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1、第一篇总论第一章概述第一节桥梁在交通建设中的地位和国内外桥梁的发展状况一、桥梁在交通建设中的地位桥：在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为跨越各种障碍（如江河、沟谷或其他路线等），而修建的构造物，我们称为桥梁（或涵洞）。桥梁既是交通线上重要的工程实体，又是一种空间艺术。建立四通八达的现代化交通网，大力发展交通运输事业，对于发展国民经济，加强全国各族人民的团结，促进文化交流和巩固国防等方面，都具有非常重要的作用。桥涵是交通线中的重要组成部分，而且往往是保证全线早日通车的关键。在经济上，桥梁和涵洞的造价一般说来平均占公路总造价的1020%。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要高度快速、机
2、动的现代战争中，它具有非常重要的地位。此外，为了保证已有公路的正常运营，桥梁的养护与维修工作也十分重要。纵观世界各国的大城市，常以工程雄伟的大桥作为城市的标志与骄傲。因而桥梁建筑已不单纯作为交通线上重要的工程实体，而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会之中。二、我国桥梁的成就我国的桥梁在上部结构、基础工程、设计水平、研究水平等领域已经有了相当大的成就，已属居世界领先水平。（1）上部结构：主跨超过200m的大型桥梁就有100多座，分布情况如下表：桥型建成数量最大跨径桥名世界排名建成年份梁桥10270m虎门大桥31996拱桥9420m万县长江大桥11997斜拉桥421088m苏通长江大桥1在建悬索
3、桥181650m舟山西堠门大桥2在建（2）基础工程我国在深水急流中修建了不少桥梁，已积累了极为可贵的深水基础工程的设计和施工经验。五十年代，我国修建武汉长江大桥时，在世界上首次采用了大型管柱基础。随后，这种先进深水基础型式得到了推广和发展，大型管柱的直径从1.55m发展到5.8m，最大埋置深度达47.5m。在沉井施工方面，由于成功地采用了先进的触变泥浆套下沉技术，大幅度地减小了基础圬工数量（据某大桥的实践，减小达一半），并使下沉速度加快311倍。在中、小跨径公路桥建设中，我国还广泛采用和推广了就地成孔的钻孔灌注桩基础。北镇黄河公路桥成功地采用这种基础施工，钻孔深度达104m。为了排除钻孔坍孔的
4、危险，又发展了套管法施工桩基础。在大跨桥梁中，除了采用大型管柱钻孔桩基础外，还有管柱桩与沉井组合基础，常用于深水桥墩。在大型基础施工中，还开创使用双壁钢围堰与钻孔灌注桩的基础。随着桥梁向大跨、轻型、高强、整体方向的发展，桥梁下部结构形式出现日新月异的变化。我国深水桥墩设计与施工水平，虽已处于世界前列,但我国江河纵横、海岸线很长，沿海有开发价值的岛屿众多,规划中的大桥甚至要修建70100米水深的基础工程。这将是桥梁工程与近海工程结合的发展时代。（3）设计水平目前桥梁设计理论已进展到极限状态设计方法，正在向可靠度理论方向发展。对中、小跨常用桥型广泛编制了标准设计图纸，为加速我国桥梁建设作出了巨大贡
5、献。在桥梁设计中，空间分析、结构复杂的次内力计算、稳定、振动与地震响应等方面进行了大量研究，并取得了有实际价值的成果。桥梁静、动力模型试验、野外测试、风洞试验的研究，又为我国发展长大桥梁提供了科学依据。三、外国桥梁的成就：（1）桥梁建设规模悬索桥：世界最大的悬索桥-日本的明石海峡大桥，主跨1991m。斜拉桥：世界最大的斜拉桥-日本的多多罗桥，主跨890m。混凝土拱桥：世界最大的混凝土拱桥-中国的万县长江大桥，主跨420m。预应力混凝土桥：世界最大的预应力混凝土桥-挪威的斯托尔马桥，主跨301m。（2）高强轻质材料的应用桥梁建筑材料在17世纪以前，主要是石与木料，虽然中国在11世纪就出现瓦，公元
6、前5世纪至三世纪就出现砖，人类第一次创造人工材料推动了房屋等工程的发展，但桥梁应用甚少。18世纪末，炼铁技术发展，开始应用于桥梁，1779年首次建成了铸铁拱桥（Coal bookrack桥，主跨30m）。留世于今的是著名法国巴黎塞纳河上的亚历山大三世铸铁拱桥（主跨107.5m,1899年)。19世纪有了锻铁，19世纪中叶出现了现代建筑钢材和钢丝，这是人工建筑材料又一次突破。20世纪，建筑钢材从普通钢发展到高强合金钢材、全气候钢，结构的连接从铆接、栓接、发展到焊接。结构高强轻型化，钢管、钢箱梁断面型式的应用，制造工艺自动化、工厂化、施工技术机械化，从而创造出千姿百态的现代钢桥。本世纪钢桥的发展主
