桥梁与隧道工程.ppt

桥梁与隧道工程黄 今前 言u课程地位重要的专业必修课u主要内容桥梁的分类、组成、受力特点、构造；常用桥梁（包括简支梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥）的设计和构造原理、计算理论和计算方法；桥梁支座、墩台、桥台构造及设计方法；桥梁上、下部施工方法，包括简支梁、拱桥的施工，刚性扩大基础、桩基础的施工；隧道分类、结构构造及主要施工方法第一篇 桥梁上部第一章 总论第一节 桥梁的地位和发展状况一、桥梁的地位桥梁是交通设施的重要组成部分 -跨越河流、沟谷或其他线路道路工程的关键节点-里程不长、难度高、造价大、工期长城市立体交通的主要构成-立体交叉-高架道路二、我国古代桥梁的成就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 安澜桥古代拱桥赵州桥又称安济桥，位于河北省赵县境内，建于隋开皇年间（公元595605年），由隋匠李春建造，距今已有近1400年历史，它是世界上现存最早，保存最完整的石拱桥之一，特别是拱上加拱的“敞肩拱”的运用，更为世界桥梁史上的首创。赵州桥全长64.4米，拱顶宽9米，拱脚宽9.6米，跨径37.02米，拱矢7.23米。古代拱桥苏州宝带桥 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。古代拱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。拱圈接近半圆形。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，各望柱头上，雕刻有石狮485个。古代拱桥玉带桥 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，使湖光山水增色。古代拱桥十七孔桥 十七孔桥位于北京市颐和园东堤上。清乾隆年间(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。古代梁桥万安桥 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0.6m，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。古代梁桥虎渡桥 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。古代梁桥霁玉桥 又名经堂桥。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。桥头有香樟树三棵，已有八百余年的历史。古代索吊桥 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。这类桥是现代斜索桥和斜拉桥的原始桥型。古代吊桥霁虹桥 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。古代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。国外古代桥梁加尔德输水桥 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。国外古代桥梁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。三、我国近现代桥梁的成就桥型桥型最大跨径最大跨径桥名桥名梁桥梁桥270m270m虎门辅航道桥虎门辅航道桥拱桥拱桥550m550m上海卢浦大桥上海卢浦大桥斜拉桥斜拉桥628m628m南京长江二桥南京长江二桥悬索桥悬索桥1490m1490m润扬长江大桥润扬长江大桥桥梁建设规模虎门辅航道桥上海卢浦大桥南京长江二桥润扬长江大桥基础工程水深50米已经解决100米以上尚待探索设计水平允许应力法极限状态法可靠度理论四、世界桥梁成就桥梁建设规模新材料的应用预应力技术的应用计算机技术的应用洲际联络工程世界十大悬索桥日本明石海峡大桥 大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间，全长3911米，主桥墩跨度1991米。两座主桥墩海拔297米，基础直径80米，水中部分高60米。两条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆组成，重约5万吨。大桥于1988年5月动工。1998年3月竣工。丹麦大贝尔特桥位于丹麦哥本哈根，全长17.5公里，1998年竣工通车润扬长江公路大桥连接江苏镇江与扬州，工程全长35.66公里(南延伸段12公里)，由北接线、北接线高架桥、北引桥、北汊斜拉桥、世业洲互通、南汊悬索桥、南引桥、南接线、南接线延伸段9个部分组成。世界十大斜拉桥日本多多罗大桥 位于日本本州四国连络西线尾道今治线的中央部位,是连接生口岛(广岛县)和大三岛(爱媛县)的重要工程。全桥长1480m,主跨径达890m。法国诺曼底大桥 跨越塞纳河，连接法国翁弗勒尔河勒哈弗尔两地，于1995年1月26日正式通车。桥梁全长2141.25m，主跨856m，为混合式斜拉桥，两岸引桥分别长737.50m和547.75m。世界十大混凝土拱桥万县长江大桥 大桥位于重庆万州区（原万县市）黄牛孔处，大桥一跨飞渡长江，全长 856.12米，主拱圈为钢管混凝土劲性骨架箱型混凝土结构，主跨420米，桥面宽24米，为双向四车道，是世界最大跨径的混凝土拱桥。克尔克1号桥 位于克罗地亚首都萨格勒布西南，全桥由跨度390米(大陆至圣马尔科岛)和244米（圣马尔科岛至克尔克岛）的两座钢筋混凝土上承式拱桥组成，两桥相距235米，在马尔科岛上用一段96米长的公路连接。世界十大预应力混凝土梁桥挪威斯托尔马桥挪威拉脱圣德桥 第一章 概论第二节 桥梁的组成与分类一、桥梁的组成从传递荷载功能划分：桥跨结构（上部结构）直接承担使用荷载桥墩、桥台、支座（下部结构）将上部结构的荷载传递到基础中去挡住路堤的土，防止路堤滑塌保证桥梁的温差伸缩基础将桥梁结构的反力传递到地基桥梁有关技术术语-1有关水位的定义：低水位；高水位；通航水位；设计洪水位。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。桥梁的跨径总长(L1)：桥梁两端桥台台背前缘间的距离。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。桥梁净跨径(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。总跨径：是多跨桥梁各孔净跨径的总和(l0)，也称桥梁孔径。桥梁的有关技术术语-2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。