橋梁工程概述（55頁）

1、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、高鐵橋梁上部結(jié)構施工方法前言1Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁工程概述2Haibo Liu PhD. SWJTU主要內(nèi)容1 橋梁基本概念2 橋梁構成3 橋梁類型3Haibo Liu PhD. SWJTU基本概念橋梁供車輛和行人跨越障礙物的建筑工程結(jié)構線路跨越障礙的延伸部分或連接部分橋梁工程橋梁建筑的實體建造橋梁所需的技術4Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁起源樹橋：梁橋的雛形5Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁起源原始木梁橋天然石梁橋早期石梁橋6Haib

2、o Liu PhD. SWJTU橋梁起源世界上最長的天然石拱橋，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7Haibo Liu PhD. SWJTU 橋梁構成上部結(jié)構，包括橋跨結(jié)構，也叫承重結(jié)構橋面構造下部結(jié)構，也叫支承結(jié)構，包括橋墩與橋臺墩臺基礎支座附屬結(jié)構物8Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁工程專業(yè)部分術語 主橋：橋梁跨越主要障礙物（如通航河道）的結(jié)構部分。 引橋：從橋臺至正橋的結(jié)構部分，連接主橋和兩端道路。 跨度/徑：表示橋梁的跨越能力，對于多跨橋，最大跨度稱為主跨。 計算跨徑：橋跨結(jié)構相鄰兩支點間的距

3、離； 凈跨徑：設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總跨徑。 標準跨徑的目的：有利于橋梁制造和施工的機械化，也有利于橋梁養(yǎng)護維修和戰(zhàn)備需要。 9Haibo Liu PhD. SWJTU1.1 橋梁術語及其分類 標準跨徑： 公路常用10m、16m、20m、40m 鐵路常用20m、24m、32m、48m 橋長：兩橋臺側(cè)墻或八字墻尾端之間的距離。 橋下凈空高度：設計洪水位（通航水位）與橋跨結(jié)構最下緣的高差。 橋梁建筑高度：橋面與橋跨結(jié)構最下緣的高差。10Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁分類11Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁分類（續(xù)）12Haibo L

4、iu PhD. SWJTU結(jié)構體系詳細分類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g斜腿剛構h連續(xù)剛構i斜拉橋j系桿拱13Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁受力14Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁按跨徑的分類橋梁分類公路橋梁鐵路橋梁多孔跨徑總長L1(m)單孔跨徑l(m)橋長L1(m)特大橋L11000l150L1500大 橋100L1100040l100100 L1500中 橋30L110020l4020L11000小 橋8L1305l20L12015Haibo Liu PhD. SWJTU梁橋簡支梁橋懸臂梁橋等截面連續(xù)梁橋變截面連續(xù)梁橋連續(xù)剛構梁為承重結(jié)構，

5、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，加大跨越能力梁式體系分實腹式和空腹式，前者的梁截面為T形、工字形和箱形等，后者指桁架結(jié)構；梁的高度可等高或變高16Haibo Liu PhD. SWJTU剛構（架）橋門式剛架T形剛構斜腿剛構V形剛構17Haibo Liu PhD. SWJTU拱橋三鉸拱兩鉸拱無鉸拱系桿拱結(jié)構特征：主要承重結(jié)構具有曲線外形受力特點：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 靜力學分類：單鉸拱、雙鉸拱、三鉸拱

6、和無鉸拱常用材料：石材、鋼筋混凝土、鋼材施工方法：有支架和無支架施工 系桿吊桿主拱圈立柱行車道系18Haibo Liu PhD. SWJTU懸索橋組成：主要由纜、塔、錨碇、加勁梁等組成受力：在豎向荷載作用下，索受拉，塔受壓，錨碇受拉拔反力材料：纜通常用高強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19Haibo Liu PhD. SWJTU斜拉橋形式：由梁、塔和斜索組成的組合體系，結(jié)構型式多樣，造型優(yōu)美壯觀受力：在豎向荷載作用下，梁以受彎為主，

