市政工程(橋梁).ppt

1、橋梁工程，第一章總論，橋梁(Bridge )是跨越各種障礙(河流、山谷和其他路線等)的構(gòu)造物，用磚、石、木材、混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和各種金屬材料建設(shè)，不僅是交通工程的咽喉，各種道路工程的關(guān)鍵之點(diǎn)一、橋梁概況，上海南浦大橋(1991 )、杭州灣大橋(2007 )、武漢長(zhǎng)江大橋(1957 )、南京長(zhǎng)江大橋等現(xiàn)代橋梁(約18-19世紀(jì)):鑄鐵(18世紀(jì))、鋼材(19世紀(jì)50年代)、鋼筋混凝土橋(19世紀(jì)70年代)現(xiàn)代橋梁：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋(20世紀(jì)30年代)、斜拉橋、懸垂橋、橋梁的發(fā)展和展望，建設(shè)橋的材料向高強(qiáng)度、輕量和新功能的方向發(fā)展。 橋梁用鋼不僅提高其強(qiáng)度，還提高韌性、耐腐蝕性、

2、耐疲勞性、焊接性。 關(guān)于混凝土，在我國(guó)一般把強(qiáng)度等級(jí)在C60級(jí)以上的混凝土稱為高強(qiáng)度混凝土，把C100級(jí)以上的混凝土稱為超高強(qiáng)度混凝土。 目前，在實(shí)驗(yàn)室條件下，中國(guó)能制造C100級(jí)混凝土，羅馬尼亞達(dá)到c70級(jí)，美國(guó)達(dá)到C200級(jí)。 橋的結(jié)構(gòu)繼續(xù)在廣泛的范圍內(nèi)發(fā)展。 大跨度能力是反映橋梁技術(shù)水平的主要指標(biāo)之一。 意大利計(jì)劃建設(shè)長(zhǎng)達(dá)3300m米的墨西哥海峽懸索橋。 日本也計(jì)劃建設(shè)2500-3000m的紀(jì)淡海峽橋。 西班牙和摩洛哥政府從1979年開(kāi)始計(jì)劃直布羅陀海峽工程，橋梁方案長(zhǎng)達(dá)5000m米。 橋梁小百科，世界上第一座鋼筋混凝土橋是法國(guó)園藝師蒙埃于1875年修建的橫斷橋。 世界上第一座鋼橋美國(guó)密

3、蘇里州圣路易斯市的伊茲橋建于1867-1874。 世界上第一座斜拉橋于1925年建造的西班牙丹波爾河水路橋主要跨越60.35m。 世界上最早的懸念最早的現(xiàn)代懸念橋是美國(guó)賓夕法尼亞州的雅各布溪橋。 最古老的開(kāi)放肩石拱趙州橋(隋)。 世界上最大的石拱橋瑞典綏納松特橋，跨度155m(1946 )。 世界最大的鋼鐵拱重慶朝天門橋跨度552米(2009 )。 世界上最大的鋼管混凝土拱重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋，跨度420米(1997 )。 世界上最大的斜拉橋俄羅斯島橋，跨度1104m(2012 )。 世界上最大的懸垂橋明石海峽橋，跨度1991米(1998 )。 我國(guó)橋梁的發(fā)展概況是我國(guó)歷史悠久、世界上文明發(fā)展最快

4、的國(guó)家之一。 我國(guó)的橋梁建筑是歷史上輝煌的，古代的橋梁不僅數(shù)量驚人，類型也豐富，幾乎包含了所有現(xiàn)代橋梁中最主要的形式。 建造橋的材料大多是木、石、藤、竹等天然材料。 現(xiàn)存于中國(guó)古代最長(zhǎng)的石橋安平橋位于中國(guó)福建省晉江市安海町和南安市水頭町之間的海灣，安平橋全長(zhǎng)2255米，橋面寬33.8米，有361腳。 橋墩是用花崗巖的石頭縱橫堆疊起來(lái)的。 四川瀘定縣大渡河鐵索橋，唐朝中期，我國(guó)已經(jīng)發(fā)展到用鐵鏈建設(shè)吊橋，我國(guó)至今仍保留著約100m的四川瀘定縣大渡河鐵索橋(1706年)，幾千年來(lái)，建設(shè)許多古橋必須引領(lǐng)石橋。 富有民族風(fēng)格的古代石拱橋技術(shù)，以其構(gòu)造精巧、造型豐富而長(zhǎng)期著名的河北省趙縣趙州橋(也叫安濟(jì)橋

