桥梁工程-第一章绪论.ppt

2019年4月27日1时51分,1,桥梁工程,主讲：张媛,储运与建筑工程学院,2,2019年4月27日1时51分,本课程的相关课程 前期已学课程：高等数学，结构力学，流体力学，土力学与地基基础，混凝土结构，钢结构等； 后续课程：桥梁课程设计 本课程教学要求 1. 课堂教学学时：48学时； 2.桥梁课程设计； 3.成绩评定方法： (1) 平时作业成绩记录，出勤 30% (2) 考试成绩记录 70% (3)二者结合进行评定,3,2019年4月27日1时51分,提问：,1.土木工程专业以前叫什么专业？ 2.这个专业何时开始叫做土木工程的？ 3.为什么要叫土木工程？,答：建筑工程，工民建,答：98年颁布高等学校本科专业目录,答：可以追溯到古代，我国建筑的主要材料就是土（当然是土、岩石等的统称）和木。在古代进行大规模的建设被称作“大兴土木”，所以现在我们就用土木工程来作为新的专业名称，土木工程是一种工程分科，指用石材、砖、砂浆、水泥、混凝土、钢材、钢筋混凝土、木材、建筑塑料、铝合金等建筑材料修建房屋、铁路、公路、桥梁、隧道、运河、堤坝、港口等工程的生产活动和工程技术。,4,2019年4月27日1时51分,提问：,4.大家知道石油大学土木工程专业的发展历程么？,答：1986年，工民建，专科，个班。 90年，建筑工程，本科，个班。 9699年，个班。99年，土木工程，个班。 2000年，个班。 2001年，扩招到个班。 2002年至今，个班。 在其中，我们也分别在不同的学院中，并且还曾经单独成立过建筑工程学院。,5,2019年4月27日1时51分,我国的建筑业和土木工程的教育、研究受前苏联教育体制和思想的影响，长期以来高等教育存在着学科专业设置过于狭窄的现象。土建类专业被划分为桥梁与隧道工程、铁道工程、公路与城市道路工程、水利水电建筑工程、港口与海湾建筑工程、工业与民用建筑工程、环境工程、矿山建筑工程等十多个面很小的专业。 1998年教育部新颁发的普通高等学校本科专业目录将使我国高等教育的专业设置趋于合理，更有利于人才的培养和社会发展的需要。,6,2019年4月27日1时51分,中华人民共和国教育部高等教育司1998.8颁布的普通高等学校本科专业目录正式规定我国土建类专业有五个，分别是土木工程、建筑学、城市规划、建筑环境与设备工程、给水排水工程。土木工程专业的代号是080703。它覆盖了过去的矿井建设、建筑工程、城镇建设、交通土建工程。,7,2019年4月27日1时51分,桥梁工程在土木工程中的地位,在学科上，是土木工程的一个重要分支； 在功能上，）在公路建设上，是道路工程的关键部位 ）在环境美学上，标志性建筑物 ）在国防上，交通运输的咽喉,8,2019年4月27日1时51分,桥梁在交通运输事业中的地位,建立四通八达的现代化交通网，大力发展交通运输事业，对发展国民经济，提高综合国力，促进文化交流都有非常重要的作用。在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为了跨越各种障碍，必须修建各种类型的桥梁与涵洞、因此桥涵是交通线中的重要组成部分，而且是保证全线早日通车的关键。,在经济上，桥涵的造价一般占公路总造价的10%20%。,在国防上，桥涵是交通运输的咽喉，在现代战争中具有非常重要的地位。,在技术上，桥涵的设计建造技术代表了一个国家的桥梁建筑水平。,9,2019年4月27日1时51分,本课程的学习任务,桥梁工程师土木工程专业得一门重要专业课。任务是使学生掌握常用中小桥梁选型，构造处理，设计计算原理与方法（重点），并了解桥梁施工的基本知识和未来桥梁的发展趋势。 “金桥银路铁建筑 金桥银路铜房子”,10,2019年4月27日1时51分,参考规范,中华人民共和国交通部标准公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）北京：人民交通出版社，2004 中华人民共和国交通部标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）北京：人民交通出版社，2004,11,2019年4月27日1时51分,主要章节,第一章 绪论 第二章 桥梁规划设计概述及桥梁上的作用 第三章 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥 第四章 桥梁墩台,12,2019年4月27日1时51分,第一章,绪论,13,2019年4月27日1时51分,主要内容,1.1 桥梁的发展史 1.1.1 桥梁的定义 1.1.2 古代桥梁 1.1.3 近现代桥梁 1.1.4 21世纪桥梁工程展望 1.2 桥梁的基本组成 1.2.1 桥梁的组成 1.2.2 重要专业名词,14,2019年4月27日1时51分,.桥梁的发展史,15,2019年4月27日1时51分,桥梁是供 、 、 、 、 、 等跨越 、 、 、 或 时使用的建筑结构。,铁路,道路,渠道,管线,车辆,行人,河流,山谷,湖泊,低地,其它交通线路,1.1.1 桥梁的定义,16,2019年4月27日1时51分,1.1.2 古代桥梁,桥梁是随着历史的演进和社会的进步而逐渐发展起来的。每当交通运输工具发生重大变化时，对桥梁在载重、跨度等方面提出新的要求时，便推动了桥梁工程技术的发展。,古代：交通运输工具简陋，科学技术不发达，人们只能利用自然界现有的材料建造一些简单的桥梁。,但我国在桥梁建筑史上的成绩是辉煌的，我国的古代桥梁不但数目惊人，且类型丰富多彩，几乎包括了所有近代桥梁中的最主要形式。所用建筑材料多是一些天然材料：土、石、木、砖等。,17,2019年4月27日1时51分,历史,我国桥梁的建筑历史悠久，根据历史考证，在三千年前的周文王朝代，就有在渭河上架设浮桥的文字记载。 隋唐时期，是我国古代桥梁的兴盛年代，其间在桥梁形式上及结构构造方面有着很多创新。 宋代之后，建桥数量大增，桥的跨越能力、造型和功能有所提高。 我国是最早有吊桥的国家，距今至少有三千多年的历史。,18,2019年4月27日1时51分,古代桥梁(3),19,2019年4月27日1时51分,古代桥梁的总结 结构形式： 古代桥梁的材料： 木、石、砖、竹、藤、铁等，除了铁之外其他都是天然材料。,梁桥,拱桥,索桥,浮桥,20,2019年4月27日1时51分,.促进桥梁发展的基础 理论上的发展：三大力学 建筑材料的发展：钢材和钢筋混凝土 计算工具发展的突飞猛进。,1.1.3 近现代桥梁,21,2019年4月27日1时51分,.桥梁分类 ）按结构形式 梁桥 拱桥 刚架桥 悬索桥 斜拉桥 其他结构形式的桥,22,2019年4月27日1时51分,梁桥,(1) 受力特点,(2) 分 类,(3) 主要的体系和截面形式,23,2019年4月27日1时51分,简支梁图式,连续梁图式,梁桥,受力特点：梁桥在竖向荷载作用下，只产生竖向反力 。,(1) 受力特点,(1) 受力特点,目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥，施工方法有预制装配和现浇两种，这种梁桥的结构简单施工方便，简支梁对地基承载力的要求也不高，其常用跨径在25m以下，当跨径较大时，需采用预应力混凝土简支梁桥，但跨度一般不超过50m。为了改善受力条件和使用性能，地质条件较好时，中、小跨径梁桥均可修建连续梁桥，对于很大跨径的大桥和特大桥，可采用预应力混凝土梁桥、钢桥和钢混凝土叠合梁桥。,梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力(恒载和活载)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它结构体系相比，梁桥产生的弯矩最大通常需用抗弯、抗拉能力强的材料(钢、配筋混凝土、钢混凝土叠合结构等)来建造。,(2) 分 类,简支梁 （simply-supported beam） 悬臂梁 (cantilever beam) 连续梁 (continuous beam),(3) 主要的体系和截面形式,实腹式 T形、工字型、箱形 梁式体系 空腹式 桁架式,28,2019年4月27日1时51分,主要由梁与立柱或墩柱刚性连接的桥梁。,刚架桥,受力特点,在竖向荷载作用下，主梁与立柱的连接处会产生负弯矩：主梁、立柱受弯矩和轴力；柱底约束处既有竖直反力也有水平反力。