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。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。桥梁高度(H1)：低水位至桥面的高差。对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。桥梁的有关技术术语-3净矢高(f0)：拱桥从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。计算矢高(f)：从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离。矢跨比：计算矢高f与计算跨径l之比。二、桥梁的分类1、按跨径大小分类我国公路工程技术标准桥梁分类 国际特大桥梁分类标准 二、桥梁的分类2、按桥面的位置划分上承式视野好、建筑高度大下承式建筑高度小、视野差中承式兼有两者的特点二、桥梁的分类二、桥梁的分类上承式拱桥 上承式拱桥 二、桥梁的分类中承式拱桥 中承式拱桥 二、桥梁的分类下承式拱桥 下承式拱桥 3、按桥梁用途来划分公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥农桥、人行桥、运水桥(渡槽)其它专用桥梁(如通过管路、电缆等)二、桥梁的分类4、按材料来划分木桥钢桥圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)钢筋混凝土桥预应力钢筋混凝土桥二、桥梁的分类5、按结构体系划分梁式桥主梁受弯拱桥主拱受压刚架桥构件受弯压悬索桥缆索受拉组合体系桥几种受力的组合二、桥梁的分类(1)梁式桥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)。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。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。梁式桥可分为简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥。梁式桥(2)拱式桥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，两拱脚处不仅产生竖向反力，还产生水平反力（推力）。拱式桥是钢筋混凝土桥和圬工桥最合理的结构形式之一。拱式桥的基本结构体系可分为有铰拱和无铰拱。拱式桥适建于地质和地基条件良好的桥址。拱桥(3)刚架桥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。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。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。刚架桥的外形尺寸较小，桥下净空较大，视野开阔，适用于建筑高度受限、需要较大桥下净空的情况。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。刚架桥要求桥址有较好的地基条件或采用深基础。刚架桥(4)悬索桥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。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。计算通常采用有限变形理论。悬索桥(5)组合式桥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。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。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30-100m，最大跨径已达150m。斜拉桥(独塔斜拉桥、双塔斜拉桥、多塔斜拉桥)斜拉桥由主梁、拉索和索塔组成。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。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。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。组合体系桥梁6、按跨越方式固定式的桥梁开启桥浮桥漫水桥二、桥梁的分类开启桥7、按施工方法整体施工桥梁上部结构一次浇筑而成节段施工桥梁上部结构分节段组拼而成二、桥梁的分类二、桥梁的分类整体施工桥梁二、桥梁的分类节段施工桥梁第一章 概论第三节 桥梁的总体规划与设计要点一、一、桥梁梁设计程序程序（一）前期工作预可行性研究报告与可行性研究报告的编制1.工程必要性工程必要性论证2.工程可行性工程可行性论证制定桥梁标准、自然条件及周围环境、桥式方案、桥位3.经济可行性可行性论证造价及回报、资金来源及偿还（二）初步设计1.1.进一步开展水文、勘测工作2.2.桥式方案比选3.3.科研项目立项4.4.施工组织设计5.5.概算（三）技术设计进一步深化初步设计：充分勘探、确定细部尺寸、截面配筋、确定施工方法、调整概算（四）施工图设计编制施工图、编制工程预算中小桥可以简化程序国外施工设计由施工承包商进行国内所有设计由设计单位进行二、二、桥梁的梁的规划划设计（一）野外勘测与调查研究1.桥梁的任梁的任务确定确定桥梁的梁的规模模2.选择桥位位确定路确定路桥的关系等的关系等3.测量地形量地形测绘地形地形图4.钻探探桥位位工程地工程地质报告告5.水文水文调查确定确定桥梁跨径和梁跨径和净空空6.其它情况其它情况材料、材料、电力、施工道路等力、施工道路等（二）纵断面设计1.总跨径跨径2.桥梁分孔梁分孔3.桥面面标高高4.桥下下净空空满足通航要求及洪水位足通航要求及洪水位5.纵坡坡公路工程技公路工程技术标准准有有规定定（三）横断面设计1.桥梁梁宽度度公路工程技公路工程技术标准准中中规定定各各级公路行公路行车道道宽度、中度、中间带宽度、路肩度、路肩宽度度2.桥面面净空空满足足公路工程技公路工程技术标准准中的中的建筑界限建筑界限规定定（四）平面布置确定路、桥、水流的关系W行车道宽度（见表1-1-8的规定)；C当计算行车速度等于或大于100km/h时为0.5m,小于100km/h时为0.25m；L1、L2公路左、右侧硬路肩或紧急停车带的宽度；L侧向宽度；S1行车道左侧路缘带宽度；S2行车道右侧路缘带宽度；M1中间带宽度；M2中间分隔带宽度；E建筑限界顶角宽度；H净高。公路建筑限界公路建筑限界(尺寸尺寸单位：位：m)（五）桥梁设计原则适用经济安全美观环保与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁桥梁对环境的破坏桥梁对环境的破坏