橋梁工程第1章-緒論課件

1、第二版前言 本教材的第一版被評(píng)為“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，第二版是在第一版的基礎(chǔ)上按照最新頒布的規(guī)范進(jìn)行修改。 本教材是以土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)頒發(fā)的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，按照普通高等院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需要，教材的編寫(xiě)注重于培養(yǎng)學(xué)生掌握橋梁工程的基本理論和實(shí)際操作的能力，每一章中都有算例或豐富的實(shí)例，使學(xué)生容易系統(tǒng)掌握橋梁知識(shí)，并應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容獨(dú)立進(jìn)行中、小橋梁的設(shè)計(jì)與施工。本教材編寫(xiě)是全部采用新橋規(guī)（JTG D60-2015等），并詳細(xì)的闡述新橋規(guī)的具體應(yīng)用，以往的教學(xué)實(shí)踐表明，這樣做將會(huì)收到較好的效果。書(shū)中還融入了橋梁領(lǐng)域當(dāng)前的新技術(shù)、新進(jìn)展、新的施工方法。本書(shū)可作為土木工程

2、、道路橋梁與渡河工程、交通工程類學(xué)生的專業(yè)課教材，同時(shí)也可作為其它類專業(yè)的選修課教材。本書(shū)共分9章： 第1章 緒論，主要介紹國(guó)內(nèi)外橋梁概況、橋梁的組成和分類、橋梁工程的發(fā)展前景。 第2章 橋梁設(shè)計(jì)一般原則、程序及橋梁的設(shè)計(jì)荷載，主要介紹橋梁規(guī)劃和設(shè)計(jì)原則，重點(diǎn)介紹了公路橋梁及城市橋梁的設(shè)計(jì)作用和作用效應(yīng)組合。 第3章 梁（板）橋構(gòu)造，橋面系、梁(板)橋的總體布置、板橋的構(gòu)造、裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋構(gòu)造、裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋構(gòu)造、組合式梁橋構(gòu)造。 第4章 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和斜交板橋構(gòu)造，主要介紹預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的構(gòu)造特點(diǎn)、斜交板（梁）橋構(gòu)造。 第5章 簡(jiǎn)支梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算，重點(diǎn)

3、介紹行車道板的計(jì)算、荷載橫向分布計(jì)算原理及各種常用的橫向分布計(jì)算方法、主梁內(nèi)力計(jì)算方法以及撓度和預(yù)拱度計(jì)算。 第6章 梁式橋的支座，主要介紹支座的類型和構(gòu)造以及橡膠支座的選用與計(jì)算方法。 第7章 拱橋構(gòu)造與設(shè)計(jì)，主要介紹拱橋的特點(diǎn)與適用范圍、各類常見(jiàn)拱橋的構(gòu)造特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了懸鏈線無(wú)鉸拱的計(jì)算方法。 第8章 橋梁墩臺(tái)，主要介紹橋梁墩臺(tái)的構(gòu)造形式和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 第9章 斜拉橋和懸索橋的施工，重點(diǎn)介紹了這兩種大跨徑橋梁的概念和施工方法。 本書(shū)由天津城建大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北工程大學(xué)的同行編寫(xiě)。其中第2章第1節(jié)、第2節(jié)，第5章以及附錄I、II由天津城建大學(xué)李自林教授編寫(xiě)；

4、第7章由天津城建大學(xué)郭紅梅編寫(xiě)；第3章、第4章由河北工業(yè)大學(xué)王榮霞編寫(xiě)；第1章、第9章由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)秦麗輝編寫(xiě)；第6章、第8章由長(zhǎng)春工程學(xué)院李文華編寫(xiě)；第2章第3節(jié)由河北工程大學(xué)高穎編寫(xiě)。全書(shū)由李自林教授主編，秦麗輝、王榮霞副主編，郭紅梅、李文華、高穎參編。河北工業(yè)大學(xué)李運(yùn)光教授主審。 由于編者水平有限，書(shū)中不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。 編者 2016年2月1.3 橋梁的建筑成就及發(fā)展第一章 緒論1.1 概述1.2 橋梁的組成和分類1.1 概述 橋梁是由于道路路線通到江河湖泊、山谷深溝以及其他線路（公路或鐵路）等障礙時(shí)，為了保證道路的連續(xù)性，充分發(fā)揮其正常的運(yùn)輸能力而修建的結(jié)構(gòu)物，因此可以說(shuō)橋