7、要反应在悬索桥与斜拉桥的建设。悬索桥从本世纪初的1000m（纽约华盛顿，主跨1067m，1931年建成）至本世纪末突破至1991m。其标志性建筑为1937年建成的美国金门大桥（主跨988m，悬索桥，世界第一次创用扁箱流线型的加劲梁，改善了结构空气动力稳定性），1997年建成的中国香港特区青马大桥（主跨1377m，世界上跨径最大的现代化公铁两用桥）以及1998年建成的日本明石海峡大桥（主跨1991m，并在施工期间经受了1995年日本阪神大地震)。（3）预应力技术的应用20世纪建桥历史中最突出的成就是预应力混凝土技术的广泛应用，粗略估计，当今世界上70%以上的现代化桥梁都采用预应力混凝土新技术。由
8、于高强钢丝或钢绞线的防护愈来愈成熟可靠，预应力拉索技术不但应用于桥梁结构。而且渗透到各类结构中去，创造出各种索结构与索膜结构。从19世纪20年代制成波特兰水泥,经过一个世纪，出现了预应力混凝土。由于混凝土抗裂性能的提高使混凝土梁桥跨越能力大大提高。特别在20世纪50年代后，创造了混凝土桥梁的悬臂施工方法，由此发展了梁式桥、拱式桥的新结构型式。在六十年代预应力混凝土首次被应用于斜拉桥，即委内瑞拉的马拉开波桥。从此，预应力混凝土桥梁从世纪初跨越30米左右跃进到世纪末跨越500米左右（斯卡圣德脱Skarnsumdet桥）。此外，钢筋混凝土和预应力混凝土还大量应用于其它土木工程。因而，20世纪是钢筋混
9、凝土与预应力混凝土桥梁占主导地位的发展时期,法国、德国工程师们做出了卓越贡献。（4）计算机技术的应用20世纪因电子计算机出现，有了高速数值运算方法，使结构和力学理论注入新的生命力，使各类力学问题都可迎刃而解。不但在结构线性、非线性的空间分析、稳定分析、动力分析、风与地震响应分析有深入的发展，而且随着其它工业发展，科学试验手段更趋先进，特别是对结构防灾（大风、大地震）和科学试验方法的发展（风洞、地震模拟振动台），使人类能够建造更高的塔楼和更大跨的桥梁。（5）洲际连络桥建设海峡工程沟通全球交通，世纪初就是桥梁界的梦想。早在本世纪初，第一个海峡工程是美国的旧金山奥克莱海湾（San Francisco
10、 Oakland Bay）大桥，长6.8km，建成于1936年。发展到本世纪末的二十年中，联接日本的本州四国的三条联络线（海峡工程）将陆续建成，如1988年建成的兜岛-板出线,长9.9km，1998年建成的明石海峡大桥,3.91km，1999年建成的今治-尾道线，长60km。连接丹麦岛间的大带海峡（ Great Belt Strait）桥，长17.5km，建成于1988年。第二节桥梁的组成和分类一、桥梁的组成：五个大部件-桥跨结构、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础；五个小部件-桥面铺装、排水防水系统、栏杆、伸缩缝、灯光照明。（1）基本组成：桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”所组成。所谓五大部件
11、是指桥梁承受汽车或其他运载车辆荷载的桥跨上部结构与下部结构。它们要通过承受荷载的计算与分析,是桥梁结构安全性的保证。这五大部件是：桥跨结构-又称桥孔结构、上部结构，是线路遇到障碍(如江河、山谷或其它线路等)中断时,跨越这类障碍的结构物。作用：直接承受使用荷载；支座系统-它支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上。它应保证上部结构在荷载、温度变化或其他因素作用下所预计的位移功能。作用：支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台；桥墩-是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。作用：在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构；桥台-设在桥的两端，一端与路堤相接,并防止路堤滑塌,为保护桥台和路堤填土,桥台两侧常做一些防护工