5、，建于605年)，是我國(guó)古代石拱橋的優(yōu)秀代表。 新中國(guó)以后，中國(guó)建設(shè)了很多技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模大的大跨度橋。1957年，第一座長(zhǎng)江大橋武漢長(zhǎng)江大橋結(jié)束了中國(guó)萬(wàn)里長(zhǎng)江無(wú)橋的歷史，顯示了我國(guó)建設(shè)廣大鋼橋的現(xiàn)代化橋梁技術(shù)水平的提高。 大橋下層雙線鐵路，上層公路橋面寬18m，兩側(cè)各設(shè)2.25m人行道，引橋全長(zhǎng)1670.4m. 1969年建成南京長(zhǎng)江大橋，這是我國(guó)自主設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、使用國(guó)產(chǎn)鋼材的現(xiàn)代大型橋。 上層是公路橋，下層是雙線鐵路，包括引橋在內(nèi)，鐵路橋全長(zhǎng)6772m，公路橋全長(zhǎng)4589m .南京長(zhǎng)江大橋、武漢長(zhǎng)江大橋，我國(guó)大跨度橋的建設(shè)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，90年代進(jìn)入了輝煌的發(fā)展時(shí)期。 據(jù)不完全

6、統(tǒng)計(jì)，中國(guó)現(xiàn)在的主要是跨越200米以上的橋，達(dá)到約110座的主要是超過(guò)400米以上的橋，建設(shè)54座，18座的主要是跨越1000米以上的橋，建設(shè)6座，5座。 已經(jīng)建成的梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋的最大跨度分別達(dá)到了330米、552米、1088米和1490米，分別名列世界同一類型橋前10位。 懸索橋主跨400米以上有13座。 江蘇潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋主要跨1490m，是國(guó)內(nèi)最大的跨度。 斜拉橋主跨越400m以上的有18座。 蘇通長(zhǎng)江大橋主跨1088m，是中國(guó)第一座斜拉橋。 拱形豐富多彩，主要跨越400米以上的有3臺(tái)。 萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋主跨420m鋼管混凝土拱橋，巫山長(zhǎng)江大橋主跨492m鋼管拱橋，朝天門橋主跨5

7、52m鋼拱橋，主要分別位于同一類型橋世界第一。 拱門世界中，橋的基本構(gòu)成是上部結(jié)構(gòu)(橋梁結(jié)構(gòu))下部結(jié)構(gòu)(橋墩、橋臺(tái)和基礎(chǔ))支撐臺(tái)附屬設(shè)施(橋面鋪裝、防水排水系統(tǒng)、扶手、伸縮狹縫、照明等)，橋由五個(gè)“大部件”和五個(gè)“小部件”構(gòu)成。 五個(gè)“大部件”“五個(gè)部件”是指橋受到汽車和其他作用的橋跨越上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，是橋結(jié)構(gòu)安全性的保證。 (1)橋結(jié)構(gòu)(上部結(jié)構(gòu)、橋結(jié)構(gòu))。 這是在路線撞到障礙物(例如河、谷、其他路線等)時(shí)越過(guò)這種障礙物的構(gòu)造物。 其作用是承受車輛的負(fù)荷，通過(guò)支架傳遞到橋梁橋墩臺(tái)。 (2)安裝系統(tǒng)。 其作用是支撐上部結(jié)構(gòu)，向橋梁橋墩臺(tái)傳遞載荷，保證上部結(jié)構(gòu)的載荷、溫度變化等因素引起的位移

