第一講 橋梁工程總論

第一講總論第一節(jié)國內(nèi)外橋梁發(fā)展概況第二節(jié)橋梁的組成與分類我國橋梁建設(shè)的歷史、現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢(shì)；國外橋梁的發(fā)展情況；橋梁的組成；橋梁的分類；橋梁設(shè)計(jì)的基本原則；橋梁的設(shè)計(jì)程序；橋梁縱、橫斷面設(shè)計(jì)和平面布置的內(nèi)容；橋梁設(shè)計(jì)方案的比選；橋梁設(shè)計(jì)荷載等內(nèi)容。第一節(jié)國內(nèi)外橋梁發(fā)展概況古代橋梁：天然狀態(tài)的藤蘿、樹木、石梁

約17世紀(jì)前

浮橋（周）、木梁橋（秦）、石

拱橋（漢）等近代橋梁：鑄鐵（18世紀(jì)）、鋼材（19世紀(jì)約18～19世紀(jì)

50年代）、鋼筋混凝土橋梁（19

世紀(jì)70年代）現(xiàn)代橋梁：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁（20世紀(jì)

30年代）、斜拉橋、懸索橋橋梁小百科世界上第一座鋼筋混凝土橋——由法國園

藝師蒙耶于1875年建成的人行橋。世界上第一座鋼橋——美國密蘇里州圣路

易市的伊茲橋，建于1867～1874年。世界上第一座斜拉橋——于1925年建成的

西班牙但波爾河的水道橋。世界上最早的懸索橋——最早的現(xiàn)代懸索橋

是美國賓夕法尼亞州的雅各溪橋。1、我國橋梁建設(shè)的成就趙州橋（世界最古老的敞肩橋，37.02米）我國已成為世界第一橋梁大國中國橋梁界為世界橋梁創(chuàng)造了眾多的“世界第一”。

