桥梁的演变过程

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张文亮路桥四班20145120100419目录桥梁简述目录一-一目录一-二小结世界桥梁之最一般指架设在江河湖海上,使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业,桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。梁是线路的重要组成部分。在历史上,每当运输工具发生重大变化,对桥梁在载重、跨度等方面提出新的要求,便推动了桥梁工程技术的发展。在19世纪20年代铁路出现以前,造桥所用的材料是以石材和木材为主,铸铁和锻铁只是偶尔使用。在漫长岁月里,造桥的实践积累了丰富的经验,创造了多种多样的形式。但现今使用的各种主要桥式几乎都能在古代找到起源。在最基本的三种桥式中,梁式桥起源于模仿倒伏于溪沟上的树木而建成的独木桥,由此演变为木梁桥、石梁桥、直至19世纪的桁架梁桥;悬索桥起源于模仿天然生长的跨越深沟而可资攀援的藤条而建成的竹索桥,演变为铁索桥、柔式悬索桥,直至有加劲梁的悬索桥;拱桥起源于模仿石灰岩溶洞所形成的“天生桥”而建成的石拱桥,演变为木拱桥和铸铁拱桥。在有了铁路以后,木桥、石桥、铁桥和原来的桥梁基础施工技术就难于适应需要。但到19世纪末叶,由于结构力学基本知识的传播、钢材的大量供应、气压沉箱应用技术的成熟,使铁路桥梁工程获得迅速发展。20世纪初,北美洲曾在铁路钢桥跨度方面连创世界纪录。到第二次世界大战前,公路钢桥和钢筋混凝土桥的跨度记录又都超过了铁路桥。第二次世界大战后,大量被破坏的桥梁急待修复,新桥急需修建,而造桥钢材短缺,于是,利用30年代以来所积累的关于高强材料和高效工艺(焊接、预应力张拉及锚固、高强度螺栓施工工艺等)的经验,推广了几种新型桥——用正交异性钢桥面板的箱形截面钢实腹梁桥,预应力混凝土桥和斜张桥。60年代以来,汽车运输猛增,材料供应缓和,科学技术迅猛发展,桥梁工程又在提高质量、降低造价、降低桥梁养护费等方面获得了很大改进。国外桥梁工程发展史古代桥梁木桥石桥近代桥梁铸铁拱桥锻铁链杆悬索桥锻铁桥钢桥现代桥梁钢桥钢筋混凝土桥预应力混凝土桥目录一-一木国外古代桥梁之在公元前2000多年前,巴比伦曾在幼发拉底河上建石墩木梁桥,其木梁可以在夜间撤除,以防敌人偷袭。在罗马,G.J.恺撒曾因行军需要,于公元前55年在莱茵河上修建一座长达300多米的木排架桥。在瑞士卢塞恩至今保存着两座中世纪式样的木桥:一是1333年始建的教堂桥,一是1408年始建的托滕坦茨(Totentanz)桥,这两座桥都有桥屋,顶棚有绘画。在1756~1766年,瑞士建成跨度为52~73米的三座大木桥,两座是亦拱亦桁,另一座用木拱承重,位于韦廷根,跨度61米。木国外古代桥梁之瑞士琉森最负盛名便是卡佩尔廊桥ChapelBridge(Kapellbrücke)又叫教堂桥,这是卢塞恩的标志,始建于1333年,也是欧洲最古老的有顶木桥,桥的横眉上绘有120幅宗教历史油画,沿途还可欣赏描述当年黑死病流行景象的画作。木国外古代桥梁之在亚洲,木拱桥出现更早,日本岩国市至今保存的5孔锦带木拱桥,跨度为27.5米,始建于1673年,其图样来自中国。18世纪末至19世纪初的三、四十年间,美国盛行建有屋盖(保护木结构)的大木桥,1815年在宾夕法尼亚州建成的跨越萨斯奎汉纳河的麦考尔渡口桥,跨度达到110米,堪称空前。日本山口县岩国市锦带桥石国外古代桥梁之古罗马时代的石拱桥,拱圈呈半圆形,拱石经过细凿,砌缝不用砂浆。由于不能修建深水基础,桥墩宽度对拱的跨度之比大多为1/3至1/2,阻水面积过大,因此所修建的跨河桥多已冲毁。西班牙境内有一座6孔石拱桥,名阿尔坎塔拉(Alcantara)桥,桥墩建在岩石上,至今完好(上图)。它建成于公元98年,中间两孔跨度各约28米,桥面高出谷底52米。西班牙阿尔坎塔拉桥石国外古代桥梁之铸铁拱国外近代桥梁之直到冶炼业使用焦炭而能生产大型铸件时,这种桥才能建造。