桥梁工程概述

2020年6月市政工程基础霍庆春江苏农林职业技术学院第一章：概述1.3桥梁工程概述桥梁是人类在生活和生产活动中，为克服天然障碍而建造的建筑物，也是有史以来人类所建造的最古老、最壮观和最美丽的建筑工程，它体现了时代的文明与进步程度。桥梁不仅是一个国家文化的象征，更是生产发展和科学进步的写照。桥梁既是一种功能性的结构物，也往往是一座立体的造型艺术工程，是一处景观，具有时代的特征，桥梁具有一种凌空宏伟的魅力。1.3桥梁工程概述请大家谈谈自己所知道的的或所见过的桥梁有哪些？桥梁的建造要考虑哪些因素？1.3桥梁工程概述桥梁的概念：供车辆和行人跨越障碍物的建筑工程结构，线路跨越障碍的延伸部分或连接部分。桥梁工程的概念：是土木工程中属于结构工程的一个分支学科。桥梁和涵洞的造价一般平均占公路纵造价的10%-20%。1.3桥梁工程概述1.3.1桥梁起源及发展人们最初是受到自然界各种景象的启发而学会建造各式桥梁。（桥梁的雏形）例如:从倒下而横卧在溪流上的树干，可以衍生建造桥梁的想法；从天然形成的石洞，就知道修建拱桥；从树丛间攀爬和飘荡的藤蔓的启发，而学会建造索桥等。1.3桥梁工程概述1.3.1桥梁起源及发展人们最初是受到自然界各种景象的启发而学会建造各式桥梁。（桥梁的雏形）例如:从倒下而横卧在溪流上的树干，可以衍生建造桥梁的想法；从天然形成的石洞，就知道修建拱桥；从树丛间攀爬和飘荡的藤蔓的启发，而学会建造索桥等。桥梁起源树桥：梁桥的雏形桥梁起源原始木梁桥天然石梁桥早期石梁桥桥梁起源世界上最长的天然石拱桥，跨度119.5米，位于美国犹他州国家公园中国最长的天然石拱桥，跨度80米，位于重庆涪陵小溪法国阿尔代什峡谷天然石拱桥中国最长的天然石拱桥，跨度80米，位于重庆涪陵小溪，古代桥梁所用的材料，多为木、石、藤竹之类的天然材料。秦汉时代，我国已经广泛修建石梁桥。在周文王时，已在渭河上架过大型浮桥。春秋战国时期，以木桩为墩柱，上置木梁、石梁的多空桩柱式桥梁。近代的大跨劲吊桥和斜拉桥也是由古代的藤、竹吊桥发展而来。1957年我国修建了第一座长江大桥-武汉长江大桥，1969年我国修建南京长江大桥。刚架拱赵州桥（石拱桥）悬索桥澳门大桥地坪花坛五亭桥徐浦大桥结合梁斜拉桥北京三元立交桥机动车和非机动车混行的两层苜蓿叶式立体交叉1.3桥梁工程概述1.3.2桥梁的基本组成上部结构(桥跨结构superstructure)包括承重结构和桥面系—跨越障碍的主要结构，直接承担桥面上各种车辆、行人的荷载。下部结构(substructure)（桥墩、桥台及其基础）—支承上部结构，传递上部传来的荷载—挡住路堤的土—将桥梁结构的反力传递到地基附属设施(accessory)包括锥形护坡、护岸、导流结构物支座（bearing）—保证桥梁的温差伸缩◆明确各部分的作用1.3.2桥梁的基本组成上部结构：也称桥跨结构。包括承重结构和桥面系（桥面铺装、防水和排水设施、伸缩缝、人行道、栏杆、灯柱等），是线路中断时跨越障碍的主要承重结构，作用是承受车辆和行人荷载，并通过支座将荷载传递给墩台。下部结构：由桥墩、桥台和基础组成，作用是支撑上部结构，并将结构的重力和车辆的活荷载传递给地基，桥墩设在两个桥台之间，支撑桥跨结构，桥台设在两端，除了支撑桥跨结构外，还与路堤连接并抵御路堤土压力。附属结构：在桥梁建筑施工中，除了上述基本结构外，根据需要还常常修筑护岸、导流结构物等附属工程，包括桥头锥形护坡、护岸以及导流结构物等，他的作用是抵御水流的冲刷，防止路堤填土坍塌。河南开封黄河公路大桥下部结构上部结构梁式桥1.3.2桥梁基本组成主要名称和尺寸1.3.2桥梁基本组成1.3.2桥梁基本组成桥梁建筑高度：是桥上行车路面（或钢轨顶面）标高至桥跨结构最下缘之间的距离它不仅与桥跨结构的体系和跨境大小有关，而且还随行车部分在桥上布置的高度位置而异。净失高：是从拱顶的截面下缘至相邻两拱角的截面下缘最低点之连线的垂直距离。计算失高：是从拱顶截面型心至相邻两拱角的截面形心之连线的垂直距离。失跨比：是拱桥中拱圈（或拱肋）的计算失高与计算跨径之比。桥梁工程专业部分术语主桥：桥梁跨越主要障碍物（如通航河道）的结构部分。