第五章土木工程概论桥梁工程

5.1桥梁工程概述•桥梁是供车辆、行人、管线、渠道等跨越河流、山谷、海湾、湖泊或其他交通线路的工程建筑物。•简而言之，桥梁就是跨越障碍的通道。•桥梁的实质是跨越以实现连接。•桥梁是交通线路的重要组成部分，是保证全线贯通的咽喉。5.2桥梁的组成和分类•5.2.1桥梁的组成图5.1•1．上部结构•上部结构是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构，直接承受交通荷载，是指位于桥梁支座以上的部分，通常也叫桥跨结构。•2．下部结构•下部结构包括桥墩、桥台及其墩台基础，也叫支承结构，是支承上部结构、向下传递荷载的结构物。5.2.1桥梁的组成5.2.1桥梁的组成•3.支座•支座是设置在桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置，不仅要传递很大的荷载，并且要保证桥跨结构能产生一定的变位。支座提供的约束影响上部结构的受力，因此也可把支座划归到上部结构中。•4.附属设施•桥梁的附属设施设施包括桥面系、伸缩缝、锥形护坡、导流堤、检查设备、防撞设施（见图5.2）、导航装置等5.2.1桥梁的组成韩国仁川大桥桥墩防撞吸能装置5.2.2桥梁常用技术术语lLH5.2.2桥梁常用技术术语•结合图5.1介绍桥梁工程中常用的专有名词和技术术语：•1.水位•河流中的水位是变动的，河流中枯水季节的最低水位称为低水位；•洪峰季节河流中的最高水位称为高水位；•桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所得出的高水位，称为设计洪水位；•在各级航道中，能保持船舶正常航行的水位称为通航水位。5.2.2桥梁常用技术术语•2.跨径•跨径也叫跨度，是表征桥梁跨越能力的重要技术指标。•计算跨径是指桥跨结构相邻支座间的距离L1。•对多跨桥梁，最大跨度称为主跨。•对梁式桥,净跨径是指设计洪水位线上的相邻两桥墩（或桥台）之间的水平净距，用L0表示。•总跨径是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，反映出桥下泄洪能力的大小。5.2.2桥梁常用技术术语•对公路桥梁，标准跨径LK是指两桥墩中线间距离或桥墩中线与台背前缘的间距。•铁路桥，以计算跨径作为标准跨径。•桥梁全长，是指两桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离的距离LT。它是桥梁工程建设规模的标志。•对公路桥，两桥台台背前缘之间的距离L，为多孔跨径总长；•对铁路桥，两桥台桥台挡碴前墙之间的距离成为桥梁总长。5.2.2桥梁常用技术术语•3.高度和净空•桥下净空高度是设计洪水位或设计通航水位对至桥跨结构最下缘的高差H，桥下净空应保证排洪和通航的要求。•桥梁建筑高度是指桥面（或轨底）至桥跨结构最下缘的垂直高度h。•公路或铁路定线设计中所确定的桥面（或轨底）高程与通航及排洪要求所规定的净空高度之差，为容许建筑高度。显然，桥梁的建筑高度不能大于其容许建筑高度，否则就不能保证桥下的通航要求。5.2.2桥梁常用技术术语•4.正桥和引桥•工程规模较大的桥梁工程，通常包含正桥和引桥两部分。•正桥是指桥梁跨越主要障碍物的结构部分。由于通航等原因，正桥具有一定和高度和跨度，一般采用跨越能力大的结构体系和深基础，是桥梁工程中的重点。•把较高的正桥和较低的路堤以合理的坡度连接起来的桥梁部分就叫引桥，其跨度一般较小，基础较浅，建在河滩或岸上。在正桥和引桥的分界处有时会设置桥头堡，如图5.3所示。