土木工程概論 第3章 橋梁工程(2016).ppt

1、橋梁工程,第三章 橋梁工程 主要內(nèi)容 1 概述 2 中國古代橋梁的輝煌和衰落 3 中國近代橋梁的引進和發(fā)展 4 世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新 5 中國現(xiàn)代橋梁的崛起 6 從橋梁大國走向橋梁強國,一、概述 1、橋梁工程的概念 供公路、城市道路、鐵路、渠道、管線等跨越水體、山谷或彼此間相互跨越的工程構(gòu)筑物，是交通運輸中重要的組成部分。,概述,概述,2、橋梁基本知識 （1）橋梁組成：以常見的簡支梁橋為例。 上部結(jié)構(gòu)：也叫承重結(jié)構(gòu)，包括橋跨結(jié)構(gòu)和橋面構(gòu)造，是指位于橋梁支座以上的部分，直接承受交通荷載。,概述,下部結(jié)構(gòu)：也叫支承結(jié)構(gòu)，包括橋墩、橋臺及其墩臺基礎，是支承上部結(jié)構(gòu)、向下傳遞荷載的結(jié)構(gòu)物。

2、 支座：是在橋跨結(jié)構(gòu)與橋墩或橋臺的支承處所設置的傳力裝置，不僅要傳遞很大的荷載，并且要保證橋跨結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生一定的變位。,概述,附屬設施：包括伸縮縫，錐形護坡、導流堤，檢查設備，防撞設備等。,概述,（2）橋梁常用技術(shù)術(shù)語 水位：低水位和高水位，設計洪水位，通航水位。 跨徑：計算跨徑（L1），主跨，凈跨徑（L0），標準跨徑（LK），多孔跨徑總長(L)。,LK,概述,橋下凈空高度：設計洪水位或設計通航水位至橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差H。 橋梁建筑高度：是指橋面至橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的垂直高度h。,概述,正橋：是指橋梁跨越主要障礙物的結(jié)構(gòu)部分。 引橋：把較高的正橋和較低的路堤以合理的坡度連接起來的橋梁部分，或從引橋

3、橋臺連接到主橋橋孔的部分。,3、橋梁的分類,概述,概述,概述,梁式橋以受彎為主的主梁作為承重構(gòu)件的橋梁。 用梁或桁架梁作主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁。 其上部結(jié)構(gòu)在鉛垂向荷載作用下，支點只產(chǎn)生豎向反力。梁式橋為橋梁的基本體系之一。制造和架設均甚方便，使用廣泛，在橋梁建筑中占有很大比例。,概述,按上部結(jié)構(gòu)的材料分：有木梁橋、石梁橋、鋼梁橋、鋼筋混凝土梁橋、預應力混凝土梁橋以及用鋼筋混凝土橋面板和鋼梁構(gòu)成的結(jié)合梁橋等。 木梁橋和石梁橋只用于小橋；鋼筋混凝土梁橋用于中、小橋；鋼梁橋和預應力混凝土梁橋可用于大、中橋。,概述,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，不能使材料充分利用，所以

4、跨度不宜做得太大；桁架梁橋的桿件承受軸向力，材料能充分利用，自重較輕，跨越能力大，多用于建造大跨度橋。 但實腹梁橋構(gòu)造簡單，制造與架設均較方便。由于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。,概述,按主梁的靜力體系分為簡支梁橋、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)。一般適用于中、小跨度，結(jié)構(gòu)簡單，制造、運輸和架設均甚方便，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，提高質(zhì)量，降低造價。,概述,連續(xù)梁橋。主梁若干孔為一聯(lián)，連續(xù)支承在幾個支座上，是超靜定結(jié)構(gòu)。當跨度較大時，采用連續(xù)梁較省材料，更適合用懸臂拼裝

