现代土木工程桥梁工程PPT学习教案

1、会计学1梁桥梁桥梁式桥的力学特征是以梁式桥的力学特征是以，而钢筋，而钢筋混凝土结构抵抗弯拉引起开裂的能力较弱混凝土结构抵抗弯拉引起开裂的能力较弱，普通钢筋混凝土梁式桥的跨径一直较小，普通钢筋混凝土梁式桥的跨径一直较小。随着预应力技术的成熟，促进了预应力。随着预应力技术的成熟，促进了预应力混凝土梁式桥的迅速发展。混凝土梁式桥的迅速发展。 广东番禺洛溪大桥广东番禺洛溪大桥 广东虎门辅航道桥广东虎门辅航道桥 第1页/共49页序号序号桥桥 名名主跨主跨 (m)结构形式结构形式桥桥 址址年份年份1石板坡长江大桥石板坡长江大桥330连续刚构连续刚构中国重庆中国重庆20062斯托尔马桥斯托尔马桥(Stolm

2、a)301连续刚构连续刚构挪威挪威19983拉脱圣德桥拉脱圣德桥(Raftsundet)298连续刚构连续刚构挪威挪威19984亚松森桥亚松森桥(Asuncion)2703跨跨T构构巴拉圭巴拉圭19795虎门大桥辅航道桥虎门大桥辅航道桥270连续刚构连续刚构中国广东中国广东19976苏通大桥专用航道桥苏通大桥专用航道桥268连续刚构连续刚构中国江苏中国江苏20087红河大桥红河大桥265连续刚构连续刚构中国云南中国云南20038门道桥门道桥(Gateway)260连续刚构连续刚构澳大利亚澳大利亚19859伐罗德伐罗德2号桥号桥(Varodd-2)260连续梁连续梁挪威挪威199410斯考顿桥斯

3、考顿桥( Schottwien)250连续钢构连续钢构奥地利奥地利1989第2页/共49页拱桥拱桥拱桥拱桥，长期以来一，长期以来一直是大跨桥梁的主要形式之一，直是大跨桥梁的主要形式之一，2020世纪世纪6060年代拱桥无支架施工方法的应用与发展，年代拱桥无支架施工方法的应用与发展，使混凝土拱桥竞争力大大提高。使混凝土拱桥竞争力大大提高。 湖南凤凰县乌巢河石拱桥湖南凤凰县乌巢河石拱桥 山西晋城晋焦高速公路丹河大桥山西晋城晋焦高速公路丹河大桥第3页/共49页以钢管混凝土作为劲性骨架，再外包混凝土形成箱形拱，施工方以钢管混凝土作为劲性骨架，再外包混凝土形成箱形拱，施工方便，避免了钢管防护问题，另外，

4、由于钢管混凝土最先受力，充便，避免了钢管防护问题，另外，由于钢管混凝土最先受力，充分利用了钢管混凝土承载潜力大的优势。跨度为分利用了钢管混凝土承载潜力大的优势。跨度为420m420m的重庆万县的重庆万县长江大桥为目前世界上已建成的跨径最大的长江大桥为目前世界上已建成的跨径最大的；贵；贵州江界河桥是采用州江界河桥是采用建成的桁式组合拱桥，跨度达到建成的桁式组合拱桥，跨度达到330 330 m m，居同类桥型的世界之最。，居同类桥型的世界之最。 重庆万县长江大桥重庆万县长江大桥 贵州江界河桥贵州江界河桥 第4页/共49页序号序号桥桥 名名主跨主跨(m)桥桥 址址年份年份1重庆万县长江公路大桥重庆万

5、县长江公路大桥420中国中国19972克拉克克拉克I大桥大桥(KRK I)390克罗地亚克罗地亚19793贵州江界河大桥贵州江界河大桥330中国中国19954广西邕宁邕江大桥广西邕宁邕江大桥313中国中国19985格拉德斯维桥格拉德斯维桥(Gladesville)305澳大利亚澳大利亚19616友谊桥友谊桥(Amizade)290巴西巴西19617伯罗克桥伯罗克桥(Bloukrans)272南非南非19838亚拉比达桥亚拉比达桥(Arrbide)270葡萄牙葡萄牙19639广西三岸邕江桥广西三岸邕江桥270中国中国199810里斯河大桥里斯河大桥(Rance)261法国法国1990第5页/共4

6、9页斜拉桥斜拉桥美国美国P-KP-K桥桥 日本多多罗大桥日本多多罗大桥 斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，其可看作是拉索接拉在桥塔上的一种桥梁，其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。该桥可使代替支墩的多跨弹性支承连续梁。该桥可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。构重量，节省了材料。 第6页/共49页序号序号桥桥 名名主跨主跨(m)桥桥 址址年份年份1苏通大桥苏通大桥1088中国中国20082昂船州大桥昂船州大桥1018中国香港中国香港20093湖北鄂东长江大桥湖

