橋梁工程概述

1、o高鐵橋梁工程施工課程的地位鐵道工程最主要的專業(yè)課之一o主要內(nèi)容鐵路和高鐵橋梁工程概論、高鐵橋梁分部工程施工技術(shù)、高鐵橋梁上部結(jié)構(gòu)施工方法主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1 橋梁基本概念橋梁基本概念2 2 橋梁構(gòu)成橋梁構(gòu)成3 3 橋梁類型橋梁類型基本概念基本概念o橋梁n供車輛和行人跨越障礙物的建筑工程結(jié)供車輛和行人跨越障礙物的建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)n線路跨越障礙的延伸部分或連接部分線路跨越障礙的延伸部分或連接部分o橋梁工程n橋梁建筑的實(shí)體橋梁建筑的實(shí)體n建造橋梁所需的技術(shù)建造橋梁所需的技術(shù)橋梁起源橋梁起源樹橋：梁橋的雛形橋梁起源橋梁起源原始木梁橋原始木梁橋天然石梁橋早期石梁橋橋梁起源橋梁起源世界上最長的天然石拱橋

2、，跨度119.5米，位于美國猶他州國家公園中國最長的天然石拱橋，跨度80米，位于重慶涪陵小溪法國阿爾代什峽谷天然石拱橋 橋梁構(gòu)成橋梁構(gòu)成n上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)，包括，包括o橋跨結(jié)構(gòu)，也叫承重結(jié)構(gòu)橋跨結(jié)構(gòu)，也叫承重結(jié)構(gòu)o橋面構(gòu)造橋面構(gòu)造n下部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)，也叫支承結(jié)構(gòu)，包括，也叫支承結(jié)構(gòu)，包括o橋墩與橋臺橋墩與橋臺o墩臺基礎(chǔ)墩臺基礎(chǔ)n支座支座n附屬結(jié)構(gòu)物附屬結(jié)構(gòu)物橋梁工程專業(yè)部分術(shù)語橋梁工程專業(yè)部分術(shù)語 主橋：主橋：橋梁跨越主要障礙物（如通航河道）的結(jié)構(gòu)部分。橋梁跨越主要障礙物（如通航河道）的結(jié)構(gòu)部分。 引橋：引橋：從橋臺至正橋的結(jié)構(gòu)部分，連接主橋和兩端道路。從橋臺至正橋的結(jié)構(gòu)部分，連接主橋和兩端道

3、路。 跨度跨度/ /徑：徑：表示橋梁的跨越能力，對于多跨橋，最大跨度表示橋梁的跨越能力，對于多跨橋，最大跨度稱為稱為主跨。主跨。 計算跨徑：計算跨徑：橋跨結(jié)構(gòu)相鄰兩支點(diǎn)間的距離橋跨結(jié)構(gòu)相鄰兩支點(diǎn)間的距離； 凈跨徑：凈跨徑：設(shè)計洪水位線上相鄰兩橋墩（臺）間的水平凈距，設(shè)計洪水位線上相鄰兩橋墩（臺）間的水平凈距，各孔凈跨徑之和稱為各孔凈跨徑之和稱為總跨徑?？偪鐝?。 標(biāo)準(zhǔn)跨徑的目的：標(biāo)準(zhǔn)跨徑的目的：有利于橋梁制造和施工的機(jī)械化，也有有利于橋梁制造和施工的機(jī)械化，也有利于橋梁養(yǎng)護(hù)維修和戰(zhàn)備需要。利于橋梁養(yǎng)護(hù)維修和戰(zhàn)備需要。 1.1 1.1 橋梁術(shù)語及其分類橋梁術(shù)語及其分類 標(biāo)準(zhǔn)跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑： 公路常

4、用公路常用10m10m、16m16m、20m20m、40m40m 鐵路常用鐵路常用20m20m、24m24m、32m32m、48m48m 橋長：橋長：兩橋臺側(cè)墻或八字墻尾端之間的距離。兩橋臺側(cè)墻或八字墻尾端之間的距離。 橋下凈空高度：橋下凈空高度：設(shè)計洪水位（通航水位）與橋跨結(jié)構(gòu)最下設(shè)計洪水位（通航水位）與橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差。緣的高差。 橋梁建筑高度：橋梁建筑高度：橋面與橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差。橋面與橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的高差。橋梁分類橋梁分類橋梁分類用途材料結(jié)構(gòu)體系橋面位置工程規(guī)?？缭綄ο笃渌猛竟窐蜩F路橋公鐵兩用橋人行橋農(nóng)橋渡槽管線橋材料鋼橋鋼筋混凝土橋預(yù)應(yīng)力混凝土橋結(jié)合橋圬工橋橋梁分類（續(xù)）

