第六章 橋梁工程

1、第六章 橋梁工程6.1 6.1 橋梁工程簡(jiǎn)介橋梁工程簡(jiǎn)介6.2 6.2 橋梁的基本組成橋梁的基本組成6.3 6.3 橋梁的分類(lèi)橋梁的分類(lèi)6.4 6.4 橋梁墩臺(tái)橋梁墩臺(tái)6.5 6.5 橋梁基礎(chǔ)橋梁基礎(chǔ) 橋梁工程在學(xué)科上屬于土木工程的分支，在功能上又是交通工程的咽喉，是交通工程的一個(gè)重要組成部分，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。 橋梁既是一種功能性的結(jié)構(gòu)物，又是一座立體的造型藝術(shù)工程，是一處景觀，往往具有時(shí)代的特征。因此，橋梁設(shè)計(jì)既要滿(mǎn)足橋梁使用的要求，也要滿(mǎn)足橋梁美學(xué)、景觀方面的要求。尤其是大型橋梁，它往往是一個(gè)地方的標(biāo)志，橋梁設(shè)計(jì)必須反映當(dāng)?shù)氐奈幕?、歷史與時(shí)代風(fēng)貌。 福斯橋(Forth Brid

2、ge)，又叫福斯鐵路橋，是指愛(ài)丁堡城北福斯河(Firth of Forth)上的鐵路橋。鐵路橋建成于1890年，是英國(guó)人引以為豪的工程杰作。橋梁的大部份結(jié)構(gòu)是鋼。福斯橋主跨跨徑519m，鐵路高出水位47.8m，因風(fēng)力過(guò)大，橋梁桁架做成向內(nèi)傾斜，塔頂寬約10m，塔底寬36.6m，全橋共計(jì)3個(gè)橋塔，六個(gè)伸臂，各長(zhǎng)206m，懸跨長(zhǎng)107m. 1882年開(kāi)始建造的英國(guó)福斯海灣橋是公認(rèn)的鐵路橋梁史上的里程碑之一。這是一座弦桿用管形桿件的雙伸臂梁鐵路橋，設(shè)計(jì)人承認(rèn)，這座橋的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是從中國(guó)的木伸臂梁（鵲巢橋）演變而來(lái)的。有趣的是，橋造成后7年，李鴻章出使英國(guó)，在參觀這座橋后，也想在中國(guó)的渤海灣建造一座。后

3、來(lái)詹天佑在當(dāng)粵漢鐵路督辦時(shí)，提出的武漢長(zhǎng)江大橋的方案就參照了福斯橋。外國(guó)人借鑒中國(guó)橋，中國(guó)人學(xué)習(xí)外國(guó)橋，科學(xué)技術(shù)就是在借鑒、學(xué)習(xí)、改革、創(chuàng)新中不斷發(fā)展的。6.2 橋梁的基本組成橋梁由四個(gè)基本部分組成，即上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、支座和附屬設(shè)施。上部結(jié)構(gòu)：也稱(chēng)為橋跨結(jié)構(gòu)，包括承重結(jié)構(gòu)和橋面系，是在線(xiàn)路遇到障礙(如河流、山谷或城市道路等)而中斷時(shí)，跨越這類(lèi)障礙的主要承重結(jié)構(gòu)，也是承受自重、行人和車(chē)輛等荷載的主要構(gòu)件。橋面系通常由橋面鋪裝、防水和排水設(shè)施、人行道、欄桿、側(cè)緣石、燈柱及伸縮縫等構(gòu)成。 llL橋 臺(tái)路 堤設(shè) 計(jì) 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 結(jié) 構(gòu)b0橋 墩錐 形 護(hù) 坡基 礎(chǔ) 下部

4、結(jié)構(gòu)：包括橋墩、橋臺(tái)和基礎(chǔ)。是支承橋跨結(jié)構(gòu)并將恒載和車(chē)輛活荷載傳至地基的構(gòu)筑物。橋臺(tái)設(shè)在橋梁兩端，橋墩則在兩橋臺(tái)之間。橋墩的作用是支承橋跨結(jié)構(gòu)；而橋臺(tái)除了起支承橋跨結(jié)構(gòu)的作用外，還要與路堤銜接，并防止路堤滑塌。為保護(hù)橋臺(tái)和路堤填土，橋臺(tái)兩側(cè)常做一些防護(hù)和導(dǎo)流工程。 llL橋 臺(tái)路 堤設(shè) 計(jì) 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 結(jié) 構(gòu)b0橋 墩錐 形 護(hù) 坡基 礎(chǔ) 基礎(chǔ)工程是在整個(gè)橋梁工程施工中比較困難的部位，而且是常常需要在水中施工，因而遇到的問(wèn)題也很復(fù)雜。 橋跨上部結(jié)構(gòu)與橋墩、橋臺(tái)之間一般設(shè)有支座，橋跨結(jié)構(gòu)的荷載通過(guò)支座傳遞給橋墩、橋臺(tái)，支座還要保證橋跨結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生一定的變位。llL橋臺(tái)路