5、或懸臂灌筑、縱向拖拉或頂推法施工。 懸臂梁橋。上部結(jié)構(gòu)由錨固孔、懸臂和懸掛孔組成，懸掛孔支承在懸臂上，用鉸相聯(lián)。有單懸臂梁橋（三跨構(gòu)成，中跨較大以滿足通航要求）和雙懸臂梁橋（可構(gòu)成多跨的長大梁橋）。,概述,拱橋 拱橋指的是在豎直平面內(nèi)以拱作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。拱橋是向上凸起的曲面，其最大主應力沿拱橋曲面作用，沿拱橋垂直方向的最小主應力為零。 最早出現(xiàn)的拱橋是石拱橋，借著類似梯形石頭的小單位，將橋本身的重量和加諸其上的載重，水平傳遞到兩端的橋墩。各個小單位互相推擠時，同時也增加了橋體本身的強度。 近現(xiàn)代的拱橋則更多的使用混凝土或鋼材建造。,概述,概述,懸索橋 懸索橋是橋梁的一種，亦稱吊

6、橋，的主要承力部分是橋兩端的兩根塔架，在這兩根塔架間的懸索拉住橋的橋面。為了保障懸索橋的穩(wěn)定性，兩根塔架外的另一面也有懸索，這些懸索保障塔架本身受的力是垂直向下的，這些懸索連接到橋兩端埋在地里的錨錠中。,概述,概述,梁拱組合體系 梁、拱組合體系中有系桿拱、桁架拱、多跨拱梁結(jié)構(gòu)等。它們利用梁的受彎與拱的承壓特點組成聯(lián)合結(jié)構(gòu)。 該橋造型優(yōu)美，跨度很大，已成為目前許多城市修建跨河橋梁的首選橋型。該類組合體系也是現(xiàn)代拱橋的一種橋型。,概述,概述,斜拉橋 斜拉橋是由承壓的塔、受拉的索與承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。主要承重的主梁，由于斜拉索將主梁吊住，使主梁變成多點彈性支承的連續(xù)梁。在外荷載和自重作

7、用下，梁除本身受彎外，還有斜拉索施加給主梁的軸向力，主梁為壓彎構(gòu)件，能充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)的力學性能，可減少主梁截面或增加橋跨跨徑。,概述,概述,從經(jīng)濟上看，可以做吊橋也可做斜拉橋時，斜拉橋總是經(jīng)濟的。 因斜拉橋與吊橋比：它是一種自錨體系，不需昂貴的地錨基礎；防腐技術(shù)要求比吊橋低，從而降低鋼索防腐費用；剛度比吊橋好，抗風能力也比吊橋好；可用懸臂施工工藝，施工不妨礙通航；鋼束用量比吊橋少。,二、中國古代橋梁的輝煌和衰落 橋梁的原始雛形 橋梁的原始雛形是堤梁（在淺灘溪澗中筑起一個個石堤，堤間流水，人從石堤上跨越。）、獨木橋、浮橋、石拱。,中國古代橋梁的輝煌和衰落,雙層式堤梁式石橋,1、石梁橋 我國歷史上

8、最早記載的梁橋為鋸橋，該橋建于商代。古代的石梁橋一般跨度都在10m以下，最大的石梁橋長達23.7m。迄今仍保留的中國古代石梁橋當推始建于宋紹興八年的福建泉州安平橋。,中國古代橋梁的輝煌和衰落,石梁橋：泉州安平橋 宋紹興八年建造，該橋共362孔，全長5里。,中國古代橋梁的輝煌和衰落,泉州洛陽橋,該橋建于宋皇佑5年，全長1097m，有47個橋孔。（馬可波羅游記有記載）,更早的石梁橋是泉州洛陽橋,中國古代橋梁的輝煌和衰落,2、浮橋 公元前12世紀，周文王迎親，在渭河上修建了浮橋。,廣濟橋，初為浮橋，由浮船連結(jié)而成，后自兩岸向江心逐墩修筑，形成目前“十八梭船廿四洲”風格，現(xiàn)橋全長約520米，現(xiàn)存古橋墩

9、21座。,3、石拱橋,中國古代橋梁的輝煌和衰落,4、伸臂式木梁橋,中國古代橋梁的輝煌和衰落,宋代張擇端所繪清明上河圖中北宋都城汴京的虹橋，該橋跨約18.5m，寬9.6m，拱矢約4.2m。,汴京虹橋,5、索橋,中國古代橋梁的輝煌和衰落,都江堰的珠浦橋,此橋長約500米，八孔連跨，最大跨徑61米，寬3米，1964年7月，因山洪暴發(fā)古橋被毀，重建后改木橋樁為混凝土橋樁，扶欄仍以竹藤包纏。1974年修建外江閘，下移100米，并改竹索為鋼索，已被列入世界文化遺產(chǎn)加以保護。,中國古代橋梁的輝煌和衰落,四川的瀘定橋,清朝康熙44年，13根粗如碗口，長127.45m鐵鏈作為承重索，9根為橋面，4根扶手，川入藏

