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第六章桥梁工程 本章内容 6 1桥梁的分类6 2桥梁工程的总体规划和设计要点6 3桥梁的结构形式6 4桥墩与桥台6 5桥梁基础6 6桥梁技术的发展方向 简述 桥梁工程是土木工程中属于结构工程的一个分支学科 是用砖石 木 混凝土 钢筋混凝土和各种金属材料建造的结构工程 中国赵州桥 澳门大桥 6 1桥梁的分类 按使用性分为公路桥 公铁两用桥 人行桥 机耕桥 过水桥等 按跨径大小和多跨总长分为小桥 中桥 大桥 特大桥 按行车道位置分为上承式桥 中承式桥 下承式桥 按承重构件受力情况可分为梁桥 板桥 拱桥 钢结构桥 吊桥 组合体系桥 斜拉桥 悬索桥 6 1桥梁的分类 这座918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡 历时6年 花费5亿欧元建成 这座桥不是让车辆走的 而是灌满了水让船走 并且行人也可畅行无阻 德国的跨江大桥 6 1桥梁的分类 上承式桥 中承式桥 下承式桥 6 1桥梁的分类 按使用年限可分为永久性桥 半永久性桥 临时桥 按材料类型分为木桥 圬工桥 钢筋砼桥 预应力桥 钢桥 混凝土桥 钢架桥 一 桥梁总体规划的基本内容桥位选定 桥梁总跨径及分孔方案确定 选定桥型 决定桥梁纵 横断面布置等 二 桥梁总体规划的原则根据其使用任务 性质和将来发展的需要 全面贯彻安全 经济 适用 美观的方针 一般要考虑以下各项要求 1 使用上的要求 2 经济上的要求 3 结构上的要求 4 美观和环保的要求 6 2桥梁工程的总体规划和设计要点 6 2 1桥梁总体规划的任务和重点和重点 6 2 2桥梁工程设计要点 桥梁工程设计要点 1 选择桥位 服从总方向的前提下 选在河道顺直 河床稳定 水面较窄 水流平稳的河段 中小桥的桥位服从路线要求 而路线的选择服从大桥的桥位要求 2 确定桥梁总跨径与分孔数 一般要考虑桥的通航需要 工程地质条件的优劣 工程总造价的高低等因素 一般跨径越大 总造价越大 施工亦越困难 3 桥梁的纵横断面布置 纵向坡度为了桥面排水 一般控制在3 5 横断面布置包括桥面宽度 横向坡度 桥跨结构的横断面布置等 4 公路桥型的选择 6 3桥梁的结构形式 6 3 1梁式桥 是最常见而又最基本的桥梁 梁式桥传力特色 桥梁上部结构的荷载垂直的传至支承 再由支承传至下部结构 两个支承之间的桥面必须承受很大的弯矩力 多孔桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁 在桥墩上连续的称为连续梁 在桥墩上连续 在桥孔内中断 线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁 支承在悬臂上的简支架称为挂梁 伸出悬臂梁的称为锚梁 6 3桥梁的结构形式 6 3 1梁式桥 梁式桥受力示意 梁式桥的组成 钢桁梁桥 6 3桥梁的结构形式 6 3 1梁式桥 适用范围 形式简单 施工方便 对地基承载的要求也不高 通常跨径25m以下的桥梁常被采用 跨度大于25m 并小于50m时 一般采用预应力混凝土简支梁桥的形式 梁的截面结构形式 一般有实心板梁 矮肋板梁 空心板梁和箱型梁 6 3桥梁的结构形式 6 3 1梁式桥 6 3 1梁式桥 四川三堆子金沙江桥 日本滨名大桥主跨240m 1976年 6 3 1梁式桥 六库怒江桥云南傈僳族自治州我国目前最大跨度的预应力混凝土连续梁桥 飞云江桥浙江瑞安1988年全长1718m 最大跨度62m 主梁高2 85米 高跨比1 21 75我国目前跨度最大的预应力混凝土简支梁桥 6 3 2拱式桥 拱式桥是由拱圈或拱肋作为主要承载结构 在竖向荷载作用下 桥墩或桥台将承受水平推力 拱的弯矩和变形都比较小 主要承受压力 故拱式桥用砖 石 混凝土和钢筋混凝土材料建造的比较多 6 3 2拱式桥 拱式桥受力示意l 拱桥跨度f 拱桥矢高 a 桥跨给两侧桥台的反力 竖向力和水平推力 b 移动荷载作用下的计算简图 6 3 2拱式桥 拱式桥的组成 桥面在拱肋的上方 桥面一部分在拱肋上方 一部分在拱肋下方 桥面在拱肋下方 6 3 2拱式桥 广州丫譬沙珠江大桥世界最大钢管混凝土拱桥跨度360m 2000年 卢浦大桥世界第一钢拱桥全长3900米 主桥长750米 主跨直径550米 6 3 3刚架桥 刚架桥与梁式桥区别相同点 外形相似 不同点 梁式桥的大梁和桥墩是分开的 刚架桥的上部结构与下方支脚部分完全刚结在一起 