土木工程概论-桥梁工程讲义(大字体).doc

土木工程的主要类型土木工程的主要类型——桥梁工程桥梁工程一、桥梁的概念一、桥梁的概念1、桥梁：桥梁是指供公路、城市道路、铁路、渠道、管线桥梁：桥梁是指供公路、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等跨越水体、山谷或彼此间相互跨越的工程构筑物二、桥梁的组成（以梁式桥为例）二、桥梁的组成（以梁式桥为例）桥梁的三个主要组成部分是：上部结构，下部结构和附属上部结构，下部结构和附属结构结构 （一）上部结构由桥跨结构、支座系统组成上部结构由桥跨结构、支座系统组成 1、桥跨结构、桥跨结构 或称桥孔结构，是桥梁中跨越桥孔的、支座以上的承重结构部分按受力图示不同，分为梁式、拱式、刚架和悬索等基本体系，并由这些基本体系构成各种组合体系它包含主要承重结构、纵横向联结系、拱上建筑、桥面构造和桥面铺装、排水防水系统，变形缝以及安全防护设施等部分 2、支座系统、支座系统 设置在桥梁上、下结构之间的传力和连接装置其作用是把上部结构的各种荷载传递到墩台上，并适应活载、温度变化、混凝土收缩和徐变等因素所产生的位移，使桥梁的实际受力情况符合结构计算图示一般分为固定支座和活动支座 （二）下部结构，由桥墩、桥台、墩台基础几部分组成下部结构，由桥墩、桥台、墩台基础几部分组成。

1、桥墩、桥台、桥墩、桥台 是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物桥台设在两端，桥墩则在两桥台之间，见上图而桥台除此之外，还要与路堤衔接，并防止其滑塌为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护和导流工程 2、墩台基础墩台基础 保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构部分 （三）附属构件，主要包括伸缩缝、灯光照明、桥面铺装、附属构件，主要包括伸缩缝、灯光照明、桥面铺装、排水防水系统、栏杆排水防水系统、栏杆(或防撞栏杆或防撞栏杆)等几部分等几部分 1、伸缩缝、伸缩缝 在桥跨上部结构之间，或桥跨上部结构与桥台端墙之间，设有缝隙保证结构在各种因素作用下的变位为使桥面上行驶顺直，无任何颠动，此间要设置伸缩缝构造特别是大桥或城市桥的伸缩缝，不但要结构牢固，外观光洁，而且需要经常扫除深入伸缩缝中的垃圾泥土，以保证它的功能作用 2、灯光照明、灯光照明 现代城市中标志式的大跨桥梁都装置了多变幻的灯光照明，增添了城市中光彩夺目的晚景 3、桥面铺装、桥面铺装 或称行车道铺装，铺装的平整、耐磨性、不翘壳、不渗水是保证行车舒适的关键特别在钢箱梁上铺设沥青路面的技术要求甚严 4、排水防水系统、排水防水系统 应迅速排除桥面上积水，并使渗水可能降低至最小限度。

此外，城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上的漏水现象 5、栏杆（或防撞栏杆）、栏杆（或防撞栏杆） 它既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件 三、桥梁的分类三、桥梁的分类（一）按用途划分，公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农用桥、人行桥、水运桥和管线桥等； （二）按长度和跨径，特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞；（三）按梁（拱）跨实用的建筑材料，木桥、圬（砖、石、混凝土）工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和结合梁桥； （四）按跨越障碍的性质，跨河桥、跨线桥（立交桥）和高架桥； （五）按上部结构的行车道分，上承式、中承式和下承式；（六）按是否固定，固定桥、活动桥和浮桥； （七）按使用年限可分为永久性桥、半永久性桥、临时桥八）根据受力情况和桥跨结构体系，梁式桥、拱桥、 刚架（构）桥、悬索桥、斜拉桥和组合桥四、桥梁的基本类型四、桥梁的基本类型1 1、梁式桥、梁式桥以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁主梁可以是实腹梁实腹梁或者是桁架梁桁架梁（空腹梁）实腹梁外形简单，制作、安装、维修都较方便，因此广泛用于中、小跨径桥梁但实腹梁在材料利用上不够经济。