5、橋梁分類（續(xù)）結(jié)構(gòu)體系梁式橋拱橋懸索橋組合體系橋面位置上承式橋中承式橋下承式橋其他跨線橋立交橋開啟橋浮橋漫水橋結(jié)構(gòu)體系詳細(xì)分類結(jié)構(gòu)體系詳細(xì)分類a懸臂梁橋b連續(xù)梁橋c拱橋d懸索橋e剛架橋fT型剛構(gòu)g斜腿剛構(gòu)h連續(xù)剛構(gòu)i斜拉橋j系桿拱橋梁受力橋梁按跨徑的分類橋梁分類橋梁分類公路橋梁鐵路橋梁多孔跨徑總長多孔跨徑總長L L1 1(m)(m)單孔跨徑單孔跨徑l(m)橋長橋長L L1 1(m)(m)特大橋特大橋L L1 110001000l150L L1 1500大大 橋橋100100L L1 11000100040l100100 L L1 1500中中 橋橋3030L L1 110010020l4020

6、L L1 11000小小 橋橋88L L1 130305l20L L1 120梁橋梁橋 簡支梁橋簡支梁橋 懸臂梁橋懸臂梁橋 等截面連等截面連續(xù)梁橋續(xù)梁橋 變截面連變截面連續(xù)梁橋續(xù)梁橋 連續(xù)剛構(gòu)連續(xù)剛構(gòu)梁為承重結(jié)構(gòu)，主要以其抗彎能力來承受荷載；在豎向荷載作用下，梁為承重結(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；簡支的梁部結(jié)構(gòu)只受彎受剪，不承受軸向力其支承反力也是豎直的；簡支的梁部結(jié)構(gòu)只受彎受剪，不承受軸向力增加中間支承，可減少跨中彎矩，更合理地分配內(nèi)力，加大跨越能力增加中間支承，可減少跨中彎矩，更合理地分配內(nèi)力，加大跨越能力梁式體系分梁式體系分實(shí)腹式實(shí)腹式和和空腹

7、式空腹式，前者的梁截面為，前者的梁截面為T T形形、工字形工字形和和箱形箱形等，等，后者指后者指桁架桁架結(jié)構(gòu)；梁的高度可等高或變高結(jié)構(gòu)；梁的高度可等高或變高剛構(gòu)（架）橋剛構(gòu)（架）橋門式剛架門式剛架T T形剛構(gòu)形剛構(gòu)斜腿剛構(gòu)斜腿剛構(gòu)V V形剛構(gòu)形剛構(gòu)拱橋拱橋三鉸拱兩鉸拱無鉸拱系桿拱o結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征：主要承重結(jié)構(gòu)具有曲線外形o受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)：在豎向荷載作用下，拱主要承受軸向壓力，但也受彎受剪。支承反力不僅有豎向反力，也承受較大的水平推力 o靜力學(xué)分類靜力學(xué)分類：單鉸拱、雙鉸拱、三鉸拱和無鉸拱o常用材料常用材料：石材、鋼筋混凝土、鋼材o施工方法施工方法：有支架和無支架施工 系桿吊桿主拱圈立柱行車

8、道系懸索橋懸索橋o組成組成：主要由纜、塔、錨碇、加勁梁等組成o受力受力：在豎向荷載作用下，索受拉，塔受壓，錨碇受拉拔反力o材料材料：纜通常用高強(qiáng)度鋼絲制成圓形大纜，加勁梁多采用鋼桁架或扁平箱梁，橋塔可采用鋼筋混凝土或鋼材o跨度跨度：因懸索的抗拉性能得以充分發(fā)揮且大纜尺寸基本上不受限制，故懸索橋的跨越能力一直在各種橋型中名列前茅 纜塔錨錠加勁梁斜拉橋斜拉橋o形式形式：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o受力受力：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o材料材料：斜索采用高強(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索索塔主梁梁式橋梁