刚架桥受力特征 在竖向荷载作用下 梁部主要受弯 柱脚处有水平推力 受力状态介于梁式桥和拱式桥之间 6 3 3刚架桥 a 受力示意 b 计算简图 c t形钢架桥 d 连续钢架桥 e 斜腿钢架桥 刚架桥受力示意及其类型 6 3 3刚架桥 t型刚架桥特点 便于施加预应力 在两个伸臂端上挂梁后可做成很大跨度的刚架 在要跨越深水 深谷 大河急流的大跨桥梁中常被运用 连续刚架桥特点 抗震性能较好 斜腿刚架 造型轻巧美观 当建造跨越陡峭河岸和深邃峡谷的桥梁时 既经济又合理 6 3 3刚架桥 黄石长江大桥主跨245米 挪威stolma桥主跨301米 6 3 4斜拉桥 将梁用若干根斜拉索拉在塔上 便形成斜拉桥 斜拉桥由主梁 塔柱和斜锁三种基本构件组成 受力特点 用高强钢材制成的斜索将主梁多点吊起 将主梁承受的恒载和车辆荷载传至塔柱 再由塔柱传给基础 根据跨度大小的要求以及经济上的考虑 可以建成单塔式 双塔式或多塔式 斜拉桥的索性布置有辐射式 竖琴式 扇形和星形等多种形式 6 3 4斜拉桥 斜拉桥的索型 a 辐射式 b 竖琴形 c 扇形 特点 具有良好的力学性能和经济指标 已成为大跨度桥梁最主要的桥型 在跨径200 800m范围内占主要优势 6 3 4斜拉桥 法国诺曼底斜拉桥 主跨856m 1995年建成 日本多多罗大桥世界上最大的斜拉桥主跨890m1999年建成 6 3 4斜拉桥 南京长江二桥钢箱梁斜拉桥主跨628m 2001年建成 福建青州闽江结合梁斜拉桥主跨605m 2001年建成 6 3 4斜拉桥 世界已建成使用的最高的斜拉桥 2004年12月9日 米约高架桥横跨在法国塔恩河仙境般的河谷之上 6 3 5悬索桥 悬索桥受力示意图 桥面支承在悬索上的桥称为悬索桥 受力特征 作用在桥面上的竖向移动荷载可通过主梁和吊杆加载于主塔 传给地基 在力的传递过程中吊杆和主缆均承受着很大的拉力 此拉力由两岸桥台后修筑的巨型锚碇平衡 6 3 5悬索桥 悬索桥特点 是特大跨径桥梁的主要形式之一 有 桥梁皇后 之称 充分利用材料强度 具有用料省 自重轻的特点 跨越能力最大 跨径可以达到1000m以上 悬索桥由主缆 塔架 加劲梁和锚碇组成 6 3 5悬索桥 世界最大跨悬索桥 日本明石海峡大桥 1998年建成1991m 6 3 5悬索桥 江阴长江大桥主跨1385m 1999年建成 香港青马大桥主跨1377m 1997年建成公铁两用桥梁 6 3 6综合体系桥 在工程实践中 还采用几种桥型的组合结构 如梁和拱的组合体系 斜拉索与悬索组合体系等 所有这些组成 目的在于充分利用各种形式桥的受力特点 发挥其优越性 建造出符合要求 外观美丽的桥梁来 6 4桥墩与桥台 桥梁的支承结构为桥台与桥墩 由台 墩 帽 台 墩 身和基础组成 桥台是桥梁两端桥头的支承结构 是道路与桥梁的连接点 桥墩是多跨桥的中间支承结构 6 4桥墩与桥台 6 4 1桥墩的类型桥墩的作用 是支承在它左右两跨的上部结构通过支座传来的竖直力和水平力 根据其结构形式可分为 1 实体式 重力式 桥墩2 空心式桥墩3 桩 柱 式桥墩 桥墩示例 a 重力式 b 构架式 c x形 d y形 e v形 f 柱式 g 双柱式 h 单柱式 6 4桥墩与桥台 各类桥墩特点 1 实体式 重力式 桥墩依靠自身重量来平衡外力而保持稳定 适宜荷载较大的大 中型桥梁 或流水 漂浮物较多的江河之中 缺点 圬工体积较大 因而其自重大 阻水面积也较大 6 4桥墩与桥台 2 空心式桥墩节省圬工材料 减轻自重 缺点 经不起漂浮物的撞击 6 4桥墩与桥台 3 桩 柱 式桥墩一般用于桥跨不大于30m 墩身不高于10m的情况 6 4 2桥台的类型 桥台是两端桥头的支承结构物 是连接两岸道路的路桥衔接构造物 既承受支座传递来的竖直力和水平力 还要挡土护岸 承受台后填土及填土上荷载产生的侧向土压力 我国公路桥梁的桥台形式有 实体式桥台常见形式为u型桥台 适合于填土高度在8 10m以下 跨度稍大的桥梁 缺点 桥台体积和自重较大 埋置式桥台一般用于桥头为浅滩 护坡受冲刷较小的场合 6 4 2桥台的类型 6 5桥梁基础 桥梁基础承担着桥墩 桥跨结构 桥身 的全部重量以及桥上的可变荷载 桥梁基础一般比房屋基础的规模大 需要考虑的问题多 施工条件也困难 桥梁基础的类型有刚性扩大基础 桩基础和沉井基础等 在特殊情况下也用气压沉箱基础 桥的桩基础 6 6桥梁技术的发展方向 1 大跨度桥梁向更长 更大 更柔的方向发展 2 新材料的开发和应用 3 在设计阶段采用高度发展的计算机辅