图5.3南京长江大桥（正桥和引桥示例）5.2.2桥梁常用技术术语5.2.3桥梁的分类•1.按工程规模划分桥涵分类公路桥涵铁路桥涵多孔跨径总长L/m单孔跨径LK/m桥长L/m特大桥L1000LK150L500大桥100≤L≤100040≤LK≤150100L≤500中桥30L10020≤LK4020L≤100小桥8≤L≤305≤LK20L≤20涵洞①LK5L＜6m且顶上有填土5.2.3桥梁的分类•2.按桥梁用途划分•桥梁按用途划分，有铁路桥、公路桥、公铁两用桥、人行桥、运水桥（渡槽）、管线桥等。公铁两用桥•公铁两用桥指同时承受公路和铁路车辆荷载的桥。公路和铁路可分上下层的双层式设置，也可以在同一平面的平列式设置。费马恩海峡大桥渡槽•渡槽又称高架渠，是一组由桥梁，隧道或沟渠构成的输水系统，用来把远处的水引到水量不足的城镇、农村以供饮用和灌溉管线桥用于输送油、气、水、通讯电缆等的桥5.2.3桥梁的分类•3.按桥梁桥跨结构所用材料划分•按桥跨结构所用材料划分，有圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。•圬工桥是指用砖、石、素混凝土块等砌体材料建造的拱桥，其构造简单，适用于跨度不大、取材方便的山区拱桥。圬工桥钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥•钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥是目前在中小跨径中应用最广泛的桥梁。•云南六库怒江大桥，三跨预应力混凝土连续梁桥，分跨为85米+154米+85米，1995年建成钢桥澳大利亚悉尼港大桥木桥•木桥以天然木材作为主要建造材料的桥梁。由于木材分布较广，取材容易，而且采伐加工不需要复杂工具。甘肃渭源霸陵桥5.2.3桥梁的分类•4.按结构体系划分•按结构体系划分，有梁桥、拱桥、悬索桥三大基本体系，以及由上述三大基本体系中的一种或两种与梁、塔、斜索等构件形成的组合体系，如斜拉桥和刚架桥等，具体分类见图5.15。图5.155.2.3桥梁的分类•5.按桥跨结构与桥面的相对位置划分•按桥跨结构与桥面位置划分，有上承式、中承式和下承式。•6.按桥梁平面布置划分•按桥梁平面布置划分，有正交桥、斜交桥、弯桥和匝道桥等。（见图5.16）5.2.3桥梁的分类5.2.3桥梁的分类•7.按跨越对象划分•按桥梁所跨越的对象划分，可分为跨河桥、跨谷桥、跨线桥、立交桥、跨海桥、旱桥和地道桥等。5.2.3桥梁的分类•8.按桥梁的可移动性划分•按桥梁的可移动性可分为固定桥、活动桥和开启桥。固定桥在建成后不可移动，活动桥主要指浮桥和舟桥开启桥5.3桥梁的结构体系和受力特点•按结构体系和受力特点，桥梁可划分为梁、拱、索三大基本体系和组合体系。其中，梁桥以受弯为主，拱桥以受压为主，悬索桥以受拉为主。5.3.1桥梁的基本体系1．梁桥•梁作为承重结构，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。•常用的简支梁（见图5.1）跨越能力有限，跨度通常不超过40m，因此，悬臂梁和连续梁（见图5.15（a）和（b））利用增加中间支承，可减少跨中弯矩，更合理地分配内力，加大了跨越能力。5.3.1桥梁的基本体系•常用的简支梁（见图5.1）跨越能力有限，跨度通常不超过40m，因此，悬臂梁和连续梁（见图5.15（a）和（b））利用增加中间支承，可减少跨中弯矩，更合理地分配内力，加大了跨越能力。5.3.1桥梁的基本体系•简支梁支座连接5.3.1桥梁的基本体系•2．