土木工程概论桥梁工程PPT课件.ppt

桥梁工程 第三章桥梁工程主要内容1概述2中国古代桥梁的辉煌和衰落3中国近代桥梁的引进和发展4世界现代桥梁发展中的主要技术创新5中国现代桥梁的崛起6从桥梁大国走向桥梁强国 1 一 概述1 桥梁工程的概念供公路 城市道路 铁路 渠道 管线等跨越水体 山谷或彼此间相互跨越的工程构筑物 是交通运输中重要的组成部分 概述 2 概述 2 桥梁基本知识 1 桥梁组成 以常见的简支梁桥为例 上部结构 也叫承重结构 包括桥跨结构和桥面构造 是指位于桥梁支座以上的部分 直接承受交通荷载 3 概述 下部结构 也叫支承结构 包括桥墩 桥台及其墩台基础 是支承上部结构 向下传递荷载的结构物 支座 是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 4 概述 附属设施 包括伸缩缝 锥形护坡 导流堤 检查设备 防撞设备等 5 概述 2 桥梁常用技术术语水位 低水位和高水位 设计洪水位 通航水位 跨径 计算跨径 L1 主跨 净跨径 L0 标准跨径 LK 多孔跨径总长 L LK 6 概述 桥下净空高度 设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构最下缘的高差H 桥梁建筑高度 是指桥面至桥跨结构最下缘的垂直高度h 7 概述 正桥 是指桥梁跨越主要障碍物的结构部分 引桥 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 或从引桥桥台连接到主桥桥孔的部分 8 3 桥梁的分类 概述 9 概述 10 概述 11 梁式桥以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁 用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁 其上部结构在铅垂向荷载作用下 支点只产生竖向反力 梁式桥为桥梁的基本体系之一 制造和架设均甚方便 使用广泛 在桥梁建筑中占有很大比例 概述 12 按上部结构的材料分 有木梁桥 石梁桥 钢梁桥 钢筋混凝土梁桥 预应力混凝土梁桥以及用钢筋混凝土桥面板和钢梁构成的结合梁桥等 木梁桥和石梁桥只用于小桥 钢筋混凝土梁桥用于中 小桥 钢梁桥和预应力混凝土梁桥可用于大 中桥 概述 13 按主要承重结构的形式分 有实腹梁桥和桁架梁桥两大类 实腹梁桥 不能使材料充分利用 所以跨度不宜做得太大 桁架梁桥的杆件承受轴向力 材料能充分利用 自重较轻 跨越能力大 多用于建造大跨度桥 但实腹梁桥构造简单 制造与架设均较方便 由于这两种梁式桥的受力性质不同 实腹梁桥以用于预应力混凝土桥为主 而桁架梁桥则多用于钢桥 概述 14 按主梁的静力体系分为简支梁桥 连续梁桥和悬臂梁桥 简支梁桥 主梁以孔为单元 两端设有支座 是静定结构 一般适用于中 小跨度 结构简单 制造 运输和架设均甚方便 多做成标准设计 以便于构件生产工艺工业化 施工机械化 提高质量 降低造价 概述 15 连续梁桥 主梁若干孔为一联 连续支承在几个支座上 是超静定结构 当跨度较大时 采用连续梁较省材料 更适合用悬臂拼装或悬臂灌筑 纵向拖拉或顶推法施工 悬臂梁桥 上部结构由锚固孔 悬臂和悬挂孔组成 悬挂孔支承在悬臂上 用铰相联 有单悬臂梁桥 三跨构成 中跨较大以满足通航要求 和双悬臂梁桥 可构成多跨的长大梁桥 概述 16 拱桥拱桥指的是在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重构件的桥梁 拱桥是向上凸起的曲面 其最大主应力沿拱桥曲面作用 沿拱桥垂直方向的最小主应力为零 最早出现的拱桥是石拱桥 借着类似梯形石头的小单位 将桥本身的重量和加诸其上的载重 水平传递到两端的桥墩 各个小单位互相推挤时 同时也增加了桥体本身的强度 近现代的拱桥则更多的使用混凝土或钢材建造 概述 17 概述 18 悬索桥悬索桥是桥梁的一种 亦称吊桥 的主要承力部分是桥两端的两根塔架 在这两根塔架间的悬索拉住桥的桥面 为了保障悬索桥的稳定性 两根塔架外的另一面也有悬索 这些悬索保障塔架本身受的力是垂直向下的 这些悬索连接到桥两端埋在地里的锚锭中 概述 19 概述 20 梁拱组合体系梁 拱组合体系中有系杆拱 桁架拱 多跨拱梁结构等 它们利用梁的受弯与拱的承压特点组成联合结构 该桥造型优美 跨度很大 已成为目前许多城市修建跨河桥梁的首选桥型 该类组合体系也是现代拱桥的一种桥型 概述 21 概述 22 斜拉桥斜拉桥是由承压的塔 受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系 主要承重的主梁 由于斜拉索将主梁吊住 使主梁变成多点弹性支承的连续梁 在外荷载和自重作用下 梁除本身受弯外 