7、北鄂东长江大桥926中国中国在建设中在建设中4多多罗大桥多多罗大桥890日本日本19995诺曼底大桥诺曼底大桥856法国法国19956南京长江三桥南京长江三桥648中国中国20087南京长江第二大桥南京长江第二大桥628中国中国20008武汉白沙洲长江大桥武汉白沙洲长江大桥618中国中国20009福州市青州闽江大桥福州市青州闽江大桥605中国中国200110上海杨浦大桥上海杨浦大桥602中国中国1993第7页/共49页悬索桥悬索桥纽约布鲁克林桥纽约布鲁克林桥 洛杉矶金门大桥洛杉矶金门大桥 悬索桥又称吊桥，由悬索，桥塔，吊杆，锚锭悬索桥又称吊桥，由悬索，桥塔，吊杆，锚锭，加劲梁及桥面系所组成。是

8、由承受拉力的悬，加劲梁及桥面系所组成。是由承受拉力的悬索作为主要承重构件的桥梁。因为悬索受拉，索作为主要承重构件的桥梁。因为悬索受拉，无弯曲和疲劳引起的应力折减，可以采用高强无弯曲和疲劳引起的应力折减，可以采用高强钢丝制成，故吊桥跨越能力是各桥梁体系中最钢丝制成，故吊桥跨越能力是各桥梁体系中最大的。大的。 第8页/共49页明石海峡大桥明石海峡大桥 目前世界上跨度最大的悬索桥是日本的目前世界上跨度最大的悬索桥是日本的明石海峡公铁两用桥，跨径明石海峡公铁两用桥，跨径1991 m(1991 m(设计设计跨径为跨径为1990m1990m，后因阪神地震，地壳移位，后因阪神地震，地壳移位，才变成目前的跨径

9、，才变成目前的跨径) )。 第9页/共49页西侯门大桥西侯门大桥 江阴长江大桥江阴长江大桥 我国的现代悬索桥建设起步较晚，特别我国的现代悬索桥建设起步较晚，特别是在特大跨度悬索桥方面。但是在是在特大跨度悬索桥方面。但是在9090年年代中期以后，这一局面得到了彻底的改代中期以后，这一局面得到了彻底的改变。变。19951995年建成的广东汕头海湾大桥，年建成的广东汕头海湾大桥，开创了我国现代公路悬索桥的先河。开创了我国现代公路悬索桥的先河。 第10页/共49页序号序号桥桥 名名主跨主跨(m)桥桥 址址年份年份1明石海峡大桥明石海峡大桥1991日本日本19982舟山西堠门大桥舟山西堠门大桥1650中

10、国中国20093大海带桥大海带桥1624丹麦丹麦19984润扬长江公路大桥润扬长江公路大桥1490中国中国20055亨伯桥亨伯桥1410英国英国19816江阴长江大桥江阴长江大桥1385中国中国19987香港青马大桥香港青马大桥1377中国中国19978费雷泽诺桥费雷泽诺桥1298.5美国美国19649金门大桥金门大桥1280美国美国193710武汉阳逻长江大桥武汉阳逻长江大桥1280中国中国 2007第11页/共49页桥梁由四个基本部分组成，即上部结构、下部结构、支座和附属设施。上部结构：是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构，是桥梁支座以上(无铰拱起拱线或刚架主梁底线以上)跨越桥孔的总称下部

11、结构：包括桥墩、桥台和基础。 llL桥 台路 堤设 计 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 结 构b0桥 墩锥 形 护 坡基 础第12页/共49页桥梁分类桥梁分类多孔跨径总长多孔跨径总长L(m)单孔跨径单孔跨径Lk(m)特大桥特大桥L1000Lk150大桥大桥100L100040Lk150中桥中桥30L10020Lk40小桥小桥8L305Lk20涵洞涵洞Lk5我国公路工程技术标准(JTGB012003)规定了特大、大、中、小桥和涵洞，可根据桥梁按总长和跨径进行划分 上述分类在一定程度上反映了桥梁的建设规模，但不反映桥梁的复杂性。国际上一般认为单孔跨径小于上述分类在一定程度上反映了桥梁的建设

12、规模，但不反映桥梁的复杂性。国际上一般认为单孔跨径小于150 m的属于中小桥，大于的属于中小桥，大于150 m即为大桥，而特大桥的起点跨径与桥型有关，悬索桥为即为大桥，而特大桥的起点跨径与桥型有关，悬索桥为1000 m，斜拉桥和钢拱桥为，斜拉桥和钢拱桥为500 m，其它桥型为，其它桥型为300 m。 第13页/共49页从受力特点上看，混凝土梁式从受力特点上看，混凝土梁式桥分为简支梁桥分为简支梁( (板板) )桥，连续梁桥，连续梁( (板板) )桥和悬臂梁桥和悬臂梁( (板板) )桥。桥。简支梁桥：简支梁桥：受力和构造最简单的桥型，应用广泛；受力和构造最简单的桥型，应用广泛；连续梁桥：连续梁桥：

