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桥梁工程概论. 授课教师：张 锴 手机： 13203691935. 2011 年 10 月. 第一篇 桥梁上部. 第一章 总论 第一节 概述 教学重点 ： 1 了解桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况 2 掌握桥梁的组成和分类。. 一 桥梁在交通事业中的地位. 桥梁：是连续道路中跨越道路受阻障碍、传递交通流的道路工程结构物。包括 “ 桥 ” 与 “ 涵洞 ” 两类工程建筑。
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桥梁工程概论 授课教师：张 锴 手机：13203691935 2011年10月
第一篇 桥梁上部 第一章 总论 第一节 概述 • 教学重点： • 1 了解桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况 • 2 掌握桥梁的组成和分类。
一 桥梁在交通事业中的地位 • 桥梁：是连续道路中跨越道路受阻障碍、传递交通流的道路工程结构物。包括“桥”与“涵洞”两类工程建筑。 • 桥梁建设对我国交通运输环境能力的提高、投资环境的改善、促进经济急的腾飞起到了巨大的作用。在公路、铁路、城市和农村道路交通建设以及水利建设中，桥梁是保证全线贯通的咽喉，特别是在战争时期，桥梁工程具有非常重要的地位。经济上，桥梁和涵洞的造价平均占公路总造价的20%-30%，国防上，桥梁是交通运输的咽喉，具有非常重要的地位。 • 雄伟且美观的大桥常常作为城市的标志与骄傲。因而桥梁建筑已不单纯作为交通线上重要的工程实体，而且常作为一种空间艺术品存在于社会之中，且被人们传颂。
二 国内外桥梁发展概况 • 2.1 我国桥梁建设的成就 • 2.1.1 古代桥梁建设成就 • 根据史料记载，在距今约三千年的周文王时，我国就已在宽阔的渭河上架过大型浮桥。 • 在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。世界上现在尚保存着的最长、工程最艰巨的石梁桥，就是我国于1053年一1059年在福建泉州建造的万安桥，也称洛阳桥。 • 1240年建造的福建潭州虎渡桥，也是员令人惊奇的一座梁式石桥。此桥总长约335m
举世闻名的河北省赵县的赵州桥（又称安济桥），是我国古代石拱桥的杰出代表，该桥在隋大业初年（公元605年左右）为李春所创建，是一座空腹式的圆弧形石拱桥，净跨37.02m，宽9m，拱矢高度7.23m。举世闻名的河北省赵县的赵州桥（又称安济桥），是我国古代石拱桥的杰出代表，该桥在隋大业初年（公元605年左右）为李春所创建，是一座空腹式的圆弧形石拱桥，净跨37.02m，宽9m，拱矢高度7.23m。 • 广东潮安县的湘子桥，是世界上最早的开合式桥。
2.1.2 当代桥梁建设成就 • 1957年，第一座长江大桥——武汉长江大桥的胜利建成，结束了我国万里长江无桥的状况。大桥的正桥为三联3x128m的连续钢衍梁，下层双线铁路、上层公路桥面宽18m，两侧各设2.25人行道，包括引桥在内全桥总长1670.4m。大型钢梁的制造和架设、深水管柱基础的施工等，为发展我国现代桥梁技术开创了新路。 • 1969年我国又胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥 ，这是我国自行设计、制造、施工，并使用国产高强钢材的现代化大型桥梁。上层为公路桥面，下层为双线铁路。包括引桥在内，铁路桥部分全长6772m，公路桥部分为4589m。桥址处水深流急，河床地质极为复杂，大桥桥墩基础的施工非常困难。南京长江大桥的建成，显示出我国的建桥事业已达到世界先进水平，也是我国桥梁史上又一个重要标志。
拱桥：万县长江大桥。 • 梁桥：洛阳黄河公路大桥。 • 斜拉桥：南京长江二桥 • 悬索桥：广东虎门大桥 。
2.2 国外桥梁建设简述和发展趋势 • 纵观国外桥梁建设发展的历史，对于促进和发展现代桥梁有深远影响的，是继意大利文艺复兴后18世纪在英国、法国和其他西欧国家兴起的工业革命．推动了工业的发达，从而也促进了桥梁建筑技术方面空前的发展。 • 1855年起，法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的石拱桥。大约在1870年时，德国建造了第一批采用硅酸盐水泥作为胶结材料的混凝土拱桥。之后在20世纪初，法国建成的戴拉卡混凝土箱形拱桥跨度达139.8m。 • 1928年法国著名工程师弗莱西奈经过20年研究的预应力混凝土技术付诸实现后，新颖的预应力混凝土桥梁首先在法国和德国以异乎寻常的速度发展起来。