刚架桥的形式多半是立柱直立的、单跨或多跨的门形框架，柱底约束可以是铰接或固接。,29,2019年4月27日1时51分,刚架桥,刚架桥,30,2019年4月27日1时51分,梁桥世界之最,31,2019年4月27日1时51分,拱桥,拱桥,32,2019年4月27日1时51分,受力特点,拱式桥的主要承重结构是拱圈或供肋(拱圈横截面设计成分离形式时称为供肋)。 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(或拱肋)提供一对水平反力，这种水平反力将大大抵消在拱圈(或拱肋)内由荷载所引起的弯矩。 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。,拱桥,33,2019年4月27日1时51分,34,2019年4月27日1时51分,石拱桥世界之最,35,2019年4月27日1时51分,钢管混凝土拱桥世界之最,36,2019年4月27日1时51分,钢箱或钢桁拱桥世界之最,37,2019年4月27日1时51分,悬索桥,悬索桥以缆索跨过索塔顶锚固在河岸上作桥的承重结构，在缆索上悬挂吊杆，吊着桥面系供行车行人，缆索受拉； 组成：索（cable)、塔（pylon）、锚碇(anchorage)、加劲梁(stiffening girder)等组成。,38,2019年4月27日1时51分,受力特点,在竖向荷载作用下，悬索受拉，锚碇受竖向力和水平力。,跨越任何其它桥型无与伦比的特大跨度。 吊桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大稳定的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。,39,2019年4月27日1时51分,悬索桥世界之最,40,2019年4月27日1时51分,斜拉索、主梁以及索塔组成的组合结构, 斜拉索一端锚在塔上，另一端锚在梁上，拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支承，大大减少了梁内弯矩、梁体尺寸和梁体重量，增加了桥梁的跨越能力。,斜拉桥,41,2019年4月27日1时51分,42,2019年4月27日1时51分,苏通长江大桥，已于2007年月日正式合龙，2008年3月3日，总投资64.5亿元，全长32.4公里的世界第一斜拉桥苏通长江大桥全线竣工，5月13日19时30分，苏通长江公路大桥试通车。月日，正式通车，苏通大桥连接江苏南通与苏州两市，全长32.4公里，总投资约85亿元，由跨江大桥工程和南、北岸接线工程三部分组成。大桥主跨1088米，为世界最大跨径斜拉桥，创造了最深桥梁桩基础、最高索塔、最大跨径、最长斜拉索4项斜拉桥世界纪录，其雄伟的身姿成为横跨在长江之上的一道亮丽风景。世界之最。,43,2019年4月27日1时51分,斜拉桥世界之最,44,2019年4月27日1时51分,其他结构形式(1),45,2019年4月27日1时51分,其他结构形式(2),46,2019年4月27日1时51分,总结,石拱桥，丹河大桥，主跨146米，世界纪录 钢筋混凝土拱桥，四川万洲长江大桥，主跨420米，世界纪录 钢箱或钢桁架拱桥，上海卢浦大桥，主跨550米，世界纪录 钢管混凝土拱桥，巫山长江大桥，主跨460米，世界纪录 预应力连续刚构桥，广东虎门大桥辅航道桥，主跨270米，世界纪录 斜拉桥，苏通大桥，1088米，世界纪录 悬索桥，润杨大桥1490米，世界第三，规划中的琼州海峡桥，主跨有望超过2000米 我国桥梁建设水平已居世界先进行列。 桥梁建造水平，跨径也是标志之一，从这个方面来看我国的水平已经在世界前列了。经过短短的50年的发展我们就赶上了，说明我们中国人是很有智慧的。,47,2019年4月27日1时51分,.桥梁分类 2）按材料 木桥 石桥 钢桥 钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁 聚合材料桥梁：碳纤维、玻璃纤维高分子聚合物等，这是新发展起来的，还在研究阶段，没有使用，新材料的使用。