13、由于负弯矩存在减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合；由于负弯矩存在减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合；悬臂梁桥：悬臂梁桥：跨越能力比简支梁桥大，但逊于连续梁，并且因行驶状况不良，目前较少采用。跨越能力比简支梁桥大，但逊于连续梁，并且因行驶状况不良，目前较少采用。 梁式桥的基本体系梁式桥的基本体系 梁桥梁桥第14页/共49页拱式结构在竖向荷载作用下拱式结构在竖向荷载作用下，两端支承除了有竖向反力，两端支承除了有竖向反力外，还将产生外，还将产生水平推力水平推力。正。正是这个水平推力，使拱内产是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小生轴向压力，从而大大减小了

14、拱圈的截面弯矩，使之成了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以比，较为均匀。因此，可以充分利用主拱截面材料强度充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。，使跨越能力增大。拱和梁的应力分布拱和梁的应力分布 拱桥拱桥-截面应力(b)(a)-截面应力PPNPPHVHVVVMQMQ第15页/共49页斜拉桥主要由斜拉桥主要由主梁主梁、索塔索塔和和斜拉索斜拉索三大部分组成。由于三大部分组成。由于斜拉索的支承作用，使主梁斜拉索的支承作用，使主梁恒载弯矩显著减小。此外，恒载弯矩显著减小。此外，斜拉索轴力产生

15、的水平分力斜拉索轴力产生的水平分力对主梁施加预压力，从而可对主梁施加预压力，从而可以增强主梁的抗裂性能，节以增强主梁的抗裂性能，节约主梁中预应力钢材的用量约主梁中预应力钢材的用量。斜拉桥属。斜拉桥属高次超静定结构高次超静定结构，与其它体系桥梁相比，包，与其它体系桥梁相比，包含着更多的设计变量，这就含着更多的设计变量，这就使选定桥型方案和寻求合理使选定桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。设计带来一定困难。 三跨连续梁和三跨斜拉桥的恒载内力对比三跨连续梁和三跨斜拉桥的恒载内力对比 斜拉桥斜拉桥(b)N图M图M图q(a)第16页/共49页悬索桥的承重构件由以下几个主要部分组成：悬索桥的承重构件由以下

16、几个主要部分组成：桥塔桥塔。其是支承主缆的重要构件。其是支承主缆的重要构件。锚碇锚碇。它是主缆的锚。它是主缆的锚固体，它将主缆中的拉力传递给地基基础。固体，它将主缆中的拉力传递给地基基础。主缆主缆，主缆是悬索桥的主要承重构件。主缆是悬索桥的主要承重构件。吊索吊索。它是将活载。它是将活载和加劲梁的恒载传递到主缆的构件。和加劲梁的恒载传递到主缆的构件。加劲梁加劲梁。提供。提供桥面和防止桥面发生过大的局部挠曲和扭曲的部件。桥面和防止桥面发生过大的局部挠曲和扭曲的部件。鞍座鞍座。它是支承主缆的重要构件。它是支承主缆的重要构件。 传统悬索桥的主要构造传统悬索桥的主要构造 悬索桥悬索桥第17页/共49页

17、依据依据公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范(JTG D60-(JTG D60-2004)2004)，全面采用，全面采用“作用作用”代替代替“荷载荷载”。将作用在。将作用在公路桥梁、城市桥梁上的各种作用和外力归纳为公路桥梁、城市桥梁上的各种作用和外力归纳为永永久作用久作用、可变作用可变作用和和偶然作用偶然作用三类，并根据可能出三类，并根据可能出现的作用情况，规定了不同荷载组合。现的作用情况，规定了不同荷载组合。荷荷 载载 分分 类类荷荷 载载 名名 称称永久荷载永久荷载结构重力结构重力(包括结构附加重力包括结构附加重力)； 预加应力；预加应力； 土的重力及土的重力及土侧压力；土侧压力； 混

18、凝土收缩及徐变影响力；混凝土收缩及徐变影响力； 基础变位影响力；基础变位影响力； 水的浮力水的浮力可变荷载可变荷载基本可变荷载基本可变荷载(活载活载)汽车荷载；汽车荷载； 汽车冲击力；离心力；汽车引起的土侧压力；汽车冲击力；离心力；汽车引起的土侧压力；人群人群 汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力 人人 群群其它可变荷载其它可变荷载风力；汽车制动力；流水压力；冰压力；温度影响力；风力；汽车制动力；流水压力；冰压力；温度影响力；支座摩阻力支座摩阻力偶然荷载偶然荷载地震力；船只或漂流物撞击力；地震力；船只或漂流物撞击力； 汽车撞击作用汽车撞击作用第18页/共49页 公路桥涵结构采用以可靠度理论为基