英国1779年在科尔布鲁克代尔(Coalbrookdale)首次建成一座主跨约30.5米的铸铁肋拱桥。该桥曾使用170年,现作为文物保存。锻铁链杆悬索国外近代桥梁之早期的柔式悬索桥自重小,材料强度低,经不起周期性活荷载的作用(军队以整齐步伐过桥,曾使这种桥遭到破坏);在风荷载作用下,容易摧毁。但英国1820~1826年在梅奈海峡建造的跨度达177米的锻铁链杆柔式悬索桥(道路桥),独能在桥面随坏随修的情况下获得长寿(1940年,在保持原貌的条件下,已将链杆换成低合金钢眼杆)。锻铁国外近代桥梁之1832年,英国在格拉斯哥开始用I形截面锻铁建造梁式桥。这种桥的跨度后来曾达到9.6米。40年代英国要修建一座跨越梅奈海峡的大跨铁路桥,铸铁拱桥满足不了海军对桥下净空的要求,悬索桥则刚度不够。当时修建该铁路的负责人R.斯蒂芬森认为:用锻铁型材造一个巨型箱管,尺寸大到足以容纳铁路列车从其中驶过,则其刚度可以大为提高;再用石塔支住铁质悬索,并用吊杆将箱管吊在悬索之下,想必可行。因为他当时还不懂力学计算(法国C.-L.-M.-H.纳维于1842年已提出弹性梁理论,但英国工程界还不知道),乃用结构试验的方法成功地决定了箱管梁的截面形状和细节;同时,还证明了该桥不用悬索也有足够的刚度。但是,石塔还是修建了。这座桥建于1845~1850年,称不列颠箱管桥,4孔连续,分跨为70+140+140+70米。由于在兴建这座桥的过程中所做的试验证实了实腹梁的可靠性,从19世纪后期起钢板梁桥在小跨铁路桥中被普遍采用(这时钢已代替了铁,且小跨板梁比箱梁便于制造及架设),直到20世纪50年代才逐渐为钢筋(预应力)混凝土梁所代替。布列坦尼亚桥BritanniaBridge又称不列颠箱管桥钢国外近代桥梁之19世纪50年代以后,静定钢桁架梁的内力分析方法逐步被工程界所掌握。1867年,德国的H.格贝尔在哈斯富特建成了一座静定悬臂桁架梁桥(这种梁因此也称格贝尔梁)。1880~1890年,英国采用该桥式,建成了跨度空前(达521.2米)的福斯湾铁路桥,总长1620米,支承处的桁架高度达110米。这座桥杆件粗大,结构高大,刚度和承载能力都可满足铁路桥要求,外观则不如拱桥和悬索桥。1867~1874年,美国建成了圣路易斯钢拱桥,主跨158米,两边跨各为153米。其承重结构是无铰桁架拱,桁杆由钢质圆管制成。该桥的优点在能用小截面杆件拼装成刚度大的铁路桥。钢国外现代桥梁之20世纪初至中叶结构力学的弹性内力分析方法普遍用于超静定承重结构的桥梁设计,为创造长跨纪录的工作取得有力的科学依据。这一时期建成的钢桥主要有:铁路桥美国纽约鬼门(HellGate)两铰桁架拱桥(1916年,主跨298米,4线重载铁路,道碴桥面)俄亥俄州塞欧托维尔两跨连续桁架梁桥(1917年,跨度236.3米)伊利诺伊州梅特罗波利斯简支桁架梁桥(1917年,主跨219.5米)公路桥澳大利亚悉尼港桥(1932年,跨度503米钢桁拱,)美国贝永(Bayonne)钢桁拱桥(1931年,跨度503.6米)美国纽约乔治·华盛顿悬索桥(1931年,跨度1066.8米)旧金山金门悬索桥(1937年,跨度1280.2米)加拿大魁北克桥(1918年,主跨548.6米的悬臂桁架梁)钢国外现代桥梁之1931年,美国纽约乔治华盛顿桥,主跨1066.8米,悬索桥旧金山金门悬索桥(1937年,跨度1280.2米)钢筋混凝土国外现代桥梁之1900年前后钢筋混凝土逐渐受到桥梁界重视,被用在拱桥和梁式桥中。钢筋混凝土拱桥的跨度记录不断被刷新。在20年代初最大跨度为100米。其后则有:1930年建成的法国普卢加斯泰勒(Plougastel)桥13孔净跨各为171.7米;1934年建成的瑞典斯德哥尔摩特兰贝里(Traneberg)公路桥跨度178.4米;1939年建成的西班牙埃斯拉铁路桥净跨192.4米;1943年建成的瑞典桑德桥跨度264米。而钢筋混凝土实腹梁桥则进展缓慢,跨度记录只达到78米(1939年建成的法国跨越塞纳河的老维勒讷沃-圣乔治桥)。