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1、n1 前期已学课程:高等数学,力学,混凝土结构,钢结构等;n2 后续课程:桥渡设计,混凝土桥梁设计,钢桥设计,桥梁施工,桥梁课程设计;n3 桥梁毕业设计n1 课堂教学学时: 32学时;n2 课后自学学时: 32学时;n3 理论学习与桥梁工程实践相结合;n4 成绩评定方法:(1) 平时作业成绩记录(2) 考试成绩记录(3)二者结合进行评定n教材:教材:桥梁工程概论,李亚东主编,西南交通大学出版社,2019.2n参考书:参考书:桥梁工程,裘伯永、盛兴旺等主编,中国铁道出版社桥梁工程,范立础主编,人民交通出版社铁路钢筋混凝土桥(上、下),何广汉、车惠民、谢幼藩等主编,中国铁道出版社桥梁,胡匡璋主编,
2、中国铁道出版社n第一章 绪论(3学时)n第二章 桥梁工程的规划与设计(3学时)n第三章 桥梁的设计作用(荷载)(4学时)n第四章 桥面构造(4学时)n第五章 混凝土简支梁桥(8学时)n第六章 简支钢板梁和钢桁梁桥(2学时)n第七章 桥梁支座、墩台与基础(8学时)n第一节 桥梁概说n第二节 桥梁的组成、分类和结构体系n第三节 桥梁的建筑历史、现状及发展工程工程(engineering)是指应用科学知识和实践经验,采用指定材料制造出具备某种功能、满足人类需求的产品的技术。土木工程是其分支之一。土木工程土木工程(civil engineering)是以房屋、桥梁、道路等工程设施为研究对象的学科,是建
3、造各类工程设施的科学技术的统称。所谓工程设施,指由若干构件组成并固定于地面,为人们提供服务且能安全承受各种荷载的建筑结构物。土木工程既指工程设施本身,也指与其相关的各种技术活动。桥梁工程桥梁工程(bridge engineering)是土木工程的一个分支。“桥梁工程”一词通常有两层含义:一是指桥梁建筑的实体;二是指建造桥梁所需的科技知识,包括桥梁的基础理论和研究,以及桥梁的规划、设计、施工、运营、管理和养护维修等。桥梁桥梁(bridge)就是供车辆(汽车、列车)和行人等跨越障碍(河流、山谷、海湾或其他线路等)的工程建筑物。简而言之,桥梁就是跨越障碍的通道。“跨越”一词,突出表现出桥梁不同于其他
4、土木建筑的结构特征。从线路(公路或铁路)的角度讲,桥梁就是线路在跨越上述障碍时的延伸部分或连接部分。n一、桥梁的组成n二、桥梁的分类n三、桥梁的结构体系n桥梁组成部分的划分与桥梁结构体系有关。常见的简支梁桥(图1.1),通常由以下几部分组成。n1上部结构上部结构上部结构(superstructure)指桥梁位于支座以上的部分。它包括桥跨结构和桥面构造两部分:前者指桥梁中直接承受桥上交通荷载的、架空的主体结构部分;后者则指为保证桥跨结构能正常使用而需要建造的桥上各种附属结构或设施。桥跨结构的型式多样。对梁桥而言,其主体结构是梁;对拱桥而言,其主体结构是拱;对悬索桥而言,其主体结构是缆。详见后述。
5、附属结构或构造是指公路桥的行车道铺装,铁路桥的道碴、枕木、钢轨,伸缩装置,排水防水系统,人行道,安全带(护栏),路缘石,栏杆,照明等(见第四章)。n2下部结构下部结构下部结构(substructure)指桥梁位于支座以下的部分,也叫支承结构。它包括桥墩(pier)、桥台(abutment)以及墩台的基础(foundation),是支承上部结构、向下传递荷载的结构物,见第七章。桥梁墩台的布置是与桥跨结构相对应的。桥台设在桥跨结构的两端,桥墩则分设在两桥台之间。桥台除起到支承和传力作用外,还起到与路堤衔接、防止路堤滑塌的作用。为此,通常需在桥台周围设置锥体护坡。墩台基础是承受由上至下的全部荷载(包
6、括交通荷载和结构重力)并将其传递给地基的结构物。它通常埋入土层之中或建筑在基岩之上,时常需要在水中施工。架空的主体结构与支承结构一起,组成承重结构(load-bearing structure)。承重结构由梁、墩或柱、拱、塔、缆等构件组成,例如由梁、桥墩、桥台组成的梁桥,由塔、缆、锚旋组成的悬索桥等。承重结构承受荷载、跨越空间并支承在基础之上。承重结构的任何一部分破坏,结构就破坏;而结构附属部分的破坏,则不会导致结构的彻底破坏。n3支座支座在桥跨结构与墩台之间,还需要设置支座(bearing),以连接桥跨结构与桥梁墩台,提供荷载传递途径(见第七章)。除此之外,根据具体情况,与桥梁配套建造的附属