19、础的概率极限状态设计法设计。该设计体系规定了桥涵结构的两种极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态。 公路工程结构可靠度设计统一标准(GB/T 502831999)将公路桥涵结构设计分为三个安全的等级，不同的桥涵应根据所具有的功能、作用及其重要性将具有不同的重要性系数，以匹配它们规定的目标可靠度指标。桥涵结构桥涵结构特大桥、重要大桥特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小大桥、中桥、重要小桥桥小桥、涵洞小桥、涵洞设计安全等级设计安全等级一级一级二级二级三级三级第19页/共49页 公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计。该设计体系规定了桥涵结构的两种极限状态：承载能力极限状态和

20、正常使用极限状态。 公路工程结构可靠度设计统一标准(GB/T 502831999)将公路桥涵结构设计分为三个安全的等级，不同的桥涵应根据所具有的功能、作用及其重要性将具有不同的重要性系数，以匹配它们规定的目标可靠度指标。桥涵结构桥涵结构特大桥、重要大桥特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小大桥、中桥、重要小桥桥小桥、涵洞小桥、涵洞设计安全等级设计安全等级一级一级二级二级三级三级第20页/共49页(1) 梁式桥梁式桥梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构 第21页/共49页(2) 拱式桥拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋拱式桥的主要承重结构是拱圈

21、或拱肋( (拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋) )。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。 第22页/共49页(3) 刚构桥刚构桥刚构桥的主要承重结构是梁刚构桥的主要承重结构是梁( (或板或板) )与立柱与立柱( (或竖墙或竖墙) )整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。 第23页/共49页(4) 斜拉桥斜拉桥斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成，它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起

22、，并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成，它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。 斜 拉 索主 梁塔 柱第24页/共49页(5) 悬索桥悬索桥悬索桥悬索桥( (也称吊桥也称吊桥) )是用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构，是具有水平反力是用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构，是具有水平反力( (拉力拉力) )的结构。的结构。 第25页/共49页(1)(1)用途来划分用途来划分：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农桥：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农桥( (机机

23、耕道桥耕道桥) )、人行桥、水运桥、人行桥、水运桥( (渡槽渡槽) )、管线桥等。、管线桥等。(2) (2) 按桥梁全长和跨径的不同按桥梁全长和跨径的不同：特大桥、大桥、中桥、小：特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞。桥和涵洞。(3)(3)按照主要承重结构所用的材料划分按照主要承重结构所用的材料划分：有圬工桥：有圬工桥( (包括砖包括砖、石、混凝土桥、石、混凝土桥) )、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、钢混凝土组合桥和木桥等。、钢桥、钢混凝土组合桥和木桥等。(4) (4) 按跨越障碍的性质按跨越障碍的性质：跨河桥、立交桥、高架桥和栈桥：跨河桥、立交桥、高架桥和栈桥。

24、 (5)(5)按桥跨结构的平面布置按桥跨结构的平面布置：正交桥、斜交桥和弯桥。：正交桥、斜交桥和弯桥。(6)(6)按上部结构的行车道位置按上部结构的行车道位置：上承式桥、中承式桥和下：上承式桥、中承式桥和下承式桥。承式桥。 第26页/共49页确定桥梁下部结构应遵循满足交通要求、安全耐久、造价低、维修养护少、施工方便、工期短、与周围环境协调和造型美观等原则。确定桥梁下部结构应遵循满足交通要求、安全耐久、造价低、维修养护少、施工方便、工期短、与周围环境协调和造型美观等原则。 桥梁下部结构主要由桥梁下部结构主要由墩墩( (台台) )帽帽、墩墩( (台台) )身身和和基础基础三部分组成。三部分组成。

25、桥梁墩台还要承受施工时的临时荷载，在某种情况下需要桥梁墩台还要承受施工时的临时荷载，在某种情况下需要临时加固和补强临时加固和补强。 桥梁墩台的设计与桥梁墩台的设计与结构受力结构受力、土质构造土质构造、地质条件地质条件、水文水文、流速流速以及河床内的以及河床内的埋置深度埋置深度密切相关。密切相关。 第27页/共49页桥梁常见下部结桥梁常见下部结构构(a )(b )(c)(d)(e)( f )(g)(h )(i) (1) (1) 梁桥墩台梁桥墩台梁桥墩台从总体上可分为两种。一种是重力式墩、台。这类墩、台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其稳定。梁桥墩台从总体上可分为两种。一种是重力式墩、台。这

