桥梁工程概述PPT课件.ppt

市政桥梁工程技术 1 第一章概论 桥梁 bridge 是跨越江河 山涧 供人 车通行的人工构筑物 简而言之 桥梁就是跨越障碍的通道 跨越 一词 突出表现出桥梁不同于其他土木建筑的结构特征 从线路 公路或铁路 的角度讲 桥梁就是线路在跨越上述障碍时的延伸部分或连接部分 桥梁作为交通的重要组成部分 与政治 经济 军事 科技 文化 艺术等具有密切的关系 2 桥梁工程 bridgeengineering 是土木工程的一个分支 桥梁工程 一词通常有两层含义 一是指桥梁建筑的实体 二是指建造桥梁所需的科技知识 包括桥梁的基础理论和研究 以及桥梁的规划 设计 施工 运营 管理和养护维修等 3 第一节桥梁发展概述 古代桥梁 ancientbridge 大致指19世纪中叶以前所修建的桥梁 近代桥梁 modernbridge 指19世纪后期以来 由工程师使用工程力学 设计规范及桥梁工程知识所兴建的桥梁 把在20世纪30年代左右发展起来的 主要为公路和城市道路服务的桥梁称之为现代桥梁 contemporarybridge 4 一 古代桥梁 这些桥梁的设计和施工完全依靠建造者的经验 没有力学知识的指导 建桥材料以天然的或加工过的木材 石材为主 及竹索 藤索 铁索 铸铁 乃至锻铁 在桥式方面 有梁 拱和索桥三大类 当时技术落后 工具简陋 不会修建深水基础 施工周期也长 5 我国历史 文化悠久 是世界文明古国之一 就桥梁讲 古代桥梁取得了辉煌的成就 尤其是进入隋 唐 宋 元时期 国力强盛 经济发达 桥梁建设达到鼎盛阶段 建设了大批闻名于世的桥梁 中国古代的桥梁的成就 6 在拱式木桥中 宋代虹桥 1032 1033年 构造奇特 宋代家张泽端在其名画 清明上河图 中所描绘的是汴京 今河南开封 的虹桥 7 据史料记载 公元282年有了石拱桥 公元606年建成了迄今世界上尚存的跨径最大的古代石拱桥 赵州桥 其跨径37 7m 宽9m 世界上第一座敞肩石拱桥 该桥构思巧妙 造型美观 工艺精湛 历1400年而无恙 被誉为 国际土木工程里程碑建筑 8 9 我国建于宋朝的福建泉州万安桥 又称洛阳桥 于公元1053 1059年由蔡襄所建 桥长834m 共47孔 每孔用7根跨度11 8m的石梁组成 宽约4 9m 该桥首创在桥梁基础工程上用筏形基础 采用生物工程方法 用牡蛎养在涨潮前的抛石基底和石砌墩身上 使胶结成整体 10 11 现存世界上最长的石梁桥 是福建泉州安平桥 该桥始建于南宋绍兴八年 1138年 前后历经13年建成 长近五华里 俗称五里桥 共352孔 现存2070m 被誉为 天下无桥长此桥 12 广东潮州湘子桥 又称广济桥 于公元1170 1192年建成 桥全长517 95m 东西浅滩部分各建一段石桥 中间深水部分以浮桥相连 该桥创新点为 首开浮桥之桥型 可开可合 是世界开合桥的先导 13 14 我国是公认最早有索桥的国家 据记载 至迟在唐朝中期 我国就从藤索 竹索发展到用铁链建造索桥 而西方在16世纪才开始建造铁索桥 至今尚保存下来的古代索桥有四川灌县的竹索桥 世界上最古老的索桥 和沪定县的大渡河铁索桥 灌县竹索桥始建于宋朝 990年 1803年仿旧制重建 名安澜桥 桥长340m 分为8孔 由用细竹篾成的24根竹索组成 泸定铁索桥建于1706年 长约100m 宽约2 8m 由13条锚固于两岸的铁链组成 现作为革命文物保存 15 四川灌县的竹索桥 16 泸定铁索桥 17 国外的古代桥梁 如同中国桥梁建筑一样 19世纪中期以前 国外桥梁建筑材料仍以木 石 铸铁 锻铁为主 公元前200年 公元260年 罗马人修建了许多的石拱桥 