5、堤設(shè)計(jì)水位通航水位低水位h上部結(jié)構(gòu)b0橋墩錐形護(hù)坡基礎(chǔ)橋梁分類(lèi)多孔跨徑總長(zhǎng)L(m)單孔跨徑Lk(m)特大橋L1000Lk150大橋100L100040Lk150中橋30L10020Lk40小橋8L305Lk20涵洞Lk5(1)按工程規(guī)模分為：我國(guó)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTGB012003)規(guī)定了特大、大、中、小橋和涵洞，可根據(jù)橋梁按總長(zhǎng)和跨徑進(jìn)行劃分 6.3 橋梁的分類(lèi) 上述分類(lèi)在一定程度上反映了橋梁的建設(shè)規(guī)模，但不反映橋梁的復(fù)雜性。 (2)用途來(lái)劃分：公路橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、農(nóng)橋(機(jī)耕道橋)、人行橋、管線(xiàn)橋等。 武漢長(zhǎng)江大橋 武漢沙湖港橋 管線(xiàn)橋是為了維修煤氣暖氣管道方便而架設(shè)的橋。世界最長(zhǎng)

6、的跨海外輸管線(xiàn)橋和天然氣外輸管道 江海明珠(3)按照主要承重結(jié)構(gòu)所用的材料劃分：木橋：就地取材，制造方便，但容易腐朽、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用大、且易引起火災(zāi)。多用于臨時(shí)性橋梁或林區(qū)橋梁。鋼橋：跨越能力較大，鋼橋的構(gòu)件運(yùn)輸和安裝方便，架設(shè)工期較短，破壞后易修復(fù)和更換，但易銹蝕，養(yǎng)護(hù)困難。圬工橋：用磚、石或素混凝土建造的橋。由于石料抗壓強(qiáng)度高，且可就地取材，故在山區(qū)公路和鐵路橋梁中，以石拱橋用的較多。鋼筋混凝土橋：又稱(chēng)普通鋼筋混凝土橋。橋跨結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土建造的橋梁。這種橋梁，沙石骨料可以就地取材，維修簡(jiǎn)便，行車(chē)噪音小，使用壽命長(zhǎng)，并可采用工業(yè)化和機(jī)械化施工，與鋼橋相比，用鋼量與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用均較少，但自重大，對(duì)于

7、特大跨度的橋梁，在跨越能力與施工難易度和速度方面，常不及鋼橋優(yōu)越。 格倫菲南高架橋 橋高30米，長(zhǎng)381米，建于1897年至1901年間，是世界上最古老的混凝土鐵路高架橋。 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋：能合理利用高強(qiáng)度混凝土和高強(qiáng)度的鋼材，從而可節(jié)約鋼材，減輕結(jié)構(gòu)自重，增大橋梁的跨越能力；提高結(jié)構(gòu)的抗裂性；它的不足之處是施工工藝較復(fù)雜、質(zhì)量要求較高和需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備。(4) 按跨越障礙的性質(zhì)：跨河橋、跨谷橋、跨線(xiàn)橋、立交橋、地道橋、旱橋和跨海橋。預(yù)計(jì)于2016年完工大橋落成后，將會(huì)是世界上最長(zhǎng)的跨海大橋(5)按橋梁的結(jié)構(gòu)形式可分為：梁式橋、拱式橋、剛架橋、懸索橋、斜拉橋和組合體系橋梁廣東番禺洛溪大橋 廣

8、東虎門(mén)輔航道橋 1. 梁橋梁橋 梁式橋的力學(xué)特征是以受彎為主，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抵抗彎拉引起開(kāi)裂的能力較弱，普通鋼筋混凝土梁式橋的跨徑一直較小。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的成熟，促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的迅速發(fā)展。 從受力特點(diǎn)上看，混凝土梁式橋分為簡(jiǎn)支梁(板)橋，連續(xù)梁(板)橋和懸臂梁(板)橋。簡(jiǎn)支梁橋：主梁以孔為單元，兩端設(shè)有支座，受力和構(gòu)造最簡(jiǎn)單的橋型，應(yīng)用廣泛于中、小跨度的橋梁，鄭州黃河橋、開(kāi)封黃河橋均為公路預(yù)應(yīng)力混凝土T形簡(jiǎn)支梁橋； 梁式橋的基本體梁式橋的基本體系系連續(xù)梁橋：當(dāng)跨度較大時(shí)，采用連續(xù)梁較省材料，由于負(fù)彎矩存在減小了跨中的正彎矩，跨越能力大，適用于橋基良好的場(chǎng)合；武漢長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江大