26、类墩、台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其稳定。 (2) (2) 拱桥墩台拱桥墩台拱桥墩台同梁桥墩台一样，也分为两大类型，一类是重力式墩台，另一类是轻型墩台，其作用原理与梁桥墩台大致相同，但是拱桥桥墩必须具备抗推能力。拱桥墩台同梁桥墩台一样，也分为两大类型，一类是重力式墩台，另一类是轻型墩台，其作用原理与梁桥墩台大致相同，但是拱桥桥墩必须具备抗推能力。第28页/共49页 桥梁工程必须遵照桥梁工程必须遵照“安全、适用、经济和美观安全、适用、经济和美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展建造技术的先进性以及环境保护和可

27、持续发展的要求。的要求。 在强度方面：足够的安全储备；在强度方面：足够的安全储备；在刚度方面：控制变形在刚度方面：控制变形稳定性方面：保持原形状和位置的能力。稳定性方面：保持原形状和位置的能力。第29页/共49页一座桥梁的规划设计所涉及的因素很多，特别是对于工程比较复杂的大、中桥梁，是一个综合性的系统工程。设计合理与否，将直接影响到区域的政治、经济、文化以及人民的生活。因此必须建立一套严格的管理体制和有序的工作程序。一座桥梁的规划设计所涉及的因素很多，特别是对于工程比较复杂的大、中桥梁，是一个综合性的系统工程。设计合理与否，将直接影响到区域的政治、经济、文化以及人民的生活。因此必须建立一套严格

28、的管理体制和有序的工作程序。第30页/共49页 目前，在桥梁初步设计完成后，即桥型方目前，在桥梁初步设计完成后，即桥型方案、主要初步尺寸和工程投资确定后，进入案、主要初步尺寸和工程投资确定后，进入全寿命全寿命优化设计优化设计阶段，引入桥梁劣化模型、维护策略等因阶段，引入桥梁劣化模型、维护策略等因素，在投资、可靠性能、力学指标多重约束作用下素，在投资、可靠性能、力学指标多重约束作用下对桥梁截面尺寸进行重新确定，优化结果将修改初对桥梁截面尺寸进行重新确定，优化结果将修改初步设计和工程预算投资。全寿命优化设计继承了已步设计和工程预算投资。全寿命优化设计继承了已有规范的设计标准，又增加了部分新的设计内

29、容。有规范的设计标准，又增加了部分新的设计内容。 内容内容设计基设计基准期准期荷载荷载抗力抗力基于现有基于现有规范的设规范的设计计100100年年经过经过100100年的随年的随机过程分析，按机过程分析，按9595的保证率获的保证率获取。取。1. 1. 提高混凝土品质，增大保护层厚度，提高混凝土品质，增大保护层厚度，提高混凝土结构的耐久性；提高混凝土结构的耐久性；2. 2. 没有涉及桥梁结构的劣化规律和维护没有涉及桥梁结构的劣化规律和维护策略。策略。全寿命优全寿命优化设计化设计100100年年适当提高保证率适当提高保证率以降低桥梁多因以降低桥梁多因素损伤的风险。素损伤的风险。桥梁具有承担突桥梁

30、具有承担突发荷载的能力发荷载的能力1. 1. 用定量方法总结国内外桥梁结构的劣用定量方法总结国内外桥梁结构的劣化规律；化规律；2. 2. 用定量方法评估桥梁结构全寿命耐久用定量方法评估桥梁结构全寿命耐久性；性；3. 3. 定量计算桥梁维护过程中直接维护成定量计算桥梁维护过程中直接维护成本和间接维护成本。本和间接维护成本。第31页/共49页劣化桥梁全寿命优化设计方法有如下特点：劣化桥梁全寿命优化设计方法有如下特点： 桥梁工程结构全寿命优化设计中的大量不确定性桥梁工程结构全寿命优化设计中的大量不确定性 桥梁工程结构设计准则的多重性桥梁工程结构设计准则的多重性 结构优化目标的多样性结构优化目标的多样

31、性 结构设计变量的离散性结构设计变量的离散性 约束条件数目的庞大性与性质的复杂性约束条件数目的庞大性与性质的复杂性 第32页/共49页 桥梁结构的寿命周期分为桥梁结构的寿命周期分为建造、使用、劣化和报废建造、使用、劣化和报废四个时期。桥梁结构在外界环境下，其承载能力下降，致使承载能力不足，影响桥梁结构性能劣化的主要因素见下表。四个时期。桥梁结构在外界环境下，其承载能力下降，致使承载能力不足，影响桥梁结构性能劣化的主要因素见下表。 结构性能劣化因素结构性能劣化因素具体原因具体原因设计不当设计不当设计经验不足，计算模型有误，构造处理不当，基础埋深不够等。设计经验不足，计算模型有误，构造处理不当，基