这个时期修建的石拱桥 拱圈呈半圆形 拱石经过细凿 砌缝不用砂浆 因当时不能修建深水基础 桥墩过宽 阻水面积过大 所修建的跨河桥多已冲毁 但是其中也有尚存与世的 18 古罗马最著名的石拱桥是加德水道桥 Pout du Gard 建于公元14年 由三层半圆形拱组成 高约50m 底层6拱 二层11拱 三层33拱 支承着输水槽 19 罗马跨越台伯河的天使桥 始建于公元134年 共5孔 中间3孔为原桥 跨度18m 1688年 在栏杆柱上增加了10尊天使雕像 使其成为罗马最优雅美观的桥 20 随着西方文艺复兴的到来 科学理论施工技术都有了长足的进步 桥梁被认为是市政建设的艺术品 桥梁工程师被认为是纪念碑的创作者 欧洲各国将政治 经济 文化 宗教等方面的变革有意无意的反映在了桥梁 意大利威尼斯的里奥托 Rialto 桥是这一时期的典型代表 建于1591年 是威尼斯的象征 桥长48 2m 宽22 95m 离水面6m高 桥上中部建有厅阁 两侧店铺林立 21 22 二 国外的近现代桥梁 19世纪20年代 世界上出现铁路 现代桥梁主要是为适应铁路建设的需要 在19世纪后期逐步发展起来的 在铁路发展的初期 建桥材料仍是木材 石材 铸铁和锻铁等 后来钢材逐步占据主导地位 20世纪初 钢筋混凝土也逐渐受到桥梁界重视 开始用于中 小跨度桥梁 建桥工具得到很大发展 出现了蒸汽机 打桩机 电动工具 风动工具 起重机具 铆钉机等 在深水基础方面 可以施工沉井 压气沉箱和大直径的桩 从这时起 铁路方才改变 见大河就断 的现象 从20世纪30年代起 随着汽车工业的发展 公路桥梁也开始大力发展 23 钢铁首次大量应用于桥梁是1874年修建的美国圣路易市的伊兹 Eads 桥 该桥为三跨 153m 158m 153m 的钢拱桥 第一次大规模地应用了悬臂梁设法 从而推动了世界桥梁施工方法的进步 24 1880 1890年 英国采用悬臂桁架梁 建成了跨度空前的福思湾铁路桥 主跨521 2m 总长1620m 支承处桁高达110m 该桥被视为现代桥梁的典型代表 25 1917年建成的加拿大魁北克 Quebec 大桥是世界上最长的悬臂梁桥 主跨为549m 26 1869 1883年 罗布林父子设计并建成了至今仍在使用的布鲁克林桥 Brooklyn 城市悬索桥 主跨487m 该桥抗风性能好 为悬索桥向更大跨度发展开创了先例 27 类似于梁桥的发展过程 在拱桥中 钢拱由于自重轻 易于施工 跨越能力大而优先得到应用 纽约狱门 HellGate 桥 主跨297m 1932年 28 彩虹桥 主跨244m 1936年 29 1977年 美国新河谷桥 主跨518 3m 这一拱桥跨度记录一直保持到2000年 30 钢筋混凝土拱桥自重较大 但造价低 养护量小 抗风性能好 使用较广泛 早在1930年 瑞士就建成了著名的混凝土拱桥 沙尔金特保 salginatobel 桥 它位于阿尔卑斯山间 主跨90m 受到现代桥梁工程师的推崇 31 随着建筑技术的发展 钢筋混凝土拱桥无论是跨越能力 结构体系和主拱圈的截面形式都有了很大的发展 跨径的记录不断被刷新 到80年代 跨度增加到近400m 32 克罗地亚1980年建成的克尔克 KRK 号桥 跨度达390m 采用悬臂拼装法施工 突破了305m的前世界纪录 33 悬索桥是能够充分发挥钢材优越性能的一种桥型 美国从19世纪下半叶 20世纪上半叶修建了大量的悬索桥 这一时期被称为美国悬索桥的黄金阶段 其中举世闻名的金门大桥 堪称世界桥梁的杰作 1940年 美国塔科马悬索桥 TacomaNarrows 主跨853 4m 因风振致毁 风速19m s 