苏联于1937年在列宁格勒修建沃洛达尔斯基桥时,用浮运法架设两跨各101米的无推力钢筋混凝土拱、梁组合体系桥。瑞典斯德哥尔摩特兰贝里公路桥预应力混凝土国外现代桥梁之早在1936年,德国曾在奥厄修建一座采用无粘结钢筋的预应力混凝土桥,主跨69米,但未取得预期成效。法国E.弗雷西内在深入研究预应力混凝土性能和张拉、锚固工艺的基础上,在第二次世界大战后缺乏木材和钢筋的条件下,于1946年在吕藏西(Luzancy)用预应力钢筋将预制的混凝土梁段串连成整体,不用支架,只用临时塔索,在马恩河上建成跨度55米的双铰刚架桥;在1946~1950年,又按同样做法,在埃斯布利等地建成跨度74米的桥5座。联邦德国于1950年在巴尔杜因施泰因(Balduinstein)的兰河修建主跨为62米的预应力混凝土桥,使用巴西在1930年未取得成效的悬臂灌筑法取得成功。在1952年及1964年,联邦德国又采用此法建成沃尔姆斯和本多夫桥,其主跨分别达到114.2及208.0米。1962~1964年,法国在塞纳河上用悬臂拼装法建成分跨为34.8+61.4+34.8米的预应力混凝土桥并取得压缩工期的效果。1979年,联邦德国要在1948年所复建的科隆—多伊茨莱茵河桥钢实腹梁旁边原预留复线桥位处,增建同样分跨和同样主要尺寸的连续梁,经方案比较,预应力混凝土梁的造价比钢梁造价低15%。至于预应力混凝土斜张桥,因受悬臂梁桥和钢斜张桥的启发,其构思在50年代已经成熟;出于其他原因,1962年才在委内瑞拉马拉开波湖上首次建成,主跨是235米。目前这种桥的跨度已发展到400米以上。钢筋混凝土拱桥,在采用无支架施工方面也取得了进展中国桥梁工程发展史古代桥梁木桥石桥索桥近代桥梁钢桥现代桥梁钢筋混凝土桥石拱桥目录一-二木中国古代桥梁之桥梁最早文献记载见于公元前13世纪,但均不详细。《水经注》记有春秋时晋国公平年间(公元前556~前532年)曾在汾水上建木梁木柱桥。秦代(公元前221~前200年)建都咸阳,西汉(公元前206~公元24年)建都长安(今陕西西安),那时所修建的渭河桥、灞河桥等,在《水经注》、《三辅黄图》中都有确凿记载。这些桥屡毁屡建,多采用木梁木柱或木梁石柱桥式,当桥的跨度大于木材长度时,曾使用悬臂梁式桥及拱桥。按南北朝宋代《沙州记》记载,在安西到吐鲁番之间,羌人曾修建单跨悬臂梁桥,称为“河厉”。其法是“两岸垒石作基陛,节节相次,大木纵横更相镇压,两边俱平,相去三丈。并大材以板横次之,施钩栏甚严饰”。如是多跨桥,则是在各桥墩上用大木纵横相叠,各向跨中伸出,再在伸出端之间用纵梁相连;为保持稳定,一般需在桥墩台纵横大木之上修建楼阁,用其重量压住悬臂的固端,如始建于南宋理宗宝佑六年(1258年)的湖南醴陵渌江桥。石中国古代桥梁之用石料建造的桥梁。有石梁桥和石拱桥,历史都很悠久。中国历史上著名的石梁桥有洛阳桥和卢沟桥,由于石梁抗弯能力较差,现已只能在人行桥或涵洞中使用。石拱桥不仅在历史上有过辉煌成就,在现在桥梁建筑也有很高的借鉴价值。卢沟桥洛阳桥石中国古代桥梁之赵州桥又称安济桥,坐落在河北省赵县的洨河上,横跨在37米多宽的河面上,因桥体全部用石料建成,是目前世界上最古老的现存完好的大跨度单孔敞肩坦弧石拱桥。索中国古代桥梁之溜筒桥是一种比较原始的索桥,它是以木筒套在悬索上,从筒垂下两股皮绳及一横木;人骑横木,以手用力攀索,使筒沿缆索移动,人就能跟着过去。灌县竹索桥,为宋太宗淳化元年(990年)所始建,清嘉庆八年(1803年)仿旧制重建,名安澜桥,桥长340米,分为8孔,最大跨度61米(竹索现已被换为钢丝索)。大渡河铁索桥建于清康熙四十五年(1706年),净跨100米。此桥现作为革命文物保存。安澜索桥索中国古代桥梁之泸定桥(大渡河铁索桥)钢中国近代桥梁之用钢材作为主要建造材料的桥梁。具有强度高,刚度大的特点,相对于混凝土桥可减小梁高和自重。由于钢材的各向同性,质地均匀及弹性模量大,使桥的工作情况与计算图示假定比较符合,另外钢桥一般采用工厂预制,工地拼接,施工周期短,加工方便且不受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