桥梁工程第一章--绪论课件.pptx

1、2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系1上一页 下一页目目 录录第一章 绪论第二章 桥梁规划设计概述及桥梁设荷载第三章 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥第四章 圬工与钢筋混凝土拱桥第五章 其他类型桥梁简介第六章 桥梁墩台与基础附录返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系2上一页 下一页第一章第一章 绪绪 论论v桥梁工程是有关桥梁勘测、设计、施工、养护、维修和检定及与桥梁相关的科学研究和工程技术的总称。它是土木工程的一个重要组成部分。本课程主要介绍桥梁的构造和结构设计及相关概念和基本理论；介绍桥梁工程其他方面的基础知识和相关内容。1.1 桥梁在交通和交通发展中的作用及

2、桥 梁工程发展简史 1.1.1 桥梁在交通和交通发展中的作用 1.1.2 桥梁工程发展简史1.2 桥梁的基本组成及分类 1.2.1 桥梁的基本组成部分 1.2.2 桥梁的分类返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系3上一页 下一页1.1.1 1.1.1 桥梁在交通和交通发展中的作用桥梁在交通和交通发展中的作用v桥梁是最重要的交通设施之一。它在交通和交通发展中起着非常重要的作用，随着陆路交通的发展，它的这种作用变得越来越明显。v由于自然地理环境的原因，构成交通网的道路常常会遇到各种障碍，如河流、山谷或其它交通线路等，通常跨越这些障碍必须建设各种类型的桥梁。v桥梁是交通网上十分重要

3、的环节，直接影响到当地的社会进步、经济发展和文化交流。良好的交通设施、完善的交通网络是现代文明的重要标志之一。v从古至今交通的发展与桥梁工程的发展相互促进密不可分。v交通的发展与不同历史时期社会发展对交通的需求有十分密切的关系，与当时社会生产力的发展水平、工业制造水平以及道路与桥梁的设计和施工水平也有密不可分的关系。返回江苏交通图2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系4上一页 下一页1.1.2 1.1.2 桥梁工程发展简史桥梁工程发展简史1.古代桥梁工程的成就2.近代桥梁工程的成就 3.现代桥梁工程的发展 4.桥梁工程未来的发展方向 返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院

4、交通工程系5上一页 下一页1.1.古代桥梁工程的成就古代桥梁工程的成就v中国是有着悠久历史和灿烂文化的文明古国，造桥的历史同样相当久远。古代的桥梁主要以木材、石料和铁链以及用粘土烧制的砖作为建筑材料。我国历史上记载最早的桥梁有：渭河上的浮桥渭河上的木柱木梁桥樊河铁链桥安澜桥保留至今的古代桥梁主要有石拱桥、石梁桥和铁链桥。v国外古代桥梁返回木桥示例2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系7上一页 下一页古代拱桥古代拱桥苏州宝带桥苏州宝带桥又名小长桥，始建于唐元和十一至十四年（816819年）。全桥有53孔，总长近317m，其中桥孔长249.8m，桥顶宽4.1m，桥端宽6.1m。宝带桥

5、为薄墩联拱桥，墩厚仅0.6m，与最大一孔跨径6.95m相比，接近1/12，使全桥显得轻盈秀丽，还可增大泄水面积减少洪水对桥身的冲击。宝带桥的泄水面积达85%，居古桥之首。继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系8上一页 下一页古代拱桥古代拱桥卢沟桥卢沟桥卢沟桥在北京广安门外30公里，跨永定河。桥始建于金大定二十八年(公元1188年)，完工于金明昌三年(公元1192年)。桥全长212.2m，共11孔，净跨不等，自11.4m至13.45m，桥宽9.3m，墩宽6.5m至7.9m米。拱券接近半圆形。桥墩迎水面有尖端镶有三角铁柱的分水尖，背水面为削角方形。桥面上石拦杆共269间，各望柱头

6、上，雕刻有石狮485个。 继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系9上一页 下一页古代拱桥古代拱桥玉带桥玉带桥 玉带桥位于北京颐和园昆明湖长堤上，建于清乾隆年间(公元17361795年)。该桥单孔净跨11.38m，矢高约7.5m，全部用玉石琢成，桥面是双反向曲线，组成波形线桥型，配有精制白石栏板。蛋尖形桥拱，特别高耸，好似玉带。玉带桥的造型具有我国长江三角洲地区石拱桥的风格，以纤秀挺拔，轻巧为其之特色。并与周围环境相协调，是湖光山水增色。继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系10上一页 下一页古代拱桥古代拱桥十七孔桥十七孔桥十七孔桥位于北京市颐和园东堤上。清乾

