大跨度桥梁作业.docx
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大跨度桥梁作业.docx
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一、桥梁的分类
桥梁【bridge】指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。
桥梁一般讲由五大部件和五小部件组成,五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构,是桥梁结构安全的保证.包括
(1)桥跨结构(或称桥孔结构.上部结构)、
(2)支座系统、(3)桥墩、(4)桥台、(5)墩台基础.五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件,过去称为桥面构造.包括
(1)桥面铺装、
(2)防排水系统、(3)栏杆、(4)伸缩缝、(5)灯光照明。
随着技术和材料的发展,桥梁的跨度也不断向前发展,桥梁的形式也不仅仅是早些时候的梁桥拱桥而已,更多的桥型被被创造性的开发出来,使的桥梁的体系更加多元化。
对桥梁进行分类可以帮助我们更好的了解、研究桥梁。
当下对桥梁的分类主要按受力体系分类、按跨度分类、按桥面位置分类等……以下进行简单的介绍。
1、体系分类
按结构体系分类是以桥梁结构的力学特征为基本着眼点,对桥梁进行分类,以利于把握各种桥梁的基本特点,也是桥梁工程学习的重点之一。
以主要的受力构件为基本依据,可分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥五大类。
梁式桥:
主梁为主要承重构件,受力特点为主梁受弯。
主要材料为钢筋混凝土、预应力混凝土,多用于中小跨径桥梁。
简支梁桥合理最大跨径约20米,悬臂梁桥与连续梁桥合宜的最大跨径约60-70米。
优点:
采用钢筋砼建造的梁桥能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观;这种桥型在设计理论及施工技术上都发展得比较成熟。
缺点:
结构本身的自重大,约占全部设计荷载的30%至60%,且跨度越大其自重所占的比值更显著增大,大大限制了其跨越能力。
拱式桥:
拱肋为主要承重构件,受力特点为拱肋承压、支承处有水平推力。
主要材料是圬工、钢筋砼,适用范围视材料而定。
跨径从几十米到三百多米都有,目前我国最大跨径钢筋砼拱桥为170米。
优点:
跨越能力较大;与钢桥及钢筋砼梁桥相比,可以节省大量钢材和水泥;能耐久,且养护、维修费用少;外型美观;构造较简单,有利于广泛采用。
缺点:
由于它是一种推力结构,对地基要求较高;对多孔连续拱桥,为防止一孔破坏而影响全桥,要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力,增加了工程造价;在平原区修拱桥,由于建筑高度较大,使两头的接线工程和桥面纵坡量增大,对行车极为不利。
刚架桥:
是一种桥跨结构和吨台结构整体相连的桥梁,支柱与主梁共同受力,受力特点为支柱与主梁刚性连接,在主梁端部产生负弯矩,减少了跨中截面正弯矩,而支座不仅提供竖向力还承受弯矩。
主要材料为钢筋砼,适宜于中小跨度,常用于需要较大的桥下净空和建筑高度受到限制的情况,如立交桥、高架桥等。
优点:
外形尺寸小,桥下净空大,桥下视野开阔,混凝土用量少。
缺点:
基础造价较高,钢筋的用量较大,且为超静定结构,会产生次内力。
斜拉桥:
梁、索、塔为主要承重构件,利用索塔上伸出的若干斜拉索在梁跨内增加了弹性支承,减小了梁内弯矩而增大了跨径。
受力特点为外荷载从梁传递到索,再到索塔。
主要材料为预应力钢索、混凝土、钢材。
适宜于中等或大型桥梁。
优点:
梁体尺寸较小,使桥梁的跨越能力增大;受桥下净空和桥面标高的限制小;抗风稳定性优于悬索桥,且不需要集中锚锭构造;便于无支架施工。
缺点:
由于是多次超静定结构,计算复杂;索与梁或塔的连接构造比较复杂;施工中高空作业较多,且技术要求严格。
悬索桥:
主缆为主要承重构件,受力特点为外荷载从梁经过系杆传递到主缆,再到两端锚锭。
主要材料为预应力钢索、混凝土、钢材,适宜于大型及超大型桥梁。
优点:
由于主缆采用高强钢材,受力均匀,具有很大的跨越能力。
缺点:
整体钢度小,抗风稳定性不佳;需要极大的两端锚锭,费用高,难度大。
2、按跨径分类