9、橋?yàn)殇撹旒苓B續(xù)梁橋。 梁式橋的基本體梁式橋的基本體系系 懸臂梁橋：跨越能力比簡(jiǎn)支梁橋大，但遜于連續(xù)梁，并且因行駛狀況不良，目前較少采用。 梁式橋的基本體梁式橋的基本體系系2.拱橋湖南鳳凰縣烏巢河石拱橋湖南鳳凰縣烏巢河石拱橋 山西晉城晉焦高速公路丹河大橋山西晉城晉焦高速公路丹河大橋 拱橋，長(zhǎng)期以來(lái)一直是大跨橋梁的主要形式之一，20世紀(jì)60年代拱橋無(wú)支架施工方法的應(yīng)用與發(fā)展，使混凝土拱橋競(jìng)爭(zhēng)力大大提高。 拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，兩端支承除了有豎向反力外，還將產(chǎn)生水平推力。正是這個(gè)水平推力，使拱內(nèi)產(chǎn)生軸向壓力，截面上的應(yīng)力分布與受彎梁的應(yīng)力相比，較為均勻。因此，可以充分利用主拱截面材料強(qiáng)度，使跨越

10、能力增大。按建筑材料分：圬工拱橋，鋼筋混凝土拱橋，鋼拱橋按拱上建筑形式分：實(shí)腹式拱橋，空腹式拱橋按主拱圈所采用的拱軸線(xiàn)形式分類(lèi)：圓弧拱橋，拋物線(xiàn)拱橋，懸鏈線(xiàn)橋按橋面位置分：上承式拱橋，中承式拱橋，下承式拱橋。重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋 貴州江界河橋貴州江界河橋 以鋼管混凝土作為勁性骨架，再外包混凝土形成箱形拱，施工方便，避免了鋼管防護(hù)問(wèn)題，另外，由于鋼管混凝土最先受力，充分利用了鋼管混凝土承載潛力大的優(yōu)勢(shì)。跨度為420m的重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋?yàn)槟壳笆澜缟弦呀ǔ傻目鐝阶畲蟮?；貴州江界河橋是采用建成的桁式組合拱橋，跨度達(dá)到330 m，居同類(lèi)橋型的世界之最。 朝天門(mén)長(zhǎng)江大橋位于長(zhǎng)江上游重慶主城區(qū)，

11、主跨長(zhǎng)552米，全長(zhǎng)1741米，若含前后引橋段則長(zhǎng)達(dá)4881米，主跨為世界跨徑最大的拱橋，超越上海的盧浦大橋。 該橋于2006年3月動(dòng)工，并于2009年4月29日通車(chē)。建成后的大橋，分為上下兩層。上層為雙向六車(chē)道，行人可經(jīng)兩側(cè)人行道上橋；下層則是雙向輕軌軌道，并在兩側(cè)預(yù)留了2個(gè)車(chē)行道，可保證今后大橋車(chē)流量增大時(shí)的需求。專(zhuān)家說(shuō)，這個(gè)552米其實(shí)“并不準(zhǔn)確”，建橋時(shí)，已預(yù)留了85厘米的間隙，遇熱脹冷縮，該橋還可能變長(zhǎng)或縮短1米。3.斜拉橋美國(guó)美國(guó)P-KP-K（帕斯克（帕斯克肯尼斯克）大橋肯尼斯克）大橋 日本多多羅大橋日本多多羅大橋 斜拉橋斜拉橋又稱(chēng)斜張橋斜張橋，由斜索、塔柱和主梁所組成。高強(qiáng)鋼材制

