第五章土木工程概論橋梁工程

1、第5章 橋梁工程 5.1 橋梁工程概述 橋梁是供車輛、行人、管線、渠道等跨越 河流、山谷、海灣、湖泊或其他交通線路 的工程建筑物。 簡(jiǎn)而言之，橋梁就是跨越障礙的通道。 橋梁的實(shí)質(zhì)是跨越以實(shí)現(xiàn)連接。 橋梁是交通線路的重要組成部分，是保證 全線貫通的咽喉。 5.2 5.2 橋梁的組成和分類橋梁的組成和分類 5.2.1 橋梁的組成 圖5.1 1上部結(jié)構(gòu) 上部結(jié)構(gòu)是在線路中斷時(shí)跨越障礙的 主要承重結(jié)構(gòu)，直接承受交通荷載，是指 位于橋梁支座以上的部分，通常也叫橋跨 結(jié)構(gòu)。 2下部結(jié)構(gòu) 下部結(jié)構(gòu)包括橋墩、橋臺(tái)及其墩臺(tái)基 礎(chǔ)，也叫支承結(jié)構(gòu)，是支承上部結(jié)構(gòu)、向 下傳遞荷載的結(jié)構(gòu)物。 5.2.1 橋梁的組成 5

2、.2.1 橋梁的組成 3. 支座 支座是設(shè)置在橋跨結(jié)構(gòu)與橋墩或橋臺(tái) 的支承處所設(shè)置的傳力裝置，不僅要傳遞 很大的荷載，并且要保證橋跨結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生 一定的變位。支座提供的約束影響上部結(jié) 構(gòu)的受力，因此也可把支座劃歸到上部結(jié) 構(gòu)中。 4. 附屬設(shè)施 橋梁的附屬設(shè)施設(shè)施包括橋面系、伸 縮縫、錐形護(hù)坡、導(dǎo)流堤、檢查設(shè)備、防 撞設(shè)施（見圖5.2）、導(dǎo)航裝置等 5.2.1 橋梁的組成 韓國(guó)仁川大橋橋墩防撞吸能裝置 5.2.2 5.2.2 橋梁常用技術(shù)術(shù)語橋梁常用技術(shù)術(shù)語 l L H 5.2.2 5.2.2 橋梁常用技術(shù)術(shù)語橋梁常用技術(shù)術(shù)語 結(jié)合圖5.1介紹橋梁工程中常用的專有名 詞和技術(shù)術(shù)語： 1. 1.

3、水位水位 河流中的水位是變動(dòng)的，河流中枯水季節(jié) 的最低水位稱為低水位； 洪峰季節(jié)河流中的最高水位稱為高水位； 橋梁設(shè)計(jì)中按規(guī)定的設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算所 得出的高水位，稱為設(shè)計(jì)洪水位； 在各級(jí)航道中，能保持船舶正常航行的水 位稱為通航水位。 5.2.2 5.2.2 橋梁常用技術(shù)術(shù)語橋梁常用技術(shù)術(shù)語 2. 2. 跨徑跨徑 跨徑也叫跨度，是表征橋梁跨越能力的重 要技術(shù)指標(biāo)。 計(jì)算跨徑是指橋跨結(jié)構(gòu)相鄰支座間的距離 L1。 對(duì)多跨橋梁，最大跨度稱為主跨。 對(duì)梁式橋,凈跨徑是指設(shè)計(jì)洪水位線上的相 鄰兩橋墩（或橋臺(tái)）之間的水平凈距，用 L0表示。 總跨徑是多孔橋梁中各孔凈跨徑的總和， 反映出橋下泄洪能力的大小。