中國既保留著像趙州橋那樣歷史悠久的古代橋梁，也在不斷地建造著刷新世界紀(jì)錄的公路、鐵路新橋，高速公路和高速鐵路橋梁建設(shè)尤其引人注目。目前我國公路橋梁總數(shù)接近80萬座，鐵路橋梁總數(shù)已超過20萬座，已成為世界第一橋梁大國。跨度是衡量一個(gè)國家橋梁技術(shù)水平的重要指標(biāo)。近十幾年來，我國幾乎每年都在刷新世界橋梁建設(shè)的紀(jì)錄，世界十大拱橋、十大梁橋、十大斜拉橋、十大懸索橋，中國分別占據(jù)了半壁江山或一半以上。鋼拱橋中的重慶朝天門大橋(跨徑552米)、梁橋中的石板坡長江復(fù)線大橋(跨度330米)、斜拉橋中的蘇通長江大橋(跨度1088米)、懸索橋中的西堠門大橋(跨徑1650米)等，均是同類橋梁中跨度超群的大橋。世界最長跨海大橋——膠州灣跨海大橋青島海灣大橋，又稱膠州灣跨海大橋，2011年6月建成通車，是我國自行設(shè)計(jì)、施工、建造的特大跨海大橋。大橋全長36.48公里，是已建成通車的世界最長跨海大橋。世界在建最長跨海大橋——港珠澳大橋港珠澳大橋東接香港、西接珠海和澳門，總長55公里，是世界正在建設(shè)中的最長跨海大橋。2009年12月15日，港珠澳大橋正式開工建設(shè);2016年9月27日，橋梁工程全線貫通。整個(gè)大橋預(yù)計(jì)2017年底建成通車。世界跨度最大公鐵兩用大橋——滬通長江大橋正在建設(shè)中的滬通長江大橋，主跨1092米，建成后將是世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋。大橋主塔高325米，約相當(dāng)于100層樓高，為世界最高公鐵兩用斜拉橋主塔。2014年3月開工建設(shè)，28號(hào)主塔墩承臺(tái)混凝土澆筑近日已完美收官，進(jìn)入到新的建設(shè)階段，預(yù)計(jì)2019年建成通車。世界最長高鐵橋——丹昆特大橋京滬高速鐵路丹陽至昆山段特大鐵路橋，全長164.85公里，是世界第一長橋。大橋縱貫蘇南平原河網(wǎng)化地貌，跨公路、鐵路、水路，以現(xiàn)代化高鐵橋梁的傲然姿態(tài)，跨越蘇南大地。2011年6月正式通車。世界跨徑最大鋼拱橋——朝天門長江大橋重慶朝天門長江大橋主跨長552米，超過1996年建成的跨徑550米的黃埔大橋，成為世界跨徑最大的鋼拱橋。2006年3月動(dòng)工，2009年4月通車。世界首座真正意義上的公鐵兩用跨海大橋——平潭海峽公鐵兩用橋長達(dá)16公里的平潭海峽公鐵兩用跨海大橋，是新建福州至平潭鐵路、長樂至平潭高速公路的關(guān)鍵性控制工程，是世界上第一座真正意義上的公鐵兩用跨海大橋。目前，大橋正在緊張地施工中，預(yù)計(jì)2019年建成通車。世界第一高懸索橋——四渡河大橋位于湖北巴東縣境內(nèi)的四渡河大橋，是滬渝高速公路控制性橋梁工程，主跨900米，橋面距谷底560米，相當(dāng)于200層樓高，是已建成通車的世界第一高橋。今年9月10日，杭瑞高速公路控制性工程——尼珠河大橋正式合龍，大橋橋面距谷底564米，建成通車后將刷新世界第一高橋紀(jì)錄。楊泗港大橋是武漢第10座長江大橋。是長江上第一座雙層公路大橋，也是全世界通行能力最大的過江大橋。（1）梁橋重慶的石板坡長江大橋復(fù)線橋（砼連續(xù)剛構(gòu)橋，世界最大跨徑330米）（2）拱橋上海盧浦大橋（世界上跨徑最大的拱橋，主跨徑550米）巫山長江大橋（世界跨徑最大鋼管砼拱橋，主跨460米）（3）斜拉橋南京長江二橋（主跨徑628米）江蘇蘇通大橋（世界跨徑最大的斜拉橋，主跨1088米）江蘇蘇通大橋簡介

蘇通大橋奠基儀式于2002年10月30日在南通破土動(dòng)工，于2008年6月30日上午通車。

該橋?yàn)樾崩瓨?，總投資64.5億元，全長32.4千米，創(chuàng)造了人類建橋史上1088米最大跨徑、306米最高主塔、580米最長斜拉索、131根長120米的最深群樁基礎(chǔ)四項(xiàng)世界第一。（4）懸索橋舟山西堠門大橋（主跨1650米，位居目前懸索橋世界第二、國內(nèi)第一的懸索橋）2、國外現(xiàn)代橋梁建設(shè)的成就橋梁建設(shè)規(guī)模新材料的應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用洲際聯(lián)絡(luò)工程日本明石海峽大橋（世界上跨徑最大的懸索橋，1991米）美國舊金山金門大橋（世界上第一座超1000米跨徑的懸索橋）日本多多羅大橋（前世界第一大跨徑斜拉橋，890米）南斯拉夫克爾克1號(hào)橋（鐵托橋）（世界上最纖細(xì)的混凝土橋，拱橋的寬度與跨度之比僅及1/30，主跨390米）挪威拉脫圣德橋（世界第二大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，298米）3、橋梁工程前景展望橋梁的跨徑代表著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的整體水平。從現(xiàn)代橋梁的發(fā)展趨勢(shì)可以看出，近年來的橋梁結(jié)構(gòu)逐步向輕巧、纖細(xì)方面發(fā)展，但橋梁的載重、跨長卻不斷增長。為了適應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展所提出的愈來愈高的要求，需要建造大量的承受更大荷載、跨越海灣、大江等跨徑和總長更大的橋梁，這就推動(dòng)了橋梁結(jié)構(gòu)向高強(qiáng)、輕型、大跨度的方向發(fā)展。第二節(jié)橋梁的組成與分類一、橋梁的基本組成橋梁結(jié)構(gòu)組成橋梁上部結(jié)構(gòu)：橋梁下部結(jié)構(gòu)橋梁附屬結(jié)構(gòu)物：橋臺(tái)橋墩橋梁基礎(chǔ)由橋面系、主要承重結(jié)構(gòu)和支座組成。如路堤擋土墻、護(hù)坡、導(dǎo)流堤、檢查設(shè)備、臺(tái)階扶梯、導(dǎo)航裝置等。拱橋的基本組成二、橋梁常用名詞凈跨徑相鄰墩、臺(tái)身頂內(nèi)緣間的平距計(jì)算跨徑

