第6章桥梁工程

第6章桥梁工程6.1桥梁工程简介6.1.1桥梁工程概述桥梁工程在学科上属于土木工程的分支，在功能上又是交通工程的咽喉，是交通工程的一个重要组成部分，对国家经济发展起着重要作用。杭州湾大桥矮寨特大悬索桥桥梁工程的概念供公路、城市道路、铁路、渠道、管线等跨越水体、山谷或彼此间相互跨越的工程构筑物，是交通运输中重要的组成部分。桥梁的原始雏形是堤梁（在浅滩溪涧中筑起一个个石堤，堤间流水，人从石堤上跨越。）、独木桥、浮桥、石拱。独木桥石拱桥该桥（太平桥）位于绍兴。是一座一孔净跨10米的石拱桥与九孔净跨3-4米的高、低石梁桥相结合的多跨桥梁。全长50米，桥面宽3.4米,拱桥在南，为通航主孔，南端桥阶为八字落坡，石梁桥在北。桥建于明天启二年（1622）。浮桥威廉斯塔德是荷属西印度群岛的库拉索岛的首府1.梁桥梁式桥的力学特征是以受弯为主，而钢筋混凝土结构抵抗弯拉引起开裂的能力较弱，普通钢筋混凝土梁式桥的跨径一直较小。随着预应力技术的成熟，促进了预应力混凝土梁式桥的迅速发展。广东番禺洛溪大桥广东虎门辅航道桥混凝土梁桥的最新排名序号桥名主跨(m)结构形式桥址年份1石板坡长江大桥330连续刚构中国重庆20062斯托尔马桥(Stolma)301连续刚构挪威19983拉脱圣德桥(Raftsundet)298连续刚构挪威19984亚松森桥(Asuncion)2703跨T构巴拉圭19795虎门大桥辅航道桥270连续刚构中国广东19976苏通大桥专用航道桥268连续刚构中国江苏20087红河大桥265连续刚构中国云南20038门道桥(Gateway)260连续刚构澳大利亚19859伐罗德2号桥(Varodd-2)260连续梁挪威199410斯考顿桥(Schottwien)250连续钢构奥地利19892.拱桥拱桥造型优美，跨越能力大，长期以来一直是大跨桥梁的主要形式之一，20世纪60年代拱桥无支架施工方法的应用与发展，使混凝土拱桥竞争力大大提高。湖南凤凰县乌巢河石拱桥山西晋城晋焦高速公路丹河大桥以钢管混凝土作为劲性骨架，再外包混凝土形成箱形拱，施工方便，避免了钢管防护问题，另外，由于钢管混凝土最先受力，充分利用了钢管混凝土承载潜力大的优势。跨度为420m的重庆万县长江大桥为目前世界上已建成的跨径最大的钢筋混凝土拱桥；贵州江界河桥是采用悬臂施工法建成的桁式组合拱桥，跨度达到330m，居同类桥型的世界之最。重庆万县长江大桥贵州江界河桥混凝土拱桥的最新排名(已建成)序号桥名主跨(m)桥址年份1重庆万县长江公路大桥420中国19972克拉克I大桥(KRKI)390克罗地亚19793贵州江界河大桥330中国19954广西邕宁邕江大桥313中国19985格拉德斯维桥(Gladesville)305澳大利亚19616友谊桥(Amizade)290巴西19617伯罗克桥(Bloukrans)272南非19838亚拉比达桥(Arrbide)270葡萄牙19639广西三岸邕江桥270中国199810里斯河大桥(Rance)261法国19903.斜拉桥美国P-K桥日本多多罗大桥斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。该桥可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥的最新排名序号桥名主跨(m)桥址年份1苏通大桥1088中国20082昂船州大桥1018中国香港20093湖北鄂东长江大桥926中国在建设中4多多罗大桥890日本19995诺曼底大桥856法国19956南京长江三桥648中国20087南京长江第二大桥628中国20008武汉白沙洲长江大桥618中国20009福州市青州闽江大桥605中国200110上海杨浦大桥602中国19934.悬索桥纽约布鲁克林桥洛杉矶金门大桥悬索桥又称吊桥，由悬索，桥塔，吊杆，锚锭，加劲梁及桥面系所组成。是由承受拉力的悬索作为主要承重构件的桥梁。因为悬索受拉，无弯曲和疲劳引起的应力折减，可以采用高强钢丝制成，故吊桥跨越能力是各桥梁体系中最大的。明石海峡大桥目前世界上跨度最大的悬索桥是日本的明石海峡公铁两用桥，跨径1991m(设计跨径为1990m，后因阪神地震，地壳移位，才变成目前的跨径)。西侯门大桥江阴长江大桥我国的现代悬索桥建设起步较晚，特别是在特大跨度悬索桥方面。