按跨径分类是一种行业管理的手段,并不反映桥梁工程设计和施工的复杂性。
以下是我国公路工程技术标准(JTJ001-97)规定的按跨径划分桥梁的方法。
桥梁分类 多孔跨径总长L(m) 单孔跨径(L0)
特大桥 L≥500m L0≥100m
大桥 100m≤L<500m 40m≤L0<100m
中桥 30m<L<100m 20m≤L0<40m
小桥 8m≤L≤30m 5m≤L0<20m
注:
最新规范
特大桥 L>1000m Lk>150m
大桥 100m≤L≤1000m 40m≤Lk≤150m
中桥 30m<L<100m 20m≤Lk<40m
小桥 8m≤L≤30m 5m≤Lk<20m
3、按桥面位置分类
上承式桥 置在桥跨结构上面
下承式桥 置在桥跨结构下面
中承式桥 置在桥跨结构中间
二大跨度桥梁的介绍
现阶段在大跨度桥梁的桥型选择上主要有三种:
斜拉桥、悬索桥、打垮的拱桥。
在大跨度桥梁领域三种桥型有各自的优缺点……
1、斜拉桥
由主梁、斜向拉紧主梁的钢缆索以及支承缆索的索塔等部分组成(图1斜拉桥形式示意图)。
斜拉桥的缆索张拉成直线形,整个结构为几何不变体,其刚度比悬索桥大。
主梁同弹性支承上的连续梁的性能相似。
斜拉桥的跨径一般在梁桥和悬索桥之间。
1977年法国建成的布鲁东纳桥,跨径达320米,是目前世界上跨径最大的预应力混凝土斜拉桥;1975年法国建成的卢瓦尔河钢斜拉桥,主跨径为404米。
斜拉桥在构造上有单塔或双塔、单面布索或两面布索、密索或少索等形式,索的布置也有不同的放射形式,塔、梁、墩之间铰接或固接等也有多种类型。
斜拉桥日文称"斜张桥",德文称"斜索桥",英文称"拉索桥(CableStayedBridge)"。
将梁用若干根斜拉索拉在塔在上,便形成斜拉桥。
与多孔梁桥对照起来看,一根斜拉索就是代替一个桥墩的(弹性)支点,从而增大了桥梁的跨度。
斜拉桥这种结构型式古已有之。
但是由于斜拉索中所受的力很难计算和很难控制,所以一直没有得到发展和广泛应用。
直到本世纪中,由于电子计算机的出现,解决了索力计算难的问题,以及调整装置的完善,解决了索力的控制问题,使得斜拉桥成为近50年内发展最快,应用日广的一种桥型。
2、悬索桥
又名吊桥,是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁。
悬索桥由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成(图6悬索桥示意图)。
悬索桥的主要承重构件是悬索,它主要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢绞线、钢缆等)制作。
由于悬索桥可以充分利用材料的强度,并具有用料省、自重轻的特点,因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大,跨径可以达到1000米以上。
1981年建成的英国恒比尔悬索桥的跨径为1410米,是目前世界上跨径最大的桥梁。
悬索桥的主要缺点是刚度小,在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动,需注意采取相应的措施。
按照桥面系的刚度大小,悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索桥。
柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁,因而刚度较小,在车辆荷载作用下,桥面将随悬索形状的改变而产生S形的变形,对行车不利,但它的构造简单,一般用作临时性桥梁。
刚性悬索桥的桥面用加劲梁加强,刚度较大。
加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。
除以上形式外,为增强悬索桥刚度,还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥等形式,但构造较复杂。
桥面支承在悬索(通常称大揽)上的桥称为悬索桥。
英文为SuspensionBridge,是"悬挂的桥梁"之意,故也有译作"吊桥"的。
"吊桥"的悬挂系统大部分情况下用"索"做成,故译作"悬索桥",但个别情况下,"索"也有用刚性杆或键杆做成的,故译作"悬索桥"不能涵盖这一类用桥。
和拱肋相反,悬索的截面只承受拉力。
简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。