4、 5.2.2 5.2.2 橋梁常用技術(shù)術(shù)語橋梁常用技術(shù)術(shù)語 對(duì)公路橋梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑L LK K是指兩橋墩中線間 距離或橋墩中線與臺(tái)背前緣的間距。 鐵路橋，以計(jì)算跨徑作為標(biāo)準(zhǔn)跨徑。 橋梁全長(zhǎng)，是指兩橋臺(tái)側(cè)墻或八字墻尾端 之間的距離的距離LT。它是橋梁工程建設(shè)規(guī) 模的標(biāo)志。 對(duì)公路橋，兩橋臺(tái)臺(tái)背前緣之間的距離L， 為多孔跨徑總長(zhǎng)； 對(duì)鐵路橋，兩橋臺(tái)橋臺(tái)擋碴前墻之間的距 離成為橋梁總長(zhǎng)。 5.2.2 橋梁常用技術(shù)術(shù)語 3. 3. 高度和凈空高度和凈空 橋下凈空高度是設(shè)計(jì)洪水位或 設(shè)計(jì)通航水 位對(duì)至橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差H，橋下凈空 應(yīng)保證排洪和通航的要求。 橋梁建筑高度是指橋面（或軌底）至橋跨 結(jié)構(gòu)最下

5、緣的垂直高度h。 公路或鐵路定線設(shè)計(jì)中所確定的橋面（或 軌底）高程與通航及排洪要求所規(guī)定的凈 空高度之差，為容許建筑高度。顯然，橋 梁的建筑高度不能大于其容許建筑高度， 否則就不能保證橋下的通航要求。 5.2.2 橋梁常用技術(shù)術(shù)語 4. 正橋和引橋 工程規(guī)模較大的橋梁工程，通常包含正橋 和引橋兩部分。 正橋是指橋梁跨越主要障礙物的結(jié)構(gòu)部分。 由于通航等原因，正橋具有一定和高度和 跨度，一般采用跨越能力大的結(jié)構(gòu)體系和 深基礎(chǔ)，是橋梁工程中的重點(diǎn)。 把較高的正橋和較低的路堤以合理的坡度 連接起來的橋梁部分就叫引橋，其跨度一 般較小，基礎(chǔ)較淺，建在河灘或岸上。在 正橋和引橋的分界處有時(shí)會(huì)設(shè)置橋頭堡，

6、 如圖5.3所示。 圖5.3 南京長(zhǎng)江大橋（正橋和引橋示例） 5.2.2 橋梁常用技術(shù)術(shù)語 5.2.3 橋梁的分類 1. 按工程規(guī)模劃分 橋涵分類橋涵分類 公路橋涵公路橋涵鐵路橋涵鐵路橋涵 多孔跨徑總長(zhǎng)多孔跨徑總長(zhǎng)L/mL/m單孔跨徑單孔跨徑L LK K/m/m橋長(zhǎng)橋長(zhǎng)L/mL/m 特大橋特大橋L 1000L 1000L LK K150150L500L500 大大 橋橋100L1000100L100040L40LK K150150100L500100L500 中中 橋橋30L10030L10020L20LK K404020L10020L100 小小 橋橋8L308L305L5LK K2020L

7、20L20 涵涵 洞洞L LK K55L L6m6m且頂上有填土且頂上有填土 5.2.3 橋梁的分類 2. 2. 按橋梁用途劃分按橋梁用途劃分 橋梁按用途劃分，有鐵路橋、公路橋、公 鐵兩用橋、人行橋、運(yùn)水橋（渡槽）、管 線橋等。 公鐵兩用橋 公鐵兩用橋指 同時(shí)承受公路 和鐵路車輛荷 載的橋。公路 和鐵路可分上 下層的雙層式 設(shè)置，也可以 在同一平面的 平列式設(shè)置。 費(fèi)馬恩海峽大橋費(fèi)馬恩海峽大橋 渡槽渡槽 渡槽又稱高 架渠，是一 組由橋梁， 隧道或溝渠 構(gòu)成的輸水 系統(tǒng)，用來 把遠(yuǎn)處的水 引到水量不 足的城鎮(zhèn)、 農(nóng)村以供飲 用和灌溉 管線橋 用于輸送 油、氣、 水、通訊 電纜等的 橋 5.2.3

8、 橋梁的分類 3. 按橋梁橋跨結(jié)構(gòu)所用材料劃分 按橋跨結(jié)構(gòu)所用材料劃分，有圬工橋、鋼 筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋和木 橋等。 圬工橋是指 用磚、石、素 混凝土塊等砌 體材料建造的 拱橋，其構(gòu)造 簡(jiǎn)單，適用于 跨度不大、取 材方便的山區(qū) 拱橋。 圬工橋 鋼筋混凝土橋和預(yù)應(yīng)力混凝土橋 鋼筋混凝土橋和預(yù)應(yīng) 力混凝土橋是目前在 中小跨徑中應(yīng)用最廣 泛的橋梁。 云南六庫怒江大橋， 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連 續(xù)梁橋，分跨為85米 +154米+85米，1995 年建成 鋼橋 澳大利亞悉尼港大橋澳大利亞悉尼港大橋 木橋 木橋以天然 木材作為主 要建造材料 的橋梁。由 于木材分布 較廣，取材 容易，而且 采伐加