还有斜拉索施加给主梁的轴向力 主梁为压弯构件 能充分发挥其结构的力学性能 可减少主梁截面或增加桥跨跨径 概述 23 概述 从经济上看 可以做吊桥也可做斜拉桥时 斜拉桥总是经济的 因斜拉桥与吊桥比 它是一种自锚体系 不需昂贵的地锚基础 防腐技术要求比吊桥低 从而降低钢索防腐费用 刚度比吊桥好 抗风能力也比吊桥好 可用悬臂施工工艺 施工不妨碍通航 钢束用量比吊桥少 24 二 中国古代桥梁的辉煌和衰落桥梁的原始雏形桥梁的原始雏形是堤梁 在浅滩溪涧中筑起一个个石堤 堤间流水 人从石堤上跨越 独木桥 浮桥 石拱 中国古代桥梁的辉煌和衰落 双层式堤梁式石桥 25 1 石梁桥我国历史上最早记载的梁桥为锯桥 该桥建于商代 古代的石梁桥一般跨度都在10m以下 最大的石梁桥长达23 7m 迄今仍保留的中国古代石梁桥当推始建于宋绍兴八年的福建泉州安平桥 中国古代桥梁的辉煌和衰落 石梁桥 泉州安平桥宋绍兴八年建造 该桥共362孔 全长5里 26 中国古代桥梁的辉煌和衰落 泉州洛阳桥 该桥建于宋皇佑5年 全长1097m 有47个桥孔 马可波罗游记有记载 更早的石梁桥是泉州洛阳桥 27 中国古代桥梁的辉煌和衰落 2 浮桥公元前12世纪 周文王迎亲 在渭河上修建了浮桥 广济桥 初为浮桥 由浮船连结而成 后自两岸向江心逐墩修筑 形成目前 十八梭船廿四洲 风格 现桥全长约520米 现存古桥墩21座 28 3 石拱桥 中国古代桥梁的辉煌和衰落 29 4 伸臂式木梁桥 中国古代桥梁的辉煌和衰落 宋代张择端所绘 清明上河图 中北宋都城汴京的虹桥 该桥跨约18 5m 宽9 6m 拱矢约4 2m 汴京虹桥 30 5 索桥 中国古代桥梁的辉煌和衰落 都江堰的珠浦桥 此桥长约500米 八孔连跨 最大跨径61米 宽3米 1964年7月 因山洪暴发古桥被毁 重建后改木桥桩为混凝土桥桩 扶栏仍以竹藤包缠 1974年修建外江闸 下移100米 并改竹索为钢索 已被列入世界文化遗产加以保护 31 中国古代桥梁的辉煌和衰落 四川的泸定桥 清朝康熙44年 13根粗如碗口 长127 45m铁链作为承重索 9根为桥面 4根扶手 川入藏的重要通道 32 中国近代桥梁的引进和发展 三 中国近代桥梁的引进和发展 1880 1980年 世界近代桥梁的设计理论发展概况 1660 1950年 1 伽利略论述材料的力学性质和梁的强度 用公式表达梁的设计理论 2 1660年 虎克定律 应力与应变关系 3 1687年 牛顿力学运动三大定律 4 1744年 欧拉的压曲计算公式 稳定理论基础 5 1773年 库仑对材料强度 梁弯曲 拱计算以及挡土墙的压力理论做了系统研究 33 中国近代桥梁的引进和发展 该桥 英国的科尔布鲁克代尔桥 建于1779年 桥跨约30 5m 矢高13 7m 由五片半圆形拱肋组成 该桥完全模仿木拱桥的形状 标志欧洲木石建桥的终结 科尔布鲁克代尔桥曾使用170年 世界最古老的铸铁拱桥标志西方木石建造桥梁时期的终结 34 中国近代桥梁的引进和发展 BritanniaBridge 布列坦尼亚桥 1850年 英国设计建造的跨度141m的钢箱梁桥 35 中国近代桥梁的引进和发展 1857年 德国建造131m第一座钢桁架桥 36 中国近代桥梁的引进和发展 纽约布鲁克林桥 主跨486m 柔性悬索桥 现代大跨度悬索桥的先声 37 中国近代桥梁的引进和发展 苏格兰福思湾桥 悬臂钢桁架桥 主跨520m 建于1890年 19世纪钢桥的最高成就 结构力学的弹性内力分析方法普遍用于超静定承重结构的桥梁设计 为创造长跨纪录的工作取得有力的科学依据 38 中国近代桥梁的引进和发展 钢筋混凝土桥 1867年 莫尼埃发明钢筋混凝土 1875年 莫尼埃建成第一座16m的钢筋混凝土梁桥 39 中国近代桥梁的引进和发展 华盛顿大桥 大跨度悬索桥 1931建成 跨度1006m 突破千米 40 中国近代桥梁的引进和发展 金门大桥 GoldenGateBridge 1937年开通 跨度达到了1280m 全长约2 7km 高227m 是世界上最壮观的大桥之一 被视为旧金山的象征 在淘金热的时候 这座桥是如同是通往金矿的一扇大门 因此被命名为 金门大桥 金门大桥 41 中国近代桥梁的引进和发展 镰刀形拱桥建筑师们说 在桥上漫步是一种真正的精神上的享受 你和高山 白云 蓝天那么靠近 它构成了阿尔卑斯山的一幅美妙的风景画 该桥所有部分都恰到好处 无可挑剔 这是真正的艺术和桥梁结合的精品 瑞士萨尔基那山谷桥 SalginatobelBridge 42 中国近代桥梁的引进和发展 悉尼钢桁桥 远眺大桥形似衣架 从而得名 大衣架 CoatHanger 悉尼歌剧院位于桥的北端一侧 桥全长1885m 主跨为跨度达503m的钢桁架拱 钢桥 43 中国近代桥梁的引进和发展 列强入侵时期的技术引进 1880 1911年 1889年 