桥梁工程结课论文.doc

你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=摘要 本文介绍了桥梁的发展历史，桥梁的分类、四大组成部分，现代桥梁的设计要点及部分施工方法。桥是一种用来跨越障碍的大型构造物，我国文化历史悠久，在周朝就有关于桥梁的记载。随着经济、技术的发展，我国的桥梁建设者积极开展从内陆建桥向跨海建桥的研究和谋划。刘自明说，大跨、轻型、快速施工是 21 世纪的跨海桥梁发展的方向。2005 年建成的东海大桥是我国第一座真正意义上的跨海大桥，全长 32.5 公里，当时是全球 30 多座跨海大桥中最长的一座；而贯通的杭州湾跨海大桥，全长约 36 公里，又改写了这项世界之最。关键词 桥梁 分类 组成 施工方法 桥是一种用来跨越障碍的大型构造物。确切的说是用来将交通路线（如道路、铁路、水道等）或者其他设施（如管道、电缆等）跨越天然障碍（如河流、海峡、峡谷等）或人工障碍（高速公路、铁路线）的构造物。桥的目的是允许人、车辆、火车或船舶穿过障碍。1.桥梁工程的历史、现状 1.1 古代桥梁 我国文化历史悠久，是世界上文明发达最早的国家之一。赵州桥（又名安济桥），建于公元 605617 年，净跨径为 37 米；宝带桥，建于公元 816819 年，全长 317 米；灞桥，建于汉代，距今已有 2000 多年。罗马时代，欧洲建造拱桥较多,如公元前 200公元 200 年间在罗马台伯河建造了 8座石拱桥，其中建于公元前 62 年的法布里西奥石拱桥，桥有 2 孔,各孔跨径为 24.4 米。公元 98 年西班牙建造了阿尔桥，高达 52 米。1.2 近代桥梁 18 世纪初，人类发明了水泥，18751877 年，法国园艺家莫尼埃建造了一座人行钢筋混凝土桥，跨径 16 米,宽 4 米。1890 年，德国不莱梅工业展览会上展出了一座跨径 40 米的人行钢筋混凝土拱桥。1898 年，修建了沙泰尔罗钢筋混凝土拱桥。这座桥是三铰拱，跨径52 米。1905 年，瑞士建成塔瓦纳萨桥,跨径 51 米,是一座箱形三铰拱桥，矢高 5.5 米。1928年,英国在贝里克的罗亚尔特威德建成 4 孔钢筋混凝土拱桥，最大跨径为 110 米。1934 年，瑞典建成跨径为 181 米、矢高为 26.2 米的特拉贝里拱桥;1943 年又建成跨径为 264 米、矢高近 40 米的桑德拱桥。1.3 现代桥梁 20 世纪 30 年代，预应力混凝土和高强度钢材相继出现，材料塑性理论和极限理论的研究，桥梁振动的研究和空气动力学的研究，以及土力学的研究等获得了重大进展。从而,为节约桥梁建筑材料,减轻桥重，预计基础下沉深度和确定其承载力提供了科学的依据。随着科学技术、桥梁理论的发展，现代桥梁的发展将趋于多样化。下表为目前世界上比较具有代你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=表性的桥梁。表 1-1 世界桥梁之最 世界之最最多的桥 上海卢浦大桥 中国-上海 世界上最长的跨海大桥 杭州湾大桥 中国-杭州 世界上最壮观的大桥 金门大桥 美国-旧金山 世界上最高的桥 米约高架桥 法国-巴黎 世界最长的高原冻土铁路桥 青藏铁路清水河特大桥 中国-青藏 2桥梁的分类 按用途分为公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥；按跨径大小和多跨总长分为小桥、中桥、大桥、特大桥；按行车道位置分为上承式桥、中承式桥、下承式桥；按材料类型分为木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥；按结构分为梁式桥、拱式桥、钢构桥、斜拉桥、悬索桥四种基本体系,此外还有组合体系桥。表 2-1 桥梁跨径分类 种类 多跨桥梁总长 L（m）单跨桥梁跨径kL（m）特大桥 L3000 kL500 大桥 2000L3000 300kL500 中桥 1000L2000 150kL300 小桥 L1000 kL150 2.1 梁式桥 梁式桥是一种使用最广泛的桥梁型式，可细分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=图 2-1 梁式桥示意图 梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。主梁可以是实腹梁或者是桁架梁（空腹梁）。实腹梁外形简单，制作、安装、维修都较方便，因此广泛用于中、小跨径桥梁。2.1.1 简支梁桥 主梁简支在墩台上,各孔独立工作,不受墩台变位影响。实腹式主梁构造简单，设计简便，施工时可用自行式架桥机或联合架桥机将一片主梁一次架设成功。但简支梁桥各孔不相连续，车辆在通过断缝时将产生跳跃，影响车速的提高。因此，目前趋向于把主梁做成为简支，而把桥面做成连续的形式。简支梁桥随着跨径增大，主梁内力将急剧增大，用料便相应增多，因而大跨径桥一般不用简支梁。2.1.2 连续梁桥 主梁是连续支承在几个桥墩上。