12、成的斜索將主梁多點(diǎn)吊起，并將主梁的恒荷載和車(chē)輛荷載傳至塔柱，再通過(guò)塔柱基礎(chǔ)傳至地基。該橋可使梁體內(nèi)彎矩減小，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料，又大幅度地提高了橋梁的跨越能力。 蘇通長(zhǎng)江公路大橋位于中國(guó)江蘇省，該橋跨越長(zhǎng)江，連接蘇州（常熟）和南通兩座城市。其斜張索橋間的跨距達(dá)1088米，總投資約64.5億元。原本預(yù)計(jì)2008年底完工，但卻預(yù)先于2007年6月18日提前合龍，整體工程進(jìn)度提前了近乎一年。2008年5月25日下午4時(shí)30分，蘇通大橋投入試運(yùn)行，6月30日正式通車(chē)，南通進(jìn)入上海一小時(shí)都市圈之內(nèi)。客車(chē)客車(chē)收費(fèi)費(fèi)率（元收費(fèi)費(fèi)率（元/車(chē)次）車(chē)次）7座以下（含7座）30819座4020座以上60（優(yōu)

13、惠標(biāo)準(zhǔn)）貨車(chē)貨車(chē)收費(fèi)費(fèi)率（元收費(fèi)費(fèi)率（元/車(chē)次）車(chē)次）2噸（含2噸）4025噸（含5噸）70510噸（含10噸）100（優(yōu)惠標(biāo)準(zhǔn)）4.懸索橋紐約布魯克林橋紐約布魯克林橋 洛杉磯金門(mén)大橋洛杉磯金門(mén)大橋 懸索橋懸索橋又稱(chēng)吊橋吊橋，由懸索，橋塔，吊桿，錨錠，加勁梁及橋面系所組成。是由承受拉力的懸索作為主要承重構(gòu)件的橋梁。因?yàn)閼宜魇芾瑹o(wú)彎曲和疲勞引起的應(yīng)力折減，可以采用高強(qiáng)鋼絲制成，故吊橋跨越能力是各橋梁體系中最大的。 懸索橋的承重構(gòu)件由以下幾個(gè)主要部分組成：橋塔。其是支承主纜的重要構(gòu)件。錨碇。它是主纜的錨固體，它將主纜中的拉力傳遞給地基基礎(chǔ)。主纜，主纜是懸索橋的主要承重構(gòu)件。吊索。它是將活載和加勁

14、梁的恒載傳遞到主纜的構(gòu)件。加勁梁。提供橋面和防止橋面發(fā)生過(guò)大的局部撓曲和扭曲的部件。鞍座。它是支承主纜的重要構(gòu)件。 懸索橋懸索橋 目前世界上跨度最大的懸索橋是日本的明石海峽公鐵兩用橋，跨徑1991 m(設(shè)計(jì)跨徑為1990m，后因1995年阪神地震，地殼移位，南岸的岸墩和錨錠裝置發(fā)生了輕微位移，使橋的長(zhǎng)度增加了0.8m，才變成目前的跨徑)。錨錠裝置發(fā)生了輕微位移，使橋的長(zhǎng)度增加了0.8m。 江陰長(zhǎng)江公路大橋，懸索橋結(jié)構(gòu)。主跨1385m。 大橋于1994年11月22日開(kāi)工，1999年9月28日竣工通車(chē)。1996年初完工的江陰長(zhǎng)江公路大橋北錨旋大型深沉井重達(dá)7.6萬(wàn)噸，高達(dá)58米，平面面積足有九個(gè)半

15、籃球場(chǎng)大，可承受主纜拉力6.4萬(wàn)噸，為“世界第一大沉井”。5.剛架橋 剛架橋是介于梁與拱之間的一種結(jié)構(gòu)體系，它是由受彎的上部梁（或板）結(jié)構(gòu)與承壓的下部柱（或墩）整體結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)。一般用于跨徑不大的城市橋或公路高架橋和立交橋。 常見(jiàn)形式：（1）門(mén)式剛架橋：簡(jiǎn)稱(chēng)門(mén)架橋，其腿和梁垂直相交呈門(mén)架形。（2）斜腿剛架橋：剛架腿是斜置的，兩腿和梁中部的軸線(xiàn)大致呈拱形，同上承式拱橋相比，這種橋不需要拱上結(jié)構(gòu)，構(gòu)件數(shù)目較少 橋墩、橋臺(tái)為橋梁的下部結(jié)構(gòu)，是橋梁的重要組成部分之一。 橋梁墩臺(tái)的主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載,并將它及本身自重傳給地基。 橋墩橋墩支承相鄰的兩孔橋跨，居于橋梁的中間部位。 一、墩臺(tái)