外商在唐山设立了中国第一座水泥厂 开始建造混凝土桥梁墩台和钢筋混凝土梁桥 以替代原始的石砌墩台和石拱桥 同时 在上海 天津等租界中 西方工程师也主持建造了一些钢桥 外白渡桥 旧上海的标志建筑 44 中国近代桥梁的引进和发展 1927年正式建成 原名 万国桥 是由法租界工部局主持建造的 故又称为 法国桥 抗日战争胜利后以蒋介石的名字命名此桥 将 万国桥 改为 中正桥 1949年 天津解放后此桥正式更名为 解放桥 并沿用至今 天津解放桥 45 中国近代桥梁的引进和发展 济南泺口黄河桥1909年 德国建造 该桥共12孔 主孔跨径达164 7m 当时国内最大跨径的铁路桥 郑州黄河桥1905年 比利时建造 该桥共105孔钢桁架桥 全长3015m 当时国内最长的铁路桥 兰州黄河桥1907年 德国建造 全长233 33m 当时国内黄河上架起的第一座铁桥 46 中国近代桥梁的引进和发展 杭州钱塘江大桥 民国时期的发展 1911 1949年 由桥梁专家茅以升主持设计 桥长1453米 分引桥和正桥两个部分 正桥十六孔 桥墩十五座 我国自行设计 建造的第一座双层铁路 公路两用桥 47 中国近代桥梁的引进和发展 民国时期的发展 1911 1949年 是一座钢筋混凝土悬臂梁桥 长71 94米 宽17 3米 桥下3孔 中间一孔 跨径为36 55米 上海乍浦路桥 48 中国近代桥梁的引进和发展 武汉长江大桥 被称为 万里长江第一桥 是中国第一座横跨长江的桥梁 大桥为公路铁路两用桥 上层为公路 双向四车道 两侧有人行道 下层为复线铁路 桥身共有8墩9孔 每孔跨度为128米 总长1155 5米 连同两端公路引桥1670米 茅以升设计 武汉长江大桥 新中国建设初期的成就 1950 1980年 49 中国近代桥梁的引进和发展 梅旸春总工程师 王序森主持设计工作 是完全自主建设长江大桥的里程碑 大桥由正桥和引桥两部分组成 总长1576米 正桥为钢桁梁结构 共有9墩10孔 共有10孔 1 128米 9 160米 由1孔128m简支钢桁梁和3联 3孔为一联 9孔跨度各160m连续钢桁梁组成 南京长江大桥 50 中国近代桥梁的引进和发展 该桥主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱 拱矢度为1 9 边孔为净跨40m的双曲拱 该桥是目前国内跨径最大的预应力混凝土桁架拱公路桥 浙江宁海越溪桥 51 中国近代桥梁的引进和发展 该桥主桥为4孔112m连续钢桁架 引桥为多孔33m预应力混凝土简支梁 是我国比较少见的公路钢桥 山东北镇黄河桥 52 中国近代桥梁的引进和发展 上海新五桥 云阳汤溪河桥 斜拉桥试验桥 53 中国近代桥梁的引进和发展 1980年 当时国内跨度最大的预应力混凝土T型 主跨174m 重庆长江大桥 河北滦县滦河公路桥 1978年 第一座按高烈度抗震设防 跨度40m的预应力混凝土连续梁桥 54 中国近代桥梁的引进和发展 施工技术 满堂支架 悬臂拼装 55 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 WormsBridge 跨度114 2m 20世纪50年代法国Freyssinet公司开发了一整套预应力材料 锚固 防腐 施工张拉设备体系 为预应力混凝土结构的发展奠定了基础 1952年 德国建造Worms桥 首创预应力混凝土悬臂梁桥的节段施工新技术预应力梁式桥突破100m跨度 四 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 1950 2000年 56 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 1956年 德国在瑞典成功建造第一座现代斜拉桥 主跨182 6m Stromsund桥 57 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 顶推法 多应用于预应力钢筋混凝土等截面连续梁桥和斜拉桥梁的施工 指的是梁体在桥头逐段浇筑或拼装 用千斤顶纵向顶推 使梁体通过各墩顶的临时滑动支座面就位的施工方法 58 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 悬臂浇筑法是指在桥梁上部结构施工中 在桥墩两侧设置工作平台 平衡地逐段向跨中 悬臂浇筑水泥混凝土梁体 并逐段施加预应力的施工方法 挂篮施工也叫施工挂篮 是预应力混凝土连续梁 T形钢构和悬臂梁分段施工的一项主要设备 它能够沿轨道整体向前 59 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 悬臂浇筑法是指在桥梁上部结构施工中 在桥墩两侧设置工作平台 平衡地逐段向跨中 悬臂浇筑水泥混凝土梁体 