橋梁工程(上冊)-課件1

橋梁工程(上)橋梁工程(上)第1章總論第2章橋面構(gòu)造第3章梁式橋梁的構(gòu)造與設(shè)計第4章梁式橋梁的計算第5章梁式橋梁的施工第6章剛架橋的構(gòu)造及計算特點第1章總論第1章總論1.1國內(nèi)外橋梁發(fā)展概況1.1.1橋梁工程的地位和作用橋梁工程在交通事業(yè)中占有重要地位。1.1.2我國橋梁建設(shè)的成就我國橋梁類型繁多，數(shù)量驚人，無論是古代橋梁，還是當今的現(xiàn)代橋梁，都在世界橋梁史上寫下了輝煌的篇章。舉世聞名的河北省趙縣的趙州橋，就是我國古代石拱橋的杰出代表。第1章總論圖1.1河北趙縣趙州橋圖1.1河北趙縣趙州橋（1）鋼橋圖1.2南京長江大橋（1）鋼橋圖1.2南京長江大橋（2）預(yù)應(yīng)力混凝土橋圖1.3重慶長江大橋（2）預(yù)應(yīng)力混凝土橋圖1.3重慶長江大橋圖1.4廣東虎門輔航道橋圖1.4廣東虎門輔航道橋（3）斜拉橋和懸索橋圖1.5上海黃浦江楊浦大橋（3）斜拉橋和懸索橋圖1.5上海黃浦江楊浦大橋圖1.6江蘇江陰長江公路大橋圖1.6江蘇江陰長江公路大橋圖1.7貴州烏江大橋圖1.7貴州烏江大橋（4）石拱橋、混凝土拱橋圖1.8湖南省鳳凰縣烏巢河橋（4）石拱橋、混凝土拱橋圖1.8湖南省鳳凰縣烏巢河橋圖1.9廣東省清遠北江大橋圖1.9廣東省清遠北江大橋圖1.10萬州長江公路大橋圖1.10萬州長江公路大橋（5）橋梁基礎(chǔ)工程我國在深水急流中修建了不少橋梁，已積累了寶貴的深水基礎(chǔ)工程的設(shè)計和施工經(jīng)驗。20世紀50年代，我國修建武漢長江大橋時，在世界上首次采用了大型管柱基礎(chǔ)。隨后，這種先進的深水基礎(chǔ)形式得到了推廣和發(fā)展，管柱的直徑由1.55m發(fā)展到5.80m，最大埋置深度達47.5m。在沉井施工方面，由于成功地采用了先進的觸變泥漿套下沉技術(shù)，大幅度地減少了基礎(chǔ)圬工數(shù)量，并使下沉速度加快3～11倍。此外，我國還廣泛采用和推廣了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。北鎮(zhèn)黃河公路橋成功地采用這種基礎(chǔ)施工方法，鉆孔深度達104m。（5）橋梁基礎(chǔ)工程（6）橋梁設(shè)計與科研建國五十余年來，我國公路、鐵路、城市建設(shè)部門以及高等院校已形成了一支人數(shù)眾多，力量雄厚的設(shè)計、科研隊伍。從1956年開始制定公鐵橋梁設(shè)計規(guī)范，并根據(jù)建橋經(jīng)驗不斷進行修改，橋梁設(shè)計理論從容許應(yīng)力法進展到極限狀態(tài)設(shè)計方法，現(xiàn)已發(fā)展到可靠度設(shè)計理論。對中、小跨橋梁，已編制了大量標準化圖紙。在橋梁設(shè)計中，對空間分析、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的次內(nèi)力計算、穩(wěn)定、振動與地震響應(yīng)等方面進行了大量研究，取得了有實用價值的成果。橋梁靜、動力模型試驗、野外測試、風洞試驗的研究，又為我國發(fā)展長大橋梁提供了科學(xué)依據(jù)。在軟件開發(fā)方面，我國已編制了計算公路橋梁的大型綜合程序和大量專用程序，橋梁CAD也在積極開發(fā)之中，已取得可喜成果。（6）橋梁設(shè)計與科研1.1.3世界各國橋梁建設(shè)現(xiàn)狀與展望縱觀國外橋梁的發(fā)展史，早在古羅馬時代，歐洲的石拱橋藝術(shù)已在世界橋梁史上寫下過光輝的篇章。然而，國外橋梁得到發(fā)展，則得益于18世紀的工業(yè)革命。工業(yè)革命帶來了生產(chǎn)力的大幅度增長，推動了工業(yè)的發(fā)達。而鋼材和混凝土的出現(xiàn)，力學(xué)的發(fā)展和計算理論的完善，是國外橋梁建設(shè)的空前發(fā)展的保證。