相鄰支座中心的平距標(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?？偪鐝?/p>

各孔凈跨的總和橋梁全長

兩岸橋臺(tái)翼墻尾端間的距離1、橋墩2、基礎(chǔ)3、錐形護(hù)坡4、路基邊坡5、橋臺(tái)6、支座Lk：標(biāo)準(zhǔn)跨徑

L0：凈跨徑Lq：橋梁全長臺(tái)背前緣123456計(jì)算跨徑凈跨徑總跨徑標(biāo)準(zhǔn)跨徑跨徑橋下凈空

對(duì)上部結(jié)構(gòu)底緣以下規(guī)定的空間界限建筑高度

上部結(jié)構(gòu)底緣至橋面頂面的垂直距離橋梁高度

橋面與低水位（橋面、路面）之間的距離低水位和高水位

枯水（洪峰）季節(jié)河流中的最低（高）水位設(shè)計(jì)水位

按規(guī)定設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算得的高水位通航水位

航道中能保持船舶正常航行的水位拱橋的主要技術(shù)名詞凈跨徑（l0）每孔拱跨兩個(gè)起拱線之間的平距計(jì)算跨徑（l）相鄰兩拱腳截面形心之間的平距（即拱軸線兩端點(diǎn)之間的平距）凈矢高（f0）拱頂截面下緣至起拱線連線之間的垂距計(jì)算矢高（f）拱頂截面形心至相鄰兩拱腳截面形心之連線的垂距矢跨比（D或

D0）又稱矢度，計(jì)算矢高與計(jì)算跨徑之比（D=f/l）或凈矢高與凈跨徑之比

（D0=f0/l0）坦拱:D＜1/5陡拱:D≥1/5（一）按橋梁受力分類梁式橋拱式橋剛架橋吊橋組合體系橋橋梁結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)體系對(duì)應(yīng)不同的力學(xué)形式，表現(xiàn)出不同的受力特點(diǎn)。三、橋梁的分類1.梁式橋

梁式橋是古老的結(jié)構(gòu)體系之一。梁作為承重結(jié)構(gòu)，主要是以其抗彎能力來承受荷載。在豎向荷載作用下，其支撐處只產(chǎn)生豎向反力；一般，梁體結(jié)構(gòu)只受彎受剪不承受軸向力（如圖1-8所示）。梁橋包括簡支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋。懸臂梁簡支梁連續(xù)梁梁式橋

實(shí)例1洛陽黃河橋梁式橋

實(shí)例2開封黃河大橋梁式橋

實(shí)例3飛云江橋2.拱式橋

拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋。這種結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺(tái)將承受水平推力。

同時(shí)，這種水平推力將顯著抵消荷載所引起在拱圈(或拱肋)內(nèi)的彎

矩作用。因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和變形要小得多。鑒

于拱橋的承重結(jié)構(gòu)以受壓為主，通常就可用抗壓能力強(qiáng)的圬工材料

(如

磚石、混凝土)和鋼筋混凝土等來建造。拱橋的跨越能力很大，

外形也較美觀，在條件許可的情況下，修建圬工拱橋往往是經(jīng)濟(jì)合理的。但為了確保拱橋能安全使用，下部結(jié)構(gòu)和地基必須能經(jīng)受住很大