9、式橋 拱橋拱橋 纜索承重橋梁纜索承重橋梁組合體系橋梁組合體系橋梁人行橋人行橋o上：德國的兩座人行橋；左下：倫敦的一座人行橋；右下：美國的一座人行橋o造型輕盈別致、線條流暢、與環(huán)境協(xié)調(diào)，是其特點(diǎn)開啟橋（活動橋）開啟橋（活動橋）o左：伊拉克的一座平轉(zhuǎn)開啟橋；中：巴西的一座提升開啟橋；右：豎轉(zhuǎn)開啟橋o右下：天津塘沽海門開啟橋 （64m）o目的和特點(diǎn)：節(jié)省總造價，可保證水上交通；陸地交通受限制，維修管理費(fèi)用較高新型的組合式新型的組合式系桿鋼拱橋系桿鋼拱橋中承式鋼桁系桿拱橋中承式鋼桁系桿拱橋獨(dú)塔自錨式懸索橋獨(dú)塔自錨式懸索橋斜拉拱橋組合體系斜拉拱橋組合體系其他的花式橋其他的花式橋組合橋組合橋新型的組合式新

10、型的組合式系桿鋼拱橋系桿鋼拱橋重慶菜園壩大橋，主跨重慶菜園壩大橋，主跨420m，2007廣州新光大橋，主跨廣州新光大橋，主跨428m，在建，在建美國美國Alsea海灣鋼拱橋海灣鋼拱橋，主跨，主跨137.16m，1991新型的組合式系桿鋼拱橋新型的組合式系桿鋼拱橋重慶菜園壩大橋，主跨重慶菜園壩大橋，主跨420m，2007廣州新光大橋，主跨廣州新光大橋，主跨428m，2006重慶朝天門大橋，重慶朝天門大橋，2008，552m宜萬鐵路萬州長江大橋，主跨宜萬鐵路萬州長江大橋，主跨360m的單拱連續(xù)鋼桁梁，的單拱連續(xù)鋼桁梁，02年年12月開工，月開工，2005年年6月合龍月合龍190米米+552米米+1

11、90米，三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋米，三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋 西東1936年建成1989年地震中損傷獨(dú)塔自錨式懸索橋，替代東側(cè)的桁架橋，2002年動工，由于經(jīng)濟(jì)原因，工程延誤，預(yù)計2012年完工signature span 廣珠城際鐵路小欖水道特大橋廣珠城際鐵路小欖水道特大橋舊金山奧克蘭海灣橋西東1936年建成1989年地震中損傷獨(dú)塔自錨式懸索橋，替代東側(cè)的桁架橋，2002年動工signature span 韓國韓國YeongjongYeongjong大橋大橋空間纜自錨式懸索橋，分空間纜自錨式懸索橋，分跨跨125-300-125m ，2000獨(dú)纜自錨式懸索橋，分跨獨(dú)纜自錨式懸索橋，分跨12

12、0-300-120m ，1987日本大阪此花日本大阪此花大橋大橋馬來西亞馬來西亞Seri Saujana 橋橋斜拉拱橋組合體系，主跨斜拉拱橋組合體系，主跨300m，2002馬來西亞馬來西亞Seri WawasanSeri Wawasan橋橋主跨主跨168.5m，2003Alameda 橋，主跨橋，主跨130m，1995西班牙的兩座城市道路鋼拱橋西班牙的兩座城市道路鋼拱橋Bach de Roda-Felipe II橋，主跨橋，主跨130m，1995Juscelino Kubitschek Bridge in Brazil2002年年 3240m橋梁發(fā)展橋梁發(fā)展o橋跨結(jié)構(gòu)繼續(xù)向大跨發(fā)展橋跨結(jié)構(gòu)繼續(xù)