1.1.3世界各國橋梁建設(shè)現(xiàn)狀與展望圖1.11南斯拉夫KRK橋圖1.11南斯拉夫KRK橋圖1.12法國諾曼底大橋圖1.12法國諾曼底大橋圖1.13英國恒比爾吊橋圖1.13英國恒比爾吊橋圖1.14日本港大橋圖1.14日本港大橋1.1.4橋梁工程的前景展望(1)材料的應(yīng)用與發(fā)展從橋梁工程學(xué)科的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，材料科學(xué)對橋梁工程的發(fā)展起著關(guān)鍵性作用。沒有新材料的發(fā)展，就沒有長大跨度及新橋型的誕生。目前，橋梁工程所用材料主要是鋼材和混凝土。1.1.4橋梁工程的前景展望新型非金屬纖維強化復(fù)合材料的開發(fā)研究，已得到全世界的關(guān)注和認同，各國都投入大量資金，開展理論研究。目前主要集中在玻璃纖維、阿拉米特纖維和碳纖維同聚合物強化合成的超高強材料上，它們不但質(zhì)量輕，強度高，而且具有耐疲勞、抗腐蝕、熱傳導(dǎo)率低、非磁性等優(yōu)點。分析表明，若采用碳纖維強化復(fù)合材料來修建懸索橋，其極限跨度可比鋼懸索橋提高一倍以上。加拿大、美國等國家，則已進入工程實踐階段。新型非金屬纖維強化復(fù)合材料的開發(fā)研究，已得到全世界的關(guān)注和認(2)設(shè)計理論與CAD技術(shù)目前國內(nèi)外橋梁設(shè)計理論已普遍采用極限狀態(tài)法設(shè)計，少數(shù)國家在強度極限狀態(tài)基礎(chǔ)上推廣到撓度、裂縫、振動、疲勞的極限狀態(tài)。而基于可靠度理論的極限狀態(tài)法設(shè)計，可以充分發(fā)揮橋梁結(jié)構(gòu)潛在的承載能力，充分利用材料的強度，使橋梁結(jié)構(gòu)安全度更加可靠和科學(xué)，是目前世界各國努力的方向。對大跨度橋梁的設(shè)計，愈來愈重視振動、穩(wěn)定、疲勞、空氣動力學(xué)、非線性等因素影響的研究。橋梁CAD技術(shù)主要集中在以下5個方面：結(jié)構(gòu)分析、圖形繪制、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工程數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)。(2)設(shè)計理論與CAD技術(shù)1.2橋梁基本組成與分類1.2.1橋梁的基本組成部分橋梁是由橋跨結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和墩臺基礎(chǔ)3個主要部分組成的一個人工構(gòu)筑物。與橋梁布置、結(jié)構(gòu)有關(guān)的專業(yè)術(shù)語。1.2橋梁基本組成與分類圖1.15橋梁基本組成圖1.15橋梁基本組成1)水位2)凈跨徑(l0)與總跨徑(∑l0)3)標準跨徑(lb)4)計算跨徑(l)5)橋梁全長(L)與橋梁總長6)橋梁高度7)建筑高度與容許建筑高度8)橋下凈空高度9)拱軸線10)凈矢高(f0)與計算矢高(f)11)矢跨比(f／l)1)水位1.2.2橋梁分類(1)按橋梁的基本結(jié)構(gòu)體系分類1)梁式橋2)拱式橋3)剛架橋4)纜索承重橋5)組合體系橋1.2.2橋梁分類圖1.16梁式橋圖1.16梁式橋圖1.17拱式橋圖1.17拱式橋圖1.18剛架橋圖1.18剛架橋圖1.19纜索承重橋(尺寸單位：m)圖1.19纜索承重橋(尺寸單位：m)圖1.20組合體系橋(尺寸單位：m)圖1.20組合體系橋(尺寸單位：m)(2)橋梁的其他分類方法除了上述按受力特點劃分成不同結(jié)構(gòu)體系外，人們習慣按橋梁的用途、主要承重結(jié)構(gòu)的材料等其他方面來劃分。