水平推力的不利作用。拱式橋

實(shí)例1趙州橋主跨(MainSpan)：37.02米

設(shè)計(jì)單位(Designedby)：李春

橋梁類型(TypeoftheBridge)：古代橋梁、圬工拱橋、拱橋

建成時(shí)間(completedyear)：公元605年拱式橋

實(shí)例2拱式橋

實(shí)例33.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)，梁和柱的連接處具有很大的剛性（如圖所示）。在豎向荷載作用下，梁部主要受彎，而在柱腳處也具有水平反力，其受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間。因此，對(duì)于同樣的跨徑，在相同的荷載作用下，剛架橋的跨中正彎矩要比一般梁橋的小。根據(jù)這一特點(diǎn)，剛架橋跨中的建筑高度就可以做得較小。在城市中當(dāng)遇到線路立體交叉或需要跨越通航江河時(shí)，采用這種橋型能盡量降低線路標(biāo)高以改善縱坡并能減少路堤土方量。當(dāng)橋面標(biāo)高已確定時(shí)，能增加橋下凈空。剛架橋的缺點(diǎn)是施工比較困難。剛架橋

實(shí)例1剛架橋

實(shí)例2虎門大橋主跨為T型剛構(gòu)，其余各跨為連續(xù)梁剛架橋

實(shí)例3剛架橋

實(shí)例4剛架橋

實(shí)例54.懸索橋

懸索橋（也稱為吊橋），由橋塔、錨碇、纜索、吊桿、加勁梁及索鞍等主要部分組成（如圖1-10所示）。活載、橋面和加勁梁荷載通過吊桿傳給纜索，纜索通過索鞍支承在橋塔上，兩端錨固在錨碇結(jié)構(gòu)上。懸索橋的主要承載結(jié)構(gòu)為主纜。主纜由高強(qiáng)鋼絲編制而成。該橋型輕巧美觀，是跨越能力最大的橋型，其主要缺點(diǎn)是剛度小，一般不用于鐵路橋。瀘定鐵索橋懸索橋

實(shí)例1汕頭海灣大橋懸索橋

實(shí)例2香港青馬大橋懸索橋

實(shí)例35.組合體系橋?qū)⑸鲜鰩追N結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的組合應(yīng)用，即形成組合體系橋梁。常見的組合方式是梁、拱結(jié)構(gòu)的組合（如系桿拱橋，圖1-12a、b所示）和梁、索、塔的組合（如斜拉橋，圖1-12c所示）。

斜拉橋是由梁、塔和斜索（拉索）組成。在豎向荷載作用下，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)扣拉，表現(xiàn)出彈性支承連續(xù)梁的特點(diǎn)。因此，梁體荷載彎矩減小，梁體高度可以降低，從而減輕了結(jié)構(gòu)自重并節(jié)省了材料。另外塔和斜索的材料性能也能得到較充分的發(fā)揮。因此，斜拉橋是近幾十年來發(fā)展很快的一種橋型。梁、拱、吊組合體系同時(shí)具備梁的受彎和拱的承壓特點(diǎn)，可以是剛性拱及柔性拉桿，也可以是柔性拱及剛性梁。這類結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：利用梁部受拉來承受和抵消拱在豎直荷載下產(chǎn)生的水平推力，這樣，橋跨結(jié)構(gòu)既具有拱的外形和承壓特點(diǎn)，又不存在很大的水平推力，可在一般地基條件下修建，相對(duì)而言這種

組合體系的施工較為復(fù)雜。斜拉橋

實(shí)例1斜拉橋

實(shí)例2橋梁分類多孔跨徑總長Lz（m）單孔跨徑Lk（m）特大橋