7、塔以受壓為主，斜索則承受拉力材料：斜索采用高強鋼絲制成，塔多采用鋼筋混凝土，梁采用預應力混凝土梁或鋼箱梁斜拉索索塔主梁20Haibo Liu PhD. SWJTU梁式橋 21Haibo Liu PhD. SWJTU拱橋 22Haibo Liu PhD. SWJTU纜索承重橋梁23Haibo Liu PhD. SWJTU組合體系橋梁24Haibo Liu PhD. SWJTU人行橋上：德國的兩座人行橋；左下：倫敦的一座人行橋；右下：美國的一座人行橋造型輕盈別致、線條流暢、與環(huán)境協(xié)調(diào)，是其特點25Haibo Liu PhD. SWJTU開啟橋（活動橋）左：伊拉克的一座平轉(zhuǎn)開啟橋；中：巴西的一座提升

8、開啟橋；右：豎轉(zhuǎn)開啟橋右下：天津塘沽海門開啟橋 （64m）目的和特點：節(jié)省總造價，可保證水上交通；陸地交通受限制，維修管理費用較高26Haibo Liu PhD. SWJTU新型的組合式系桿鋼拱橋中承式鋼桁系桿拱橋獨塔自錨式懸索橋斜拉拱橋組合體系其他的花式橋組合橋27Haibo Liu PhD. SWJTU新型的組合式系桿鋼拱橋重慶菜園壩大橋，主跨420m，2007廣州新光大橋，主跨428m，在建美國Alsea海灣鋼拱橋，主跨137.16m，199128Haibo Liu PhD. SWJTU新型的組合式系桿鋼拱橋重慶菜園壩大橋，主跨420m，2007廣州新光大橋，主跨428m，200629H

9、aibo Liu PhD. SWJTU重慶朝天門大橋，2008，552m宜萬鐵路萬州長江大橋，主跨360m的單拱連續(xù)鋼桁梁，02年12月開工，2005年6月合龍190米+552米+190米，三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋 30Haibo Liu PhD. SWJTU西東1936年建成1989年地震中損傷獨塔自錨式懸索橋，替代東側(cè)的桁架橋，2002年動工，由于經(jīng)濟原因，工程延誤，預計2012年完工signature span 廣珠城際鐵路小欖水道特大橋31Haibo Liu PhD. SWJTU舊金山奧克蘭海灣橋西東1936年建成1989年地震中損傷獨塔自錨式懸索橋，替代東側(cè)的桁架橋，2002年動工

10、signature span 32Haibo Liu PhD. SWJTU韓國Yeongjong大橋空間纜自錨式懸索橋，分跨125-300-125m ，200033Haibo Liu PhD. SWJTU獨纜自錨式懸索橋，分跨120-300-120m ，1987日本大阪此花大橋34Haibo Liu PhD. SWJTU馬來西亞Seri Saujana 橋斜拉拱橋組合體系，主跨300m，200235Haibo Liu PhD. SWJTU馬來西亞Seri Wawasan橋主跨168.5m，200336Haibo Liu PhD. SWJTU37Haibo Liu PhD. SWJTUAlame

11、da 橋，主跨130m，1995西班牙的兩座城市道路鋼拱橋Bach de Roda-Felipe II橋，主跨130m，199538Haibo Liu PhD. SWJTUJuscelino Kubitschek Bridge in Brazil2002年 3240m39Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁發(fā)展橋跨結(jié)構繼續(xù)向大跨發(fā)展結(jié)構型式和構造呈多樣化發(fā)展橋梁設計理論更趨完善和合理橋梁CAD技術應用更趨廣泛建橋材料向高強、輕質(zhì)、新功能方向發(fā)展40Haibo Liu PhD. SWJTU橋梁建設的基本目標 基本目標是適用、安全、經(jīng)濟、美觀。圍繞這一基本目標，橋梁技術的發(fā)展應表現(xiàn)在： 橋

12、梁具有較大的跨越能力和承載能力； 車輛能安全運行于橋上并使旅客有舒適感； 講求經(jīng)濟效益，力圖降低造價； 考慮結(jié)構與環(huán)境的協(xié)調(diào)。 41Haibo Liu PhD. SWJTU 橋梁學科的研究及發(fā)展 墩臺和基礎： 總的說來，在橋梁墩臺和基礎技術水平方面，我國僅次于日本。日本因修建了較多的海灣、海峽橋及大跨懸索橋、斜拉橋，使其在施工機械、大體積混凝土施工、無人沉箱、設置沉井和地下連續(xù)墻等技術方面處于世界領先地位。到了90年代，我國深基礎的施工和技術水平僅次于日本，己進入世界先進水平。 42Haibo Liu PhD. SWJTU材料： 橋梁的發(fā)展進程表明，新材料對其發(fā)展具有關鍵性作用。沒有材料科學的

