橋梁工程課程設(shè)計(jì)(中山橋)

1、 目 錄 1 . 橋梁簡(jiǎn)介2 2 . 中山橋的背景簡(jiǎn)介3 3. 鋼架橋的概述4 4 . 百年滄桑5 5. 中山橋橋墩猜想6 6. 歷史價(jià)值10 7. 心得體會(huì)10 8. 小組成員分工11 橋梁工程課程設(shè)計(jì)一橋梁簡(jiǎn)介 蘭州中山橋俗稱(chēng)“中山鐵橋”、“黃河鐵橋”，位于蘭州濱河路中段北側(cè)，白塔山下、金城關(guān)前，建于公元1907年(清光緒33年)，是蘭州歷史最悠久的古橋，也是5464公里黃河上第一座真正意義上的橋梁，因而有“天下黃河第一橋”之稱(chēng)。中山鐵橋長(zhǎng)234米，寬7.5米，有6墩5孔的鐵橋，橋上飛架5座弧形鋼架拱梁。清光緒33年(1907年)，清政府在蘭州道彭英甲建議和總督甘肅升允的贊助下，動(dòng)用國(guó)庫(kù)白

2、銀三十萬(wàn)六千余兩，由德商泰來(lái)洋行喀佑斯承建，美國(guó)人滿(mǎn)寶本、德國(guó)人德羅作技術(shù)指導(dǎo)，建起了黃河第一座鐵橋，初名“蘭州黃河鐵橋”。 圖 1 中山鐵橋二中山橋修建背景 中山橋是蘭州境內(nèi)歷史最為悠久的古橋。前身系黃河浮橋。黃河浮橋是明洪武五年(公元1372年)。宋國(guó)公馮勝在蘭州城西7里處始建的。明洪武九年(1376年)。衛(wèi)國(guó)公鄧愈將此橋移至城西10里處。稱(chēng)為“鎮(zhèn)遠(yuǎn)橋”。明洪武十八年(公元1385年)。蘭州衛(wèi)指揮楊廉將浮橋移至現(xiàn)在的位置白塔山下。至今蘭州還存有建橋時(shí)所遺的重10噸。長(zhǎng)5.8米的鑄鐵浮橋柱3根。人稱(chēng)“將軍柱”。柱上鑄有“洪武九年,歲次丙辰,八月吉日,總兵官司衛(wèi)國(guó)公建斯柱于浮橋之南,系鐵纜一百

3、二十丈”的字樣。 圖2.1中山橋正面當(dāng)年的黃河浮橋,用24只大船,橫排于黃河之上。船與船之間相距5米,以長(zhǎng)木連接,鋪以板,圍以欄,南北兩岸豎鐵柱4根,大木柱45根。有兩根各長(zhǎng)50米的粗鐵繩,將船固定在河面上,冬季黃河結(jié)冰則拆除,春季則又重搭浮橋?！皝锌慈绿一ū訕蛄唷钡脑?shī)句,就是當(dāng)時(shí)浮橋的寫(xiě)照。蘭州 圖2.2 原中山橋圖 古八景之一的“降龍鎖蛟”也是指這種景色。 三. 鋼架橋的概述 鋼桁架橋以其跨越能力強(qiáng)，施工速度快，承載能力強(qiáng),耐久性好普遍應(yīng)用于鐵路橋梁。長(zhǎng)期以來(lái)，由于鋼材價(jià)格高，材料養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高，鋼桁架橋梁在公路領(lǐng)域應(yīng)用較少。近年來(lái)，隨著我國(guó)煉鋼水平的提高，國(guó)產(chǎn)的鋼材品質(zhì)已經(jīng)完全

4、能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全的需要，同事隨著鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)的提高，鋼結(jié)構(gòu)橋梁越來(lái)越多的咋公路工 圖3.1中山橋上部節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu) 程領(lǐng)域的到應(yīng)用。 相比較我國(guó)當(dāng)前100米左右中等跨徑常用的橋型如連續(xù)梁，系桿拱，矮塔斜拉橋等結(jié)構(gòu)，鋼桁架橋梁雖然建筑成本高，但刨去成本控制的因素，鋼桁架橋 具有以下的幾點(diǎn)優(yōu)越性：1.建筑高度低，由于鋼桁架結(jié)構(gòu)主珩主要由拉桿和壓桿構(gòu)成，對(duì)桿件界面的抗彎剛度要求不大，因此鋼桁架的建筑高度，尤其適用于對(duì)橋梁建 筑高度有嚴(yán)格限制的橋梁；2. 施期短，速度快鋼桁架施工可在工廠制作桿件，運(yùn) 到現(xiàn) 場(chǎng)拼裝 圖4 .1中山橋端部節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu) 成橋，可采用頂推和支架拼裝等方法，這使它在很多工期較緊的