5、梁是跨越障礙物的結(jié)構(gòu)。 橋梁是路線的“延續(xù)”，主要功能是起著跨越、承載、傳力的作用。 橋梁工程在學(xué)科分類上是土木工程中的一個(gè)分支，它是交通工程中的關(guān)鍵性樞紐。1.橋梁的定義2.橋梁工程的含義(1)指橋梁建筑的實(shí)體。(2)指建造橋梁所需的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)。 包括：橋梁的基礎(chǔ)理論和研究，橋梁的規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、建造和養(yǎng)護(hù)維修等。3.橋梁的歷史和發(fā)展 原始時(shí)期：人們利用天然倒下的樹(shù)木、自然地殼變化侵蝕而形成的石梁或石拱、溪澗沖流而下的石塊或森林里攀緣的藤蘿等來(lái)搭架人工橋梁，出現(xiàn)了原始的建橋技術(shù)?？梢?jiàn)人類最早開(kāi)始構(gòu)思搭架的橋梁，采用的建筑材料是天然的石塊（石板）和樹(shù)木。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，出

6、現(xiàn)了比石塊抗壓強(qiáng)度高的鑄鐵材料，人們由此又建造了鑄鐵拱橋；從力學(xué)特性來(lái)看石頭和鑄鐵這些都是脆性材料，其抗壓能力強(qiáng)而抗拉能力差，也不可能承受較大的荷載； 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們發(fā)明了具有比鑄鐵抗拉強(qiáng)度高的多的鋼材。當(dāng)新的建筑材料鋼出現(xiàn)后，則完全排斥了鑄鐵而使鋼成了橋梁建筑的主導(dǎo)材料。鋼橋的產(chǎn)生以及隨后鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋的出現(xiàn)，使橋梁建設(shè)有了一個(gè)新的飛躍。 回顧過(guò)去，展望未來(lái)，可以預(yù)見(jiàn)，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期內(nèi)，我國(guó)迫切需要修建大量的公路，鐵路和城市橋梁；同時(shí)還有眾多的橋梁或因年代久遠(yuǎn)，或荷載增加，需要維修與加固。這就為從事橋梁科學(xué)研究、設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)人員創(chuàng)造了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我們

7、應(yīng)肩負(fù)起國(guó)家交給我們的這些光榮而艱巨的任務(wù)，設(shè)計(jì)和建造出更多新穎和復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)型式；同時(shí)采用先進(jìn)的加固方法和材料對(duì)舊橋進(jìn)行維修，加固。1.2 橋梁的組成和分類1.2.1 橋梁的組成上部結(jié)構(gòu)：直接承受車輛荷載和其他作用，跨越結(jié)構(gòu)；支座：傳載至墩、臺(tái)，保證橋跨結(jié)構(gòu)具有預(yù)設(shè)功能；下部結(jié)構(gòu)：由橋墩、橋臺(tái)和基礎(chǔ)組成。橋墩、橋臺(tái)：支承上部結(jié)構(gòu)并傳載；基礎(chǔ)：傳載至地基1.2.1 橋梁的組成附屬設(shè)施：橋面系伸縮縫橋頭搭板錐形護(hù)坡、護(hù)岸、擋土墻導(dǎo)流結(jié)構(gòu)物檢查設(shè)備(1)跨度(2)計(jì)算跨徑(3)凈跨徑(4)總跨徑(5)標(biāo)準(zhǔn)跨徑(6)橋長(zhǎng) (7)橋下凈空(8)橋梁建筑高度（10）橋梁的高度名 詞 解 釋(9)橋梁容許