13、發(fā)展，就不會有長大跨及新橋型的演進。從另一方面看，正是由于材料科學的發(fā)展還不滿足橋梁科技進步的需要，一些目前己經(jīng)可以構思、設計的大跨橋梁工程，但因沒有理想的材料而難以實現(xiàn)。由此可見，新材料確實是橋梁的物質(zhì)基礎和重要依托。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、輕質(zhì)、新功能方向發(fā)展。下面簡介其發(fā)展動態(tài)。 43Haibo Liu PhD. SWJTU高性能鋼橋梁用鋼的歷史，表現(xiàn)出一條低碳鋼低合金鋼高強度鋼高性能鋼的發(fā)展軌跡。高強度鋼（High Strength Steel, HSS）在材料韌性和可焊性等方面往往不盡人意高性能鋼（High Performance Stee

14、l, HPS）是一種綜合優(yōu)化了材料力學性能、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)構用鋼。進展：美、日、歐洲從20世紀90年代起，開始研究和應用HPS。97年日本“超級鋼材”項目，98年中國“新一代鋼鐵材料重大基礎研究 ” HPS材料特征：化學成分碳、磷、硫含量有顯著的減少，增加有利于防腐蝕和耐候稀有元素；力學性能對合金元素進行優(yōu)化組合，并采用Q&T或熱力控制處理（TMCP）技術，生產(chǎn)出同時保持高強度、高韌性和可焊性好的細晶粒結(jié)構鋼；抗腐蝕和耐候性能通常無需油漆；疲勞性能有待更多試驗 44Haibo Liu PhD. SWJTU 混凝土: 高強混凝土 高強混凝土是相對普通強度

15、混凝土而言，其定義的確定并無統(tǒng)一的標準。我國一般把強度等級大于C60級的混凝土稱為高強混凝土，大于Cl00級的混凝土稱為超高強混凝土；美國ACI363委員會把強度超過4lMPa的混凝土定義為高強混凝土；而前蘇聯(lián)則把500號(相當于48MPa)以上的混凝土稱為高強混凝土。高強混凝土具有抗壓強度高、抗沖擊性能好、耐久性強等優(yōu)點。因用高強混凝土建造橋梁，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，預應力混凝土橋采用高強混凝土，結(jié)構截面尺寸可減小近一半，而構件自重與鋼構件相當，可提高經(jīng)濟效益30%40%。日本歧關大橋為748m后張T梁，采用60MP的高強混凝土后，T梁高度降低12

16、.5%，截面積減小13.5%。 45Haibo Liu PhD. SWJTU 混凝土: 高強混凝土 目前，在實驗室條件下，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C60C70級，預制的達C80級，如衡廣復線江村橋混凝土設計強度達80MPa。在結(jié)構工程領域已達C100。 46Haibo Liu PhD. SWJTU 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

17、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，強度等級為40級。 47Haibo Liu PhD. SWJTU 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，造成應力損失也大。所以也有人認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，認為輕質(zhì)混凝土對中小跨徑鐵路橋減輕自重、提高

18、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。 48Haibo Liu PhD. SWJTU 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，能進行鋼筋密集區(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，從而達到不離析的目的。1981年日本三井石油化學工業(yè)公司引進德國的技術，并開發(fā)了自己的水下不離析混凝土。目前

19、，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)。 49Haibo Liu PhD. SWJTU 碳纖維強化復合材料 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世紀末，日本明石海峽橋才將這一記錄改成1990m。其中，結(jié)構理論的發(fā)展和材料強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)構能支承自重的跨度)可達4000m，而到20世紀末，實際所建最大跨長只有其一半。分析表明，若改用碳纖維強化復合材料，懸索橋的極限跨長可比鋼懸索橋提高一倍以上。50Haibo Liu PhD. SWJTU 碳纖維強化復合材料 可以預言，纖維強化復合材料是21世紀橋梁新材料的發(fā)展方向。正因如此，許多發(fā)達國家都在爭相研究、開發(fā)。目前，因其成本太高，主要還只用于航天工業(yè)，橋梁工程中只是極少量使用。國內(nèi)現(xiàn)