市政工程(桥梁)

桥梁工程第一章总论桥梁（Bridge）是跨越各种障碍（如河流、山谷或其他路线等）的结构物，采用砖、石、木材、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土和各种金属材料建造，它不仅是交通工程的咽喉，各种道路工程的关键节点（里程短、难度大、造价高、工期长），而且也是一座立体的造型艺术工程，往往成为一个城市或地区标志性建筑。一、桥梁的概述上海南浦大桥(1991)杭州湾跨海大桥(2007)武汉长江大桥(1957)南京长江大桥(1968)朝天门长江大桥菜园坝长江大桥大佛寺长江大桥嘉陵江石门大桥古代桥梁（约17世纪前）：天然状态的藤萝、树木、石梁浮桥（周）、木梁桥（秦）、石拱桥（汉）等近代桥梁（约18-19世纪）：铸铁（18世纪）、钢材（19世纪50年代）、钢筋混凝土桥梁（19世纪70年代）现代桥梁：预应力钢筋混凝土桥梁（20世纪30年代）、斜拉桥、悬索桥桥梁发展与展望建桥材料向高强、轻质和新功能方向发展。对于桥梁用的钢，不但要提高其强度，还要提高韧性、耐腐蚀性、耐疲劳性和可焊性。对于混凝土，我国一般把强度等级大于C60级的混凝土称为高强混凝土，大于C100的称为超高强混凝土。目前，在实验室条件下，我国能制成C100级的混凝土，罗马尼亚能制成C170级，美国已制成C200级。桥跨结构继续向大跨度发展。跨径能力是反映桥梁技术水平的主要指标之一。意大利计划建造跨度达3300m的墨西拿海峡悬索桥。日本也计划建造2500-3000m的纪淡海峡大桥。西班牙和摩洛哥政府从1979年开始就对直布罗陀海峡工程进行规划，桥梁方案跨度达5000m。桥梁小百科世界上第一座钢筋混凝土桥——由法国园艺师蒙耶于1875年建成的人行桥。世界上第一座钢桥——美国密苏里州圣路易市的伊兹桥，建于1867-1874。世界上第一座斜拉桥——于1925年建成的西班牙但波尔河的水道桥，主跨60.35m。世界上最早的悬索桥——最早的现代悬索桥是美国宾夕法尼亚州的雅各溪桥。最古老的敞肩石拱桥——赵州桥（隋）。世界上跨径最大的石拱桥——瑞典绥依纳松特桥，跨径155m（1946）。世界上跨径最大的钢拱桥——重庆朝天门大桥跨径552m（2009）。世界上跨径最大的钢管混凝土拱桥——重庆万县长江大桥，跨径420m（1997）。世界上跨径最大的斜拉桥——俄罗斯岛大桥，跨径1104m（2012）。世界上跨径最大的悬索桥——明石海峡大桥，跨径1991m（1998）。我国桥梁的发展概况我国历史悠久，是世界上文明发达最早的国家之一。我国的桥梁建筑在历史上是辉煌的，古代的桥梁不仅数量惊人，而且类型也丰富多彩，几乎包括了所有近代桥梁中的最主要形式。建桥所用的材料大都是木、石、藤、竹之类的天然材料。我国现存古代最长的石桥，安平桥位于中国福建省晋江市安海镇和南安市水头镇之间的海湾上，安平桥全长2255米，桥面宽3～3.8米，共361墩。桥墩用花岗岩条石横直交错叠砌而成。四川泸定县大渡河铁索桥唐朝中期，我国已发展到用铁链建造吊桥，我国保留至今的有跨长约100m的四川泸定县大渡河铁索桥（1706年）几千年来，修建较多的古代桥梁要推石桥为首。富有民族风格的古代石拱桥技术，以其结构的精巧和造型的丰富多姿，长期以来一直驰名中外的河北省赵县的赵州桥（又称安济桥，建于605年），就是我国古代石拱桥的杰出代表。新中国以后，我国建成了很多技术复杂、规模宏大的大跨径桥梁。1957年，第一座长江大桥——武汉长江大桥，结束了我国万里长江无桥的历史，标志着我国建造大跨度钢桥的现代化桥梁技术水平的提高。大桥下层双线铁路，上层公路桥面宽18m，两侧各设2.25m人行道，包括引桥总长1670.4m.1969年又建成了南京长江大桥，这是我国自行设计、建造、施工，并使用国产钢材的现代化大型桥梁。上层为公路桥，下层为双线铁路，包括引桥在内，铁路桥梁全长6772m，公路桥全长4589m.南京长江大桥武汉长江大桥我国大跨径桥梁建设自20世纪80年代开始，90年代进入辉煌发展时期。据不完全统计，我国现有主跨在200m以上的桥梁近110座；主跨400米以上的桥梁已建成54座，在建18座；主跨1000米以上的桥梁建成6座，在建5座。已建的梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥的最大跨径分别达到了330米、552米、1088米和1490米，有16座分别跻身世界同类型桥梁排行榜前10名。悬索桥主跨在400m以上有13座。