32、础埋深不够等。施工不当施工不当材料使用未达到要求，结构尺寸有误，为赶工期基底处理不到位，混凝土材料使用未达到要求，结构尺寸有误，为赶工期基底处理不到位，混凝土低龄期加载等。低龄期加载等。桥梁超载桥梁超载原设计标准低，实际通行了大吨位荷载，或加铺路面增加了恒载等。原设计标准低，实际通行了大吨位荷载，或加铺路面增加了恒载等。维护不当维护不当没有对伸缩缝、支座、排水设施等作及时维护和清理，没有对钢材或钢筋没有对伸缩缝、支座、排水设施等作及时维护和清理，没有对钢材或钢筋局部锈蚀作修补。局部锈蚀作修补。自然环境的恶化自然环境的恶化气态、液态、固态有害物质的侵蚀，比如氯化物侵蚀，下部基础受冲刷淘气态、液态

33、、固态有害物质的侵蚀，比如氯化物侵蚀，下部基础受冲刷淘空等。空等。材料的腐蚀与老化材料的腐蚀与老化钢材腐蚀膨胀，混凝土碳化并对钢筋失去保护作用，石料风化等。钢材腐蚀膨胀，混凝土碳化并对钢筋失去保护作用，石料风化等。设计技术标准的改变设计技术标准的改变公路干线因技术改造而将荷载标准提高了一级，导致该干线上原有桥梁承公路干线因技术改造而将荷载标准提高了一级，导致该干线上原有桥梁承载力的不足。载力的不足。第33页/共49页 在预测桥梁的寿命性能时考虑各种影响因素的不确定性。总体上存在三种不确定性：在预测桥梁的寿命性能时考虑各种影响因素的不确定性。总体上存在三种不确定性：由于内在的随机性产生的不确定性

34、由于内在的随机性产生的不确定性内在的模糊性产生的不确定性内在的模糊性产生的不确定性知识缺乏或模型的不完善产生的不确定性知识缺乏或模型的不完善产生的不确定性 针对桥梁劣化，桥梁工程师在实际工程使用过程中，总结了如下的维护方法：针对桥梁劣化，桥梁工程师在实际工程使用过程中，总结了如下的维护方法：灌浆法灌浆法表面修补法表面修补法增大截面加固法增大截面加固法外层钢筋采取环氧涂层防护法外层钢筋采取环氧涂层防护法 阴极防护法阴极防护法 粘贴钢板加固法粘贴钢板加固法 粘贴碳纤维布加固法粘贴碳纤维布加固法 改变结构受力体系加固法改变结构受力体系加固法体外预应力加固法体外预应力加固法 第34页/共49页 对于对

35、于简支梁桥简支梁桥，当桥墩及其基础施工完毕后，为了将梁体结构落在设计位置，通常采用两种主要的施工方法，即，当桥墩及其基础施工完毕后，为了将梁体结构落在设计位置，通常采用两种主要的施工方法，即就地浇筑法就地浇筑法和和预制安装法预制安装法。 就地浇注法：就地浇注法：是通过直接在桥跨下面搭设支架，作为工是通过直接在桥跨下面搭设支架，作为工作平台，然后在其上面立模浇筑梁体结构。这种方法适用于作平台，然后在其上面立模浇筑梁体结构。这种方法适用于两岸桥墩不太高的引桥和城市高架桥，或靠岸边水不太深且两岸桥墩不太高的引桥和城市高架桥，或靠岸边水不太深且无通航要求的中小跨径桥梁。无通航要求的中小跨径桥梁。预制安

36、装法：预制安装法：当同类桥梁跨数较多、桥墩又较高、河水当同类桥梁跨数较多、桥墩又较高、河水又较深且有通航要求时，通常便将桥跨结构用纵向竖缝划分又较深且有通航要求时，通常便将桥跨结构用纵向竖缝划分成若干个独立的构件，放在桥位附近专门的预制场地或者工成若干个独立的构件，放在桥位附近专门的预制场地或者工厂进行成批制作，然后将这些构件适时地运到桥孔处进行安厂进行成批制作，然后将这些构件适时地运到桥孔处进行安装就位。装就位。第35页/共49页 对于对于悬臂体系和连续体系梁桥悬臂体系和连续体系梁桥，其最大特点是，桥跨结构上除了有承受正弯矩的截面以外，还有能承受负弯矩的支点截面，这也是它们与简支梁体系的最大