10、的重要通道。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,三、中國近代橋梁的引進和發(fā)展（18801980年） 世界近代橋梁的設計理論發(fā)展概況（16601950年） （1）伽利略論述材料的力學性質(zhì)和梁的強度，用公式表達梁的設計理論。 （2）1660年，虎克定律，應力與應變關(guān)系。 （3）1687年，牛頓力學運動三大定律。 （4）1744年，歐拉的壓曲計算公式，穩(wěn)定理論基礎。 （5）1773年，庫侖對材料強度、梁彎曲、拱計算以及擋土墻的壓力理論做了系統(tǒng)研究。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,該橋（英國的科爾布魯克代爾橋）建于1779年。橋跨約30.5m，矢高13.7m，由五片半圓形拱肋組成。該橋完全模仿木拱橋的形狀，標志歐

11、洲木石建橋的終結(jié)?？茽柌剪斂舜鸂枠蛟褂?70年。,世界最古老的鑄鐵拱橋 標志西方木石建造橋梁時期的終結(jié),中國近代橋梁的引進和發(fā)展,Britannia Bridge（布列坦尼亞橋）,1850年，英國設計建造的跨度141m的鋼箱梁橋。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,1857年，德國建造131m第一座鋼桁架橋。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,紐約布魯克林橋 （主跨486m）,柔性懸索橋，現(xiàn)代大跨度懸索橋的先聲。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,蘇格蘭福思灣橋,懸臂鋼桁架橋，主跨520m，建于1890年，19世紀鋼橋的最高成就。 結(jié)構(gòu)力學的彈性內(nèi)力分析方法普遍用于超靜定承重結(jié)構(gòu)的橋梁設計，為創(chuàng)造長跨紀錄的工作取得

12、有力的科學依據(jù),中國近代橋梁的引進和發(fā)展,鋼筋混凝土橋,1867年，莫尼埃發(fā)明鋼筋混凝土。 1875年，莫尼埃建成第一座16m的鋼筋混凝土梁橋 。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,華盛頓大橋,大跨度懸索橋，1931建成，跨度1006m，突破千米。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,金門大橋(GoldenGateBridge) 1937年開通，跨度達到了1280m，全長約2.7km，高227m，是世界上最壯觀的大橋之一，被視為舊金山的象征。在淘金熱的時候，這座橋是如同是通往金礦的一扇大門，因此被命名為“金門大橋”。,金門大橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,鐮刀形拱橋 建筑師們說：“在橋上漫步是一種真正的精神上的享

13、受。你和高山、白云、藍天那么靠近，它構(gòu)成了阿爾卑斯山的一幅美妙的風景畫?！薄霸摌蛩胁糠侄记〉胶锰?，無可挑剔，”“這是真正的藝術(shù)和橋梁結(jié)合的精品”。,瑞士薩爾基那山谷橋（Salginatobel Bridge）,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,悉尼鋼桁橋：遠眺大橋形似衣架，從而得名“大衣架”（Coat Hanger）。悉尼歌劇院位于橋的北端一側(cè)。橋全長1885m，主跨為跨度達503m的鋼桁架拱。,鋼 橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,列強入侵時期的技術(shù)引進（18801911年） 1889年，外商在唐山設立了中國第一座水泥廠，開始建造混凝土橋梁墩臺和鋼筋混凝土梁橋，以替代原始的石砌墩臺和石拱橋。 同時，在

14、上海、天津等租界中，西方工程師也主持建造了一些鋼橋。,外白渡橋，舊上海的標志建筑,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,1927年正式建成，原名“萬國橋”，是由法租界工部局主持建造的，故又稱為“法國橋”?？谷諔?zhàn)爭勝利后以蔣介石的名字命名此橋，將“萬國橋”改為“中正橋”。1949年，天津解放后此橋正式更名為“解放橋”，并沿用至今。,天津解放橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,濟南濼口黃河橋 1909年，德國建造，該橋共12孔，主孔跨徑達164.7m，當時國內(nèi)最大跨徑的鐵路橋。,鄭州黃河橋 1905年，比利時建造，該橋共105孔鋼桁架橋，全長3015m，當時國內(nèi)最長的鐵路橋。,蘭州黃河橋 1907年，德國建造，全長