8、功能。 (三)橋墩。 在河流和岸邊支撐兩側(cè)橋梁的上部構(gòu)造的建筑。 (4)橋臺(tái)。 設(shè)置在橋的兩端：一端與堤壩接觸，防止堤壩坍塌，另一端跨上部構(gòu)造的端部支撐橋。 為了保護(hù)橋臺(tái)和堤壩的填土，橋臺(tái)兩側(cè)經(jīng)常進(jìn)行一些防護(hù)工程。 (5)橋臺(tái)基礎(chǔ)。 是確保橋梁橋墩臺(tái)的安全，向地基傳遞負(fù)荷的構(gòu)造物。 基礎(chǔ)工程是橋梁施工中比較困難的部分，而且需要經(jīng)常在水中施工，所以面臨的問(wèn)題也很復(fù)雜。 前兩個(gè)零件橋橫跨上部結(jié)構(gòu)，后三個(gè)零件橋橫跨下部結(jié)構(gòu)。 五個(gè)“小部件”五個(gè)“小部件”是與橋梁服務(wù)功能直接相關(guān)的部件，以前被稱為橋面結(jié)構(gòu)。 橋梁的設(shè)計(jì)往往不受到重視，橋梁的服務(wù)質(zhì)量下降，外觀粗糙。 基于現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展水平，人類文明水

9、平也大幅度提高，人們對(duì)橋梁車舒適性和結(jié)構(gòu)觀賞水平的要求越來(lái)越高，因此在國(guó)際上橋梁設(shè)計(jì)中重視五個(gè)部件。 這不僅是“外觀包裝”，也是服務(wù)功能的一大問(wèn)題。 (1)橋面鋪裝(也稱為行駛道路鋪裝)。 橋面鋪裝的平整、耐磨、翹曲、不浸水是保證行駛舒適的關(guān)鍵。 (2)排水防水系統(tǒng)。 必須迅速排除橋面積水，使浸水的可能性最小化。 另外，城市橋梁排水系統(tǒng)要保證橋下沒(méi)有水滴和結(jié)構(gòu)上的漏水。 (3)欄桿(或防撞欄桿)。 是保證安全的構(gòu)造措施，也是最適合觀賞的裝飾品。 (4)伸縮狹縫。位于橋的上部結(jié)構(gòu)之間，或位于橋的上部結(jié)構(gòu)和橋臺(tái)的端壁之間，以保證結(jié)構(gòu)在各種因素下位移。 為了使橋面上的行駛舒適，不搖晃，必須在橋面上設(shè)

10、置伸縮狹縫結(jié)構(gòu)。 尤其是橋梁和城市橋的伸縮縫，結(jié)構(gòu)牢固，不僅外觀干凈，而且還必須好好清掃掉落在伸縮縫里的垃圾泥，保證其功能。 (5)照明。 在現(xiàn)代城市，大跨度橋是城市的象征性建筑，大部分都設(shè)置了照明系統(tǒng)，構(gòu)成了城市夜景的重要組成部分。 橋梁常用用語(yǔ)水位：河的水位隨季節(jié)而變化，缺水季節(jié)的最低水位被稱為低水位，洪峰季節(jié)河流中的最高水位被稱為高水位。 橋梁設(shè)計(jì)中按規(guī)定的設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算出的高水位稱為設(shè)計(jì)洪水水位。 在各級(jí)航線上，能維持航行船正常航行的水位稱為通航水位。 網(wǎng)跨度：梁式橋網(wǎng)跨度是設(shè)計(jì)洪水位線上相鄰的兩個(gè)橋墩(或橋臺(tái))之間的網(wǎng)跨度，用l0表示，拱形橋網(wǎng)跨度為每個(gè)孔拱兩個(gè)拱的斷面最低點(diǎn)之間的

11、水平距離。 總跨度：多孔橋梁中各孔凈跨度的總和，也稱為橋梁口徑(l0 )。 反映了橋下排水的能力。 計(jì)算跨度直徑：設(shè)有支撐臺(tái)的橋梁是指橋跨度結(jié)構(gòu)中相鄰兩個(gè)支撐臺(tái)的中心線之間的距離，對(duì)于用l表示的拱橋，是每個(gè)孔拱橋兩個(gè)拱橋剖視圖中心點(diǎn)之間的水平距離。 橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算以l為基準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)跨度(LK ) :梁式橋是指兩個(gè)相鄰橋墩的中心線之間的距離，或從橋墩的中心到橋臺(tái)背前緣的距離，而拱橋是指凈跨度。 橋的全長(zhǎng)：簡(jiǎn)稱橋長(zhǎng)，對(duì)于有橋臺(tái)的橋，橋長(zhǎng)是兩岸橋臺(tái)翼壁的尾端之間的距離：對(duì)于沒(méi)有橋臺(tái)的橋，橋長(zhǎng)是橋面行駛路(橋面系)的長(zhǎng)度，用l表示。 橋梁的高度單純是指橋面與低水位之間的臺(tái)階，或者橋面與橋下線路的路