斜拉桥：日本多多罗桥，890m跨径；法国诺曼底大桥，856m跨径斜拉桥：日本多多罗桥，890m跨径；法国诺曼底大桥，856m跨径 • 悬索桥：美国金门大桥，1280.2m跨径；丹麦大贝尔特东桥，1624m跨径；日本明石海湾大桥，1991m跨径。
2.3 21世纪的桥梁工程 世界最大悬索桥
湖南益阳茅草街大桥是湖南省省道S204线跨洞庭湖区淞澧洪道、藕池河西支、南茅运河及沱江的一座特大型公路桥梁。该桥由湖南省交通规划勘察设计院设计，于2006年12月建成通车。湖南益阳茅草街大桥是湖南省省道S204线跨洞庭湖区淞澧洪道、藕池河西支、南茅运河及沱江的一座特大型公路桥梁。该桥由湖南省交通规划勘察设计院设计，于2006年12月建成通车。 • 全长为2848.64m，主桥设计为80m+368m+80m三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥（俗称“飞鸟式”），边跨、主跨拱脚均固结于拱座。湖区修建拱式结构与环境的协调性好，做到景观艺术与经济的完美结合。
三 桥梁的组成与分类 3.1 桥梁的基本组成 • 桥梁一般由三个基本部分组成，即上部结构、下部结构、支座。 • （1）上部结构（桥跨结构） • 定义：桥梁结构中跨越障碍物的主要承重结构。 • 作用：连续中断的路线，承受交通荷载并将荷载产生的作用传递给墩台上的支座。 • （2）支座 • 定义：桥梁结构中用于支承上部结构的传力装置。 • 作用：不仅传递很大的荷载，还要保证上部结构能按设计要求产生一定的变位。
（3）下部结构（包括桥墩、桥台和基础） • 定义：设置在桥跨中间部分的称为桥墩，设置在桥跨两端与路堤向衔接的称为桥台，桥墩和桥台底部并与地基接触的部分称为基础。 • 作用：桥墩和桥台用来支承上部结构，并将其传来的恒载和车辆活载传至基础，桥台除了上述作用外，还起到了抵御路堤的土压力及防止路堤的滑塌等作用，基础承受从桥墩或桥台传来的全部荷载。
在桥梁建筑工程中，除了上述基本组成部分外，在路堤与桥台衔接处，一般在桥台两侧设置石砌的锥形护坡，以保证迎水部分路堤边坡的稳定。另外，根据需要还常常修筑护岸、导流结构物等附属工程。
1.拱圈；2.拱顶；3.拱脚；4.拱轴线；5.拱腹；6.拱背；1.拱圈；2.拱顶；3.拱脚；4.拱轴线；5.拱腹；6.拱背； 7.变形缝；8.桥台；9.基础；10.锥坡；11.拱上结构 图2 拱式桥
桥梁术语名称 • 水位 • 低水位 高水位 设计洪水位 通航水位 • 跨径与桥长 • 净跨径 总跨径 计算跨径 桥梁全长 • 高度和净空 • 桥梁高度 桥下净空 桥面净空 桥梁建筑高度 净矢高 计算矢高。
水位 • 低水位：河流中枯水季节的最低水位。 • 高水位：洪峰季节河流中的最高水位。 • 设计洪水位：按规定的设计洪水频率计算所得高水位。 • 通航水位：在各级航道中，能保持船舶正常航行的水位。
跨径与桥长 • 净跨径l0：梁式桥是设计洪水位相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距；拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。 • 总跨径∑l0：多孔桥梁中各净跨径之总和，反映了桥下泄洪能力。 • 计算跨径l：设有支座的桥梁，指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离；拱式桥，指两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离，桥跨结构的力学计算以计算跨径为基准。 • 标准跨径lk ：两桥墩中线之间桥中线长度或桥墩中线与桥台台背前缘线之间桥中心线长度。 • 桥梁全长L（简称桥长）：有桥台的桥梁为两岸桥台后端点之间水平距离；无桥台的桥梁为桥面行车道长度。
高度和净空 • 桥梁高度（简称桥高）：指桥面与低水位之间的高差，或为桥面与桥下线路路面间的距离（跨线桥）。 • 桥下净空H：桥梁上部结构底缘以下所规定的净空间的界限。 • 桥面净空：是桥梁行车道、人行道上方应保持的净空间界限。 • 桥梁建筑高度：上部结构底缘至桥面顶面的垂直距离。 • 净矢高（拱桥）：从拱顶截面下缘至相邻两跨拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。 • 计算矢高：是拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心连线的垂直距离。 • 矢跨比：计算矢高f与计算跨径l之比。