5、工程（ 比如重要道路的橋梁修復(fù)和橋梁的改建工程）和跨度越重要道路的跨線橋上成為橋 型首選之一；3.隨著鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)的提高，鋼桁架的耐久性大為提高，同時(shí)鋼材作為延性材料，結(jié)構(gòu)安全性較混凝土橋梁高。正因?yàn)殇撹旒軜蛄旱倪@幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，桁架橋成為特定條件下的經(jīng)濟(jì)而合理的橋型選擇。上、下平面縱向聯(lián) 結(jié)系均采用交叉式，與弦桿變形產(chǎn)生的內(nèi)力。在桁架兩端斜桿所在的斜平面設(shè)置喬門(mén)架，上弦節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)均設(shè)一道橫向聯(lián)結(jié)系。橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等二期恒載采用平面荷載施加在橋面板上，移動(dòng)荷載采用車(chē)道面加于橋面板上。 四 .百年滄桑歷經(jīng)滄桑之后，他依然如一名堅(jiān)強(qiáng)的戰(zhàn)士，用自己鋼鐵的脊梁，擔(dān)負(fù)起通達(dá)黃河兩岸的重任。 一百

6、多年的風(fēng)雨剝蝕，使中山橋已略顯蒼老，自1931年，經(jīng)過(guò)大大小小的17次維修，這座經(jīng)歷磨難的百年老橋雄風(fēng)仍不減當(dāng)年。新中國(guó)成立以來(lái)，中山橋共經(jīng)中山橋自建成至今,已度過(guò)了107個(gè)春秋。百年以來(lái)，中山橋，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次冰凌沖擊、洪水沖刷、地震搖撼、風(fēng)雨剝蝕、車(chē)船碰撞，及兩次大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)的洗禮。歷了5次加固維修。1950年，由交通部第七工區(qū)公路工程管理局，對(duì)鐵橋進(jìn)行橋墩加固。1954年，國(guó)家撥款60萬(wàn)元，由西北軍政委員會(huì)交通部公路局對(duì)鐵橋進(jìn)行了維修加固，在原平行弦桿上端置拱式鋼橋，使得中山橋外形變?yōu)榱私裉斓男螤睢?圖4 抬升后的中山橋1989年，那艘自重260噸供水船失控撞到鐵橋后，蘭州市經(jīng)過(guò)搶修不僅使鐵

7、橋轉(zhuǎn)危為安，還加寬了人行道，裝飾了橋身，鐵橋煥然一新。2004年，蘭州市政府投資500萬(wàn)元，對(duì)中山橋又進(jìn)行了維修加固。2994年10月，在承擔(dān)額95年車(chē)輛交通任務(wù)后，蘭州市政府決定將中山橋改為步行橋。2011年，中山橋迎來(lái)了建成后的第18次大修，這次大修除了提高中山橋抗震能力和抗洪能力，加固橋墩外，還將讓這座百年老橋長(zhǎng)高1.2米。 第一天16厘米，第二天35厘米，第三天60厘米 中山橋自4月11日上午進(jìn)入抬升階段后，一周內(nèi)整個(gè)過(guò)程進(jìn)展順利平穩(wěn)。中山橋此次維修加固，不僅要保持外觀原貌，同時(shí)不能改變橋的整體結(jié)構(gòu)，必須以保護(hù)為前提。按照設(shè)計(jì)，工程將鑿除原橋墩表面混凝土外包層，加固橋墩，并在橋墩頂面整