7、隆年间(公元17361795)建。是一座式样美观的连拱大石桥，桥面呈拱状隆起，形如初月，桥栏柱上雕镂小狮，形态各异。桥中各孔跨径以中孔最大，约8m，向边孔逐渐变小，最小约4.14m。返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系11上一页 下一页古代梁桥古代梁桥万安桥万安桥泉州万安桥，俗称洛阳桥，建于洛阳江入海口。桥始建于宋皇佑五年,完成于宋嘉裕四年。桥总长约834米，石墩、石梁共有孔，每孔约1117米，桥宽3.7米。采用磐石遍铺桥位江底为桥基，在其上养殖海生牡蛎，使江底磐石胶固成整体，然后在磐石桥基之上垒纵横石条成桥墩，再架设石梁。每孔花岗岩石梁有7根，每根梁高约0.5m，宽0.6

8、m，长约12m。万安桥开现代筏形基础之先河，创世界绝无仅有之造桥方法，成就惊人。 上一页下一页继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系12上一页 下一页古代梁桥古代梁桥虎渡桥虎渡桥又名江东桥，位于福建省漳州市城东16公里处，跨越九龙江的北溪下游。宋绍熙年间(公元11901194年)始建浮桥，明嘉靖四十四年(公元1565年)建石梁桥，是我国十大古名桥之一。桥全长335m，共25空，桥宽5.6m，跨径长短不一，最大跨径为23.7m，用根宽1.7m，高1.9m，重达207吨的石梁并铺成桥面。据史料记载，如此重的巨大石梁是利用潮水涨落浮运架设,足见我国古代工匠的聪明和智慧。继续2022

9、-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系13上一页 下一页古代梁桥古代梁桥霁玉桥霁玉桥又名金堂桥。相传建于三国时期，石平桥，共6孔，跨径3m。墩宽1.5m，桥长28m，为抗山洪，桥墩迎水面分水尖锐突。虽桥已建数百年，桥面石板也多次更迭，然桥墩依故。桥堍有香樟树三棵，已有八百余年的历史。返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系14上一页 下一页古代索吊桥古代索吊桥v我国西南地区山高林密，坡陡谷深，早就建有悬索吊桥，迄今至少有三千年左右的历史。早期以竹、藤为悬索和吊索，称为竹索桥或藤索桥。春秋战国时期拥有冶铁、锻铁技术之后，逐渐以铁链作为悬索和吊索，称为铁链桥。这类桥是现代斜索

10、桥和斜拉桥的原始桥型。上一页下一页继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系15上一页 下一页古代吊桥古代吊桥霁虹桥霁虹桥霁虹桥是我国现存最早的铁链桥之一。位于云南永平的“澜沧古渡”，横跨澜沧江。自汉朝就建有竹索桥，14651487年改建为铁链桥。桥全长为113.4m，桥宽3.7m，净跨径为57.3m，全桥共14条铁链，2条扶栏铁链，每侧各一条，12条承重底铁链，锚固于两岸的桥台上，底铁链上铺设纵横木板，此桥至今仍在使用。此外保留至今的尚有建于1706年的四川泸定横跨大渡河的铁链桥，净跨100m，桥宽2.8m，由13条固定于两岸的铁链组成。继续2022-4-16南京工业大学土木工

11、程学院交通工程系16上一页 下一页古代索桥古代索桥沪定铁索桥沪定铁索桥四川沪定铁索桥，跨越大渡河，位于川、藏要道，是铁索桥中现存制作最精良的一座。桥始建于清康熙四十四年(公元1705年），次年完成。桥净跨100m，桥宽2.8m，上铺木板，底索9根，每根索长约128m，两侧各有两根栏杆索，由四川善于制作铁索桥的全天州修建。两岸石砌桥台，用台身自重来平衡铁索的拉力。返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系17上一页 下一页国外古代桥梁国外古代桥梁加尔德输水桥加尔德输水桥国外保留至今的古代桥梁大多为石拱桥。最为著名的一座是位于法国南部尼姆(Nimes)附近，建于公元前6313年古罗马

12、时代的加尔德(Pont du Gard)输水桥。全桥由三层圆弧拱组成，底层和二层各有6孔和11孔大拱，顶层为36孔小拱，拱上支承带有盖板的输水槽。继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系18上一页 下一页国外古代桥梁国外古代桥梁天使桥天使桥意大利罗马台伯河(Tiber)上的天使桥建于公元136年，也是古罗马时代留下的、至今仍在使用的多孔圆弧拱桥。古罗马时代的石拱桥至今尚有许多遗存，其建筑技术和结构造型对拱桥的历史发展有着极为深远的影响。返回石拱桥示例2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系19上一页 下一页2.2.近代桥梁工程的成就近代桥梁工程的成就 v始于意大利的