在荷载作用时，主梁的不同截面上有的有正弯矩，有的有负弯矩，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。这样，可节省主梁材料用量。连续梁桥通常是将 35 孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适。连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。近一、二十年，在架设预应力混凝土连续梁时，成功地采用了顶推法施工，即在桥梁一端（或两端）路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔，使施工较为方便。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩，构造比较复杂。此外，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。因此，连续梁一般用于 地基条件较好、跨径较大的桥梁上。1966 年建成的美国亚斯托利亚桥，是目前跨径最大的钢桁架连续梁桥，它的跨径为 376 米。2.1.3 悬臂梁桥 悬臂梁桥往往在短臂上搁置简支的挂梁，相互衔接构成多跨悬臂梁。有短臂和挂梁的桥孔称为悬臂孔或挂孔，支持短臂的桥孔称为锚固孔。悬臂梁桥的每个挂孔两端为桥面接缝，你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=悬臂端的挠度也较大，行车条件并不比简支梁桥有所改善。悬臂梁一片主梁的长度较同跨简支梁为长，施工安装上相应要困难些。目前对预应力混凝土悬臂梁桥多采用悬臂拼装或悬臂浇筑的方法施工。为适应悬臂施工法的发展，保证主梁的内力状态和施工时一样，出现一种没有锚固孔，并把悬伸的短臂和墩身直接固结在立面上，形成预应力混凝土 T 形刚架桥。2.2 拱式桥 图 2-2 拱式桥示意图 拱式桥由拱上建筑、拱圈和墩台组成。在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压力，拱桥的支座既要承受竖向力，又要承受水平力，因此拱式桥对基础与地基的要求比梁式桥要高。用拱作为桥身主要承重结构的桥。拱桥主要承受压力，故可用砖，石，混凝土等抗压性能良好的材料建造。大跨度拱桥则可用钢筋混凝土或钢材建造，可承受发生的力矩。拱式桥按桥面位置可分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥。按结构组成和支承方式，拱可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱三种。三铰拱为静定结构，两铰拱和无铰拱为超静定结构，工程中较多采用后两种形式。拱是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力。拱在同样荷载作用下，拱脚支座产生水平反力（也叫推力）。它起着抵消荷载引起的弯曲作用，从而减少了拱杆的弯矩峰值。2.3 钢构桥 图 2-3 钢构桥示意图 钢构桥是指桥跨结构与桥墩式桥台连为一体的桥。刚构桥根据外形可分为门形刚构桥，斜腿刚构桥和箱形桥。斜腿刚构桥可应用于山谷、深河陡坡地，避免修建高墩或深水基础。箱形桥的梁跨、腿部和底板联成整体，刚性好，适用于地基不良的情况和既有线下采用顶推你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=法施工。2.4 斜拉桥 图 2-4 斜拉桥示意图 斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。斜拉桥是种自锚式体系，斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外，还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。2.5 悬索桥 图 2-5 悬索桥示意图 悬索桥是桥面支承在悬索（也称大缆）上的桥，又称吊桥。它是以悬索跨过塔顶的鞍形支座锚固在两岸的锚锭中，作为主要承重结构。在缆索上悬挂吊杆，桥面悬挂在吊杆上。由于这种桥可充分利用悬索钢缆的高抗拉强度，具有用料省、自重轻的特点，是现在各种体系桥梁中能达到最大跨度的一种桥型。2.6 组合桥 图 2-6 组合桥示意图 组合桥是一种其承重结构系由两种结构型式组合而成，称为组合体系桥梁。如梁与拱的组合，以九江长江大桥为代表；梁与悬吊系统的组合，以丹东鸭绿江大桥为代表；梁与斜拉索的组合，以芜湖长江大桥为代表等等。你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=3.桥梁的组成 桥梁是由下部结构、上部结构、支座、附属结构四大部分组成。3.1 下部结构 包括桥墩，桥台和基础。桥墩和桥台是支承桥跨结构并将恒载和车辆等活载传至地基的建筑物。通常设置在桥梁两端的称为桥台，它除了上述作用外，还与路堤相衔接，以抵御路堤土压力，防止路堤填土的滑坡和坍落。