15、233.33m，當時國內(nèi)黃河上架起的第一座鐵橋。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,杭州錢塘江大橋,民國時期的發(fā)展（19111949年）,由橋梁專家茅以升主持設計，橋長1453米，分引橋和正橋兩個部分。正橋十六孔，橋墩十五座，我國自行設計、建造的第一座雙層鐵路、公路兩用橋。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,民國時期的發(fā)展（19111949年）,是一座鋼筋混凝土懸臂梁橋，長71.94米，寬17.3米，橋下3孔，中間一孔，跨徑為36.55米。,上海乍浦路橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,武漢長江大橋，被稱為“萬里長江第一橋”，是中國第一座橫跨長江的橋梁，大橋為公路鐵路兩用橋，上層為公路，雙向四車道，兩側(cè)有人行道；下

16、層為復線鐵路。橋身共有8墩9孔，每孔跨度為128米，總長1155.5米（連同兩端公路引橋1670米）。 （茅以升設計）,武漢長江大橋,新中國建設初期的成就（19501980年）,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,梅旸春總工程師，王序森主持設計工作，是完全自主建設長江大橋的里程碑。大橋由正橋和引橋兩部分組成，總長1576米。正橋為鋼桁梁結(jié)構(gòu)，共有9墩10孔，共有10孔（1128米+9160米），由1孔128m簡支鋼桁梁和3聯(lián)（3孔為一聯(lián)）9孔跨度各160m連續(xù)鋼桁梁組成。,南京長江大橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,該橋主孔為凈跨75m的預應力混凝土桁架拱，拱矢度為1/9；邊孔為凈跨40m的雙曲拱，該橋是目

17、前國內(nèi)跨徑最大的預應力混凝土桁架拱公路橋。,浙江寧海越溪橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,該橋主橋為4孔112m連續(xù)鋼桁架，引橋為多孔33m預應力混凝土簡支梁，是我國比較少見的公路鋼橋。,山東北鎮(zhèn)黃河橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,上海新五橋,云陽湯溪河橋,斜拉橋試驗橋,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,1980年，當時國內(nèi)跨度最大的預應力混凝土T型，主跨174m。,重慶長江大橋,河北灤縣灤河公路橋,1978年，第一座按高烈度抗震設防，跨度40m的預應力混凝土連續(xù)梁橋。,中國近代橋梁的引進和發(fā)展,施工技術(shù),滿堂支架,懸臂拼裝,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,Worms Bridge（跨度114.2m）,2

18、0世紀50年代 法國Freyssinet公司開發(fā)了一整套預應力材料，錨固，防腐，施工張拉設備體系，為預應力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展奠定了基礎。 1952年，德國建造Worms橋，首創(chuàng)預應力混凝土懸臂梁橋的節(jié)段施工新技術(shù)預應力梁式橋突破100m跨度,四、世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新（19502000年）,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,1956年，德國在瑞典成功建造第一座現(xiàn)代斜拉橋，主跨182.6m。,Stromsund橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,頂推法，多應用于預應力鋼筋混凝土等截面連續(xù)梁橋和斜拉橋梁的施工。指的是梁體在橋頭逐段澆筑或拼裝，用千斤頂縱向頂推，使梁體通過各墩頂?shù)呐R時滑動支

19、座面就位的施工方法。,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,懸臂澆筑法是指在橋梁上部結(jié)構(gòu)施工中，在橋墩兩側(cè)設置工作平臺，平衡地逐段向跨中，懸臂澆筑水泥混凝土梁體，并逐段施加預應力的施工方法。 掛籃施工也叫施工掛籃，是預應力混凝土連續(xù)梁、T形鋼構(gòu)和懸臂梁分段施工的一項主要設備，它能夠沿軌道整體向前。,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,懸臂澆筑法是指在橋梁上部結(jié)構(gòu)施工中，在橋墩兩側(cè)設置工作平臺，平衡地逐段向跨中，懸臂澆筑水泥混凝土梁體，并逐段施加預應力的施工方法。 掛籃施工也叫施工掛籃，是預應力混凝土連續(xù)梁、T形鋼構(gòu)和懸臂梁分段施工的一項主要設備，它能夠沿軌道整體向前。,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)