16、的作用與要求6.4 橋梁墩臺(tái)llL橋 臺(tái)路 堤設(shè) 計(jì) 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 結(jié) 構(gòu)b0橋 墩錐 形 護(hù) 坡基 礎(chǔ) 橋臺(tái)橋臺(tái)居于全橋的兩端，它的前端支承橋跨,后端與路基銜接，起著支擋臺(tái)后路基填土并把橋跨與路基連接起來(lái)的作用。 橋梁墩臺(tái)除承受上部結(jié)構(gòu)的作用力外，橋墩還受到風(fēng)力、流水壓力及可能發(fā)生的冰壓力、船只和漂流物的撞擊力，橋臺(tái)還需承受臺(tái)背填土及填土上車(chē)輛荷載產(chǎn)生的附加側(cè)壓力。 因此，橋梁墩臺(tái)不僅本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而且對(duì)地基的承載能力、沉降量、地基與基礎(chǔ)之間的摩阻力等也都提出一定的要求。 llL橋 臺(tái)路 堤設(shè) 計(jì) 水 位通 航 水 位低 水 位h上 部 結(jié) 構(gòu)

17、b0橋 墩錐 形 護(hù) 坡基 礎(chǔ)二、墩臺(tái)的組成 橋梁墩(臺(tái))主要由墩(臺(tái))帽、墩(臺(tái))身和基礎(chǔ)三部分組成。 橋梁常用的墩、臺(tái)按形式大體上可以分為重力式墩臺(tái)和輕型墩臺(tái)兩大類(lèi)。三、橋墩構(gòu)造1重力式橋墩 重力式橋墩是依靠自身重量來(lái)平衡外力而保持穩(wěn)定的。適宜于荷載較大的大、中型橋梁，或流冰、漂浮物較多的江河之中。但其體積較大、自重較大，阻水面積也較大。2V形橋墩和Y形橋墩 大跨徑橋梁，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)梁時(shí)，為了縮短橋梁的跨徑，橋墩結(jié)構(gòu)可采用V形橋墩和Y形橋墩。Y形橋墩V形橋墩3柱式橋墩 柱式橋墩是公路橋梁采用較多的橋墩形式之一，它能減輕墩身的重力，節(jié)約圬工材料，外形又較美觀。柱式墩一般由基礎(chǔ)上的承臺(tái)、柱

18、式墩身和蓋梁組成，在有漂流物和流冰的河流中可以使用。樁式橋墩樁式橋墩 單柱式橋墩單柱式橋墩 雙柱式橋墩雙柱式橋墩 4柔性排架樁墩 柔性墩指的是墩身較細(xì)長(zhǎng)，墩頂可隨著上部結(jié)構(gòu)順橋向的位移而相應(yīng)變位的橋墩。柔性排架樁墩是有成排打入的鋼筋混凝土樁構(gòu)成的，一般在墩高小于57m，跨徑小于13m的橋梁上使用。 廣東崖門(mén)大橋主墩采用雙薄壁矩形柔性墩 湖南雙柱式柔性墩望城 溈江橋四、橋臺(tái)構(gòu)造1.重力式橋臺(tái) 重力式橋臺(tái)也稱(chēng)實(shí)體式橋臺(tái)，它主要靠自重來(lái)平衡臺(tái)后的土壓力。橋臺(tái)臺(tái)身多用石砌、片石混 凝土或混凝土等圬工材料 建造，并采用就地建造施 工方法，適合于砂石料來(lái) 源豐宮的橋梁工點(diǎn)選用。 U形橋臺(tái) 它的形狀簡(jiǎn)單，施

19、工方便，但工程量大，目前已較少采用。當(dāng)填土不高、橋跨較小且橋面不寬時(shí)可考慮采用。U形橋臺(tái)2.鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái) 鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)是由扶壁式擋土墻和兩側(cè)的薄壁側(cè)墻所構(gòu)成。這種橋臺(tái)比重力式U形橋臺(tái)可減少圬工體積4050，同時(shí)還因自身重力輕而減小對(duì)地基的壓力。但其構(gòu)造復(fù)雜，鋼筋用量也比較多，適用于在軟土地基上建造的橋梁。3.埋置式橋臺(tái) 埋置式橋臺(tái)是將臺(tái)身大部分埋在錐形護(hù)坡中，只露出臺(tái)帽，以安放支座和上部結(jié)構(gòu)。這樣，橋臺(tái)體積可以大為減少，自重相對(duì)較小。這種橋臺(tái)可用石料、混凝土和鋼筋混凝土修建。6.5 橋梁基礎(chǔ) 橋梁的基礎(chǔ)承擔(dān)著橋墩、橋跨結(jié)構(gòu)(橋身)的全部重量以及橋上的可變荷載。橋梁基礎(chǔ)往往修建于江河的流水之中，遭受水流的沖刷。所以橋梁基礎(chǔ)一般比房