13、欧洲文艺复兴运动推动了科学技术的发展，建立和完善了近代科学体系。v十九世纪初发明了水泥，随后又发明了钢材和钢筋混凝土，使桥梁及桥梁工程的发展出现质的飞跃。v新的运输工具火车和汽车的出现对这一发展产生了重大影响。 v近代有代表性的桥梁有：v1855年起法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的石拱桥 v1870年德国建造了第一批采用硅酸盐水泥的混凝土拱桥 v美国在1874年建成了主跨径为158m的（St.Louis）钢桁架拱桥 v1883年建成了主跨为487m的布鲁克林悬索桥 v1890年英国建成主跨度为512m的福斯湾悬臂钢桁架梁桥 继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系20上一页

14、下一页近代有代表性的桥梁近代有代表性的桥梁v加拿大1917年建成主跨为549m，世界上跨径最大的钢悬臂桁架梁桥(第二魁北克桥)v澳大利亚1932年建成主跨为503m的钢桁架拱桥(悉尼海港大桥)v美国1917年建成主跨为219m，当时世界上跨径最大的简支钢桁架梁桥(Metropolis)。v美国1931年建成主跨为504m，当时为世界上跨径最大的Bayonne钢桁架拱桥v美国1937年建成主跨为1280m，当时为世界上跨径最大的悬索桥金门大桥v法国在1930年建成三孔跨径为186m的Plougastel钢筋混凝土拱桥，并用28只液压千斤顶在拱顶处对拱圈内力进行调整。v瑞典在1943年建成主跨为2

15、64m，当时为世界上跨径最大的钢筋混凝土拱桥(Sandoe)返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系21上一页 下一页3.3.现代桥梁工程的发展现代桥梁工程的发展(1)(1) v社会发展的需要、计算机的发明和应用、预应力混凝土技术的成熟和广泛使用以及新的大跨度桥梁施工方法的发明和施工机械的进步，使桥梁和桥梁工程进入了现代化高速发展时期。v在桥梁设计理论方面，大多数国家普遍采用极限状态设计法代替了以弹性理论为基础的允许应力法。由于大跨度桥梁结构的出现，使结构振动、稳定、疲劳和结构的非线性理论在桥梁设计中得到广泛运用。v在桥梁结构施工技术方面，德国最早利用预应力技术把悬臂施工技术成

16、功地用于预应力混凝土桥梁的施工，克服了大跨度桥梁施工的难题。创立了现代大跨度桥梁悬臂施工技术。 v20世纪50年代至今是桥梁和桥梁工程发展最为迅速的时期。德国桥梁专家利用悬索桥和拉索桥的受力原理在1952 年设计完成了第一座主跨为260m的现代钢斜拉桥(杜塞尔多夫北桥)。继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系22上一页 下一页3.3.现代桥梁工程的发展现代桥梁工程的发展(2)(2)v悬臂施工技术使刚架桥和大跨径拱桥及其它组合结构桥得到迅速的发展。v现代代表性的桥梁有现代代表性的桥梁有：v挪威采用悬臂施工方法建造的连续刚架桥，位于艾于斯特沃尔的Stomasundet桥，其最大跨

17、径已达301m，1998年建成。1997年我国建成类似的桥梁虎门大桥辅航道桥，跨度已达270m。v1970年美国建成跨度为518米的钢桁架拱桥新河峡谷大桥；前南斯拉夫在1980年采用悬臂施工方法建成了跨度为390m的钢筋混凝土箱型拱桥(KRK-桥)。1995年我国用类似的施工方法建成了跨度为330m的桁式组合箱型拱桥(贵州江界河)；在1998年采用刚性骨架施工法建成了跨度为420m的世界第一大的钢筋混凝土箱型拱桥(重庆万州长江大桥)。2003年建成目前世界第一大跨550米钢管混凝土拱桥上海卢浦大桥。继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系23上一页 下一页现代代表性的桥梁现代代

