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1、桥 梁 工 程(上)周水兴 向中富 主编第1章 总论第2章 桥面构造第3章 梁式桥梁的构造与设计第4章 梁式桥梁的计算第5章 梁式桥梁的施工第6章 刚架桥的构造及计算特点第1章 总论1.1 国内外桥梁发展概况1.1.1 桥梁工程的地位和作用桥梁工程在交通事业中占有重要地位。1.1.2 我国桥梁建设的成就我国桥梁类型繁多，数量惊人，无论是古代桥梁，还是当今的现代桥梁，都在世界桥梁史上写下了辉煌的篇章。举世闻名的河北省赵县的赵州桥，就是我国古代石拱桥的杰出代表。图1.1 河北赵县赵州桥（2）预应力混凝土桥图1.3 重庆长江大桥图1.4 广东虎门辅航道桥（3）斜拉桥和悬索桥图1.5 上海黄浦江杨浦大
2、桥图1.7 贵州乌江大桥（4）石拱桥、混凝土拱桥图1.8 湖南省凤凰县乌巢河桥图1.10 万州长江公路大桥（6）桥梁设计与科研建国五十余年来，我国公路、铁路、城市建设部门以及高等院校已形成了一支人数众多，力量雄厚的设计、科研队伍。从1956年开始制定公铁桥梁设计规范，并根据建桥经验不断进行修改，桥梁设计理论从容许应力法进展到极限状态设计方法，现已发展到可靠度设计理论。对中、小跨桥梁，已编制了大量标准化图纸。在桥梁设计中，对空间分析、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，取得了有实用价值的成果。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
3、学依据。在软件开发方面，我国已编制了计算公路桥梁的大型综合程序和大量专用程序，桥梁CAD也在积极开发之中，已取得可喜成果。1.1.3 世界各国桥梁建设现状与展望 纵观国外桥梁的发展史，早在古罗马时代，欧洲的石拱桥艺术已在世界桥梁史上写下过光辉的篇章。然而，国外桥梁得到发展，则得益于18世纪的工业革命。工业革命带来了生产力的大幅度增长，推动了工业的发达。而钢材和混凝土的出现，力学的发展和计算理论的完善，是国外桥梁建设的空前发展的保证。图1.12 法国诺曼底大桥图1.13 英国恒比尔吊桥图1.14 日本港大桥1.1.4 桥梁工程的前景展望(1)材料的应用与发展从桥梁工程学科的发展可以发现，材料科学
4、对桥梁工程的发展起着关键性作用。没有新材料的发展，就没有长大跨度及新桥型的诞生。目前，桥梁工程所用材料主要是钢材和混凝土。新型非金属纤维强化复合材料的开发研究，已得到全世界的关注和认同，各国都投入大量资金，开展理论研究。目前主要集中在玻璃纤维、阿拉米特纤维和碳纤维同聚合物强化合成的超高强材料上，它们不但质量轻，强度高，而且具有耐疲劳、抗腐蚀、热传导率低、非磁性等优点。分析表明，若采用碳纤维强化复合材料来修建悬索桥，其极限跨度可比钢悬索桥提高一倍以上。加拿大、美国等国家，则已进入工程实践阶段。1.2 桥梁基本组成与分类1.2.1 桥梁的基本组成部分桥梁是由桥跨结构、下部结构和墩台基础3个主要部分
5、组成的一个人工构筑物。与桥梁布置、结构有关的专业术语。图1.15 桥梁基本组成1)水位2)净跨径(l0)与总跨径(l0)3)标准跨径(lb)4)计算跨径(l)5)桥梁全长(L)与桥梁总长6)桥梁高度7)建筑高度与容许建筑高度8)桥下净空高度9)拱轴线10)净矢高(f0)与计算矢高(f)11)矢跨比(fl)图1.16 梁式桥 图1.17 拱式桥图1.19 缆索承重桥(尺寸单位：m)图1.20 组合体系桥(尺寸单位：m)(2)桥梁的其他分类方法除了上述按受力特点划分成不同结构体系外，人们习惯按桥梁的用途、主要承重结构的材料等其他方面来划分。1.3 桥梁的总体规划与设计原则1.3.1 桥梁规划设计原
6、则(1)使用上的要求(2)经济上的要求(3)结构尺寸和构造上的要求(4)美观上的要求1.3.2 设计程序桥梁规划设计、初步设计、技术设计和施工图设计4个阶段。1.3.3 野外勘测和资料调查1.4 桥梁纵、横断面设计及平面布置1.4.1 桥梁纵断面设计(1)桥梁总跨径的确定(2)桥梁的分孔(3)桥面标高的确定1.4.2 桥梁横断面设计图1.21 桥梁纵断面规划图图1.22 桥面尺寸布置1.4.3 平面布置二、三、四级公路上的大、中桥线形，一般为直线，当桥面受到两岸地形限制时，可修建曲线桥。曲线的各项指标应符合路线的要求。1.4.4 桥梁设计方案比较(1)拟定桥梁方案(2)编制方案图1.23是某大
7、桥初步设计所编制的比较方案实例。(3)技术经济比较和最优方案的选定图1.23 某大桥初步设计方案比较1.5 桥梁的设计荷载1.5.1 永久荷载永久荷载，又称恒载，它是在设计使用期内，其作用的位置、大小不随时间变化，或其变化值与平均值相比可忽略不计的荷载。1.5.2 可变荷载可变荷载是指在设计使用期内，其作用的位置、大小随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。(1)车辆荷载图1.24 各级汽车车队的纵向排列(轴重力单位：kN；尺寸单位：m)图1.25 各级汽车的平面尺寸和横向布置(尺寸单位：m)图1.26 各级验算车的纵向排列和横向布置(重力单位：kN；尺寸单位：m)图1.27 城A级标准车辆纵、平面布置图1.28 城B级标准车辆纵、平面布置图1.29 车辆荷载横向布置图1.30图1.31图1.32 车道荷载横向布置(2)车辆荷载的影响力1)汽车荷载的冲击力2)汽车荷载的制动力3)离心力(3)人群荷载1.5.3 偶然荷载偶然荷载包括地震力和船只或飘浮物的撞击力。1.5.4 荷载组合