桁架梁中组成桁架的各杆件基本只承受轴向力，可以较好地利用杆件材料强度，但桁架梁的构造复杂、制造费工，多用于较大跨径桥梁桁架梁一般用钢材制作桁架梁一般用钢材制作，也可用预应力混凝土或钢筋混凝土制作，但用的较少过去也曾用木材制作桁架梁，因耐久性差，现很少使用实腹梁主要用钢筋混凝土、预应力混凝土制作,也可以用钢材做成钢钣梁或钢箱梁.实腹梁桥的最早形式是用原木做成的木梁桥和用石材做成的石板桥由于天然材料本身的尺寸、性能、资源等原因，木桥现在已基本上不采用， 石板桥也只用作小跨人行桥根据实腹梁的截面形式可分为板梁、门形梁、板梁、门形梁、T T 形梁或形梁或箱形梁箱形梁等按照主梁的静力图式，梁桥又可分为简支梁桥、简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥连续梁桥和悬臂梁桥●简支梁桥简支梁桥： 主梁简支在墩台上，各孔独立工作，不受墩台变位影响实腹式主梁构造简单，设计简便，施工时可用自行式架桥机或联合架桥机将一片主梁一次架设成功但简支梁桥各孔不相连续，车辆在通过断缝时将产生跳跃，影响车速的提高因此，目前趋向于把主梁作成为目前趋向于把主梁作成为简支，而把桥面作成为连续的形式简支，而把桥面作成为连续的形式简支梁桥随着跨径增大，主梁内力将急剧增大，用料便相应增多，因而大跨径桥一般不用简支梁。

●连续梁桥： 主梁是连续支承在几个桥墩上主梁是连续支承在几个桥墩上在荷载作用时，主梁的不同截面上有的有正弯矩，有的有负弯矩，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小这样，可节省主梁材料用量连续梁桥通常是将连续梁桥通常是将 3 3～～5 5 孔做成一联孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适连续梁桥施工时，可连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁近一、二十年，在架设预应力混凝土连续梁时，成功地采用了顶推法施工顶推法施工，即在桥梁在桥梁一端（或两端）路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔一端（或两端）路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔，使施工较为方便连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩，构造比较复杂此外，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化因此，连续连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上1966 年建成的美国亚斯托利亚桥，是目前跨径最大的钢桁架连续梁桥，它的跨径为 376 米。

●悬臂梁桥： 又称伸臂梁桥是将简支梁向一端或两端将简支梁向一端或两端悬伸出短臂的桥梁悬伸出短臂的桥梁这种桥式有单悬臂梁桥单悬臂梁桥或双悬臂梁桥双悬臂梁桥悬臂梁桥往往在短臂上搁置简支的挂梁，相互衔接构成多多跨悬臂梁跨悬臂梁有短臂和挂梁的桥孔称为悬臂孔悬臂孔或挂孔挂孔，支持短臂的桥孔称为锚固孔锚固孔悬臂梁桥的每个挂孔两端为桥面接缝，悬臂端的挠度也较大，行车条件并不比简支梁桥有所改善悬臂梁一片主梁的长度较同跨简支梁为长，施工安装上相应要困难些目前对预应力混凝土悬臂梁桥多采用悬臂拼装悬臂拼装或悬臂浇筑悬臂浇筑的方法施工为适应悬臂施工法的发展，保证主梁的内力状态和施工时一样，出现一种没有锚固孔，并把悬伸的短臂和墩身直接固结在立面上，形成预应力混凝土预应力混凝土 T T 形刚架桥形刚架桥，这种桥在 20 世纪 50 年代后发展起来简支梁桥连续梁桥桁架梁桥2 2、拱式桥、拱式桥拱桥是以承受轴向压力为主的拱拱桥是以承受轴向压力为主的拱( (称为主拱圈称为主拱圈) )作为主作为主要承重构件的桥梁要承重构件的桥梁1 1、、 按照按照主拱圈的静力图式主拱圈的静力图式，拱轿可分为三铰拱三铰拱、两两铰拱铰拱和无铰拱无铰拱。