并逐段施加预应力的施工方法 挂篮施工也叫施工挂篮 是预应力混凝土连续梁 T形钢构和悬臂梁分段施工的一项主要设备 它能够沿轨道整体向前 60 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 正交异性板即正交异性钢桥面板 是用纵横向互相垂直的加劲肋 纵肋和横肋 连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构 这种结构由于其刚度在互相垂直的二个方向上有所不同 造成构造上的各向异性 正交异性钢板结构桥面板的自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1 2 1 3 所以 受自重影响很大的大跨度桥梁 正交异性板钢箱梁是非常有利的结构形式 61 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 20世纪60年代高强螺栓代替铆钉预应力混凝土梁式桥突破200m上层移动支架施工法下层移动托架施工法 适合深谷施工 英国式流线型箱梁桥面悬索桥 62 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 63 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 新一代英国式流线型箱型桥面悬索桥 代替传统的桁架式加劲桥面 成为悬索桥结构形式的主流 SEVERN桥 64 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 20世纪70年代预应力技术发展的成熟期斜拉桥和预应力技术的结合出现了预应力混凝土桥塔和桥面的P C 斜拉桥出现独塔不对称斜塔桥出现矮塔斜拉桥连续刚架桥 65 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 矮塔斜拉桥 介于连续梁和斜拉桥之间的新型桥梁体系 是一道优美的彩虹 桥梁建筑的精品 Sunniberg桥 66 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 P C 箱梁和单索面体系 1977年建成 主跨320m 尽管世界上有那么多美丽的斜拉桥 但这座跨度仅320米的单索面混凝土斜拉桥以其简洁 明快 协调的造型和刚柔相济的风范得到了一致的赞赏 法国BrottoneBridge 67 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 桥全长767 3m 桥宽16m 主桥采用85 140 85 42 m 4跨不对称预应力混凝土连续 刚构桥 湖南沅水桥 该桥为V形墩刚架桥 分跨为67 5 95 0 67 5 m 锚跨长67 5m 悬臂长27 5m 悬臂间设置40m挂梁 均为箱形截面 桂林漓江桥 68 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 20世纪80年代高性能混凝土的应用脊骨梁大挑臂城市高架桥用纤维加筋塑料加固技术混合结构的新发展 如钢腹板箱梁替代全混凝土实腹板 69 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 20世纪90年代以来 斜拉桥 桥的重量由2000千米长的钢绳支撑 两座混凝土桥塔高215米 耸立在相当于20层高楼的基座上 诺曼底桥的中央跨度为856m 桥的总长是2200米 采用平行钢绞线拉索和施工控制技术 一座和当地景观完美协调的斜拉桥 诺曼底大桥 70 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 1997年建成 长1624m 采用防撞技术 虽然不是20世纪最大跨度的悬索桥 但独特的桥塔和锚碇设计给人以深刻的印象 塔经过美学处理 锚定掏空 丹麦大海带桥 71 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 1999年建成 斜拉桥 长890m 防风雨振措施 20世纪最大跨度斜拉桥 具有东方神秘的美感 日本多多罗大桥 72 世界现代桥梁发展中的主要技术创新 大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间 东经134度59分 北纬34度36分 全长3911米 主桥墩跨度1991米 两座主桥墩海拔297米 基础直径80米 水中部分高60米 两条主钢缆每条约4000米 直径1 12米 由290根细钢缆组成 强度1860MPa重约5万吨 大桥于1988年5月动工 1998年3月竣工 日本明石海峡大桥 73 中国现代桥梁的崛起 组合梁