12、面之間的距離。 橋的高度在一定程度上反映了橋梁施工的難易度。 橋下間隙的高度：設(shè)計(jì)洪水水位，或計(jì)算從通航水位到橋結(jié)構(gòu)最下緣的距離，用h表示。 要確保能安全地排出洪水，不要小于這條河的通航規(guī)定的間隙高度。 橋梁建筑的高度：從橋上行駛的路面標(biāo)高到橋結(jié)構(gòu)最下緣的距離，不僅橋結(jié)構(gòu)體系和跨度的大小，隨車部分在橋上的高度位置也不同。 不同結(jié)構(gòu)體系將結(jié)構(gòu)體系和受力特征分類為梁式橋、拱橋、剛橋、懸索橋和斜拉橋5種。 1梁式橋是垂直載荷下無(wú)水平反力的結(jié)構(gòu)，在外力的作用下，方向和承載力結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直，因此與同一跨度的其他結(jié)構(gòu)體系相比，梁橋產(chǎn)生的力矩最大，通常需要用彎曲阻力、拉伸阻力強(qiáng)的材料建設(shè)，目前道路上最廣

13、泛使用的是鋼筋混凝土材料(預(yù)應(yīng)力二、橋梁的分類、橋梁有不同的分類方式，各種分類方式反映了橋梁在某些方面的特征。 然而，橋梁按結(jié)構(gòu)體系分類是最典型的分類方法，不同的體系對(duì)應(yīng)不同的力學(xué)形式，顯示出受到不同力的特征。 2拱橋拱橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱或拱(拱截面設(shè)計(jì)成分離形時(shí)稱為拱)。 拱橋結(jié)構(gòu)在垂直載荷下橋墩和橋臺(tái)受到水平推力的同時(shí)，根據(jù)力和反作用力的原理，橋臺(tái)給拱提供了一對(duì)水平反作用力，這一水平反作用力在拱內(nèi)大大抵消了載荷引起的力矩。 因此，與同一跨度的梁相比，拱的彎曲力矩、剪切力、變形非常小。 拱門的承重結(jié)構(gòu)以壓迫為主，所以通常可以用抗壓能力強(qiáng)的Wei材料(磚、混凝土等)和鋼筋混凝土等建設(shè)。 拱橋

14、橫斷能力大，外形漂亮，條件允許的情況下，建設(shè)拱橋經(jīng)濟(jì)合理。但是，為了拱門能安全使用，下部結(jié)構(gòu)和地基必須承受大的水平推力。 為了減少橋的美觀和結(jié)構(gòu)的自重，拱橋一般設(shè)有腹孔。 剛架橋的橋的主要承重結(jié)構(gòu)是梁、板和柱(腳柱、縱壁)結(jié)合為一體的結(jié)構(gòu)體系。 由于縱向負(fù)荷的作用，柱腳不僅有縱向反作用力，還有水平反作用力，其特征是在此基礎(chǔ)上受到大的推力。 梁和柱的截面有彎矩、剪力和軸力的作用，它的受力狀態(tài)在梁橋和拱橋之間。 因?yàn)榱汉椭慕狱c(diǎn)是剛性連接，梁的端部受到負(fù)的彎曲力矩，與減少梁的中間彎曲力矩的一般腳臺(tái)不同，剛架橋的柱不僅受到壓力，還受到大的彎曲力矩。 對(duì)于相同的跨度，剛架橋在相同的載荷下的正彎矩小于正

