土制成；通過從井孔內(nèi)挖土，借助自身重力下沉，用混凝土封底并塞滿井筒，成為整體式深基礎(chǔ)，在橋梁工程中廣泛使用。（5）沉箱基礎(chǔ)如圖7.4.3(e)，以氣壓沉箱修筑橋墩橋臺(tái)的構(gòu)筑物；它先在水下就位，將壓縮空氣壓入沉箱室內(nèi)部，排出其中的水后可在箱內(nèi)挖土施工，通過升降筒和氣閘將土運(yùn)出，使沉箱在自重和頂面壓重下下沉，最后用混凝土填實(shí)工作室而成。

圖7.4.3橋梁基礎(chǔ)示例(a)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)；(b)樁基礎(chǔ)；(c)鋼管基礎(chǔ)；(d)沉井基礎(chǔ)；(e)沉箱基礎(chǔ)

注：（1）(a)、(b)為兩個(gè)圖，中間用對(duì)稱線隔開，對(duì)稱線兩側(cè)對(duì)稱（2）端承樁和摩擦樁是兩種樁型，它們并不存在同一個(gè)樁基礎(chǔ)中。返回第7.5節(jié)橋梁施工1.上部結(jié)構(gòu)架設(shè)2.基礎(chǔ)施工初步了解橋梁上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)施工的方法和過程本節(jié)目錄基本要求7.5.1上部結(jié)構(gòu)架設(shè)?有支架架設(shè)

橋梁架設(shè)方法可分為有支架架設(shè)和無支架架設(shè)兩類。?無支架架設(shè)

是指在橋下首先拼組臨時(shí)支架，然后在支架進(jìn)行橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的方法。這種工法往往受到橋下施工場(chǎng)地的限制。表中懸臂法施工預(yù)應(yīng)力混凝土橋，可以現(xiàn)澆，也可以分段預(yù)制裝配。表7.5.1橋梁架設(shè)方法

橋式懸臂法頂推法滑拽法懸索架設(shè)吊機(jī)架設(shè)滑摸O×OOO×混凝土橋OO××OO鋼橋施工方法圖7.5.1南京長(zhǎng)江二橋北汊大橋混凝土現(xiàn)澆施工場(chǎng)面7.5.2基礎(chǔ)施工(1)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)

剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)是橋梁實(shí)體式淺基礎(chǔ)的基本形式，此類基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)便，可就地取材，穩(wěn)定性好，也能承受較大的荷載。但是本身自重大，要求地基強(qiáng)度好。

橋梁的基礎(chǔ)類型主要有剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)及沉井基礎(chǔ)。在特殊情況下，也可用氣壓沉箱基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)又分為預(yù)制樁和鉆孔灌注樁等不同類型。αhbbBN圖7.5.2剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)示意圖

(2)樁基礎(chǔ)(PileFoundation)?按受力情況樁可分為：?端承樁(End-bearingPile)或柱樁(Stump)：依靠樁尖阻力承受荷載

?摩擦樁(Fric