引桥：从桥台至正桥的结构部分，连接主桥和两端道路。跨度/径：表示桥梁的跨越能力，对于多跨桥，最大跨度称为主跨。计算跨径：桥跨结构相邻两个支座中心点之间的距离；净跨径：设计洪水位线上相邻两桥墩（台）间的水平净距，各孔净跨径之和称为总跨径。标准跨径的目的：有利于桥梁制造和施工的机械化，也有利于桥梁养护维修和战备需要。标准跨径：公路常用10m、16m、20m、40m铁路常用20m、24m、32m、48m桥长：两桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离。桥下净空高度：设计洪水位（通航水位）与桥跨结构最下缘的高差。桥梁建筑高度：桥面与桥跨结构最下缘的高差。1.3桥梁工程概述功能总结：1、桥跨结构（上部结构）跨越桥孔的结构物，包括承重结构和桥面系—直接承受车辆荷载，支座以上的部分2、桥墩、桥台、基础（下部结构）桥墩：设置在桥中间支撑桥跨的结构物桥台：设置在桥两端的结构物基础：地基底部奠基的部分—支承桥跨结构并将其永久荷载作用和车辆荷载作用传递至地基—将上部结构的荷载传递到基础中去挡住路堤的土—将桥梁结构的反力传递到地基3、支座支承上部结构的传力装置——传递荷载，保证桥跨产生一定的变位，和收缩4、附属设施护岸、导流结构物、锥形护坡等—保证桥梁稳定桥墩和桥台（注意区分）桥台---是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。桥墩---是多跨桥的中间支承结构，桥台和桥墩都是由台(墩)帽、台(墩)身和基础组成。桥墩在结构上必须有足够的强度和稳定性，在布设上要考虑桥墩与河流的相互影响，在空间上应满足通航和通车的要求。桥墩类型根据其结构形式可分为实体式(重力式)桥墩、空心式桥墩和桩(柱)式桥墩。桥台是两端桥头的支承结构物，它是连接两岸道路的路桥衔接构造物。它既要承受支座传递来的竖直力和水平力，还要挡土护岸，承受台后填土及填土上荷载产生的侧向土压力。因此桥台必须有足够的强度，并能避免在荷载作用下发生过大的水平位移、转动和沉降。桥梁基础桥梁的基础承担着桥墩、桥跨结构(桥身)的全部重量以及桥上的可变荷载。桥梁基础往往修建于江河的流水之中，遭受水流的冲刷。所以桥梁基础一般比房屋基础的规模大，需要考虑的问题多，施工条件也困难。桥梁基础的类型有刚性扩大基础、桩基础和沉井基础等。本课小结：通过本课的学习要知晓桥梁的发展过程、基本组成及各部分的作用、传力形式。作业：课后习题1.p2471.3桥梁工程概述1.3.3桥梁的分类1、桥梁的分类1）桥梁按其受力特点和结构体系分为：梁式桥、拱式桥、悬索桥、刚架桥、斜拉桥、组合体系桥等。２）按桥梁上部结构的建筑材料分：木桥、石桥、混凝土桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和结合梁桥等。３）按用途分：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、城市桥。４）按跨越障碍分：跨河桥、跨谷桥、跨线桥、高架线路桥等。５）按桥梁平面的形状分：正交桥、斜桥和弯桥。６）按制造方法分：混凝土桥分就地灌筑桥和装配式桥两类。也有两者结合的装配、现浇式混凝土桥。钢桥一般都是装配式的。7）按桥长分类2、木桥：是用木材建造的桥梁。木桥的使用很早，历史上除有木梁桥、木桁架桥外，还有木拱桥。木桥构造简单，施工迅速，但木材易腐、易裂（气候干燥地区）、易遭火灾，且强度较差，故当前多用于人行桥、抢修或施工时的临时便桥或半永久性的公路桥。上三坑古木拱桥查林木桥绍兴·八字桥北京·卢沟桥3、石桥：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虎渡桥。由于石梁抗弯能力较差，现己只能在人行桥或涵洞中使用。广西·香桥赵州桥石拱桥的外形美观，养护简便，可以就地取材，特别在石料供应方便、工价低廉的地区，修建跨度不大的石拱桥，是比较经济的。但石拱桥为实体重型结构。跨越能力有限，拱石的开采、加工、砌筑等均不易机械化，需要的劳动力较多，工期较长，使其发展受到一定限制。