8、體現(xiàn)澆筑混凝土，最后實(shí)現(xiàn)將中山橋整體抬升1.2米，保證可靠使用50年左右。該工程還將改建和維護(hù)中山橋南北兩岸的廣場(chǎng)，確保橋面和廣場(chǎng)維持平順連接。五 .中山橋墩種種猜想告訴你5個(gè)嘆為觀止的秘密120年間3次參與鐵橋維修的人 2011年4月的一天，春陽(yáng)灑在奔流東去的黃河上，百年中山橋正在經(jīng)歷一次前所未有的“增高術(shù)”。蘭州市市政工程管理處橋梁管理所所長(zhǎng)董擎，盯著標(biāo)尺看著橋面一厘米一厘米上升。這個(gè)40多歲的中年男人，在近20年以不同身份參與了鐵橋的三次維修加固，這一次他的身份是“業(yè)主”。看著長(zhǎng)高的鐵橋，他感慨良多，思緒一下子飛回1990年的那個(gè)夏天。 圖5.1中山橋欄桿 那一年，他從湖南大學(xué)畢業(yè)，分配

9、到了蘭州市政工程勘察設(shè)計(jì)院工作。一個(gè)月后他接到了一個(gè)任務(wù)：為中山橋設(shè)計(jì)新的欄桿。 董卿所接手的欄桿設(shè)計(jì)有兩個(gè)原則，一是安全，二是和整體橋 體相協(xié)調(diào)。這對(duì)科班出身的董卿本來(lái)是手到擒來(lái)的事。但是他同樣遇到了麻煩?！爱?dāng)時(shí)人們對(duì)中山橋的關(guān)注度沒(méi)有像現(xiàn)在這么高，查資料成了難題，不知道在哪查，也不知道找誰(shuí)請(qǐng)教”。回想起當(dāng)時(shí)的情景，董卿苦笑著搖搖頭。雖然從小在蘭州長(zhǎng)大，但突然間由于職業(yè)的原因，他不得不從專(zhuān)業(yè)的角度重新審視這座橋，輾轉(zhuǎn)于各個(gè)檔案館，圖書(shū)館，資料室，走訪知情者。最重一招橋的特點(diǎn)和風(fēng)格，模仿波浪設(shè)計(jì)出正選切線的新欄桿。目前，我們看到的這個(gè)欄桿就是他的杰作。2 . 百年前的橋梁用鋼和現(xiàn)代無(wú)異 這次欄

10、桿設(shè)計(jì)僅是董卿從專(zhuān)業(yè)和技術(shù)角度認(rèn)識(shí)中山橋的開(kāi)始。 2004年，蘭州市政府投資500萬(wàn)元，對(duì)黃河鐵橋進(jìn)行了建國(guó)以來(lái)最徹底，最大規(guī)模的維修加固。中山橋這座蘭州上游的第一座公路橋?qū)⒔Y(jié)束近百年的通車(chē)歷史，變成一座永久性步行橋。當(dāng)時(shí)已經(jīng)在甘肅現(xiàn)代環(huán)境工程公司任總工程師的董卿，又以施工方項(xiàng)目經(jīng)理的身份再一次參與了維修。本次維修加固的主要內(nèi)容包括桁架系支座的除銹及防腐處理，木道板的更換，瀝青混凝土路面鋪筑，彩色橡膠防 鋪設(shè)，部分斜拉桿的維修和更換，伸縮縫安裝，以及在維 修過(guò)程中檢查出的需維修。 這次維修，董卿發(fā)現(xiàn)了一些隱藏在中山橋體內(nèi)的秘密。 圖5.2 中山橋橋底結(jié)構(gòu) 為了保證質(zhì)量，作為施工方的總工程師和項(xiàng)

11、目經(jīng)理的董卿，他需要黃河鐵橋詳盡科學(xué)數(shù)據(jù)。他們截取了部分桿件送到蘭州交通大學(xué)做了力學(xué)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果令所有人大吃一驚： 橋梁所用的鋼材和現(xiàn)在的A3鋼材一樣。A3是碳素結(jié)構(gòu)鋼，在力學(xué)性能上保證常規(guī)的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，和伸長(zhǎng)率，機(jī)械性能好，是甲類(lèi)鋼。目前大量應(yīng)用于建筑及工程結(jié)構(gòu)。用以制作鋼筋或建造廠房房架，高壓輸電鐵塔，橋梁，車(chē)輛，鍋爐，容器，船舶。100年前這些從德國(guó)進(jìn)口的鋼材竟然和現(xiàn)代使用的沒(méi)什么兩樣?？梢?jiàn)當(dāng)時(shí)對(duì)橋梁材質(zhì)的要求是非常高的。接下來(lái)還有讓董卿更為吃驚的事情發(fā)生了。3.百年前的鉚釘 內(nèi)壁光亮如新他們打開(kāi)桿件上的鉚釘發(fā)現(xiàn)，鉚釘和桿件的結(jié)合面光亮如新，沒(méi)有一定銹蝕。這大大出乎人們的意料。

