桥梁工程概述（55页）

1、高铁桥梁工程施工课程的地位铁道工程最主要的专业课之一主要内容铁路和高铁桥梁工程概论、高铁桥梁分部工程施工技术、高铁桥梁上部结构施工方法前言1Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁工程概述2Haibo Liu PhD. SWJTU主要内容1 桥梁基本概念2 桥梁构成3 桥梁类型3Haibo Liu PhD. SWJTU基本概念桥梁供车辆和行人跨越障碍物的建筑工程结构线路跨越障碍的延伸部分或连接部分桥梁工程桥梁建筑的实体建造桥梁所需的技术4Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁起源树桥：梁桥的雏形5Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁起源原始木梁桥天然石梁桥早期石梁桥6Haib

2、o Liu PhD. SWJTU桥梁起源世界上最长的天然石拱桥，跨度119.5米，位于美国犹他州国家公园中国最长的天然石拱桥，跨度80米，位于重庆涪陵小溪法国阿尔代什峡谷天然石拱桥7Haibo Liu PhD. SWJTU 桥梁构成上部结构，包括桥跨结构，也叫承重结构桥面构造下部结构，也叫支承结构，包括桥墩与桥台墩台基础支座附属结构物8Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁工程专业部分术语 主桥：桥梁跨越主要障碍物（如通航河道）的结构部分。 引桥：从桥台至正桥的结构部分，连接主桥和两端道路。 跨度/径：表示桥梁的跨越能力，对于多跨桥，最大跨度称为主跨。 计算跨径：桥跨结构相邻两支点间的距

3、离； 净跨径：设计洪水位线上相邻两桥墩（台）间的水平净距，各孔净跨径之和称为总跨径。 标准跨径的目的：有利于桥梁制造和施工的机械化，也有利于桥梁养护维修和战备需要。 9Haibo Liu PhD. SWJTU1.1 桥梁术语及其分类 标准跨径： 公路常用10m、16m、20m、40m 铁路常用20m、24m、32m、48m 桥长：两桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离。 桥下净空高度：设计洪水位（通航水位）与桥跨结构最下缘的高差。 桥梁建筑高度：桥面与桥跨结构最下缘的高差。10Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁分类11Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁分类（续）12Haibo L

4、iu PhD. SWJTU结构体系详细分类a悬臂梁桥b连续梁桥c拱桥d悬索桥e刚架桥fT型刚构g斜腿刚构h连续刚构i斜拉桥j系杆拱13Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁受力14Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁按跨径的分类桥梁分类公路桥梁铁路桥梁多孔跨径总长L1(m)单孔跨径l(m)桥长L1(m)特大桥L11000l150L1500大 桥100L1100040l100100 L1500中 桥30L110020l4020L11000小 桥8L1305l20L12015Haibo Liu PhD. SWJTU梁桥简支梁桥悬臂梁桥等截面连续梁桥变截面连续梁桥连续刚构梁为承重结构，

5、主要以其抗弯能力来承受荷载；在竖向荷载作用下，其支承反力也是竖直的；简支的梁部结构只受弯受剪，不承受轴向力增加中间支承，可减少跨中弯矩，更合理地分配内力，加大跨越能力梁式体系分实腹式和空腹式，前者的梁截面为T形、工字形和箱形等，后者指桁架结构；梁的高度可等高或变高16Haibo Liu PhD. SWJTU刚构（架）桥门式刚架T形刚构斜腿刚构V形刚构17Haibo Liu PhD. SWJTU拱桥三铰拱两铰拱无铰拱系杆拱结构特征：主要承重结构具有曲线外形受力特点：在竖向荷载作用下，拱主要承受轴向压力，但也受弯受剪。支承反力不仅有竖向反力，也承受较大的水平推力 静力学分类：单铰拱、双铰拱、三铰拱

6、和无铰拱常用材料：石材、钢筋混凝土、钢材施工方法：有支架和无支架施工 系杆吊杆主拱圈立柱行车道系18Haibo Liu PhD. SWJTU悬索桥组成：主要由缆、塔、锚碇、加劲梁等组成受力：在竖向荷载作用下，索受拉，塔受压，锚碇受拉拔反力材料：缆通常用高强度钢丝制成圆形大缆，加劲梁多采用钢桁架或扁平箱梁，桥塔可采用钢筋混凝土或钢材跨度：因悬索的抗拉性能得以充分发挥且大缆尺寸基本上不受限制，故悬索桥的跨越能力一直在各种桥型中名列前茅 缆塔锚锭加劲梁19Haibo Liu PhD. SWJTU斜拉桥形式：由梁、塔和斜索组成的组合体系，结构型式多样，造型优美壮观受力：在竖向荷载作用下，梁以受弯为主，