●三铰拱是静定结构，其整体刚度较低，尤其是挠曲线在拱顶铰处产生折角，致使活载对桥梁的冲击增强，对行车不利拱顶铰的构造和维护也较复杂因此，三铰拱除有时用于拱上建筑的腹拱圈外，一般不用作主拱圈●两铰拱取消了拱顶铰，构造较三铰拱简单，结构整体刚度较三铰拱为好，维护也较三铰拱容易，而支座沉降等产生的附加内力较无铰拱为小，因此在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方，可采用两铰拱桥●无铰拱属三次超静定结构，虽然支座沉降等引起的附加内力较大，但在荷载作用下拱的内力分布比较均匀，且结构的刚度大，构造简单，施工方便,因此无铰拱是拱桥中,尤其是圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥中普遍采用的形式2 2、、按照主拱圈的构成形式，拱又可分为板拱板拱、肋拱肋拱、双曲拱双曲拱、箱形拱箱形拱、桁架拱桁架拱等●板拱： 拱圈横截面呈矩形实体截面拱圈横截面呈矩形实体截面,它横向整体性较好、拱圈截面高度小、构造简单,但抵抗弯矩能力较差，一般用于圬工拱桥1972 年建成的四川九溪沟桥为石砌的板拱桥，跨径达到 116 米,为目前世界上最大跨径的石拱桥●肋拱： 拱圈是由两条或多条拱肋组成，肋与肋之间用拱圈是由两条或多条拱肋组成，肋与肋之间用横系梁相联系横系梁相联系，拱肋形状可以是矩形、工字形、箱形或圆管形，它的抗弯能力较板拱为优,用料较省,但制作较板拱复杂，多用于钢筋混凝土拱桥或钢拱桥。

1960 年建成的瑞典恩斯科洛夫约桥，跨径为 278 米,为目前最大的钢管拱桥●双曲拱双曲拱： 60 年代以后,在中国采用的一种拱式桥梁.它在横向除有拱肋外它在横向除有拱肋外, ,还有由拱波、拱板等构成的小拱将整还有由拱波、拱板等构成的小拱将整个拱圈联结成整体个拱圈联结成整体，它在施工时可以将拱肋、拱波预制,安装后再浇筑拱板,减轻吊装重量，并可以不用拱架，或只需用简单支架，为混凝土拱桥提供了一种新的结构形式和简便易行的施工方法但需采取措施保证拱圈的整体性1969 年建成的河南省前河桥跨径为 150 米，为目前跨径最大的双曲拱桥●箱形拱： 横截面可为整体多室箱形整体多室箱形或分离箱形分离箱形混凝土或钢筋混凝土箱形拱也可采用无支架施工它的整体性、横向稳定性和抗扭性能都较双曲拱的结构为好，但在中、小跨径时不如双曲拱简便和节省钢材1979 年建成的南斯拉夫克拉克桥，跨径为 390 米,是当前世界上最大的钢筋混凝土箱形拱桥●桁架拱： 拱圈由桁架构成，可做成桁肋拱或肩拱形式拱圈由桁架构成，可做成桁肋拱或肩拱形式桁架拱的材料用量较经济，但桁架的某些杆件将承受拉力,故主要用在钢拱桥或预应力混凝土拱桥中。

1976 年建成的美国新河桥,跨径为 518 米，为目前跨径最大的钢桁架拱桥拱桥主拱圈沿桥跨方向的形状拱桥主拱圈沿桥跨方向的形状，可以做成横截面尺寸沿拱轴线不变的等截面拱，或者做成横截面尺寸由拱脚拱脚向拱拱顶顶逐渐变化的变截面拱变截面拱能较好地适应拱圈内力的变化，用料较经济；等截面拱构造简单、施工方便，因而采用较普遍主拱圈的拱轴线形状主拱圈的拱轴线形状，对拱圈截面的应力大小将产生直接影响一般尽量使拱轴线拱轴线与荷载作用下的拱圈压力线拱圈压力线相吻合，以减小截面的弯矩值当不计拱圈弹性压缩及其他因素的影响时，拱在均布荷载作用下的压力线为抛物线;在由拱顶向拱脚按拱轴线形状逐渐增大的分布荷载作用下,拱的压力线将为悬链线；而圆弧线线形最简单，利于施工故这几种线形成为拱桥中常用的拱轴线形状3 3、、 拱还可按拱上建筑的形式不同而分为实腹式拱和拱还可按拱上建筑的形式不同而分为实腹式拱和空腹式拱空腹式拱实腹式实腹式拱是将主拱圈以上至桥面间的空间全部用填料填实，一般用于小跨径的桥梁；空腹式拱空腹式拱则在主拱圈以上设有横桥向贯通的腹孔腹孔，一般用于中等以上跨径的桥梁赵州桥是现存修建最早的空腹式拱桥在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压力力。

拱桥的支座则不但要承受竖直方向的力，还要承受水拱桥的支座则不但要承受竖直方向的力，还要承受水平方向的力平方向的力因此拱桥对基础与地基的要求比梁桥要高下图分别表示上承式拱桥（桥面在拱肋的上方）、中承式上承式拱桥（桥面在拱肋的上方）、中承式拱桥（桥面一部分在拱肋上方，一部分在拱助下方）与下拱桥（桥面。