12、在建橋時(shí)沒(méi)有足夠的電力和現(xiàn)在的焊接技術(shù)，構(gòu)件的連接和固定全部采用熱鉚技術(shù)完成的。熱鉚的由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘空中，鉚合而成，鉚釘打好后，釘桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮，但被頂頭之間的鋼板所阻止住，所以釘桿中產(chǎn)生了收縮應(yīng)力，對(duì)鋼板產(chǎn)生壓縮系緊力，就將兩個(gè)構(gòu)件結(jié)合在一起了。鉚釘連接由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工，現(xiàn)已很少采用。但鉚釘連接的塑性，韌性，傳力性可靠，質(zhì)量易于檢查，在一些重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，有時(shí)仍采用。 “起初我們以為一百年了，鉚合處 圖5.3 中山橋拉桿多少會(huì)有些銹蝕，可當(dāng)我們將鉚件啟開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，里面完全是簇新的，也就是說(shuō)一百年也沒(méi)有任何空氣和水分進(jìn)入而造成銹蝕。當(dāng)時(shí)使用炭火和錘具等

13、簡(jiǎn)單工具，能達(dá)到如此工藝令人匪夷所思，很難想象。”2004年鉚合的工作量和當(dāng)年建設(shè)大橋時(shí)的施工環(huán)境和工作量是不可同日而語(yǔ)，時(shí)至今日我們?nèi)匀粺o(wú)法想象如此宏大的工程在當(dāng)時(shí)是如何完成的。4.橋墩材質(zhì)就是片石混凝土 2004年的維修加固中，董卿和他的同事們還發(fā)現(xiàn)，整個(gè)橋梁的鉸接技術(shù)和銷(xiāo)釘連接技術(shù)對(duì)大橋的耐用性起到了至關(guān)重要的作用，這兩種技術(shù)的使用大大增加了橋體的彈性和韌性，當(dāng)橋體在受到壓力和震動(dòng)時(shí)，各連接點(diǎn)會(huì)消解一部分外來(lái)壓力。這兩種技術(shù)在別的橋梁中是很少使用的。中山鐵橋經(jīng)歷戰(zhàn)火洗禮，地震搖晃，洪水 沖刷，風(fēng)吹日曬，鐵船撞擊，車(chē)輛碾壓，百年之后之所以能完好的 矗立于黃河之上，它的建筑特點(diǎn)無(wú)疑給了一個(gè)科

14、學(xué)合理的解釋。這也是分辨原橋構(gòu)件和維修后構(gòu)件的重要參照物。董卿說(shuō)，凡是隱藏在橋體中的焊縫和高強(qiáng)螺栓， 都是后人維修過(guò)的地方。 隨著時(shí)間的推移和人們對(duì)鐵橋關(guān)注度的增加，鐵橋的資料在這時(shí)已經(jīng)有很多了，獲取資料的手段和渠道也寬了，很多人能解釋清楚了，有人能提供資料了。這一次董卿沒(méi)有為找資料費(fèi)多少周折。 圖5.4 中山橋橋墩 2011年，為適應(yīng)防洪，抗震的需要，鐵橋再一次進(jìn)行維修和加固，并且要抬升1.2米。董卿在20年中三次參與進(jìn)來(lái)了，不過(guò)這一次董卿的身份是管理方，是業(yè)主。這一次對(duì)于百年鐵橋是傷筋動(dòng)骨的手術(shù)。但這對(duì)現(xiàn)代專(zhuān)業(yè)的施工單位和工程師們來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不存在問(wèn)題了。這次維修加固的難點(diǎn)在于水下施工，老何