桥墩和桥台中使全部荷载传至地基的底部奠基部分，通常称为基础。它是确保桥梁能安全使用的关键。由于基础往往深埋于土层之中，并且需在水下施工，故也是桥梁建筑中比较困难的一个部分。现代桥梁的基础大多是桩基础。3.2 上部结构 支座以上部分称为上部结构，它是在线路中断时跨越障碍物的主要承载结构。3.3 支座 设置在桥梁上、下结构之间的传力和连接装置。其作用是把上部结构的各种荷载传递到墩台上，并适应活载、温度变化、混凝土收缩和徐变等因素所产生的位移，使桥梁的实际受力情况符合结构计算图示。一般分为固定支座和活动支座。公路桥梁支座主要有：GPZ 盆式橡胶支座、GYZ GJZ 板式橡胶支座、QZ 球型支座。铁路桥梁支座主要有：CKPZ KTPZ CKPZ 客运专线支座、TBPZ SQMZ YZM 客货共线支座、LXQZ TGQZ LQZ KTQZ 等等铁路球型支座。你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=图 3-1 桥梁支座 3.4 附属结构 桥梁的基本附属结构主要包括防撞墙、桥头搭板、锥形护坡，此外根据需要还要修筑护岸，导流结构物等附属工程。在路堤与桥台衔接处，在桥台两侧设置石砌的锥形护坡。以保证迎水部分路堤边坡的稳定。4.桥梁工程设计要点 4.1 选择桥位 桥位在服从路线总方向的基础前提下，选在河道顺直，河床稳定，水面较窄，水流平稳的河段。4.2 结构计算 1.根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）第 1.0.6 条要求，公路桥涵结构的设计基准期为 100 年，市政桥涵据此采用设计基准期 100 年，各类主要构件及其使用材料应保证其设计基准期要求。2.汽车荷载根据道路、公路等级分别采用公路-I 级、公路-II 级，特殊荷载根据业主要求确定。桥梁设计安全等级根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）第 1.0.9 条，分为一级、二级、三级，重要性系数根据设计安全等级确定。设计中注意按照单孔跨径确定，对多孔不等跨径桥梁，以其中最大跨作为判断标准，同时在设计中结构重要性系数应大于等于 1.0。3.抗震设计标准：青岛市桥梁抗震设防烈度为 6 度，地震动峰值加速度为 0.05g。其他地区及有特殊要求桥梁根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）附录 A 规定的烈度和地震加速度，结合桥梁抗震规范和实施细则进行抗震设计。4环境类别根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）第 1.0.7 条确定，并按照要求提出相应的耐久性的基本要求。5.混凝土保护层厚度根据环境类别确定，详见公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）第 9.1 条，当受拉区主筋保护层厚度大于 50mm 时，应在保护层内设置直径不小于 6mm，间距不大于 100mm 的钢筋网（主要用于承台下层）。6.护栏防撞等级根据公路交通安全设施规范（JTG D81-2006）和公路交通安全设施设计细则（JTG/T D81-2006）确定，中央隔离墩预制长度 4 米。设计规范需要在桥梁设计说明依据中列出。7.桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计，其中正常使用极限状态不应遗漏挠度计算和预拱度设置。8.预应力混凝土受弯构件应根据规范进行正截面和斜截面抗裂验算，并满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）第 6.3 条的规定。你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=9.T 形截面梁的翼缘有效宽度和箱形截面梁在腹板两侧上下翼缘的有效宽度应根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）第 4.2.2 条和 4.2.3 条进行断面折减。各类受力筋应布置在有效宽度范围内。10.上部结构计算应根据实际情况考虑支座不均匀沉降，并复核基础是否满足设定的沉降要求。11.预应力布置必须考虑纵向钢束与横向钢束以及钢束与钢筋之间的交叉影响（横梁处顶底板横向普通钢筋取消），预应力箱梁均采用塑料波纹管，计算参数、k 选取规范上限（采用塑料波纹管，0.17，k0.0015），具体采用值应在设计说明中声明，并强调施工前应实测参数，若在规范要求的范围内方可施工。钢束张拉以应力和伸长量双控制，当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际引伸量值与理论引伸量值的误差应控制在 6%以内，实际引伸量值应扣除钢束的非弹性变形影响 4.2 确定桥梁总跨径和分孔数 总跨径的长度要保证桥下有足够的过水断面，可以顺利的宣泄洪水，通过流水。