4、混凝土桥混凝土抗压强度高而抗拉强度低，主要用于拱桥。5、钢筋混凝土桥钢筋混凝土桥为耐压的混凝土和抗拉、抗压性能均好的钢筋结合而成的桥，主要用于跨度不大的梁式桥和拱桥。6、钢桥用结构钢制造，现常用于实腹梁桥及大跨度的桁架梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥。其主要优点是施工速度较快，跨越能力大；缺点是用钢量较多，维修费大。7、预应力混凝土桥优点：节省钢材，降低桥梁的材料费用：由于采用预应力工艺，能使混凝土结构的工地接头安全可靠，因而以往只适应于钢桥架设的各种不要支架的施工方法，现在也能用于这种混凝土桥，从而使其造价明显降低；同钢桥相比，其养护费用较省，行车噪声小；同钢筋混凝土桥相比，其自重和建筑高度较小，其耐久性则因采用高质量的材料及消除了活载所致裂纹而大为改进。缺点：自重要比钢桥大，施工工艺有时比钢桥复杂，工期较长。8、结合梁桥结合梁桥也称组合梁桥，是由两种不同建筑材料结合而成的桥，通常指用钢梁和钢筋混凝土桥面板结合而成的桥，可以节省钢材。1.3桥梁工程概述1.3.4桥跨的结构形式1、梁式桥梁式桥是一种最简单的桥梁上部结构形式。其上部结构在铅垂荷载作用下，支点只产生竖向反力。制造和架设均比较方便，使用广泛，在桥梁建筑中占有很大比例。1）按主要承重结构的形式分：有实腹梁桥和桁架梁桥两大类。实腹梁桥构造简单，制造与架设均较方便。这两种梁式桥的受力性质不同，实腹梁桥以用于预应力混凝土桥为主，而桁架梁桥则多用于钢桥。湖北·黄陵矶桥洛阳黄河公路桥2）按上部结构的静力体系分：主要有简支梁桥，连续梁桥和悬臂梁桥。简支梁桥：主梁以孔为单元，两端设有支座，是静定结构，最大弯矩发生在跨中央，当跨度为L、承受均布荷载q时，其值为q/8，支点弯矩为零，无助于跨中卸载，一般适用于中、小跨度。若遇地基不均匀沉降时，上部结构内力不受影响，若一孔遭破坏，邻孔不受牵连。它可以分片（段）预先制造，分孔架设和修复。这种桥结构简单，制造运输和架设均比较方便，因此各国多做成标准设计，以便于构件生产工艺工业化、施工机械化，赢得工期，提高质量，并降低造价。连续梁桥：主梁若干孔为一联，在中间支点上连续通过，是超静定结构，最大正弯矩发生在跨中附近，而最大负弯矩（绝对值）发生在支点截面上。由于支点负弯矩的存在。可使跨中正弯矩比同跨的简支梁减少很多。连续梁桥更适合采用悬臂拼装和悬臂灌筑、纵向拖拉或顶推法施工。悬臂梁桥：在连续梁桥弯矩图中的零值弯矩点（反弯点）处设铰，从构造设计上使此处弯矩为零（铰只能承受剪力而不能受弯矩），当设铰的数目等于连续梁的超静定次数时，这就将超静定的连续梁桥变成静定的悬臂梁桥。其内力不因地基不均匀沉陷而变，故可适用于地质不良的地区，但仍具有支点负弯矩卸载的优点（减少跨中的正弯矩）。3）梁式桥的主梁断面形式：工形、T形、箱形和板式桥等。单箱双室截面Ｔ型横截面Ｔ型横截面飞云江桥（简支梁桥）梁式桥南宁邕江大桥（悬臂梁桥）梁式桥双悬臂梁桥均布荷载q六库怒江桥（连续梁桥）武汉长江大桥（1957年建，公铁两用，连续钢桁梁桥，三联3×128m）梁式桥梁式桥•简支梁桥•悬臂梁桥•等截面连续梁桥•变截面连续梁桥•连续刚构•梁为承重结构，主要以其抗弯能力来承受荷载；在竖向荷载作用下，其支承反力也是竖直的；简支的梁部结构只受弯受剪，不承受轴向力•增加中间支承，可减少跨中弯矩，更合理地分配内力，加大跨越能力•梁式体系分实腹式和空腹式，前者的梁截面为T形、工字形和箱形等，后者指桁架结构；梁的高度可等高或变高2、拱式桥拱桥相当于主梁的杆件为曲线形，在荷载作用下，杆件的内力以压力为主。1）按拱圈（肋）结构的静力图式分：无铰拱、双铰拱、三铰拱。前两者属超静定结构，后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台（墩），结构最为刚劲，变形小，比有铰拱经济；但桥台位移、温度变化或混凝土收缩等因素对拱的受力会产生不利影响，因而修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承，铰可允许拱圈在两端有少量转动的可能。结构虽不如无铰拱刚劲，