13、向大跨發(fā)展o結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造呈多樣化發(fā)展結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造呈多樣化發(fā)展o橋梁設(shè)計理論更趨完善和合理橋梁設(shè)計理論更趨完善和合理o橋梁橋梁CADCAD技術(shù)應(yīng)用更趨廣泛技術(shù)應(yīng)用更趨廣泛o建橋材料向高強(qiáng)、輕質(zhì)、新功能方向發(fā)展建橋材料向高強(qiáng)、輕質(zhì)、新功能方向發(fā)展橋梁建設(shè)的基本目標(biāo)橋梁建設(shè)的基本目標(biāo) 基本目標(biāo)是適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀。圍繞這一基本目標(biāo)，橋梁技術(shù)的發(fā)展應(yīng)表現(xiàn)在： 橋梁具有較大的跨越能力和承載能力； 車輛能安全運(yùn)行于橋上并使旅客有舒適感； 講求經(jīng)濟(jì)效益，力圖降低造價； 考慮結(jié)構(gòu)與環(huán)境的協(xié)調(diào)。 橋梁學(xué)科的研究及發(fā)展 墩臺和基礎(chǔ)：墩臺和基礎(chǔ)： 總的說來，在橋梁墩臺和基礎(chǔ)技術(shù)水平方面，我國僅次于日本。日本

14、因修建了較多的海灣、海峽橋及大跨懸索橋、斜拉橋，使其在施工機(jī)械、大體積混凝土施工、無人沉箱、設(shè)置沉井和地下連續(xù)墻等技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。到了90年代，我國深基礎(chǔ)的施工和技術(shù)水平僅次于日本，己進(jìn)入世界先進(jìn)水平。 材料：材料： 橋梁的發(fā)展進(jìn)程表明，新材料對其發(fā)展具有關(guān)鍵性作用。沒有材料科學(xué)的發(fā)展，就不會有長大跨及新橋型的演進(jìn)。從另一方面看，正是由于材料科學(xué)的發(fā)展還不滿足橋梁科技進(jìn)步的需要，一些目前己經(jīng)可以構(gòu)思、設(shè)計的大跨橋梁工程，但因沒有理想的材料而難以實(shí)現(xiàn)。由此可見，新材料確實(shí)是橋梁的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要依托。橋梁所用材料主要有兩類，一為鋼材，另一為混凝土，目前它們都是向高強(qiáng)、輕質(zhì)、新功能方向發(fā)展

15、。下面簡介其發(fā)展動態(tài)。 高性能鋼高性能鋼o橋梁用鋼的歷史橋梁用鋼的歷史，表現(xiàn)出一條低碳鋼低合金鋼高強(qiáng)度鋼高性能鋼的發(fā)展軌跡。o高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼（High Strength Steel, HSS）在材料韌性和可焊性等方面往往不盡人意o高性能鋼高性能鋼（High Performance Steel, HPS）是一種綜合優(yōu)化了材料力學(xué)性能、便于加工制造、適于低溫和腐蝕環(huán)境、具備較高性價比的橋梁結(jié)構(gòu)用鋼。o進(jìn)展進(jìn)展：美、日、歐洲從20世紀(jì)90年代起，開始研究和應(yīng)用HPS。97年日本“超級鋼材”項(xiàng)目，98年中國“新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究 ”o HPSHPS材料特征材料特征：化學(xué)成分碳、磷、硫含量有顯著

16、的減少，增加有利于防腐蝕和耐候稀有元素；力學(xué)性能對合金元素進(jìn)行優(yōu)化組合，并采用Q&T或熱力控制處理（TMCP）技術(shù)，生產(chǎn)出同時保持高強(qiáng)度、高韌性和可焊性好的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼；抗腐蝕和耐候性能通常無需油漆；疲勞性能有待更多試驗(yàn) 混凝土混凝土: 高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)混凝土 高強(qiáng)混凝土是相對普通強(qiáng)度混凝土而言，其定義的確定并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國一般把強(qiáng)度等級大于C60級的混凝土稱為高強(qiáng)混凝土，大于Cl00級的混凝土稱為超高強(qiáng)混凝土；美國ACI363委員會把強(qiáng)度超過4lMPa的混凝土定義為高強(qiáng)混凝土；而前蘇聯(lián)則把500號(相當(dāng)于48MPa)以上的混凝土稱為高強(qiáng)混凝土。高強(qiáng)混凝土具有抗壓強(qiáng)度高、抗沖擊性能好、耐久性