分孔数目及跨径大小要考虑桥的通航需要，工程地质条件的优劣，工程总造价的高低。4.3 桥梁的纵横断面布置 桥梁的纵横断面布置是在确定了桥的总跨度与标高以后，来考虑路与桥的连接线形与连接的纵向坡度。5.桥梁工程施工 5.1 简支梁桥施工方法 1.支架浇筑 支架浇筑包括以下几个工序：浇筑前的检查、混凝土浇筑。筑前的检查包括：支架和模板的检查；钢筋和钢索位置的检查；浇筑混凝土前的准备工作。混凝土浇筑包括：确定混凝土的浇筑速度；确定混凝土的浇筑顺序。2.预制安装 预制梁板的架设是关键技术，其中有：起重机架设法、架桥机架设法（一般在长大河道上采用，公路上采用贝雷梁构件拼装成架桥机；铁路上采用 800kn，1300kn，1600kn 架桥机）、支架架梁法、简易机具组合法、塔架架设法。5.2 悬臂梁、连续梁、刚架桥施工方法 1.利用脚手架施工 2.预制架设法 3.悬臂法 你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=图 5-1 悬臂法 悬臂施工法也称分段施工法，是以桥墩为中心向两岸对称的、逐节悬臂接长的施工方法。分为悬臂浇筑法和悬臂拼装法两种。悬臂拼装法 悬臂拼装法是利用移动式悬拼吊机将预制梁段起吊至桥位，然后采用环氧树脂胶及钢丝束预施应力连接成整体。采用逐段拼装，一个节段张拉锚固后，再拼装下一节段。悬臂拼装施工包括块件的预制、运输、拼装及合拢。悬臂浇筑法 悬臂浇筑采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称向两岸利用挂篮逐段浇筑梁段混凝土，待混凝土达到要求强度后，张拉预应力束，再移动挂篮，进行下一节段的施工。4.顶推法 顶推法施工是沿桥轴方向，在台后开辟预制场地，分节段预制梁身并用纵向预应力筋将各节段连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助滑动装置，将梁段向对岸推进。这样分段预制，逐段顶推，待全部顶推就位后，落梁、更换正式支座，完成桥梁施工。适用于中等跨径、等截面的直线或曲线桥梁。顶推施工依照顶推的施工方法分类有单点顶推和多点顶推。5.转体法 在河流的两岸或适当位置，利用地形或使用简便的支架先将半桥预制完成，然后以桥梁结构本身为转动体，使用一些机具设备，分别将两个半桥转动到桥的轴线位置合拢成桥的建桥方法。可以采用平面转体、竖向转体或平竖结合转体。现已应用在拱桥、梁桥、斜拉桥、斜腿钢架桥等不同桥型上部结构的施工。优点是可减少支架费用、把高空作业和水上作业转变为岸边陆上作业，从而保证安全和质量，而且施工中可不影响桥孔下的交通或航行。一般适用于单孔或三孔桥梁施工。你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=5.3 拱桥施工方法 1.有支架施工 就地砌筑(满堂支架、拱架)预制安装(简易排架+吊装设备)就地砌筑(满堂支架、劲性骨架法）2无支架施工 悬臂法(悬拼法、悬浇法)缆索吊装法 缆索吊装施工，在预制场地预制拱肋（箱）和拱上结构，将预制拱肋和拱上结构通过平车等运输设备移运至揽索吊装位置，将分段预制的拱肋吊运至安装位置，利用扣索对分段拱肋进行临时固定，吊装合拢拱肋，对各段拱肋进行轴线调整，主拱圈合拢，拱上结构安装。在峡谷或水深流急的河段上，或在通航的河流上需要满足船只的顺利通行，缆索吊装由于具有跨越能力大，水平和垂直运输机动灵活，适应性广，施工比较稳妥方便等优点，在拱桥施工中被广泛采用。转体施工法(竖转、平转、竖转和平转的组合)6 结语 从上世纪 90 年代初开始，我国的桥梁建设者就积极开展从内陆建桥向跨海建桥的研究和谋划。刘自明说，大跨、轻型、快速施工是 21 世纪的跨海桥梁发展的方向。2005 年建成的东海大桥是我国第一座真正意义上的跨海大桥，全长 32.5 公里，当时是全球 30 多座跨海大桥中最长的一座；而贯通的杭州湾跨海大桥，全长约 36 公里，又改写了这项世界之最。青岛跨海大桥、厦门跨海大桥等亦是中外闻名。现代桥梁的发展将趋于多样化，未来的桥梁结构也将令人产生耳目一新的感觉。而我国的桥梁发展也将走上一个新的高度。参考文献【1】JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范【2】徐礼华.土木工程概论.武汉.武汉大学出版社.2005.9【3】叶志明.土木工程概论（第三版）.北京.高等教育出版社.2009.1【4】叶列平.土木工程科学前沿.北京.清华大学出版社.2006.10【5】李毅，王林.土木工程概论.武汉.华中科技大学出版社.2006.6【6】郑晓燕，胡白香.新编土木工程概论.北京.中国建材工业出版社.2007.6【7】JTG-D60-2004_公路桥涵设计通用规范 你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=【8】陈学军.土木工程概论.北京.机械工业出版社.2006.8【9】姚玲森.桥梁工程（第二版）.人民交通出版社.2008.7