但是在90年代中期以后，这一局面得到了彻底的改变。1995年建成的广东汕头海湾大桥，开创了我国现代公路悬索桥的先河。悬索桥的最新排名序号桥名主跨(m)桥址年份1明石海峡大桥1991日本19982舟山西堠门大桥1650中国20093大海带桥1624丹麦19984润扬长江公路大桥1490中国20055亨伯桥1410英国19816江阴长江大桥1385中国19987香港青马大桥1377中国19978费雷泽诺桥1298.5美国19649金门大桥1280美国193710武汉阳逻长江大桥1280中国20076.1.2桥梁的基本组成桥梁由四个基本部分组成，即上部结构、下部结构、支座和附属设施。——上部结构：是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构，是桥梁支座以上(无铰拱起拱线或刚架主梁底线以上)跨越桥孔的总称——下部结构：包括桥墩、桥台和基础。llL桥台路堤设计水位通航水位低水位h上部结构b0桥墩锥形护坡基础桥跨结构（桥孔或上部结构）包括：桥面板、桥面梁以及支承它们的结构构件如大梁、拱、悬索等。作用：承受桥面上各种车辆、行人的荷载。作用：是支承桥跨结构的承重构件桥墩、桥台（下部结构）桥台设在桥身两侧。作用支承桥跨结构，还要与路堤衔接并防止路堤滑塌。墩台基础是桥墩、桥台的埋入土中的扩大部分。作用：使桥上全部荷载传至地基。墩台基础是桥梁工程施工较困难的部分，常要在水中作业。桥墩、墩台基础在其下，常要水中作业，是桥梁施工的困难部分。某特大斜拉桥正在施工的情况墩基础施工情况。该基础施工采用钢板桩围堰。高水位：洪峰季节河流的最高水位低水位：枯水季节河流的最低水位与桥梁的基本组成有关的几个基本术语设计水位：按规定设计洪水频率算得的水位通航水位：能保持船舶正常航行时的水位。跨度：桥跨结构相邻两支座中心的间距l梁全长：桥两端岸边桥台侧墙或八字墙后端点间距离L桥下净空高度：设计水位至结构最下缘间的距离H桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径Lk(m)特大桥L1000Lk150大桥100≤L≤100040≤Lk150中桥30L10020≤Lk40小桥8≤L≤305≤Lk20涵洞——Lk5我国《公路工程技术标准》(JTGB01－2003)规定了特大、大、中、小桥和涵洞，可根据桥梁按总长和跨径进行划分上述分类在一定程度上反映了桥梁的建设规模，但不反映桥梁的复杂性。国际上一般认为单孔跨径小于150m的属于中小桥，大于150m即为大桥，而特大桥的起点跨径与桥型有关，悬索桥为1000m，斜拉桥和钢拱桥为500m，其它桥型为300m。6.1.2桥梁的分类按用途分铁路桥公路桥铁路公路两用桥城市道路桥（含立交桥）农村道路桥人行桥管线桥渡槽桥铁路桥公路桥铁路公路两用桥城市道路桥农村道路桥渡槽桥按桥身结构材料分木桥圬工桥（含砖、石和混凝土砌块桥）钢筋混凝土桥预应力混凝土桥钢桥木桥石桥铸铁桥钢筋混凝土桥悉尼钢桁桥：远眺大桥形似衣架，从而得名“大衣架”（CoatHanger）。悉尼歌剧院位于桥的北端一侧。桥全长1885m，主跨为跨度达503m的钢桁架拱。钢桥按桥跨结构分梁式桥（含简支梁、连续梁、伸臂梁式）拱桥悬索桥斜拉桥刚架桥(1)梁式桥梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构该桥（龙脑桥）位于四川省泸州，建于明代洪武年间(公元１３７８～１３９８年）。桥高５米、长５４米，宽1.9米，共１３孔，由３０块长3.6米的青石板组成。中间８个桥墩上分别雕有龙、象和麒麟的头像，石雕艺术精湛，造型别致，布局奇特。因石雕中有４个龙头故名龙脑桥。梁式桥龙头梁式桥现代化的梁式桥洛阳黄河桥(2)拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋(拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋)。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。拱桥箱拱桥(3)刚架桥刚构桥的主要承重结构是梁(或板)与立柱(或竖墙)整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。