这促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究 由此开创了大跨悬索桥风振理论的研究和风洞试验 34 20世纪90年代引人注目的大跨悬索桥是丹麦的大贝尔特东桥 Greatb ltEastBridge 和日本的明石海峡大桥 AkashiKaikyoBridge 前者主跨长1624m 边跨长535m 塔高254m 于1998年6月建成通车 后者达到创记录的1991m 该桥塔高280m 桥面宽35m 设6车道 该桥顺利开通 为20世纪的桥梁工程建设添上了辉煌的一笔 35 丹麦大贝尔特桥 36 日本明石海峡大桥 37 斜拉桥的早期工艺技术 正交异性板 钢箱梁 斜拉索预应力工艺 施工方法等 发展于德国 建桥材料以钢为主 由于工业 技术 资源和传统的关系 某些国家和地区倾向于修建混凝土斜拉桥 38 1995年完工的法国诺曼底 Normandy 桥 主跨达到856m 该桥为三跨斜拉桥 边跨为混凝土连续梁 39 1999年完工的日本多多罗大桥 主跨达到890m 跨径超过诺曼底大桥位居世界第一 40 2004年法国塔恩河河谷的米约高架桥在两个高原上绵延曲折1 5英里 大桥斜拉索的最高处高出地面1125英尺 合343米 41 中国近代史是半封建 半殖民地的历史 大大约束了生产力的发展 在中国的大川大河上 虽已有一些大桥 但大都是外国人投资 设计和施工的 被称作 洋桥 如济南黄河大桥是德国人修的 淮河大桥是美国人修的 哈尔滨松花江大桥是俄国人修 直到1934 1937年由茅以升先生主持设计并修建了浙赣线的钱塘江大桥 开创了国人设计建造大跨钢桥的先例 该桥为双层公铁两用钢桁梁桥 压气沉箱基础 全长1400m 1937年9月通车 同年12月侵华日军攻陷杭州 我国军队西撤后将桥炸毁 1947年3月修复 三 我国的近现代桥梁 42 43 新中国成立后 随着国力的增强 经济的发展 科技的进步 桥梁事业和工程水平有了显著的发展 在国民经济恢复时期和第一个五年计划期间 迅速修复并加固了不少旧桥 也新建了不少重要大桥 在20世纪50 60年代 修订了桥梁设计规范 编制了桥梁标准设计 逐步培养并形成了一支桥梁工程设计与施工队伍 为桥梁工程的稳步发展 创造了有利条件 44 1957年第一座长江大桥 武汉长江大桥的建成 结束了我过万里长江无桥的状况 实现了 一桥飞架南北 天堑变通途 标志着我国钢桥技术提高到新的水平 该桥为公铁两用 下层为双线铁路 上层为18m宽的公路桥而 全桥总长1670 4m所用钢材为进口碳钢 铆接 手工操作 引进了前苏联的机器样板钻孔 使钢梁制造做到了工厂化 标准化 45 46 1969年我国又建成了举世瞩目的南京长江大桥 这是我国自行设计 制造 并全部使用国产高强钢材的现代大型公铁两用桥梁 下层为双线铁路 包括引桥在内 全长6772m 上层公路桥总长4589m 因桥址处水深流急 河床地质极为复杂 桥墩施工非常困难 该桥的建成 标志着我国钢桥建设技术已达到了世界先进水平 47 48 20世纪钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土梁式桥在我国也获得了很大的发展 对于中小跨径的梁桥 已广泛采用装配式的钢筋混凝土以及预应力混凝土板式或T形梁桥的定型设计 它不仅经济适用 而且施工方便 加快了建桥速度 49 洛阳黄河公路大桥 跨径50m的预应力混凝土简支梁桥 全长达3 4km 50 1968年建成的广西柳州大桥 跨径达124m 首次突破100m 51 我国大跨度预应力混凝土桥是从T形刚构开始的 1971年建成的福建乌龙江大桥 