新材料的使用可能会使桥梁的跨越能力和承载能力都有很大的提高。,48,2019年4月27日1时51分,）按桥梁用途 公路桥 铁路桥 （公路、铁路两用桥） 农用桥 人行桥 水道桥,49,2019年4月27日1时51分,50,2019年4月27日1时51分,）按规模分 特大，大，中，小，涵洞（涵洞：横贯路基或路堤的小型泄水和排洪构筑物,51,2019年4月27日1时51分,涵洞,）按平面形式 正桥 斜桥 弯桥 异形桥 ）按跨越障碍的性质分 跨河桥 跨线桥（立交桥） 高架桥（城市轨道交通）,52,2019年4月27日1时51分,）按行车道的位置分（主要针对拱桥） 上承式视野开阔，但建筑高度相对较大 中承式兼有两者优点缺点 下承式建筑高度小视野较差,53,2019年4月27日1时51分,）按跨越方式（是否固定）分 固定桥 活动桥（开启桥或开合桥，分平转、立转或升降） 浮桥 漫水桥 漫水桥：在次要公路上，跨越常水位与洪水位高差较大而且不通航的河流，同时洪水时间较短，交通允许暂时中断的条件下，桥梁标高可按常水位设计，洪水时允许水流从桥面漫过，时毁时建。,54,2019年4月27日1时51分,）按施工方法分 整体施工桥上部结构一次浇筑而成 节段施工桥上部结构分阶段组拼而成,55,2019年4月27日1时51分,结构型式：研究适应于超大跨度（如跨海工程）的结构体系及超深水基础的结构形式。 结构设计理论：研究更符合实际受力状态的力学分析方法和新的设计理论。大跨桥设计，越来越重视空气动力学、振动、稳定、疲劳、非线性等研究。以数理统计和可靠度理论为基础的极限状态设计方法。比如说对于大跨度桥梁抗震研究或动力稳定性问题等等。,1.1.4 21世纪桥梁工程展望,56,2019年4月27日1时51分,建桥材料： 向轻质、高强、耐腐蚀高性能方面发展。世纪的桥梁，主要是新材料的发展，聚合物，人工高分子，碳纤维，玻璃纤维这些材料，可能还有其他的材料的发展，它们强度大，质量轻，性能好，用于桥梁的建设可能会有更大的发展，混凝土材料向高强轻质发展（如超高强度的聚合物混凝土），预应力筋向高强度、耐腐蚀、强粘结和便于拼接方向发展。,57,2019年4月27日1时51分,计算机技术：开发成套的设计、计算、绘图软件。（可视化数据处理、结构分析、打印等为一体的桥梁结构设计与施工计算软件） 快速有效的优化设计，仿真分析。现代控制理论，定位系统，自动检测，安全管理系统，进行大跨桥梁的运营全过程监控，自动报告损伤部位，提供养护加固对策。 （举例：滨州黄河大桥，就是哈工大对其进行运营全过程监控，随时可以对损伤进行识别，从而为及时养护加固提供依据）。,58,2019年4月27日1时51分,施工方法： 要求快速简便，工业化制造，采用大型的架设、起吊机具，并要求对超大强度桥梁进行工程监控。深水基础工程的施工，目前是难点。目前一般未超过100m深水。下面水深达到300m，美国墨西哥湾修钻井平台水深411m，100300m深海基础施工难题迫在眉睫。,桥梁美学和环境保护,59,2019年4月27日1时51分,跨越直布罗陀海峡的桥梁构想，Gibraltar Strait Crossing(T.Y.Lin)(林同炎)美籍华人。1991年，林同炎提出更大胆的工程构思，在欧非大陆之间14公里的直布罗陀海峡上建造跨度达5公里的悬索桥，只采用3个桥墩，桥墩桩基深度达450米；他还提出了在柔性悬索桥的桥塔上建造刚性悬臂，从而使5公里跨度悬索桥实质上缩短为3公里，解决了长期以来制约大跨悬索桥发展中最重要的垂跨比问题；他的方案还充分考虑强台风、高桥墩的船撞等问题。他大胆而科学的方案得到普遍赞赏，以此内容撰写的论文获得1993年国际桥梁和结构工程协会(IABSE)的最高奖。,60,2019年4月27日1时51分,1.2 桥梁的基本组成,61,2019年4月27日1时51分,1.组成 桥梁上部结构 桥梁下部结构,62,2019年4月27日1时51分,1.组成 (1)桥梁上部结构 组成 桥面构造：桥面铺装，行车道，人行道，栏杆等 桥面铺装用以防止车轮直接磨耗桥面板、排水和分布轮重； 主要承重结构：梁，拱等，承担上部结构所受的全部荷载并传给支座， 例如桁架梁桥中的主桁，实腹梁桥中的主梁，拱桥中的拱肋（拱圈）等,63,2019年4月27日1时51分,支座（有时也单独列为一部分）： 设于桥台（墩）顶部，支承上部结构并将荷载传给下部结构的装置。