7、结构物可能有:挡土墙、护坡、导流堤、检查设备、台阶扶梯、导航装置等。结合图1.1,对桥梁工程常用的专有名词和技术术语,择要说明如下。正桥与引桥:对规模较大的桥梁工程,通常包含正桥(bridge proper)与引桥(approach)两部分。正桥指桥梁跨越主要障碍物(如通航河道)的结构部分。一般,它采用跨越能力较大的结构体系,需要深基础,是整个桥梁工程中的重点。引桥指连接正桥和路的桥梁区段,其跨度一般较小,基础一般较浅。在正桥和引桥的分界处,有时还会设置桥头建筑(桥头堡)。跨度也叫跨径跨度也叫跨径(span),表示桥梁的跨越能力。对多跨桥梁,最大跨度称为主跨(main span)。一般而言,跨
8、度是表征桥梁技术水平的重要指标。桥跨结构相邻两支座间的距离L1, 称为计算跨径计算跨径。桥梁结构的分析计算以计算跨径为准。对梁式桥,设计洪水位线上相邻两桥墩(或桥台)间的水平净距L0,称为桥梁的净跨径净跨径。各孔净跨径之和,称为总跨径总跨径,它反映出桥位处泄洪能力的大小。对公路梁桥,把两桥墩中线间距离或桥墩中线与台背前缘的间距,称为标准跨径标准跨径LK(也称之为单孔跨径)。当跨径在50m以下时,通常采用标准跨径(从0.75m至50m,共21级,常用者为10m、16m、20m、40m等)设计。对铁路梁桥,则以计算跨径作为标准跨径(从4m至168m,共18级,常用者为20m、24m、32m、48m
9、、64m、96m等)。采用标准跨径设计,有利于桥梁制造和施工的机械化,也有利于桥梁养护维修和战备需要。桥长:桥长:对梁桥,两桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离LT,可称为桥梁全长。它标志桥梁工程的长度规模。两桥台台背前缘(对铁路桥,指桥台挡碴前墙)之间的距离L,可称为多孔跨径总长(公路)或桥梁总长(铁路)。它仅作为划分特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞的一个指标,见表1.1。桥下净空高度:桥下净空高度:设计洪水位或设计通航水位对桥跨结构最下缘的高差H,称为桥下净空(clear opening)高度。桥下净空高度应大于通肮及排洪要求所规定者。n桥梁建筑高度与容许建筑高度:桥梁建筑高度与容许建筑高度:桥面
10、(或铁路桥梁的轨底)至桥跨结构最下缘的垂直高度h,称为桥梁建筑高度。公路或铁路桥梁线路设计中所确定的桥面(或轨底)高程与通航及排洪要求所规定的净空高度之差,为容许建筑高度。显然,桥梁建筑高度不得大于容许建筑高度。桥梁有各种不同的分类方式,每一种分类方式均反映出桥梁在某一方面的特征。按工程规模工程规模划分,有特大桥、大桥、中桥、小桥等,见表1.1。按桥梁用途桥梁用途划分,有铁路桥、公路桥、公铁两用桥、人行桥等。铁路桥(railway bridge)专供铁路列车行驶,桥的宽度和跨度有限,其所承受的车辆活载相对较大。由于铁路迂回运输不易实现,铁路桥必须结实耐用且易于修复。与铁路桥相比,公路桥(hig
11、hway bridge)的车辆活载相对较小,桥的宽度和跨度相对较大。公铁两用桥公铁两用桥(combined highway & railway bridge)指同时承受公路和铁路车辆荷载的桥。我国长江上的主要特大桥(如武汉、南京、枝城、九江、芜湖等大桥)都是如此。一般认为:在增加费用不多的情况下(桥的墩台和基础可以共用),将公路、铁路桥合建,就可把专为公路建桥的时间大为提前。随着经济发展,公路交通量剧增,专为公路修建特大桥的事现已屡见不鲜。通常,除高速公(铁)路上的桥梁外,其他桥梁均具备行人过桥的通道。人行桥人行桥(pedestrian bridge, footbridge)指专供行人(有时包
12、括非机动车)使用的桥。它跨越城市繁忙街道处(也叫天桥天桥, overpass ) ,或市区内河流,或封闭的高速公路,为行人(及行车)提供方便。在我国,还曾有农桥农桥一词,它指在南方水网地区专为农用机械越过沟渠而建的小桥。今天,这一名词已无实用意义。按桥跨结构所用的材料材料来划分,有钢桥,钢筋混凝土桥,预应力混凝土桥,结合梁桥,用砖、石、素混凝土块等砌体材料(习称圬工)建造的拱桥,木桥等。由于钢材具有匀质性好、强度高、自重小等优点,钢桥钢桥(steel bridge)具有较大的跨越能力,在跨度上处于领先地位。在我国,传统上铁路桥采用钢桥(钢板梁桥、钢桁梁桥)较多。近年来随着大跨度公路悬索桥和斜拉