主跨达144m 52 1980年建成的重庆长江大桥 跨径达174m 为我国同类桥梁中跨径最大的一座 53 我国从20世纪60年代开始预应力混凝土连续梁桥的修建 但当时仅限于中小跨径 20世纪80年代随着我国交通事业的发展 在T型刚构与连续梁的基础上 集合二者优点产生了连续刚构 促进了大跨径桥梁的发展 现代大跨径预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥已经成为我国高速公路等高等级公路中大跨径桥梁的主导桥型 54 1988年建成的广东洛溪公路大桥是我国首座预应力混凝土连续刚构桥 主跨为125m 是连续刚构桥向更大跨度发展的开端 55 1997年建成的广东虎门大桥辅助航道桥 为主跨270m的连续刚构桥 跨度国内第一 56 在混凝土拱桥方面 我国不仅在结构轻型化方面进行了大量探索 在各种施工方法方面也取得了不断进步 使得我国拱桥跨径跃上一个又一个台阶 57 1997年建成的重庆万州长江大桥 主跨达420m 是世界上跨径最大的钢筋混凝土拱桥 58 2005年建成的重庆巫峡长江大桥 主跨为460m 是跨径最大的钢管混凝土拱桥 59 进入21世纪后 钢拱桥也受到青睐 2003年上海卢浦大桥 主跨550m 居世界第一 60 自20世纪50年代公路斜拉桥问世以来 这种结构合理 跨越能力大 外形美观的桥型就异军突起 发展迅猛 在70年代 我国开始探索和实践斜拉桥 修建了四川云阳汤溪河桥 主跨76m 1975年 和上海松江县新五桥 主跨54m 1975年 至今 修建的主跨大于200m的斜拉桥就超过50座 成为目前世界上建造斜拉桥最多的国家之一 61 1991年上海南浦大桥 主跨423m 62 1993年上海杨浦大桥 跨径达602m 使中国的斜拉桥技术进入世界领先水平 63 2001年建成的南京长江二桥主跨628m 64 南京长江三桥主跨648m 65 2008年5月建成的苏通大桥 主跨达1088m 桥塔高达300 4m 是当今世界最大跨径的斜拉桥 66 悬索桥在我国有悠久的历史 然后我国的现代悬索桥起步较晚 直到20世纪90年代 随着交通事业的飞速发展和对特大跨度桥梁的需求 我国才开始修建大跨度公路悬索桥 67 1996年建成的湖北西陵长江大桥 为主跨900m的钢箱加劲梁悬索桥 是中国首座一跨过长江的特大悬索桥 服务于三峡建设 68 1997年建成的广东虎门大桥 主跨888m 69 1997年建成的香港青马大桥 主跨1377m 70 1999年建成的江阴长江大桥 主跨1385m 跨径名列当时世界悬索桥第四位 71 随着我国交通事业的发展 一些大规模的越江跨海的桥梁工程不断被修建 如已建成的上海东海大桥 31km 浙江杭州湾跨海大桥等在桥梁基础工程方面也取得了很大进步 如苏通大桥的桩基础水深20 25m 桩长114 120m 基础为世界桥梁最深 72 上海东海大桥 73 四 桥梁发展展望 从英国福思湾铁路桥 1890年 算起 现代桥梁走过了100余年的发展历程 人类对陆地交通的不断需求 科学与技术的不断进步 是桥梁工程得以发展的强大动力 20世纪后期 通过对结构型式 工程材料 设计理论 施工设备 制造工艺等的不断研究与创新 使桥梁工程取得了长足的技术进步 纵观中外桥梁在最近几十年的发展情况 可以预见21世纪的桥梁建设会表现出以下几个特点 74 1 桥跨结构继续向大跨发展在具有一定承载能力条件下 跨越能力仍然是反映桥梁技术水平的主要指标 为避免修建或少建深水桥墩 加大通航能力 悬索桥 斜拉桥等桥式的跨度记录一再被打破 2 新桥设计理论与旧桥评估理论更趋完善