(2)橋梁的其他分類方法1.3橋梁的總體規(guī)劃與設(shè)計原則1.3.1橋梁規(guī)劃設(shè)計原則(1)使用上的要求(2)經(jīng)濟上的要求(3)結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造上的要求(4)美觀上的要求1.3.2設(shè)計程序橋梁規(guī)劃設(shè)計、初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計4個階段。1.3.3野外勘測和資料調(diào)查1.3橋梁的總體規(guī)劃與設(shè)計原則1.4橋梁縱、橫斷面設(shè)計及平面布置1.4.1橋梁縱斷面設(shè)計(1)橋梁總跨徑的確定(2)橋梁的分孔(3)橋面標高的確定1.4.2橋梁橫斷面設(shè)計1.4橋梁縱、橫斷面設(shè)計及平面布置橋梁工程(上冊)-課件1圖1.21橋梁縱斷面規(guī)劃圖圖1.21橋梁縱斷面規(guī)劃圖橋梁工程(上冊)-課件1圖1.22橋面尺寸布置圖1.22橋面尺寸布置1.4.3平面布置二、三、四級公路上的大、中橋線形，一般為直線，當橋面受到兩岸地形限制時，可修建曲線橋。曲線的各項指標應(yīng)符合路線的要求。1.4.4橋梁設(shè)計方案比較(1)擬定橋梁方案(2)編制方案圖1.23是某大橋初步設(shè)計所編制的比較方案實例。(3)技術(shù)經(jīng)濟比較和最優(yōu)方案的選定1.4.3平面布置橋梁工程(上冊)-課件1圖1.23某大橋初步設(shè)計方案比較1.5橋梁的設(shè)計荷載1.5.1永久荷載永久荷載，又稱恒載，它是在設(shè)計使用期內(nèi)，其作用的位置、大小不隨時間變化，或其變化值與平均值相比可忽略不計的荷載。1.5.2可變荷載可變荷載是指在設(shè)計使用期內(nèi)，其作用的位置、大小隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載。(1)車輛荷載圖1.23某大橋初步設(shè)計方案比較1.5橋梁的設(shè)計荷圖1.24各級汽車車隊的縱向排列(軸重力單位：kN；尺寸單位：m)圖1.24各級汽車車隊的縱向排列圖1.25各級汽車的平面尺寸和橫向布置(尺寸單位：m)圖1.25各級汽車的平面尺寸和橫向布置(尺寸單位：m)圖1.26各級驗算車的縱向排列和橫向布置(重力單位：kN；尺寸單位：m)圖1.26各級驗算車的縱向排列和橫向布置圖1.27城—A級標準車輛縱、平面布置圖1.27城—A級標準車輛縱、平面布置圖1.28城—B級標準車輛縱、平面布置圖1.28城—B級標準車輛縱、平面布置圖1.29車輛荷載橫向布置圖1.29車輛荷載橫向布置圖1.30圖1.30圖1.31圖1.31圖1.32車道荷載橫向布置圖1.32車道荷載橫向布置橋梁工程(上冊)-課件1(2)車輛荷載的影響力1)汽車荷載的沖擊力(2)車輛荷載的影響力2)汽車荷載的制動力3)離心力(3)人群荷載1.5.3偶然荷載偶然荷載包括地震力和船只或飄浮物的撞擊力。2)汽車荷載的制動力1.5.4荷載組合1.5.4荷載組合橋梁工程(上)橋梁工程(上)第1章總論第2章橋面構(gòu)造第3章梁式橋梁的構(gòu)造與設(shè)計第4章梁式橋梁的計算第5章梁式橋梁的施工第6章剛架橋的構(gòu)造及計算特點第1章總論第1章總論1.1國內(nèi)外橋梁發(fā)展概況1.1.1橋梁工程的地位和作用橋梁工程在交通事業(yè)中占有重要地位。1.1.2我國橋梁建設(shè)的成就我國橋梁類型繁多，數(shù)量驚人，無論是古代橋梁，還是當今的現(xiàn)代橋梁，都在世界橋梁史上寫下了輝煌的篇章。舉世聞名的河北省趙縣的趙州橋，就是我國古代石拱橋的杰出代表。