江苏润扬长江大桥主跨1490m，为国内最大跨径。斜拉桥主跨在400m以上的有18座。苏通长江大桥主跨1088m，是我国第一大跨斜拉桥。拱桥型式多姿多彩，主跨在400m以上的有3座。万县长江大桥主跨420m钢管混凝土拱桥，巫山长江大桥主跨492m钢管拱桥，朝天门大桥为主跨552m钢拱桥，主跨分别位居同类型桥梁世界第一。拱桥世界之最桥型桥名跨径（m）石拱桥山西晋城丹河新桥（2001）146钢管混凝土拱桥重庆万县长江大桥（1997）420钢管拱桥重庆巫峡长江大桥（2005）460钢拱桥重庆朝天门大桥（2009）552桥梁的基本组成上部结构（桥跨结构）下部结构（桥墩、桥台和基础）支座附属设施（桥面铺装、防水排水系统、栏杆、伸缩缝、灯光照明等）换一种说法：桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”组成。五个“大部件”“五大部件”是指桥梁承受汽车或其他作用的桥跨上部结构与下部结构，它们是桥梁结构安全性的保证。(1)桥跨结构(上部结构、桥孔结构)。它是路线遇到障碍(如江河、山谷或其他路线等)中断时，跨越这类障碍的结构物。它的作用是承受车辆荷载，并通过支座传递给桥梁墩台。(2)支座系统。它的作用是支承上部结构并传递荷载给桥梁墩台，它应保证上部结构在荷载、温度变化或其他因素作用下的位移功能。(3)桥墩。是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。(4)桥台。设在桥的两端：一端与路堤相接，并防止路堤滑塌；另一端则支承桥跨上部结构的端部。为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护工程。(5)墩台基础。是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构物。基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。前两个部件是桥跨上部结构，后三个部件是桥跨下部结构。五个“小部件”五个“小部件”是直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造。在桥梁设计中往往不够重视，因而使得桥梁服务质量低下，外观粗糙。在现代化工业发展水平的基础上，人类的文明水平也极大提高，人们对桥梁行车的舒适性和结构物的观赏水平要求越来越高，因而国际上在桥梁设计中很重视五小部件，这不仅是“外观包装”，而且是服务功能的大问题。(1)桥面铺装(或称行车道铺装)。桥面铺装的平整、耐磨、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。(2)排水防水系统。应能迅速排除桥面积水，并使渗水的可能性降至最小限度。此外，城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。(3)栏杆(或防撞栏杆)。它既是保证安全的构造措施，又是利于观赏的最佳装饰件。(4)伸缩缝。位于桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间，以保证结构在各种因素作用下的变位。为使桥面上行车舒适、不颠簸，桥面上要设置伸缩缝构造。尤其是大桥或城市桥的伸缩缝，不仅要结构牢固，外观光洁，而且要经常扫除掉入伸缩缝中的垃圾泥土，以保证它的功能作用。(5)灯光照明。在现代城市中，大跨径桥梁通常是一个城市的标志性建筑，大都装置了灯光照明系统，构成了城市夜景的重要组成部分。桥梁的常用术语水位：河流中的水位是随着季节而变化的，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的高水位称为设计洪水位；在各级航道中，能保持航船正常航行的水位称为通航水位。净跨径：梁式桥净跨径是指设计洪水位线上相邻两个桥墩(或桥台)之间的净距，用l0表示，拱式桥净跨径是指每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。总跨径：是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径(∑l0)。它反映了桥下宣泄洪水的能力。计算跨径：对于设有支座的桥梁是指桥跨结构相邻两个支座中线之间的距离，用l表示；对于拱式桥是指每孔拱跨两个拱脚截面形心点之间的水平距离。桥跨结构的力学计算是以l为基准的。