17、強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因用高強(qiáng)混凝土建造橋梁，不僅可減小梁高、又能減輕梁自重，從而使其跨度增大。據(jù)國外資料統(tǒng)計，預(yù)應(yīng)力混凝土橋采用高強(qiáng)混凝土，結(jié)構(gòu)截面尺寸可減小近一半，而構(gòu)件自重與鋼構(gòu)件相當(dāng)，可提高經(jīng)濟(jì)效益30%40%。日本歧關(guān)大橋?yàn)?48m后張T梁，采用60MP的高強(qiáng)混凝土后，T梁高度降低12.5%，截面積減小13.5%。 混凝土混凝土: 高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)混凝土 目前，在實(shí)驗(yàn)室條件下，我國己能制成C100級凝土，羅馬尼亞可制成C170級混凝土，美國己制成C200級混凝土。在鐵路橋工程中，我國現(xiàn)澆混凝土等級已達(dá)C60C70級，預(yù)制的達(dá)C80級，如衡廣復(fù)線江村橋混凝土設(shè)計強(qiáng)度達(dá)80MPa。在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域已達(dá)C

18、100。 輕質(zhì)混凝土輕質(zhì)混凝土 凡 用 輕 質(zhì) 骨 料 配 制 的 混 凝 土 ， 容 重 在1620kN/m3(普通混凝土容重為2324kN/m3)，強(qiáng)度等級在C30C50者稱為輕質(zhì)混凝土。輕質(zhì)混凝土的骨料主要是以頁巖鍛燒膨脹而得，其有陶粒型(破碎成粉后制成球鍛燒)和非陶粒型(頁巖破碎后原狀鍛燒)。1965年起，日本開始將輕質(zhì)混凝土用于鐵路橋梁制造，如東北本線金山架道橋和總武本線荒川橋，其容重為1620kN/m3，強(qiáng)度等級為40級。 輕質(zhì)混凝土輕質(zhì)混凝土 我國在南京長江大橋等一些鐵路橋中，也采用過輕質(zhì)混凝土，但使用并不普遍。這主要是輕質(zhì)混凝土在使用中還存在著一些難以處理的問題。如輕質(zhì)混凝土自

19、重雖可減輕，但其彈性模量為同等級普通混凝土的5060%、且徐變大，造成應(yīng)力損失也大。所以也有人認(rèn)為將混凝土等級提高來減小斷面，其效果比輕質(zhì)混凝土好。這樣就出現(xiàn)一種趨向，認(rèn)為輕質(zhì)混凝土對中小跨徑鐵路橋減輕自重、提高抗震效能是有一定效果；但在大跨徑鐵路橋梁上要成為理想材料，還需作更多的研究。 絮凝混凝土絮凝混凝土 水下絮凝混凝土可在水中緩慢地自行流平和密實(shí)，能進(jìn)行鋼筋密集區(qū)、狹窄斷面、水下大面積薄板及小體積結(jié)構(gòu)等過去無法施工的水下混凝土工程的施工。其工藝簡單，不受水位、季節(jié)等的限制。1974年德國首次研制成功專用外加劑，其主要成分是纖維素醚類有機(jī)水溶性高分子聚合物的抗分散外加劑。用它拌制的水下絮凝

20、混凝土，在水中澆注時不易因周圍水流沖洗而分離，混凝土始終能粘成一體，從而達(dá)到不離析的目的。1981年日本三井石油化學(xué)工業(yè)公司引進(jìn)德國的技術(shù)，并開發(fā)了自己的水下不離析混凝土。目前，日本已有十余種抗分散外加劑投放市場，美國、法國等國也都在開發(fā)。 碳纖維強(qiáng)化復(fù)合材料碳纖維強(qiáng)化復(fù)合材料 1930年代，美國舊金山金門大橋建成時，創(chuàng)下了橋梁史上跨長1280m的世界記錄。幾經(jīng)改寫，到20世紀(jì)末，日本明石海峽橋才將這一記錄改成1990m。其中，結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展和材料強(qiáng)度的提高起了決定性作用。根據(jù)目前理論計算，鋼懸索橋的極限跨長(指橋跨結(jié)構(gòu)能支承自重的跨度)可達(dá)4000m，而到20世紀(jì)末，實(shí)際所建最大跨長只有其一半。分析表明，若改用碳纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，懸索橋的極限跨長可比鋼懸索橋提高一倍以上。