通行现代交通工具的悬索桥则不行,为了保持桥面具有一定的平直度,是将桥面用吊索挂在悬索上。
和拱桥不同的是,作为承重结构的拱肋是刚性的,而作为承重结构的悬索则是柔性的。
为了避免在车辆驶过时,桥面随着悬索一起变形,现代悬索桥一般均设有刚性梁(又称加劲梁)。
桥面铺在刚性梁上,刚性梁吊在悬索上。
现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上。
塔顶设有支承悬索的鞍形支座。
承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中,个别也有固定在刚性梁的端部者,称为自锚式悬索桥。
3、拱桥
拱桥是以承受轴向压力为主的拱(称为主拱圈)作为主要承重构件的桥梁。
1、按照主拱圈的静力图式,拱轿可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。
(1).三铰拱是静定结构,其整体刚度较低,尤其是挠曲线在拱顶铰处产生折角,致使活载对桥梁的冲击增强,对行车不利。
拱顶铰的构造和维护也较复杂。
因此,三铰拱除有时用于拱上建筑的腹拱圈外,一般不用作主拱圈。
(2).两铰拱取消了拱顶铰,构造较三铰拱简单,结构整体刚度较三铰拱为好,维护也较三铰拱容易,而支座沉降等产生的附加内力较无铰拱为小,因此在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方,可采用两铰拱桥。
(3).无铰拱属三次超静定结构,虽然支座沉降等引起的附加内力较大,但在荷载作用下拱的内力分布比较均匀,且结构的刚度大,构造简单,施工方便,因此无铰拱是拱桥中,尤其是圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥中普遍采用的形式。
2.按照主拱圈的构成形式,拱又可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱等。
①板拱:
拱圈横截面呈矩形实体截面,它横向整体性较好、拱圈截面高度小、构造简单,但抵抗弯矩能力较差,一般用于圬工拱桥。
1972年建成的四川九溪沟桥为石砌的板拱桥,跨径达到116米,为目前世界上最大跨径的石拱桥。
以上三种桥型在大跨度方面各有有点,悬索桥是跨越能力最强的桥型,属于悬浮体系,主要受力构件是顶上的索缆,通过吊杆将荷载传递给主缆,同时在桥的两端用锚定将主缆固定住,主要承受拉力。
斜拉桥实际上是一种主梁与斜缆相结合的组合体系。
斜缆将主梁吊住,并悬挂在塔柱上,此时主梁像多点弹性支承的连续梁一样工作,这样既发挥了高强材料的作用,又显著减小了主梁截面,使结构自重减轻的同时又能跨越很大的跨径,承受拉压力。
而悬索桥与斜拉桥的主要不同在于传力过程(体系)不同,它是由先由吊杆吊起主梁,再将力传给缆索,缆索再传给两边的塔架。
而拱桥与以上两种桥型则有明显本质的区别,拱桥以受压为主的桥型,拱圈的特殊结构受力特点来使得拱桥的跨度受材料强度和拱桥线形主要影响。
三、我国的桥梁技术
1、我国几位著名的桥梁工程院士
A)李国豪(1913~2005)著名桥梁学家。
1913年4月13日出生于广东省梅县(今属梅州市)一户农民家庭。
1929年考入上海同济大学土木系,1936年从同济大学毕业后,留校担任钢结构课助教,1937年获德国洪堡基金会奖学金,因抗战爆发,延至1938年赴德国达姆施培特工业大学留学,1940年获得双博士学位。
1946年6月回国,任工务局工程师,参与了上海都市计划的制定等工作。
1947年兼上海康益工程公司工程师。
1948年,任同济大学工学院院长。
1949年参加中共地下党领导的大学教授联谊会。
中华人民共和国成立后任同济大学副校长。
1955年当选为中国科学院技术科学部学部委员(院士)。
1957年任国家科委力学、建筑学科组组长。
1958年任南京长江大桥技术顾问委员会主任。
文革中,被关入牛棚审查。
1977年任同济大学校长,1978年任上海市科协主席、中国土木工程学会副理事长。
1982年改任同济大学名誉校长。
1983年4月当选为上海市第六届政协主席。
第三届、第五届全国人大代表。
2005年2月23日17时37分,在上海华东医院逝世,享年92高龄的他是最后去世的全国第一批桥梁专家。
理论
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