第1章總論圖1.1河北趙縣趙州橋圖1.1河北趙縣趙州橋（1）鋼橋圖1.2南京長江大橋（1）鋼橋圖1.2南京長江大橋（2）預(yù)應(yīng)力混凝土橋圖1.3重慶長江大橋（2）預(yù)應(yīng)力混凝土橋圖1.3重慶長江大橋圖1.4廣東虎門輔航道橋圖1.4廣東虎門輔航道橋（3）斜拉橋和懸索橋圖1.5上海黃浦江楊浦大橋（3）斜拉橋和懸索橋圖1.5上海黃浦江楊浦大橋圖1.6江蘇江陰長江公路大橋圖1.6江蘇江陰長江公路大橋圖1.7貴州烏江大橋圖1.7貴州烏江大橋（4）石拱橋、混凝土拱橋圖1.8湖南省鳳凰縣烏巢河橋（4）石拱橋、混凝土拱橋圖1.8湖南省鳳凰縣烏巢河橋圖1.9廣東省清遠北江大橋圖1.9廣東省清遠北江大橋圖1.10萬州長江公路大橋圖1.10萬州長江公路大橋（5）橋梁基礎(chǔ)工程我國在深水急流中修建了不少橋梁，已積累了寶貴的深水基礎(chǔ)工程的設(shè)計和施工經(jīng)驗。20世紀50年代，我國修建武漢長江大橋時，在世界上首次采用了大型管柱基礎(chǔ)。隨后，這種先進的深水基礎(chǔ)形式得到了推廣和發(fā)展，管柱的直徑由1.55m發(fā)展到5.80m，最大埋置深度達47.5m。在沉井施工方面，由于成功地采用了先進的觸變泥漿套下沉技術(shù)，大幅度地減少了基礎(chǔ)圬工數(shù)量，并使下沉速度加快3～11倍。此外，我國還廣泛采用和推廣了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。北鎮(zhèn)黃河公路橋成功地采用這種基礎(chǔ)施工方法，鉆孔深度達104m。（5）橋梁基礎(chǔ)工程（6）橋梁設(shè)計與科研建國五十余年來，我國公路、鐵路、城市建設(shè)部門以及高等院校已形成了一支人數(shù)眾多，力量雄厚的設(shè)計、科研隊伍。從1956年開始制定公鐵橋梁設(shè)計規(guī)范，并根據(jù)建橋經(jīng)驗不斷進行修改，橋梁設(shè)計理論從容許應(yīng)力法進展到極限狀態(tài)設(shè)計方法，現(xiàn)已發(fā)展到可靠度設(shè)計理論。對中、小跨橋梁，已編制了大量標準化圖紙。在橋梁設(shè)計中，對空間分析、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的次內(nèi)力計算、穩(wěn)定、振動與地震響應(yīng)等方面進行了大量研究，取得了有實用價值的成果。橋梁靜、動力模型試驗、野外測試、風洞試驗的研究，又為我國發(fā)展長大橋梁提供了科學(xué)依據(jù)。在軟件開發(fā)方面，我國已編制了計算公路橋梁的大型綜合程序和大量專用程序，橋梁CAD也在積極開發(fā)之中，已取得可喜成果。（6）橋梁設(shè)計與科研1.1.3世界各國橋梁建設(shè)現(xiàn)狀與展望縱觀國外橋梁的發(fā)展史，早在古羅馬時代，歐洲的石拱橋藝術(shù)已在世界橋梁史上寫下過光輝的篇章。然而，國外橋梁得到發(fā)展，則得益于18世紀的工業(yè)革命。工業(yè)革命帶來了生產(chǎn)力的大幅度增長，推動了工業(yè)的發(fā)達。而鋼材和混凝土的出現(xiàn)，力學(xué)的發(fā)展和計算理論的完善，是國外橋梁建設(shè)的空前發(fā)展的保證。1.1.3世界各國橋梁建設(shè)現(xiàn)狀與展望圖1.11南斯拉夫KRK橋圖1.11南斯拉夫KRK橋圖1.12法國諾曼底大橋圖1.12法國諾曼底大橋圖1.13英國恒比爾吊橋圖1.13英國恒比爾吊橋圖1.14日本港大橋圖1.14日本港大橋1.1.4橋梁工程的前景展望(1)材料的應(yīng)用與發(fā)展從橋梁工程學(xué)科的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，材料科學(xué)對橋梁工程的發(fā)展起著關(guān)鍵性作用。沒有新材料的發(fā)展，就沒有長大跨度及新橋型的誕生。目前，橋梁工程所用材料主要是鋼材和混凝土。1.1.4橋梁工程的前景展望新型非金屬纖維強化復(fù)合材料的開發(fā)研究，已得到全世界的關(guān)注和認同，各國都投入大量資金，開展理論研究。目前主要集中在玻璃纖維、阿拉米特纖維和碳纖維同聚合物強化合成的超高強材料上，它們不但質(zhì)量輕，強度高，而且具有耐疲勞、抗腐蝕、熱傳導(dǎo)率低、非磁性等優(yōu)點。