8、建筑高度（11）計(jì)算矢高(1)跨度 也稱跨徑，是指橋梁兩相鄰墩支座間的距離，表示橋梁的跨越能力，對(duì)多跨橋，最大跨度稱為主跨，是表征橋梁技術(shù)水平的重要指標(biāo)。返回(2)計(jì)算跨徑 橋跨結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算常常使用計(jì)算跨徑。橋跨結(jié)構(gòu)兩個(gè)支點(diǎn)間的距離稱為計(jì)算跨徑。 對(duì)于梁式橋是指橋跨兩端相鄰支座中心之間的距離。 對(duì)于拱式橋是指拱軸線兩端點(diǎn)之間的距離，通常用l表示。返回(3)凈跨徑 對(duì)于梁式橋凈跨徑是指設(shè)計(jì)洪水位線上相鄰兩個(gè)橋墩(或橋臺(tái))之間的水平凈距，而拱式橋是指每孔拱跨拱腳截面內(nèi)邊緣之間的距離。返回(4)總跨徑 各孔凈跨徑之和稱為總跨徑。 橋梁的凈跨徑L0 和總跨徑L是反映橋梁宣泄洪水的能力和通航標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)

9、。返回(5)標(biāo)準(zhǔn)跨徑 對(duì)公路梁式橋，標(biāo)準(zhǔn)跨徑是指兩相鄰橋墩中線間的距離，或橋墩中線與橋臺(tái)臺(tái)背前緣間的距離； 對(duì)拱式橋，是指其凈跨徑。 鐵路橋常以計(jì)算跨徑作為標(biāo)準(zhǔn)跨徑。 在橋梁工程中，中小跨度的橋梁占的比例非常大。這部分橋梁如果采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其工程設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量將大大提高，其經(jīng)濟(jì)效益也是非?？捎^的，因而我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2015）中規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)或新建橋涵跨徑在50m以下時(shí)，均應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑。橋涵標(biāo)準(zhǔn)化跨徑有:0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,25m,30m,3

10、5m,40m,45m,50m。 當(dāng)單孔跨徑5m或多孔跨徑的全長(zhǎng)8m時(shí)，通常采用涵洞結(jié)構(gòu)。 返回橋涵分類公路橋涵多孔跨徑總長(zhǎng)L/m單孔跨徑l/m特大橋L1000l150大橋100 L 100040 l 150中橋30 L10020l40小橋8 L305l 20涵洞-l5橋梁涵洞按跨徑分類(6)橋長(zhǎng) 對(duì)梁式橋，指兩橋臺(tái)側(cè)墻或八字墻之間的距離L。 總長(zhǎng)是指橋梁兩端橋臺(tái)臺(tái)背前緣間的距離。橋梁的單孔跨徑是指橋墩中線間距離或橋墩中線與橋臺(tái)背前緣的間距。對(duì)于拱式橋是指其凈跨徑。 橋長(zhǎng)是衡量橋梁大小的最簡(jiǎn)單的技術(shù)指標(biāo)：一般把橋梁兩端橋臺(tái)的側(cè)墻或八字墻尾端點(diǎn)之間的距離稱為橋梁全長(zhǎng)，簡(jiǎn)稱橋長(zhǎng)。 無(wú)橋臺(tái)時(shí)，橋梁全長(zhǎng)

11、為橋跨結(jié)構(gòu)的行車道板全長(zhǎng)距離。橋梁規(guī)范中根據(jù)橋梁跨徑總長(zhǎng)L和單孔跨徑劃分橋梁的規(guī)模大小。返回(7)橋下凈空 橋下凈空高度是指設(shè)計(jì)洪水位或設(shè)計(jì)通航水位至橋跨結(jié)構(gòu)下邊緣之間的距離。該距離應(yīng)滿足安全排洪及通航的要求。返回(8)橋梁建筑高度 橋梁建筑高度是指橋上行車路面(或軌頂)與橋跨結(jié)構(gòu)下邊緣之間的高差。 通常橋梁建筑高度應(yīng)小于其容許建筑高度，即橋面標(biāo)高與通航凈空頂部標(biāo)高之差。返回(9)橋梁容許建筑高度 公路橋面或鐵路軌底標(biāo)高減去設(shè)計(jì)洪水位標(biāo)高，再減去通航或排洪所要求的梁底凈空高度。 通常橋梁建筑高度應(yīng)小于其容許建筑高度。返回 橋梁高度是指低水位至橋面的高差。對(duì)于跨線橋是指橋下道路路面至橋面的高差。