15、常梁橋。 根據(jù)這個(gè)特征，剛架起橋的建筑物的高度可以變小。 需要橫穿線路的立體交叉和通航河川時(shí)，采用這種橋型可以盡量降低線路的標(biāo)高，減少堤壩的數(shù)量。 鋼筋混凝土梁式結(jié)構(gòu)受到負(fù)彎矩，梁柱接合處容易破裂，不能形成大跨度(40-50m )。 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以具有大跨度(60-200m )。 安康漢江大橋：鋼斜腳剛架鐵路橋，足鉸鏈跨度176m，1982年完成。 4懸索橋(懸索橋)懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)是懸掛在兩塔上的強(qiáng)力柔性電纜。 懸索橋由塔、電纜、錨定結(jié)構(gòu)和動(dòng)臂、加固梁構(gòu)成。 過(guò)橋的負(fù)荷用加固梁承受，通過(guò)繩索傳遞到繩索上。 主繩索是主要的承重結(jié)構(gòu)，但只受到拉力。 主繩索的拉力通過(guò)橋塔的壓力和錨固結(jié)構(gòu)

16、的拉力傳遞給基礎(chǔ)和基礎(chǔ)，通常，錨固結(jié)構(gòu)很大。 現(xiàn)代吊橋廣泛采用高強(qiáng)度鋼絲叉成股的繩索，發(fā)揮了優(yōu)異的拉伸性能，減輕了其結(jié)構(gòu)的自重，超過(guò)了在小建筑物的高度上無(wú)法比擬的特大跨度，最大跨度已經(jīng)接近2000m。 但與其他系統(tǒng)相比，吊橋自重輕，結(jié)構(gòu)剛性差，車輛動(dòng)載荷和風(fēng)荷載作用下橋有較大的變形和振動(dòng)。 吊橋整體的發(fā)展史，是與變形和振動(dòng)戰(zhàn)斗的歷史，是爭(zhēng)取剛性的歷史。 現(xiàn)在吊橋只建在道路上。 重力式錨碇(重力錨)隧道式錨碇(巖孔錨)、潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江橋南開(kāi)封橋、江陰長(zhǎng)江橋、5斜拉橋是由受壓塔、承接索和承梁體組合而成的結(jié)構(gòu)體系，充分利用了吊索結(jié)構(gòu)和梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，組合相當(dāng)合理。 梁結(jié)構(gòu)直接受到橋面外載荷的彎矩和剪切力，橋

17、塔兩側(cè)的斜拉索緊張后，在為梁結(jié)構(gòu)提供彈性支撐的同時(shí)，受到載荷的拉力，其拉力的垂直成分通過(guò)橋塔傳遞到基礎(chǔ)和基礎(chǔ)上的斜拉索中的載荷引起的拉力水平成分，在橋結(jié)構(gòu)上沿軸向與懸索橋相比，斜拉索直接作用于主梁結(jié)構(gòu)，大幅度增強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系的抗彎曲扭轉(zhuǎn)剛性，斜拉索和主梁構(gòu)成穩(wěn)定的三角形，斜拉橋的結(jié)構(gòu)剛性大，耐風(fēng)穩(wěn)定性也明顯改善。 斜拉索拉力的水平分量由梁結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，不需要巨大的錨定結(jié)構(gòu)?？缈撞贾眯问降默F(xiàn)代斜拉橋最典型的跨孔布置有兩種：雙塔三跨式和獨(dú)塔二跨式，斜拉索布置斜拉索是斜拉橋的主要承重構(gòu)件之一。 斜拉索在主梁上有彈性支撐作用，對(duì)斜拉橋整體結(jié)構(gòu)剛度和經(jīng)濟(jì)合理性起著重要作用。 電纜的空間配置形式通常有單電纜面、縱雙電纜面、傾斜雙電纜面三種。 電纜在電纜面內(nèi)的配置形式傾斜電纜在電纜面內(nèi)的配置，應(yīng)該根據(jù)受力的狀況和美學(xué)要求等因素來(lái)決定，經(jīng)常選擇以下三種基本形式。斜拉橋塔柱的風(fēng)格更豐富，從橋梁的運(yùn)行方面來(lái)看，可以分為圓柱型、雙柱型、門型、h型、a型、寶石型、逆y型等。 1 .俄羅斯島橋(1104 )，俄羅斯，2012 No. 2蘇通長(zhǎng)江橋1088