分析表明，若采用碳纖維強化復(fù)合材料來修建懸索橋，其極限跨度可比鋼懸索橋提高一倍以上。加拿大、美國等國家，則已進入工程實踐階段。新型非金屬纖維強化復(fù)合材料的開發(fā)研究，已得到全世界的關(guān)注和認(2)設(shè)計理論與CAD技術(shù)目前國內(nèi)外橋梁設(shè)計理論已普遍采用極限狀態(tài)法設(shè)計，少數(shù)國家在強度極限狀態(tài)基礎(chǔ)上推廣到撓度、裂縫、振動、疲勞的極限狀態(tài)。而基于可靠度理論的極限狀態(tài)法設(shè)計，可以充分發(fā)揮橋梁結(jié)構(gòu)潛在的承載能力，充分利用材料的強度，使橋梁結(jié)構(gòu)安全度更加可靠和科學(xué)，是目前世界各國努力的方向。對大跨度橋梁的設(shè)計，愈來愈重視振動、穩(wěn)定、疲勞、空氣動力學(xué)、非線性等因素影響的研究。橋梁CAD技術(shù)主要集中在以下5個方面：結(jié)構(gòu)分析、圖形繪制、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工程數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)。(2)設(shè)計理論與CAD技術(shù)1.2橋梁基本組成與分類1.2.1橋梁的基本組成部分橋梁是由橋跨結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和墩臺基礎(chǔ)3個主要部分組成的一個人工構(gòu)筑物。與橋梁布置、結(jié)構(gòu)有關(guān)的專業(yè)術(shù)語。1.2橋梁基本組成與分類圖1.15橋梁基本組成圖1.15橋梁基本組成1)水位2)凈跨徑(l0)與總跨徑(∑l0)3)標準跨徑(lb)4)計算跨徑(l)5)橋梁全長(L)與橋梁總長6)橋梁高度7)建筑高度與容許建筑高度8)橋下凈空高度9)拱軸線10)凈矢高(f0)與計算矢高(f)11)矢跨比(f／l)1)水位1.2.2橋梁分類(1)按橋梁的基本結(jié)構(gòu)體系分類1)梁式橋2)拱式橋3)剛架橋4)纜索承重橋5)組合體系橋1.2.2橋梁分類圖1.16梁式橋圖1.16梁式橋圖1.17拱式橋圖1.17拱式橋圖1.18剛架橋圖1.18剛架橋圖1.19纜索承重橋(尺寸單位：m)圖1.19纜索承重橋(尺寸單位：m)圖1.20組合體系橋(尺寸單位：m)圖1.20組合體系橋(尺寸單位：m)(2)橋梁的其他分類方法除了上述按受力特點劃分成不同結(jié)構(gòu)體系外，人們習慣按橋梁的用途、主要承重結(jié)構(gòu)的材料等其他方面來劃分。(2)橋梁的其他分類方法1.3橋梁的總體規(guī)劃與設(shè)計原則1.3.1橋梁規(guī)劃設(shè)計原則(1)使用上的要求(2)經(jīng)濟上的要求(3)結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造上的要求(4)美觀上的要求1.3.2設(shè)計程序橋梁規(guī)劃設(shè)計、初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計4個階段。1.3.3野外勘測和資料調(diào)查1.3橋梁的總體規(guī)劃與設(shè)計原則1.4橋梁縱、橫斷面設(shè)計及平面布置1.4.1橋梁縱斷面設(shè)計(1)橋梁總跨徑的確定(2)橋梁的分孔(3)橋面標高的確定1.4.2橋梁橫斷面設(shè)計1.4橋梁縱、橫斷面設(shè)計及平面布置橋梁工程(上冊)-課件1圖1.21橋梁縱斷面規(guī)劃圖圖1.21橋梁縱斷面規(guī)劃圖橋梁工程(上冊)-課件1圖1.22橋面尺寸布置圖1.22橋面尺寸布置1.4.3平面布置二、三、四級公路上的大、中橋線形，一般為直線，當橋面受到兩岸地形限制時，可修建曲線橋。曲線的各項指標應(yīng)符合路線的要求。1.4.4橋梁設(shè)計方案比較(1)擬定橋