标准跨径(LK)：对于梁式桥是指相邻两桥墩中线之间的距离或桥墩中心至桥台台背前缘之间的距离，对于拱式桥就是指净跨径。桥梁全长：简称桥长，对于有桥台的桥梁，桥长为两岸桥台翼墙尾端之间的距离：对于无桥台的桥梁，桥长为桥面行车道(桥面系)长度，用L表示。梁长计算跨径计算跨径跨径跨径桥长桥梁高度；简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差或为桥面与桥下线路路面之间的距离。桥高在某种程度上反映了桥梁施工的难易程度。桥下净空高度：是指设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离，用H表示。它应保证能安全排洪，并不得小于对该河流通航所规定的净空高度。桥梁建筑高度：是桥上行车路面标高至桥跨结构最下缘之间的距离，它不仅与桥梁结构的体系和跨径的大小有关，而且还随行车部分在桥上布置的高度位置而异。以不同的结构体系来分类按结构体系及受力特点，可分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥和斜拉桥五类。1梁式桥在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力的作用，方向与承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨径的其他结构体系相比，梁桥产生的弯矩最大，通常需用抗弯、抗拉能力强的材料来建造，目前在公路上应用得最广的是钢筋混凝土材料（包括预应力混凝土）。二、桥梁的分类桥梁有不同的分类方式，每一种分类方式反映出桥梁在某一方面的特征。但是，桥梁按结构体系的分类是最典型的分类方法，不同的体系对应不同的力学形式，表现出不尽相同的受力特点。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，同时根据作用力和反作用力原理，墩台向拱圈提供一对水平反力，这种水平反力将大大抵消在拱圈内由荷载引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常可用抗压能力强的圬工材料(如砖石、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。拱桥的跨越能力很大，外形也较美观，在条件许可的情况下，修建圬工桥往往是经济合理的。但为了确保拱桥能安全使用，下部结构和地基必须能经受住很大水平推力的不利作用。为了桥梁的美观和减小结构自重，拱式桥一般还设有腹孔。3刚架桥刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱（墩柱、竖墙）整体结合在一起的结构体系。特点是在竖向荷载作用下，柱脚处不仅产生竖向反力，也具有水平反力，使其基础承受较大推力。梁和柱的截面均有弯矩、剪力和轴力作用，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。由于梁和柱接点为刚结，梁端部承受负弯矩，使梁跨中弯矩减小；与一般墩台不同，刚架桥的立柱不仅承受压力，还承受较大弯矩。对于同样的跨径，在相同的荷载作用下，刚架桥的跨中正弯矩要比一般梁桥的小。根据这一特点，刚架桥跨中的建筑高度就可以做得较小。当遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河时，采用这种桥型能尽量降低线路标高，减少路堤土方量。钢筋混凝土梁式结构承受负弯矩，梁柱刚结处较易裂缝，因而不能做成较大的跨径（40-50m）。而预应力混凝土结构，可以做成较大的跨径（60-200m）。T型刚构多跨连续刚构桥斜腿式刚构桥安康汉江大桥：钢斜腿刚架铁路桥，脚铰跨度176m，1982年建成。4悬索桥(吊桥)悬索桥的主要承重结构是悬挂在两塔架上的强大的柔性缆索。悬索桥由塔架、缆索、锚锭结构及吊杆、加劲梁组成。桥跨上的荷载由加劲梁承受，并通过吊索将其传至缆索。主缆索是主要承重结构，但其仅受拉力。主缆索的拉力通过对桥塔的压力和锚锭结构的拉力传至基础和地基，通常锚锭结构非常巨大。现代吊桥，广泛采用高强度的钢丝成股编制的钢缆，以充分发挥优异的抗拉性能，使其结构自重较轻，能以较小的建筑高度跨越其他任何桥型无法比拟的特大跨度，最大跨度已近2000m。然而，相对于其他体系而言，吊桥的自重轻，结构刚度差，在车辆动荷载和风荷载作用下，桥有较大的变形和振动。整个吊桥的发展史，是和变