拱桥•拱桥的结构特征是主要承重结构具有曲线外形（图5.15（c）所示）。其受力特点为在竖向荷载作用下，拱主要承受轴向压力，但也受弯受剪。支承反力不仅有竖向反力，也承受较大的水平推力，因此，拱桥对地基的要求较高，一般建于地基良好之处。由于拱主要承受压力，因而多采用抗压能力较强的砌体材料或钢筋混凝土来建造。5.3.1桥梁的基本体系•3．悬索桥•悬索桥主要由缆索、塔、锚碇、加劲梁等组成，其中悬挂两边塔架上的缆索为主要的承重结构（见图5.15（d））。明石海峡大桥目前世界上跨度最大的桥梁，主跨1991米，桥塔高297米，桥面宽35米，双向六车道。两条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆组成，重约5万吨，于1998年3月竣工5.3.2桥梁的组合体系•1．斜拉桥•斜拉桥由梁、塔和斜索组成的组合体系，结构型式多样，造型优美壮观（见图5.15（i））。•在竖向荷载作用下，梁以受弯为主，塔以受压为主，斜索则承受拉力。斜索通常采用高强钢丝制成，塔多采用钢筋混凝土，梁采用预应力混凝土梁或钢箱梁。•斜拉桥的跨越能力仅此于悬索桥，是在近几十年中发展较快的一种桥式。法国米约大桥•七塔斜拉桥，主跨342m，大桥桥面离地270m，塔顶离地343m，2004年•地形、地质、水流变化大，谷底至桥面较高，适于大跨，避免修建高桥墩5.3.2桥梁的组合体系•2．刚架桥•刚架桥是梁与立柱的组合体系（见图5.15（e））。其梁与立柱是刚性连接，形成刚架。•其主要特点是立柱具有相当的抗弯刚度，能有效分担梁的跨中弯矩，达到降低梁高、增大桥下净空的目的。•若立柱斜向布置的刚架桥称为斜腿刚架桥（见图5.15（g））。5.3.2桥梁的组合体系•3．T形刚构桥和连续刚构桥•T形刚构桥和连续刚构桥都是梁和刚架相结合的体系。它们是预应力混凝土结构采用悬臂施工方法而发展起来的一种新的结构体系。•结构的上部梁体在墩上向两边采用平衡悬臂施工，先形成一个T形的悬臂结构。相邻的两个T形悬臂在跨中设铰或挂孔来连接，就形成T形刚构桥（见图5.15（f））。•若结构在跨中采用预应力筋和现浇混凝土区段连成整体，即为连续刚构桥（见图5.15（h））。5.3.2桥梁的组合体系•3．T形刚构桥和连续刚构桥•若结构在跨中采用预应力筋和现浇混凝土区段连成整体，即为连续刚构桥（见图5.15（h））。5.3.2桥梁的组合体系–4．梁、拱组合体系•梁、拱组合体系同时具备和梁的受弯和拱的承压特点（见图5.15（j））。•该体系的优点是：可利用梁受拉来承受拱在竖向荷载作用下的水平推力。这样对地基的要求就可降低，可在一般的地基条件下修建。5.4桥梁工程发展动态•当代桥梁的发展趋势是继续向大跨发展，一方面是为了适应交通事业发展的需求，另一方面建造前所未有的大跨度桥，对人类来说是具有吸引力的挑战。•桥梁结构设计理论的是桥梁工程技术的基石，因此为了适应桥梁技术的进一步发展，就需要开展设计理论研究，完善设计规范。•要求建桥材料具有强度高、质量轻，抗疲劳、耐腐蚀等良好性能，因为材料科学的进步是推动桥梁工程发展的重要动力。5.4桥梁工程发展动态•随着信息技术的发展，数字技术在桥梁工程的设计、施工、监测中也得到广泛应用。•随着国家经济的持续发展、大众审美要求的提高，使得桥梁建筑的设计理念逐步改变，日益重视桥梁美学、建筑造型和景观设计。美国Tacoma悬索桥风毁事件，风振频率与桥自振频率一致，形成结构共振。08年11月，厦漳大桥开工建设，线路总长9.33公里，总投资50亿元，计划2012年建成。大桥主塔高222米，主跨720米，3万吨船舶可安全通行。