7、塔以受压为主，斜索则承受拉力材料：斜索采用高强钢丝制成，塔多采用钢筋混凝土，梁采用预应力混凝土梁或钢箱梁斜拉索索塔主梁20Haibo Liu PhD. SWJTU梁式桥 21Haibo Liu PhD. SWJTU拱桥 22Haibo Liu PhD. SWJTU缆索承重桥梁23Haibo Liu PhD. SWJTU组合体系桥梁24Haibo Liu PhD. SWJTU人行桥上：德国的两座人行桥；左下：伦敦的一座人行桥；右下：美国的一座人行桥造型轻盈别致、线条流畅、与环境协调，是其特点25Haibo Liu PhD. SWJTU开启桥（活动桥）左：伊拉克的一座平转开启桥；中：巴西的一座提升

8、开启桥；右：竖转开启桥右下：天津塘沽海门开启桥 （64m）目的和特点：节省总造价，可保证水上交通；陆地交通受限制，维修管理费用较高26Haibo Liu PhD. SWJTU新型的组合式系杆钢拱桥中承式钢桁系杆拱桥独塔自锚式悬索桥斜拉拱桥组合体系其他的花式桥组合桥27Haibo Liu PhD. SWJTU新型的组合式系杆钢拱桥重庆菜园坝大桥，主跨420m，2007广州新光大桥，主跨428m，在建美国Alsea海湾钢拱桥，主跨137.16m，199128Haibo Liu PhD. SWJTU新型的组合式系杆钢拱桥重庆菜园坝大桥，主跨420m，2007广州新光大桥，主跨428m，200629H

9、aibo Liu PhD. SWJTU重庆朝天门大桥，2008，552m宜万铁路万州长江大桥，主跨360m的单拱连续钢桁梁，02年12月开工，2005年6月合龙190米+552米+190米，三跨连续中承式钢桁系杆拱桥 30Haibo Liu PhD. SWJTU西东1936年建成1989年地震中损伤独塔自锚式悬索桥，替代东侧的桁架桥，2002年动工，由于经济原因，工程延误，预计2012年完工signature span 广珠城际铁路小榄水道特大桥31Haibo Liu PhD. SWJTU旧金山奥克兰海湾桥西东1936年建成1989年地震中损伤独塔自锚式悬索桥，替代东侧的桁架桥，2002年动工

10、signature span 32Haibo Liu PhD. SWJTU韩国Yeongjong大桥空间缆自锚式悬索桥，分跨125-300-125m ，200033Haibo Liu PhD. SWJTU独缆自锚式悬索桥，分跨120-300-120m ，1987日本大阪此花大桥34Haibo Liu PhD. SWJTU马来西亚Seri Saujana 桥斜拉拱桥组合体系，主跨300m，200235Haibo Liu PhD. SWJTU马来西亚Seri Wawasan桥主跨168.5m，200336Haibo Liu PhD. SWJTU37Haibo Liu PhD. SWJTUAlame

11、da 桥，主跨130m，1995西班牙的两座城市道路钢拱桥Bach de Roda-Felipe II桥，主跨130m，199538Haibo Liu PhD. SWJTUJuscelino Kubitschek Bridge in Brazil2002年 3240m39Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁发展桥跨结构继续向大跨发展结构型式和构造呈多样化发展桥梁设计理论更趋完善和合理桥梁CAD技术应用更趋广泛建桥材料向高强、轻质、新功能方向发展40Haibo Liu PhD. SWJTU桥梁建设的基本目标 基本目标是适用、安全、经济、美观。围绕这一基本目标，桥梁技术的发展应表现在： 桥

12、梁具有较大的跨越能力和承载能力； 车辆能安全运行于桥上并使旅客有舒适感； 讲求经济效益，力图降低造价； 考虑结构与环境的协调。 41Haibo Liu PhD. SWJTU 桥梁学科的研究及发展 墩台和基础： 总的说来，在桥梁墩台和基础技术水平方面，我国仅次于日本。日本因修建了较多的海湾、海峡桥及大跨悬索桥、斜拉桥，使其在施工机械、大体积混凝土施工、无人沉箱、设置沉井和地下连续墙等技术方面处于世界领先地位。到了90年代，我国深基础的施工和技术水平仅次于日本，己进入世界先进水平。 42Haibo Liu PhD. SWJTU材料： 桥梁的发展进程表明，新材料对其发展具有关键性作用。没有材料科学的

13、发展，就不会有长大跨及新桥型的演进。从另一方面看，正是由于材料科学的发展还不满足桥梁科技进步的需要，一些目前己经可以构思、设计的大跨桥梁工程，但因没有理想的材料而难以实现。由此可见，新材料确实是桥梁的物质基础和重要依托。桥梁所用材料主要有两类，一为钢材，另一为混凝土，目前它们都是向高强、轻质、新功能方向发展。下面简介其发展动态。 43Haibo Liu PhD. SWJTU高性能钢桥梁用钢的历史，表现出一条低碳钢低合金钢高强度钢高性能钢的发展轨迹。高强度钢（High Strength Steel, HSS）在材料韧性和可焊性等方面往往不尽人意高性能钢（High Performance Stee