12、 橋高的不同對(duì)橋梁施工的要求也不同，其施工的方法和難度會(huì)有很大差異。 (10) 橋梁高度返回 從拱頂截面形心至相鄰兩拱腳截面形心連線的垂直距離。 (11) 計(jì)算矢高返回1-主拱圈；2-拱頂；3-拱腳；4-拱軸線；5-拱腹；6-拱背；7-伸縮縫；8-橋臺(tái)；9-基礎(chǔ)；10-錐坡；11-拱上建筑；返回1.2.2 橋梁的分類 橋梁有許多分類方式，人們通常根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式、所用材料、所跨越的障礙以及其用途、跨徑大小等對(duì)橋梁進(jìn)行分類。(1)梁橋(2)拱橋(4)懸索橋(5)斜拉橋(3)剛架橋1.橋梁的基本體系(1)梁橋 受力特點(diǎn) 在豎向荷載作用下梁的支承處僅產(chǎn)生鉛垂反力，而無(wú)水平反力(推力)。梁橫截面上只

13、產(chǎn)生彎矩和剪力這樣的內(nèi)力，荷載作用方向通常與梁的軸線相垂直，梁主要通過(guò)抗彎來(lái)承受荷載，并通過(guò)支座將其傳遞至下部結(jié)構(gòu)。(1)梁橋 分 類簡(jiǎn)支梁橋連續(xù)梁橋懸臂梁橋簡(jiǎn)支T梁橋返回（2）拱橋受力特點(diǎn) 拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋(拱圈橫截面設(shè)計(jì)成分離形式時(shí)稱為拱肋)。 拱結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，橋墩和橋臺(tái)將承受水平推力，同時(shí)，根據(jù)作用力和反作用力原理，墩臺(tái)向拱圈(或拱肋)提供一對(duì)水平反力，這種水平反力將大大抵消在拱圈(或拱肋)內(nèi)由荷載所引起的彎矩。 因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩、剪力和變形都要小得多。鑒于拱橋的承重結(jié)構(gòu)以受壓為主，通常可用抗壓能力強(qiáng)的圬工材料。1.2.1 橋梁的分類 圖1-3 拱

14、式橋（2）拱橋分類按靜力學(xué)分三鉸拱兩鉸拱無(wú)鉸拱 返回1.2.1 橋梁的分類（3）剛架橋 剛架橋的主要承重結(jié)構(gòu)是梁或板和立柱或豎墻整體結(jié)合在一起的剛架結(jié)構(gòu)。受力特點(diǎn) 在豎向荷載作用下，主梁與立柱的連接處會(huì)產(chǎn)生負(fù)彎矩：主梁、立柱受彎矩和軸力；柱底約束處既有豎直反力也有水平反力。 由于是超靜定結(jié)構(gòu)，由于溫度變化或基礎(chǔ)的不均勻沉降，其內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，設(shè)計(jì)時(shí)也必須考慮到這一點(diǎn)。1.2.1 橋梁的分類圖1-5 剛架橋（a）T形剛構(gòu)（b）斜腿剛構(gòu)（c）連續(xù)剛構(gòu)分類(3)剛架橋返回1.2.1 橋梁的分類 組成：基礎(chǔ)、塔墩、錨啶、主纜索、吊索、加勁梁及橋面結(jié)構(gòu)等。(4)懸索橋受力特點(diǎn)： 在豎向荷載作

15、用下，懸索受拉，錨碇受豎向力和水平力。 跨越任何其它橋型無(wú)與倫比的特大跨度。 吊橋的另一特點(diǎn)是，受力簡(jiǎn)單明了，成卷的鋼纜易于運(yùn)輸，在將纜索架設(shè)完成后，便形成了一個(gè)強(qiáng)大穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支承系統(tǒng)，施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。(4)懸索橋返回1.2.1 橋梁的分類（5） 斜拉橋主要由梁、塔和斜索組成的組合體系橋梁。 斜拉橋組成 受拉的斜索將主梁多點(diǎn)吊起，并將主梁的恒載和車輛等其它荷載傳至塔柱，再通過(guò)塔柱基礎(chǔ)傳至地基。塔柱基本上以受壓為主。 在豎向荷載作用下，主梁以受彎為主，塔以受壓為主，斜索承受拉力。 梁體被斜索多點(diǎn)扣住，表現(xiàn)出彈性支撐連續(xù)梁的特點(diǎn)，因此，梁體荷載彎矩減小，梁體高度降低，減輕了結(jié)構(gòu)自重節(jié)省了