9、工不 需要復(fù)雜工 具。 甘肅渭源霸陵橋甘肅渭源霸陵橋 5.2.3 橋梁的分類 4. 按結(jié)構(gòu)體系劃分 按結(jié)構(gòu)體系劃分，有梁橋、拱橋、懸索橋 三大基本體系，以及由上述三大基本體系 中的一種或兩種與梁、塔、斜索等構(gòu)件形 成的組合體系，如斜拉橋和剛架橋等，具 體分類見圖5.15。 圖圖5.155.15 5.2.3 橋梁的分類 5. 按橋 跨結(jié)構(gòu)與橋 面的相對(duì)位 置劃分 按橋跨結(jié)構(gòu) 與橋面位置 劃分，有上 承式、中承 式和下承式。 6. 按橋梁平面 布置劃分 按橋梁平面布置劃 分，有正交橋、斜 交橋、彎橋和匝道 橋等。（見圖5.16） 5.2.3 橋梁的分類 5.2.3 橋梁的分類 7. 按跨越對(duì)象劃分

10、 按橋梁所跨越的對(duì)象劃分，可分為跨 河橋、跨谷橋、跨線橋、立交橋、跨海橋、 旱橋和地道橋等。 5.2.3 橋梁的分類 8. 按橋梁的可移動(dòng)性劃分 按橋梁的可移動(dòng)性可分為固定橋、活動(dòng)橋 和開啟橋。固定橋在建成后不可移動(dòng)，活 動(dòng)橋主要指浮橋和舟橋 開啟橋 5.3 橋梁的結(jié)構(gòu)體系和受力特點(diǎn) 按結(jié)構(gòu)體系和受力特點(diǎn)，橋梁可劃分為梁、 拱、索三大基本體系和組合體系。其中， 梁橋以受彎為主，拱橋以受壓為主，懸索 橋以受拉為主。 5.3.1 橋梁的基本體系 1梁橋 梁作為承重結(jié)構(gòu)，主要以其抗彎能力來承受荷載； 在豎向荷載作用下，其支承反力也是豎直的；簡(jiǎn) 支的梁部結(jié)構(gòu)只受彎受剪，不承受軸向力。 常用的簡(jiǎn)支梁（見

11、圖5.1）跨越能力有限，跨度通 常不超過40m，因此，懸臂梁和連續(xù)梁（見圖5.15 （a）和（b）利用增加中間支承，可減少跨中 彎矩，更合理地分配內(nèi)力，加大了跨越能力。 5.3.1 橋梁的基本體系 常用的簡(jiǎn)支梁（見圖5.1）跨越能力有限，跨度通 常不超過40m，因此，懸臂梁和連續(xù)梁（見圖5.15 （a）和（b）利用增加中間支承，可減少跨中 彎矩，更合理地分配內(nèi)力，加大了跨越能力。 5.3.1 橋梁的基本體系 簡(jiǎn)支梁 支座連接支座連接 5.3.1 橋梁的基本體系 2拱橋 拱橋的結(jié)構(gòu)特征是主要承重結(jié)構(gòu)具有曲線外形 （圖5.15（c）所示）。其受力特點(diǎn)為在豎向荷載 作用下，拱主要承受軸向壓力，但也受

12、彎受剪。 支承反力不僅有豎向反力，也承受較大的水平推 力 ，因此，拱橋?qū)Φ鼗囊筝^高，一般建于地 基良好之處。由于拱主要承受壓力，因而多采用 抗壓能力較強(qiáng)的砌體材料或鋼筋混凝土來建造。 5.3.1 橋梁的基本體系 3懸索橋 懸索橋主要由纜索、塔、錨碇、加勁梁等組成， 其中懸掛兩邊塔架上的纜索為主要的承重結(jié)構(gòu) （見圖5.15（d）。 明石海峽大橋 目前世界上跨度 最大的橋梁，主 跨1991米，橋塔 高297米，橋面寬 35米，雙向六車 道。 兩條主鋼纜每條 約4000米，直徑 1.12米，由290根 細(xì)鋼纜組成，重 約5萬噸，于1998 年3月竣工 5.3.2 橋梁的組合體系 1斜拉橋 斜拉橋