,作用： 跨越作用，并将其承受的荷载传递到指定的下部结构上去，并保证桥上交通安全畅通。,64,2019年4月27日1时51分,（2）桥梁下部结构 组成： 桥台、桥墩及桥梁基础。 桥台和桥墩一般合称墩台，对于拱桥就是拱圈以下的。 桥台：位于桥梁的两端，支承桥梁上部结构，并使之与路堤衔接的建筑物，其功能是传递上部结构荷载于基础，并抵抗来自路堤的土压力。为了维持路堤的边坡稳定并将水流导入桥孔,除带八字形翼墙的桥台外,在桥台左右两侧筑有保持路肩稳定的截锥体填土，称锥体填方（也称锥体护坡），其坡面以片石围护。,65,2019年4月27日1时51分,U型桥台,66,2019年4月27日1时51分,桥墩：位于多孔桥梁的中间部位，支承相临两跨上部结构的建筑物，其功能是将上部结构荷载传至基础。 桥梁基础：是桥梁最下部的结构，上承墩台，并将全部桥梁荷载传至地基。基底应设置在有足够承载力的持力层处，并要求有一定的埋置深度。 作用：以支持桥梁上部结构并将荷载传给地基。 （3）附属设施：包括排水防水系统、栏杆、伸缩缝、灯光照明等。,67,2019年4月27日1时51分,桥梁组成,68,2019年4月27日1时51分,高水位：在洪峰季节的最高水位 低水位：河流在枯水季节的最低水位,2. 重要专业名词 （1）水位：,69,2019年4月27日1时51分,设计洪水位：在跨河桥梁设计时，按规定的设计洪水频率所计算确定的高水位,2. 重要专业名词 （1）水位：,70,2019年4月27日1时51分,通航水位：若河流属于通航河流，则满足正常通航要求的最高（用来计算上部结构高度）和最低水位（防止搁浅）,2. 重要专业名词 （1）水位：,71,2019年4月27日1时51分,最高流冰水位：对于有流冰的河流，在流冰季节河流所达到的最高水位,2. 重要专业名词 （1）水位：,72,2019年4月27日1时51分,桥长：桥梁两端桥台的侧墙或八字墙尾端点之间的距离（主要指u型桥台）。无桥台时，桥梁全长为桥跨结构的行车道板全长距离。（衡量桥梁大小的最简单指标）,2. 重要专业名词 （2）跨径：,73,2019年4月27日1时51分,跨径总长：桥梁两端桥台台背前缘间的距离。 单孔跨径(标准跨径) ：桥墩中线间距离或桥墩中线与桥台背前缘的间距。拱桥即为净跨径。,2. 重要专业名词 （2）跨径：,划分桥梁的规模,74,2019年4月27日1时51分,净跨径L0 ：梁式桥，设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距。拱桥，每孔拱跨拱脚截面内边缘之间的距离。 总跨径L：多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径。应满足宜泄设计洪水量的要求。,2. 重要专业名词 （2）跨径：,反映桥梁泄洪能力和通航标准的指标,75,2019年4月27日1时51分,计算跨径：桥跨结构两个支点间的距离。通常用l表示。 梁式桥，桥跨两端相邻支座中心之间的距离 拱桥，拱轴线两端点之间的距离,2. 重要专业名词 （2）跨径：,用于力学计算,76,2019年4月27日1时51分,桥梁建筑高度：桥上行车桥面（或轨顶）与桥跨结构下边缘之间的高差。通常应小于桥面标高与通航净空顶部标高之差,2. 重要专业名词 （3）高度：,77,2019年4月27日1时51分,桥下净空高度：设计洪水位或计算通航水位(或下面路面）至桥跨结构下边缘之间的距离，应满足安全排洪和通航的要求。,2. 重要专业名词 （3）高度：,78,2019年4月27日1时51分,桥梁容许建筑高度：公路桥面或铁路轨底标高减去设计洪水位标高，再减去通航或排洪所要求的梁底净空高度。 通常桥梁建筑高度应小于其容许建筑高度。,2. 重要专业名词 （3）高度：,79,2019年4月27日1时51分,桥梁高度：低水位至桥面的高差。跨线桥，指桥下道路路面至桥面的高差。,2. 重要专业名词 （3）高度：,80,2019年4月27日1时51分,思考题：,名词解释： 1.桥