16、材料。斜拉橋受力特點(diǎn)返回分類方式橋涵類型1.按用途分公路橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、農(nóng)用橋、人行橋、水運(yùn)橋、管線橋等2.按建筑材料圬工橋、鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋、組合橋、木橋等3.按工程規(guī)模分特大橋、大橋、中橋、小橋等4.按跨越障礙物性質(zhì)跨河橋、跨線橋、高架橋、棧橋5.按上部結(jié)構(gòu)的行車位置上承式、下承式、中承式6.按特殊使用條件開(kāi)啟橋、浮橋、漫水橋2.橋梁的其他分類簡(jiǎn)述1.2.1 橋梁的分類1.3橋梁建筑的成就及發(fā)展1.古代橋梁建筑的成就1.3.1我國(guó)橋梁建筑的成就 宋代建造了為數(shù)眾多的石墩、石梁橋。200多年間，僅泉州一地，見(jiàn)于古籍的橋梁就有110座，其中名橋10座。如安平橋，有36

17、2孔，橋長(zhǎng)5里（2223m），故又名五里橋（現(xiàn)橋長(zhǎng)2100m），保持了700余年的橋長(zhǎng)記錄。1.3橋梁建筑的成就及發(fā)展 中國(guó)現(xiàn)存最早，并且保存良好的是隋代趙州安濟(jì)橋，又稱趙州橋。橋?yàn)槌ㄩg圓弧石拱，拱圈并列28道，凈跨37.02m，矢高7.23m，寬9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有護(hù)拱石。在主拱圈上兩側(cè)，各開(kāi)兩個(gè)凈跨分別為3.8m和2.85m的小拱，以渲泄洪水，減輕自重。橋面呈弧形，欄檻望柱上雕刻著神采飛揚(yáng)的龍獸。橋始建于隋開(kāi)皇十五年（公元595年）， 完工于隋大業(yè)元年（公元605年），由李春建造，距今已有1400多年。安濟(jì)橋制作精良，結(jié)構(gòu)獨(dú)創(chuàng)，造型勻稱美麗，雕刻細(xì)致生動(dòng)，歷代都予重視和保

18、護(hù)，1991年列為世界文化遺產(chǎn)。 圖1-7趙州橋 圖1-8 北京宛平盧溝橋2.近代橋梁建筑1.3橋梁建筑的成就及發(fā)展 到了19世紀(jì)，西方國(guó)家工業(yè)技術(shù)發(fā)展較快，我國(guó)仍然處于封建社會(huì)，封建制度對(duì)生產(chǎn)力發(fā)展的束縛使中國(guó)在科學(xué)技術(shù)等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方列強(qiáng)。至解放以前，我國(guó)建造的公路橋梁大多為木橋，且年久失修，破爛不堪。但是隨著國(guó)家綜合實(shí)力的發(fā)展，我國(guó)橋梁事業(yè)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。圖1-9武漢長(zhǎng)江大橋圖1-10 南京長(zhǎng)江大橋圖1-11 九江長(zhǎng)江大橋 圖1-12重慶長(zhǎng)江大橋 圖1-13 云南六庫(kù)怒江大橋圖1-14 烏巢河大橋 圖1-15 天津永和橋 圖1-16 上海南浦大橋圖1-17汕頭海灣大橋 圖1-18 江陰長(zhǎng)江大橋1.3.2國(guó)外橋梁發(fā)展概況和橋梁工程的發(fā)展前景1.國(guó)外橋梁發(fā)展概況 1883年建成的牛約布魯克林懸索橋，主跨跨