14、l, HPS）是一种综合优化了材料力学性能、便于加工制造、适于低温和腐蚀环境、具备较高性价比的桥梁结构用钢。进展：美、日、欧洲从20世纪90年代起，开始研究和应用HPS。97年日本“超级钢材”项目，98年中国“新一代钢铁材料重大基础研究 ” HPS材料特征：化学成分碳、磷、硫含量有显著的减少，增加有利于防腐蚀和耐候稀有元素；力学性能对合金元素进行优化组合，并采用Q&T或热力控制处理（TMCP）技术，生产出同时保持高强度、高韧性和可焊性好的细晶粒结构钢；抗腐蚀和耐候性能通常无需油漆；疲劳性能有待更多试验 44Haibo Liu PhD. SWJTU 混凝土: 高强混凝土 高强混凝土是相对普通强度

15、混凝土而言，其定义的确定并无统一的标准。我国一般把强度等级大于C60级的混凝土称为高强混凝土，大于Cl00级的混凝土称为超高强混凝土；美国ACI363委员会把强度超过4lMPa的混凝土定义为高强混凝土；而前苏联则把500号(相当于48MPa)以上的混凝土称为高强混凝土。高强混凝土具有抗压强度高、抗冲击性能好、耐久性强等优点。因用高强混凝土建造桥梁，不仅可减小梁高、又能减轻梁自重，从而使其跨度增大。据国外资料统计，预应力混凝土桥采用高强混凝土，结构截面尺寸可减小近一半，而构件自重与钢构件相当，可提高经济效益30%40%。日本歧关大桥为748m后张T梁，采用60MP的高强混凝土后，T梁高度降低12

16、.5%，截面积减小13.5%。 45Haibo Liu PhD. SWJTU 混凝土: 高强混凝土 目前，在实验室条件下，我国己能制成C100级凝土，罗马尼亚可制成C170级混凝土，美国己制成C200级混凝土。在铁路桥工程中，我国现浇混凝土等级已达C60C70级，预制的达C80级，如衡广复线江村桥混凝土设计强度达80MPa。在结构工程领域已达C100。 46Haibo Liu PhD. SWJTU 轻质混凝土 凡用轻质骨料配制的混凝土，容重在1620kN/m3(普通混凝土容重为2324kN/m3)，强度等级在C30C50者称为轻质混凝土。轻质混凝土的骨料主要是以页岩锻烧膨胀而得，其有陶粒型(破

17、碎成粉后制成球锻烧)和非陶粒型(页岩破碎后原状锻烧)。1965年起，日本开始将轻质混凝土用于铁路桥梁制造，如东北本线金山架道桥和总武本线荒川桥，其容重为1620kN/m3，强度等级为40级。 47Haibo Liu PhD. SWJTU 轻质混凝土 我国在南京长江大桥等一些铁路桥中，也采用过轻质混凝土，但使用并不普遍。这主要是轻质混凝土在使用中还存在着一些难以处理的问题。如轻质混凝土自重虽可减轻，但其弹性模量为同等级普通混凝土的5060%、且徐变大，造成应力损失也大。所以也有人认为将混凝土等级提高来减小断面，其效果比轻质混凝土好。这样就出现一种趋向，认为轻质混凝土对中小跨径铁路桥减轻自重、提高

18、抗震效能是有一定效果；但在大跨径铁路桥梁上要成为理想材料，还需作更多的研究。 48Haibo Liu PhD. SWJTU 絮凝混凝土 水下絮凝混凝土可在水中缓慢地自行流平和密实，能进行钢筋密集区、狭窄断面、水下大面积薄板及小体积结构等过去无法施工的水下混凝土工程的施工。其工艺简单，不受水位、季节等的限制。1974年德国首次研制成功专用外加剂，其主要成分是纤维素醚类有机水溶性高分子聚合物的抗分散外加剂。用它拌制的水下絮凝混凝土，在水中浇注时不易因周围水流冲洗而分离，混凝土始终能粘成一体，从而达到不离析的目的。1981年日本三井石油化学工业公司引进德国的技术，并开发了自己的水下不离析混凝土。目前

19、，日本已有十余种抗分散外加剂投放市场，美国、法国等国也都在开发。 49Haibo Liu PhD. SWJTU 碳纤维强化复合材料 1930年代，美国旧金山金门大桥建成时，创下了桥梁史上跨长1280m的世界记录。几经改写，到20世纪末，日本明石海峡桥才将这一记录改成1990m。其中，结构理论的发展和材料强度的提高起了决定性作用。根据目前理论计算，钢悬索桥的极限跨长(指桥跨结构能支承自重的跨度)可达4000m，而到20世纪末，实际所建最大跨长只有其一半。分析表明，若改用碳纤维强化复合材料，悬索桥的极限跨长可比钢悬索桥提高一倍以上。50Haibo Liu PhD. SWJTU 碳纤维强化复合材料 可以预言，纤维强化复合材料是21世纪桥梁新材料的发展方向。正因如此，许多发达国家都在争相研究、开发。目前，因其成本太高，主要还只用于航天工业，桥梁工程中只是极少量使用。国内现