37、差别。因此，它们的施工方式与简支梁大不相同。目前所用的施工方法大致可分为三类：，其最大特点是，桥跨结构上除了有承受正弯矩的截面以外，还有能承受负弯矩的支点截面，这也是它们与简支梁体系的最大差别。因此，它们的施工方式与简支梁大不相同。目前所用的施工方法大致可分为三类： 逐孔施工法：逐孔施工法：可分为落地支架施工和移动模架施工两种可分为落地支架施工和移动模架施工两种。落地支架施工方法与简支梁桥的就地浇筑法施工基本上相。落地支架施工方法与简支梁桥的就地浇筑法施工基本上相同。移动模架施工法是使用移动式的脚手架和装配式的模板同。移动模架施工法是使用移动式的脚手架和装配式的模板，在桥上逐孔浇筑施工。它像一

38、座设在桥孔上的活动预制场，在桥上逐孔浇筑施工。它像一座设在桥孔上的活动预制场，随着施工进程不断移动连续现浇施工。，随着施工进程不断移动连续现浇施工。141267415325834926573(a)(b)(c)支架法逐孔施工支架法逐孔施工第36页/共49页节段施工法：节段施工法：节段施工法是将每一跨结构划分成若干个节段施工法是将每一跨结构划分成若干个节段，采用悬臂浇筑或者悬臂拼装节段，采用悬臂浇筑或者悬臂拼装(预制节段预制节段)两种方法逐段地两种方法逐段地施工，节段施工完成后，将悬臂段合拢，然后进行体系转换施工，节段施工完成后，将悬臂段合拢，然后进行体系转换。4216987512356(a)(b

39、)悬臂浇筑法悬臂浇筑法一般采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为一般采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称地向两岸利用挂篮浇筑梁节段的混凝土，待混凝土中心，对称地向两岸利用挂篮浇筑梁节段的混凝土，待混凝土达到要求强度后，便张拉预应力束，然后移动挂篮，进行下一达到要求强度后，便张拉预应力束，然后移动挂篮，进行下一节段的施工。节段的施工。 第37页/共49页顶推施工法：顶推施工法：在桥的一岸或两岸开辟预制场地，分节段在桥的一岸或两岸开辟预制场地，分节段的预制梁身，并用纵向预应力筋将各节段连成整体，然后应的预制梁身，并用纵向预应力筋将各节段连成整体，然后应用水平液压千斤顶施力，将梁段向

40、对岸推进。依顶推施力的用水平液压千斤顶施力，将梁段向对岸推进。依顶推施力的方法又可分为单点顶推和多点顶推两类。方法又可分为单点顶推和多点顶推两类。 连续梁顶推法施工连续梁顶推法施工70m35m4060m35m(a)(b)(c)制梁地段梁段导梁滑道支承临时墩千斤顶装置导梁千斤顶装置导梁已架完的梁平衡重第38页/共49页 混凝土拱桥混凝土拱桥的施工方法的施工方法按其主拱圈成型的方法按其主拱圈成型的方法可以分为以下三大类：可以分为以下三大类：就地浇注法就地浇注法、预制安装法预制安装法和和转体施工法转体施工法。按照所使用的设备按照所使用的设备来划分，包括以下两种：来划分，包括以下两种：支架施工法支架施

41、工法和和悬臂浇筑法悬臂浇筑法。 支架施工法：支架施工法：和梁式桥的有支架施工相类似，有关支架和梁式桥的有支架施工相类似，有关支架的类型、主拱圈混凝土浇筑的技术要求以及卸架方式等均与的类型、主拱圈混凝土浇筑的技术要求以及卸架方式等均与梁式桥相同。梁式桥相同。 第39页/共49页悬臂浇筑法：悬臂浇筑法：和连续梁桥的节段施工法类似，不使用挂和连续梁桥的节段施工法类似，不使用挂篮篮 悬臂浇筑箱形拱：悬臂浇筑箱形拱：把主拱圈划分成若干个节段，并用专门设计把主拱圈划分成若干个节段，并用专门设计的钢桁托架结构作为现浇混凝土的工作平台。托架的后端铰接的钢桁托架结构作为现浇混凝土的工作平台。托架的后端铰接在已完

42、成的悬臂结构上，其前端则用刚性组合斜拉杆经过临时在已完成的悬臂结构上，其前端则用刚性组合斜拉杆经过临时支柱和塔架，再由尾索锚固在岸边的锚碇上。支柱和塔架，再由尾索锚固在岸边的锚碇上。34950钢桁托架246402025163刚性斜拉杆2025353750252246252134163750第40页/共49页预制安装法：预制安装法：按主拱圈结构所采用的材料可以分为按主拱圈结构所采用的材料可以分为整体整体安装法安装法和和节段悬拼法节段悬拼法两种。整体安装法适合于钢管混凝土系两种。整体安装法适合于钢管混凝土系杆拱的整片起吊安装，因为钢管混凝土拱肋在未灌混凝土之杆拱的整片起吊安装，因为钢管混凝土拱肋在