18、表性的桥梁v最大跨度的预应力混凝土斜拉桥是主跨为530m的挪威斯卡尔桑德大桥。上海于1993年建成的杨浦大桥主跨为602m，是第一座跨越600m的斜拉桥；日本1999年施工完成的多多罗钢斜拉桥，其主跨达890m。其次是法国的诺曼底大桥，其主跨径为856m的钢箱梁。2001年完成的南京长江二桥主跨达到628m。v日本1991年建成主跨为400m、跨径最大的钢桁架连续梁桥；v巴西1974年建成主跨为300m、跨径最大的钢箱梁桥；v美国1973年建成主跨为227m、跨径最大简支钢桁架梁桥；v英国1981年建成主跨为1410m、亨伯尔悬索桥；v日本1998年建成主跨为1991m、跨径最大明石海峡悬索桥

19、；v丹麦1998年建成主跨为1624m、大贝尔特东悬索桥；v我国1999年建成主跨为1385m、江阴长江悬索桥。返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系24上一页 下一页4.4.桥梁工程未来的发展方向桥梁工程未来的发展方向 v中小跨度的桥梁主要向标准化设计和连续化方向发展。 v在桥梁设计的概念和理论方面，不仅要考虑桥梁结构的静力特性，还需从桥梁结构的动力特性、稳定性、耐久性和桥梁振动产生的噪音等多方面给予考虑。v在设计方法和计算手段方面，将会以计算机应用为主，并且朝着设计、计算、绘图一体化的方向发展。 v在桥梁施工方面，对中小跨度桥梁主要向标准化工厂预制、现场安装方向发展，对大

20、跨度桥梁则向无支架施工方法发展。基础施工将普遍采用钻孔灌注桩施工方法。返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系25上一页 下一页1.21.2桥梁的基本组成及分类桥梁的基本组成及分类 v桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、山谷或其它交通线路等各种障碍物时所使用的承载结构物。 1.2.1 1.2.1 桥梁的桥梁的基本组成部分基本组成部分v上部结构(也称桥跨结构)是指桥梁结构中直接承受车辆和其它荷载，并跨越各种障碍物的结构部分。一般包括桥面构造、桥梁跨越部分的承载结构和桥梁支座。v桥梁下部结构是指桥梁结构中设置在地基上用以支承桥跨结构，将其荷载传递至地基的结构部分，包括桥

21、墩、桥台及墩台基础。桥墩两侧均为桥跨结构；桥台一侧为桥跨结构，另一侧为路堤，桥台两侧通常设置石砌锥形护坡或护岸；墩台基础是桥梁结构的根基，对桥梁结构的安全使用起着举足轻重的作用。 继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系26上一页 下一页桥梁桥梁有关技术术语有关技术术语-1-1v有关水位的定义：低水位；高水位；通航水位；最高流冰水位；设计洪水位。v桥长(L)：一般把桥梁两端桥台的侧墙或八字墙尾端点之间的距离称为桥梁全长，简称桥长。v桥梁的跨径总长：桥梁两端桥台台背前缘间的距离。v桥梁的单孔跨径(l) ：指桥墩中线间距离或桥墩中线与桥台背前缘的间距，对于拱式桥是指其净跨径。v桥梁

22、净跨径(l0)：对于梁式桥净跨径是指设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距，而拱式桥是指每孔拱跨拱脚截面内边缘之间的距离。v总跨径是多跨桥梁各孔净跨径的总和(l0)，也称桥梁孔径。继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系27上一页 下一页桥梁的桥梁的有关技术术语有关技术术语-2-2v计算跨径(l)：对于梁式桥是指桥跨两端相邻支座中心之间的距离。对于拱式桥是指拱轴线两端点之间的距离。v桥梁建筑高度(h)：指桥上行车路面（或轨顶）与桥跨结构下边缘之间的高差。 v桥下净空高度(H)：设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构下边缘之间的距离。v桥梁高度(H1) ：低水位至桥面的高差。对

23、于跨线桥是指桥下道路路面至桥面的高差。桥高的不同对桥梁施工的要求也不同，其施工的方法和难度会有很大差异。返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系28上一页 下一页1.2.2 1.2.2 桥梁的分类桥梁的分类(1)(1) 桥梁有许多分类方式，人们通常根据桥梁的结构形式、所用材料、所跨越的障碍以及其用途、跨径大小等对桥梁进行分类： v根据桥梁主跨结构所用材料分为木桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥和钢桥。v根据桥梁所跨越的障碍物，可分为跨河桥、跨海峡桥、立交桥、高架桥等等。 v根据桥梁的用途，可分为公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、运水桥、农桥以及管道桥等等。v根据桥梁跨径