20、新,正交異性板即正交異性鋼橋面板，是用縱橫向互相垂直的加勁肋（縱肋和橫肋）連同橋面蓋板所組成的共同承受車輪荷載的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由于其剛度在互相垂直的二個方向上有所不同，造成構(gòu)造上的各向異性。 正交異性鋼板結(jié)構(gòu)橋面板的自重約為鋼筋混凝土橋面板或預制預應力混凝土橋面板自重的1/21/3。所以，受自重影響很大的大跨度橋梁，正交異性板鋼箱梁是非常有利的結(jié)構(gòu)形式。,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,20世紀60年代 高強螺栓代替鉚釘 預應力混凝土梁式橋突破200m 上層移動支架施工法 下層移動托架施工法（適合深谷施工） 英國式流線型箱梁橋面懸索橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主

21、要技術(shù)創(chuàng)新,新一代英國式流線型箱型橋面懸索橋，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的桁架式加勁橋面，成為懸索橋結(jié)構(gòu)形式的主流。,SEVERN 橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,20世紀70年代 預應力技術(shù)發(fā)展的成熟期 斜拉橋和預應力技術(shù)的結(jié)合出現(xiàn)了預應力混凝土橋塔和橋面的P.C.斜拉橋 出現(xiàn)獨塔不對稱斜塔橋 出現(xiàn)矮塔斜拉橋 連續(xù)剛架橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,矮塔斜拉橋：介于連續(xù)梁和斜拉橋之間的新型橋梁體系，“是一道優(yōu)美的彩虹，橋梁建筑的精品。,Sunniberg橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,P.C.箱梁和單索面體系：1977年建成，主跨320m，“盡管世界上有那么多美麗的斜拉橋，但這座跨度僅320

22、米的單索面混凝土斜拉橋以其簡潔、明快、協(xié)調(diào)的造型和剛?cè)嵯酀娘L范得到了一致的贊賞?！?法國Brottone Bridge,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,橋全長767.3m，橋?qū)?6m，主橋采用85+140+85+42(m)4跨不對稱預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。,湖南沅水橋,該橋為V形墩剛架橋，分跨為67.5+95.0+67.5(m)，錨跨長67.5m，懸臂長27.5m，懸臂間設置40m掛梁，均為箱形截面。,桂林漓江橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,20世紀80年代 高性能混凝土的應用 脊骨梁大挑臂城市高架橋 用纖維加筋塑料加固技術(shù) 混合結(jié)構(gòu)的新發(fā)展（如鋼腹板箱梁替代全混凝土實腹板）,世界現(xiàn)

23、代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,20世紀90年代以來,斜拉橋：橋的重量由2000千米長的鋼繩支撐。兩座混凝土橋塔高215米，聳立在相當于20層高樓的基座上。諾曼底橋的中央跨度為856m。橋的總長是2200米。采用平行鋼絞線拉索和施工控制技術(shù)?！耙蛔彤?shù)鼐坝^完美協(xié)調(diào)的斜拉橋?！?諾曼底大橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,1997年建成，長1624m，采用防撞技術(shù)。 “雖然不是20世紀最大跨度的懸索橋，但獨特的橋塔和錨碇設計給人以深刻的印象?！?塔經(jīng)過美學處理，錨定掏空。,丹麥大海帶橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,1999年建成，斜拉橋，長890m，防風雨振措施。 “20世紀最大跨度斜拉橋，具有東方神秘的美感?！?日本多多羅大橋,世界現(xiàn)代橋梁發(fā)展中的主要技術(shù)創(chuàng)新,大橋坐落在日本神戶市與淡路島之間(東經(jīng)134度59分，北緯34度36分），全長3911米，主橋墩跨度1991米。兩座主橋墩海拔297米，基礎直徑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，強度1860MPa重約5萬噸。大橋于1988年5月動工。1998年3月竣工。,日本明石海峽大橋,中國現(xiàn)代