15、=河水文，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。工期和1994年相比而言，工作量，施工難度高，但工期同樣是3個(gè)月。施工方通過(guò)現(xiàn)在探測(cè)技術(shù)手段，獲取了橋下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，水文信息，以及橋墩的材質(zhì)構(gòu)成，誒科學(xué)施工提供了更為詳實(shí)準(zhǔn)確的第一手資料。根據(jù)建橋的年代，人們一直認(rèn)為橋墩應(yīng)該是用條石砌起來(lái)的的。而這次通過(guò)鉆探取樣否定了這一猜想，橋墩材質(zhì)是片石混凝土。計(jì)算機(jī)和高新設(shè)備的運(yùn)用，使得施工更加準(zhǔn)確，目前中山鐵橋已完好無(wú)損地抬升1.2米。橋面高于地平面的部分初定為坡面連接，可能會(huì)根據(jù)橋面鋪裝，廣場(chǎng)改造的具體情況調(diào)整方案。5.中山橋是按百年一遇標(biāo)準(zhǔn)建造 在各種自然災(zāi)害和戰(zhàn)火等人為因素的侵害下，鐵橋能屹立百年而不倒，本身就是設(shè)計(jì)水

16、平高超的證明，存在即是合理的。1981年八月九月間的那場(chǎng)洪災(zāi)，對(duì)于很多蘭州人來(lái)說(shuō)是最驚恐的記憶。據(jù)記載這次洪水來(lái)勢(shì)洶涌，流量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。4500立方/秒的大流量，持續(xù)了16個(gè)晝夜，5000立米/秒以上的流量持續(xù)了6天6夜。最高流量一度達(dá)到5640立米/秒，水位1516.85米，是自有實(shí)測(cè)資料以來(lái)的最高紀(jì)錄。黃河鐵橋也在那年經(jīng)歷了史無(wú)前例的考驗(yàn)。黃河蘭州段流量是以中山橋流量為準(zhǔn)的，水面離鐵橋高僅有50厘米，浪花濺上橋面，情況一度十分危急。在政府和軍民的共同努力下，鐵橋保住了。但客觀的講，能夠抵御這次洪水，取決于鐵橋本身的質(zhì)量。鐵橋的設(shè)計(jì)建設(shè)應(yīng)該是一百年一遇洪水的標(biāo)準(zhǔn)。六.歷史價(jià)值隨著時(shí)間的流

17、逝.蘭州市區(qū)已架起了10多座造型美觀.結(jié)構(gòu)新穎.工藝先進(jìn).氣勢(shì)不凡的鐵路公路橋.這座古老的黃河鐵橋已不是溝通黃河南北的唯一通道了.盡管如此.人們還是敬仰它.觀賞它.因?yàn)樗笠徊渴吩?shī).飧刻著蘭州古往今來(lái)歷史的變遷.展示了蘭州人民燦爛藝術(shù)的畫(huà)卷.“黃啟炎傳，鐵漢秦章光隴板；河清海晏，橋虹耀彩衛(wèi)金城。”如今，這座古老的橋梁依然橫跨黃河之上，與白塔山相呼應(yīng)?！芭e頭迎白塔，緩步過(guò)黃河。對(duì)岸兩山峙，中流意興多。”趙樸初的詩(shī)句頗能勾出人的游興。和諸多橋梁相比，中山橋的觀賞和紀(jì)念價(jià)值似乎比交通作用更有意義。7. 心得體會(huì) 通過(guò)這次做橋梁的課程設(shè)計(jì)，讓我更深更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)到了橋梁真正的定義。在這次課件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們小組分工明確，積極探討一些問(wèn)題，網(wǎng)上查閱資料，讓我感受到了團(tuán)隊(duì)力量的偉大。同時(shí)我們?cè)诓殚嗁Y料的同時(shí)也鞏固了課本上的基礎(chǔ)知識(shí)，把我們所學(xué)到的東西與現(xiàn)實(shí)中的橋梁相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了理論和現(xiàn)實(shí)的突破，讓我感受到橋梁是一項(xiàng)技術(shù)性高難度性強(qiáng)的工程。雖然做這次課件從攝影到搜集資料到最后的排版，花費(fèi)了將近兩周的時(shí)間，原則上是一次課