3.2. 桥梁的分类 • 桥梁按受力体系分类 • 梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥及其组合体系。 • 桥梁的其他分类 • 根据用途，材料，总长和跨径，跨越障碍性质，行车道位置，桥跨结构的平面布置不同分类。
梁式桥 主要承重结构是梁（板），竖向荷载作用下无水平反力的结构，外力（恒载和活载）的作用方向与桥梁结构和轴线接近垂直。（教材图1-1-17） 与同样跨径的其它结构体系相比，梁式桥以受弯为主，通常需用抗弯、抗拉能力强的材料（如钢、钢筋混凝土等）来建造。地质条件较好时，中、小跨径梁桥可修建连续梁桥。对于大跨径和特大跨径的梁桥，可采用预应力混凝土、钢和钢—混凝土组合梁桥。
拱式桥 主要承重结构是主拱圈或拱肋，竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力（图4b所示），同时，墩台向拱圈或拱肋提供水平反力。 与同跨径的梁式桥相比，拱桥的弯矩、剪力和变形要小得多，拱圈或拱肋以受压为主。拱桥对墩台有水平推力及结构以受压为主是拱桥的主要受力特点。通常采用抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混凝土等）和钢筋混凝土来建造。
在地质条件较差的情况下，可采用无水平推力的系杆拱桥，如图4c所示，其水平推力由系杆承受，系杆可由预应力混凝土、钢等做成。亦可修建水平推力很小的“飞雁式”三跨自锚式系杆拱桥，如图4所示，在边跨的两端施加水平预加力，通过边跨拱传至拱脚，以抵消主跨拱脚处的水平推力。 在地质条件较差的情况下，可采用无水平推力的系杆拱桥，如图4c所示，其水平推力由系杆承受，系杆可由预应力混凝土、钢等做成。亦可修建水平推力很小的“飞雁式”三跨自锚式系杆拱桥，如图4所示，在边跨的两端施加水平预加力，通过边跨拱传至拱脚，以抵消主跨拱脚处的水平推力。 按照行车道位置不同，拱桥可分为上承式（图4a）、中承式（图4d）、下承式拱（图4c）三种。
刚架桥（刚构桥） 桥跨结构中主梁或板与墩台（或立柱）整体相连的桥梁称为刚架桥。由于梁和柱两者之间是刚性连接，竖向荷载作用下，主梁端部产生负弯矩，柱脚处产生水平反力，主梁受弯，但弯矩较同跨径的简支梁小，梁内还有轴力作用，因此，刚架桥的受力状态介于梁桥与拱桥之间（图6b所示）。
a.门式刚构桥；c.T形刚构桥；d.连续刚构桥；e.斜腿刚构桥。a.门式刚构桥；c.T形刚构桥；d.连续刚构桥；e.斜腿刚构桥。 图6 刚构桥
悬索桥 主要承重结构包括主缆、塔柱、加劲梁、锚碇及吊杆，竖向荷载作用下，通过吊杆使主缆承受巨大的拉力，主缆悬跨在两边塔柱上，锚固于两端的锚碇结构中；锚碇承受主缆拉力，该拉力可分解为垂直和水平分力，悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。 与同样跨径的其它结构体系相比，悬索桥的刚度最小，属于柔性结构，在车辆荷载作用下，悬索桥将产生较大的变形。
斜拉桥 斜拉桥上部结构由塔柱、主梁和斜拉索组成，斜拉桥是梁式桥与吊桥的组合形式。主要受力特点是：斜拉索受拉力，将主梁多点吊起（类似吊桥），将主梁的恒载和车辆等荷载传至塔柱，再通过塔柱传至基础和地基。塔柱以受压为主。主梁由于被斜拉索吊起，如同一多点弹性支承的连续梁，使主梁弯矩较一般梁式桥大大减小，是斜拉桥具有较大跨越能力的主要原因。主梁同时受斜拉索水平力的作用，基本受力特点为偏心受压构件。
组合体系桥 • T形刚构，连续钢构：梁和刚架组合； • 梁拱组合； • 斜拉桥+梁桥组合。
桥梁的其他分类 1按桥梁用途来划分 公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、水运（或渡桥）桥和管线桥。
2按材料来划分 钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、圬工桥（包括砖、石、混凝土）、钢桥、钢－混凝土组合桥和木桥。
4按跨越障碍性质划分 可分为跨河桥、跨线桥（或立交桥）、高架桥和栈桥。
5按行车道位置划分 上承式桥：桥面布置在主要承重结构之上； 下承式桥：桥面布置在主要承重结构之下； 中承式桥：桥面布置在桥跨结构高度中间。
6按桥跨结构的平面布置划分 正交桥、斜交桥、弯桥（或曲线桥）
莱茵河桥：战后德国修建的第一座细长钢箱梁桥莱茵河桥：战后德国修建的第一座细长钢箱梁桥
东明黄河大桥：预应力混凝土连续刚构桥，全长4142.14m东明黄河大桥：预应力混凝土连续刚构桥，全长4142.14m