43、未灌混凝土之前具有重量轻的优点。节段悬拼法是将主拱圈结构划分成若前具有重量轻的优点。节段悬拼法是将主拱圈结构划分成若干节段，先放在现场的地面或场外工厂进行预制，然后运送干节段，先放在现场的地面或场外工厂进行预制，然后运送到桥孔的下面，利用起吊设备提升就位，进行拼接，逐渐延到桥孔的下面，利用起吊设备提升就位，进行拼接，逐渐延长直至成拱。长直至成拱。 320/210.05.045m塔 架桥 面利用伸臂式起重机在已拼接利用伸臂式起重机在已拼接好了的悬臂端逐次起吊和拼好了的悬臂端逐次起吊和拼接下一节段的施工示意图。接下一节段的施工示意图。每拼接好一个节段，即用辅每拼接好一个节段，即用辅助钢索临时拉住，

44、每拼完三助钢索临时拉住，每拼完三节，便改用更粗的主钢索拉节，便改用更粗的主钢索拉住，然后拆除辅助钢索，供住，然后拆除辅助钢索，供反复使用。适用于特大跨径反复使用。适用于特大跨径的拱桥施工。的拱桥施工。第41页/共49页转体施工法：转体施工法：将主拱圈从拱顶截面分开，把主拱圈混凝将主拱圈从拱顶截面分开，把主拱圈混凝土高空浇筑作业改为放在桥孔下面或者两岸进行，并预先设土高空浇筑作业改为放在桥孔下面或者两岸进行，并预先设置好旋转装置，待主拱圈混凝土达到设计强度后，再将它就置好旋转装置，待主拱圈混凝土达到设计强度后，再将它就地旋转就位成拱。按照旋转的几何平面又可分为地旋转就位成拱。按照旋转的几何平面又

45、可分为平面转体施平面转体施工法工法、竖向转体施工法竖向转体施工法和和平竖相结合转体施工法平竖相结合转体施工法。 主拱圈正处在平面旋转主拱圈正处在平面旋转过程中的。平面转体施过程中的。平面转体施工法示意图工法示意图第42页/共49页应用扒杆吊装系统对钢管拱肋进行竖向转体应用扒杆吊装系统对钢管拱肋进行竖向转体施工的示意图。它的主要施工过程是，将主施工的示意图。它的主要施工过程是，将主拱圈从拱顶分成两个半拱在地面胎架上完成拱圈从拱顶分成两个半拱在地面胎架上完成，经过对焊接质量、几何尺寸、拱轴线形等，经过对焊接质量、几何尺寸、拱轴线形等验收合格后，由竖立在两个主墩顶部的两套验收合格后，由竖立在两个主墩

46、顶部的两套扒杆分别将其旋转拉起，在空中对接合拢。扒杆分别将其旋转拉起，在空中对接合拢。 9800扒杆背索边拱肋胎架1号墩2号墩拱肋胎地锚卷扬机1154612100架第43页/共49页 斜拉桥主梁的施工方法大体上可以归纳为：斜拉桥主梁的施工方法大体上可以归纳为：有支架施工法有支架施工法；悬臂施工法悬臂施工法；顶推施工法顶推施工法和和转体施工法转体施工法四种。其中悬臂施工也有悬臂拼装法和悬臂浇筑法两种。四种。其中悬臂施工也有悬臂拼装法和悬臂浇筑法两种。 第44页/共49页悬臂拼装法：悬臂拼装法：主要用于钢主梁主要用于钢主梁(桁架梁或箱形梁桁架梁或箱形梁)的斜拉桥的斜拉桥。优点是钢主梁和索塔可以同时

47、在不同的场地进行施工，因。优点是钢主梁和索塔可以同时在不同的场地进行施工，因此具有施工快捷和方便的特点。此具有施工快捷和方便的特点。 利用塔上塔吊搭设利用塔上塔吊搭设0#0#、1#1#块件临时用的支撑钢管架；块件临时用的支撑钢管架；利用塔吊安装好利用塔吊安装好0#0#及及1#1#块件；块件；安装好安装好1#1#块件的斜拉索，并在其上架设主梁悬臂吊机，拆除塔上塔块件的斜拉索，并在其上架设主梁悬臂吊机，拆除塔上塔吊和临时支撑架；吊和临时支撑架；利用悬臂吊机安装两侧的利用悬臂吊机安装两侧的2#2#块的钢主梁，并挂相应的两侧斜拉索；块的钢主梁，并挂相应的两侧斜拉索；重复上一循环直至全桥合拢。重复上一循环直至全桥合拢。 第45页/共49页悬臂浇筑法：悬臂浇筑法：主要用在具有预应力混凝土主梁的斜拉桥上主要用在具有预应力混凝土主梁的斜拉桥上。其主梁混凝土的悬臂浇筑与一般预应力混凝土梁式桥基本相。其主梁混凝土的悬臂浇筑与一