13、桥的发展,公路桥采用钢桥也越来越多。钢筋混凝土桥钢筋混凝土桥(reinforced concrete bridge)和预应力混凝预应力混凝土桥土桥(prestressed concrete bridge)的建造费用较少,养护维修方便,是目前应用最为广泛的桥梁,在中、小跨度内已逐步取代钢桥,在大跨度范围内也具有较强的竞争力。钢与混凝土形成的结合梁桥结合梁桥(composite bridge)主要指钢梁与钢筋混凝土桥面板组合形成的梁桥或加劲梁。圬工桥圬工桥(masonry bridge)主要指石拱桥,其取材方便,构造简单,适用于跨度不大、取材方便的山区拱桥。除临时性桥梁和林区桥梁外,一般不采用木桥
14、木桥(timber bridge)。在历史上,还曾先后采用过铸铁铸铁(cast iron)和锻铁锻铁(wrought iron)作为建桥材料,在结构钢(structural steel)出现之后,这类桥梁就不再修建了。按结构体系结构体系(结构受力特征及立面形状)划分,有梁桥梁桥(beam bridge, girder bridge)、拱桥(arch bridge)、悬索桥悬索桥(suspension bridge)三种基本体系,以及由基本体系组合或一种基本体系与梁、塔、斜索等构件形成的组合体系组合体系,如图1.2(i)所示的斜拉桥(cable-stayed bridge),详细论述见后续有关章
15、节。梁桥在竖向荷载作用下,只产生竖向反力;有简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥拱桥:拱桥在竖向荷载作用下有竖向反力和拱脚推力,无铰拱还有支承弯距。悬索桥以缆索跨过索塔顶锚固在河岸上作桥的承重结构,在缆索上悬挂吊杆,吊着桥面系供行车行人,缆索受拉。索塔受压弯。 刚架桥的显著特点是桥跨和墩台刚性连接成整体,在竖向荷载作用下和拱一样,有竖向反力和水平反力,无铰刚架还有支承弯距。刚构桥:梁与墩刚性连接。组合体系桥是由不同体系组合而成的桥梁。梁拱组合、梁索组合(斜拉桥等)按桥跨结构与桥面的相对位置相对位置划分,有上承式、下承式和中承式桥。对梁桥和拱桥,桥面(deck)布置在桥跨结构上面的,为上承式桥上承式桥(
16、deck bridge);相应地,布置在桥跨结构下面的称为下承式桥下承式桥(through bridge,如图1.2(j)所示),布置在桥跨结构中间的称为中承式桥中承式桥(half through bridge,如图1.2(c)所示)。桥面位置的选择与容许建筑高度和实际需要有关。上承式桥被广泛采用,适用于容许建筑高度较大的情况,其特点是上部结构的宽度较小,墩台的材料用量有所节省,桥面视野开阔等。在容许建筑高度很小、布置上承式桥困难时,可采用下承式桥。由于桥跨结构在桥面之上且需要满足桥面净空的要求,故结构横向宽度相对较大,墩台尺寸也相应有所增加。有时因地形限制或结构造型需要把桥面布置在桥跨结构高
17、度的中间部位,形成中承式桥。因承重结构有一部分是位于桥面之上,占用了桥面宽度;为使桥面宽度满足要求,必需加宽两片拱肋或析梁的中心距,这将使横梁跨度增加,用料偏多。在一座桥中,桥跨结构与桥面的相对位置可有不同型式。按桥梁所跨越的对象跨越的对象划分,有跨河桥、跨谷桥、跨线桥、立交桥、地道桥、旱桥、跨海桥等。大部分桥梁是跨越河流的。修建跨河桥跨河桥(river-crossing bridge),不可使河流功能受到损害。为此,必须遵循桥渡勘测设计规范的要求,使桥的孔径、跨度、桥面高程、基础埋深等既能保证桥在排洪和通航时的安全,又不碍及河流的功能。跨谷桥跨谷桥(gorge-crossing bridge
18、)指跨越谷地的桥梁。谷地的特点是地形变化大、地质变化大、水流变化大,谷底至桥面较高,不适于采用跨度小、跨数多、桥墩高的结构型式。通常,对于较窄的河谷,可考虑采用一跨结构(如拱或斜腿刚架)作为正桥越过,避免修建高桥墩;对于较为开阔平坦的河谷,可考虑采用跨度较大的多跨连续梁(刚构)桥。直接跨越其他线路(公路、铁路、城市道路等)的桥称为跨线桥跨线桥(grade separation bridge)。当跨线桥还需要与其所跨越的线路互通时,就形成立交桥立交桥(flyover bridge)。跨线桥和立交桥多建于城区,由于桥下净空和桥面高程的要求,容许建筑高度有限,需考虑采用建筑高度小的桥跨结构。当桥梁采
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