12、程。另一侧则支承桥跨上部结构的端部。作用：支承桥跨结构，防止路堤滑塌；墩台基础-保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构部分。基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分,而且是常常需要在水中施工,因而遇到的问题也很复杂。作用：保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基。其中：桥跨上部结构包括：桥跨结构、支座系统；桥跨下部结构包括：桥墩、桥台、墩台基础；（2）附属设施：桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”所组成。所谓五小部件都是直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造，在桥梁设计中往往不够重视，因而使桥梁服务质量低下，外观粗糙。在现代化工业发展水平的基础上，人类的文明水平也极大提高。人们对桥梁行车
13、的舒适性和结构物的观赏水平要求愈来愈高。因而国际上在桥梁设计中很重视五小部件，这不但是“外观包装”,而且是服务功能的大问题。目前，国内桥梁设计工程师也越来越感受到五小部件的重要性。这五个小部件是：桥面铺装-又称行车道铺装，铺装的平整、耐磨性、不翘壳、不渗水是保证行车舒适的关键。特别在钢箱梁上铺设沥青路面的技术要求甚严。作用：保证行车舒适；排水防水系统-应迅速排除桥面上积水，并使渗水可能降低至最小限度。此外，城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上的漏水现象。作用：迅速排除桥面上积水；栏杆-又称防撞栏杆，它既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。作用：保证安全，利于观赏；伸缩缝-桥跨
14、上部结构之间，或在桥跨上部结构与桥台端墙之间，设有缝隙保证结构在各种因素作用下的变位。为使桥面上行驶顺直，无任何颠动，此间要设置伸缩缝构造。特别是大桥或城市桥的伸缩缝，不但要结构牢固，外观光洁，而且需要经常扫除深入伸缩缝中的垃圾泥土，以保证它的功能作用。作用：满足桥面变形；灯光照明-现代城市中标志式的大跨桥梁都装置了多变幻的灯光照明，增添了城市中光彩夺目的晚景。作用：方便夜间行车，增加城市美感。二、桥梁的主要尺寸和术语名称1、低水位、高水位、设计洪水位的基本概念2、与桥梁布置和结构相关的主要尺寸和术语名称净跨径：对于梁桥是设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距；对于拱桥是每孔拱跨两个拱脚
15、截面最低点之间的水平距离。计算跨径：指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离。总跨径：多孔桥梁中各孔净跨径的总和。桥下净空高度：设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构最下缘之间的垂直距离。建筑高度：上部结构底缘至桥面顶面的垂直距离。拱桥净矢高和矢跨比：拱桥从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点连线的垂直距离。净矢高与净跨径之比值称为矢跨比。三、桥梁的分类：按跨径大小：分为特大桥、大桥、中桥、小桥；桥梁结构两支点间的距离L0称为计算跨径。桥梁结构的力学计算是以计算跨径为准的。我国公路工程技术标准(JTJ B012003)规定特大、大、中、小桥的跨径划分为：桥梁分类多孔桥全长L(m)单孔跨径(m)特大桥L?1000l?150大 桥100L100040l150中 桥30L10020l40小 桥8L305l20涵洞l5按桥面位置：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-兼有两者特点。按用途：路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、运水桥及其它专用桥梁。按结构体系：梁式桥、拱桥、刚架桥、缆索承重体系、组合体体系。按跨越方式：固定式桥梁、开启桥、浮桥、漫水桥。按施工方法：整体施工桥梁-上部结构一次浇筑而成；