24、总长L和单孔跨径l的不同，桥梁可分为特大桥、大桥、中桥、小桥以及涵洞结构。v根据桥面在桥跨结构中的位置，桥梁可分为上承式桥梁、中承式和下承式桥。继续2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系29上一页 下一页1.2.2 1.2.2 桥梁的分类桥梁的分类(2)(2)v根据桥梁的结构形式划分。在桥梁结构设计中，一般按桥梁的结构形式(也称结构体系)将其分为四个基本类型以及这些基本类型的组合形式(图1-9)。其组合形式有多种多样，如斜拉桥，系杆拱桥等。各种结构形式其受力特点、适应范围都有很大差异。按照结构形式划分的桥梁类型为： 梁式桥 拱式桥 刚架桥 悬吊式桥 组合形式桥如系杆拱桥，斜拉桥等

25、返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系30上一页 下一页1.1.梁式桥梁式桥v梁式桥的特点是其桥跨的承载结构由梁组成。在竖向荷载作用下梁的支承处仅产生竖向反力，而无水平反力(推力)。v梁式桥的内力以弯矩和剪力为主，水平轴力和扭矩相对很小。v荷载作用方向通常与梁的轴线相垂直，梁主要通过抗弯来承受荷载，并通过支座将其传递至下部结构。v梁式桥可分为简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥。 返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系31上一页 下一页2.2.拱式桥拱式桥v拱式桥是桥梁工程中广泛采用的桥型之一。 v拱式桥的特点是其桥跨的承载结构以拱圈或拱肋为主。在竖向荷载作用下，两

26、拱脚处不仅产生竖向反力，还产生水平反力（推力）。v拱式桥是钢筋混凝土桥和圬工桥最合理的结构形式之一。v拱式桥的基本结构体系可分为有铰拱和无铰拱。v拱式桥适建于地质和地基条件良好的桥址。返回2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系32上一页 下一页3.3.刚架桥刚架桥v刚架桥是由桥跨结构(主梁)与墩台(支柱、板墙)整体相连而形成的结构体系，其梁柱结点为刚结。v在荷载作用下，其结构中梁和柱(支柱、板墙)的截面均作用有弯矩、剪力和轴力。v T形刚架桥属于无推力结构，与其它刚架桥的受力特点根本不同。T形刚架桥的悬臂部分主要承受负弯矩，一般为对称设置。返回v刚架桥的外形尺寸较小，桥下净空较大

27、，视野开阔，适用于建筑高度受限、需要较大桥下净空的情况。v刚架桥设计必须考虑附加内力。大跨度预应力刚架桥近年来发展迅速。v刚架桥要求桥址有较好的地基条件或采用深基础。2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系33上一页 下一页4.4.悬索桥悬索桥v悬索桥的特点是主要承载结构由桥塔和悬挂在塔上的高强度柔性缆索及吊索、加劲梁和锚锭结构组成。主缆索是主要承重结构，但其仅承受拉力。这种桥型能以较小的建筑高度跨越其它任何桥型无法比拟的特大跨度。返回v悬索桥在设计计算时，除需考虑其结构的静力特性外，还必须考虑其结构的动力特性，尤其它的抗风稳定性(Tacoma桥风毁实例、 Tacoma新桥)。计算

28、通常采用有限变形理论。2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系34上一页 下一页5.5.组合式桥组合式桥v组合式桥是由几个不同的基本类型结构所组成的桥。各种各样的组合式桥根据其所组合的基本类型结构不同，其受力特点也不同，往往是所组合的基本类型结构的受力特点的综合表现。v常见的这类桥型有梁与拱组合式桥，如系杆拱、桁架拱及多跨拱梁结构等；悬索结构与梁式结构的组合式桥，如斜拉桥等。返回v系杆拱桥 系杆拱是典型的梁和拱组合的无推力结构体系。这一桥型的实用跨径为30100m，最大跨径已达150m。2022-4-16南京工业大学土木工程学院交通工程系35上一页 下一页斜拉桥斜拉桥(独塔斜拉桥独塔斜拉桥、双塔斜拉桥双塔斜拉桥、多塔斜拉桥、多塔斜拉桥)v斜拉桥由主梁、拉索和索塔组成。v在结构体系中，斜拉索中荷载所引起拉力的水平分量，使梁结构承受轴向压力，相当于对梁结构施加预应力；其竖向分量为主梁提供弹性支承。v与悬索桥相比，抗风稳定性明显改善，不需要巨大的锚锭结构。与梁式桥相比，主梁结构的内力分布更均匀合理。v这一桥型的实用跨径为1501000m，最大跨径已达890m。目前在建的苏通长江大桥跨径为1088m，2008年建成。返回