刚架桥桁架式T型刚架桥斜拉桁架式刚架桥Y型墩连续刚架桥斜腿刚构桥(4)斜拉桥斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成，它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。斜拉索主梁塔柱斜拉桥南浦大桥(5)悬索桥悬索桥(也称吊桥)是用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构，是具有水平反力(拉力)的结构。沪定铁索桥，跨越大渡河，位于川、藏要道，是铁索桥中现存制作最精良的一座。桥始建于清康熙四十四年(公元1705年），次年完成。桥净跨100米，桥宽2.8米，上铺木板，底索９根，每根索长约128米，两侧各有两根栏杆索，由四川善于制作铁索桥的全天州修建。两岸右砌桥台，用台身自重来平衡铁索的拉力。悬索桥鸭池河桥位于贵州。单孔120米加劲钢桁架悬索桥，1958年建成。大桥飞跨深谷，两岸绝壁悬崖，桥面高出河面68米。钢桁架悬索桥上承式悬带桥现代化大跨径悬索桥活动桥(6)活动桥桥梁工程的内容6.2桥梁结构受力体系6.2.1桥梁的基本受力原理从受力特点上看，混凝土梁式桥分为简支梁(板)桥，连续梁(板)桥和悬臂梁(板)桥。简支梁桥：受力和构造最简单的桥型，应用广泛；连续梁桥：由于负弯矩存在减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合；悬臂梁桥：跨越能力比简支梁桥大，但逊于连续梁，并且因行驶状况不良，目前较少采用。梁式桥的基本体系——梁桥拱式结构在竖向荷载作用下，两端支承除了有竖向反力外，还将产生水平推力。正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。拱和梁的应力分布——拱桥Ⅱ-Ⅱ截面应力Ⅰ(b)(a)ⅠⅠ-Ⅰ截面应力PPⅠⅠNPPHVHVVVMⅡQⅡMⅡⅡQ(b)N图M图M图q(a)斜拉桥主要由主梁、索塔和斜拉索三大部分组成。由于斜拉索的支承作用，使主梁恒载弯矩显著减小。此外，斜拉索轴力产生的水平分力对主梁施加预压力，从而可以增强主梁的抗裂性能，节约主梁中预应力钢材的用量。斜拉桥属高次超静定结构，与其它体系桥梁相比，包含着更多的设计变量，这就使选定桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。三跨连续梁和三跨斜拉桥的恒载内力对比——斜拉桥悬索桥的承重构件由以下几个主要部分组成：①桥塔。其是支承主缆的重要构件。②锚碇。它是主缆的锚固体，它将主缆中的拉力传递给地基基础。③主缆，主缆是悬索桥的主要承重构件。④吊索。它是将活载和加劲梁的恒载传递到主缆的构件。⑤加劲梁。提供桥面和防止桥面发生过大的局部挠曲和扭曲的部件。⑥鞍座。它是支承主缆的重要构件。——悬索桥传统悬索桥的主要构造6.2.2桥梁上的作用依据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)，全面采用“作用”代替“荷载”。将作用在公路桥梁、城市桥梁上的各种作用和外力归纳为永久作用、可变作用和偶然作用三类，并根据可能出现的作用情况，规定了不同荷载组合。荷载分类荷载名称永久荷载结构重力(包括结构附加重力)；预加应力；土的重力及土侧压力；混凝土收缩及徐变影响力；基础变位影响力；水的浮力可变荷载基本可变荷载(活载)汽车荷载；汽车冲击力；离心力；汽车引起的土侧压力；人群汽车引起的土侧压力人群其它可变荷载风力；汽车制动力；流水压力；冰压力；温度影响力；支座摩阻力偶然荷载地震力；船只或漂流物撞击力；汽车撞击作用公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计。该设计体系规定了桥涵结构的两种极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态。《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283－1999)将公路桥涵结构设计分为三个安全的等级，不同的桥涵应根据所具有的功能