13、由梁、塔和斜索組成的組合體系，結(jié)構(gòu)型 式多樣，造型優(yōu)美壯觀（見圖5.15（i）。 在豎向荷載作用下，梁以受彎為主，塔以受壓為 主，斜索則承受拉力。斜索通常采用高強(qiáng)鋼絲制 成，塔多采用鋼筋混凝土，梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土 梁或鋼箱梁。 斜拉橋的跨越能力僅此于懸索橋，是在近幾十年 中發(fā)展較快的一種橋式。 法國(guó)米約大橋 七塔斜拉橋，主跨七塔斜拉橋，主跨342m，大橋橋面離地，大橋橋面離地270m，塔頂，塔頂 離地離地343m， 2004年年 地形、地質(zhì)、水流變化大，谷底至橋面較高，適于大地形、地質(zhì)、水流變化大，谷底至橋面較高，適于大 跨，避免修建高橋墩跨，避免修建高橋墩 5.3.2 橋梁的組合體系 2剛架

14、橋 剛架橋是梁與立柱的組合體系（見圖5.15（e）。其 梁與立柱是剛性連接，形成剛架。 其主要特點(diǎn)是立柱具有相當(dāng)?shù)目箯潉偠?，能有效分?dān) 梁的跨中彎矩，達(dá)到降低梁高、增大橋下凈空的目的。 若立柱斜向布置的剛 架橋稱為斜腿剛架橋 （見圖5.15（g）。 5.3.2 橋梁的組合體系 3T形剛構(gòu)橋和連續(xù)剛構(gòu)橋 T形剛構(gòu)橋和連續(xù)剛構(gòu)橋都是梁和剛架相結(jié)合的 體系。它們是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)采用懸臂施工方 法而發(fā)展起來的一種新的結(jié)構(gòu)體系。 結(jié)構(gòu)的上部梁體在墩上向兩邊采用平衡懸臂施工， 先形成一個(gè)T形的懸臂結(jié)構(gòu)。相鄰的兩個(gè)T形懸臂 在跨中設(shè)鉸或掛孔來連接，就形成T形剛構(gòu)橋 （見圖5.15（f）。 若結(jié)構(gòu)在跨中采用

15、預(yù)應(yīng)力筋和現(xiàn)澆混凝土區(qū)段連 成整體，即為連續(xù)剛構(gòu)橋（見圖5.15（h）。 5.3.2 橋梁的組合體系 3T形剛構(gòu)橋和連續(xù)剛構(gòu)橋 若結(jié)構(gòu)在跨中采用預(yù)應(yīng)力筋和現(xiàn)澆混凝土區(qū)段連 成整體，即為連續(xù)剛構(gòu)橋（見圖5.15（h）。 5.3.2 橋梁的組合體系 4梁、拱組合體系 梁、拱組合體系同時(shí)具備和梁的受彎和拱的承壓 特點(diǎn)（見圖5.15（j）。 該體系的優(yōu)點(diǎn)是：可利用梁受拉來承受拱在豎向 荷載作用下的水平推力。這樣對(duì)地基的要求就可 降低，可在一般的地基條件下修建。 5.4 橋梁工程發(fā)展動(dòng)態(tài) 當(dāng)代橋梁的發(fā)展趨勢(shì)是繼續(xù)向大跨發(fā)展，一方 面是為了適應(yīng)交通事業(yè)發(fā)展的需求，另一方面 建造前所未有的大跨度橋，對(duì)人類來說是具有 吸引力的挑戰(zhàn)。 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的是橋梁工程技術(shù)的基石， 因此為了適應(yīng)橋梁技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，就需要 開展設(shè)計(jì)理論研究，完善設(shè)計(jì)規(guī)范。 要求建橋材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，抗疲勞、 耐腐蝕等良好性能，因?yàn)椴牧峡茖W(xué)的進(jìn)步是推