桥梁在交通事业中地位和国内外桥梁发展概况.

第一篇　总 论

第一章　概述

第一节　桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况

一、桥梁在交通事业中的地位

为了跨越各种障碍(如河流、沟谷或其他线路等)，必须修建各种类型的桥梁与涵洞，因此桥涵是交通线路中的重要组成部分。特别是现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁往往是保证全线早日通车的关键。在经济上，一般说来桥梁和涵洞的造价平均占公路总造价的10～20%，而且随着公路等级的提高，其所占比例还会加大。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。

二、我国桥梁建筑的成就

　 我国是世界上文明发达最早的国家之一，在世界桥梁建筑史上我们的祖先也写下了不少辉煌灿烂的篇章。

据史科记载，在距今约三千年的周文王时，我国就已在宽阔的渭河上架过大型浮桥。

近代的大跨径吊桥(或称悬索桥)和斜拉桥也是由古代的藤、竹吊桥发展而来的，在各国有关桥梁的历史书上，大都承认我国是最早建造吊桥的国家。

至今尚保留下来的古代吊桥有四川沪定县的大渡河铁索桥(1706年)，以及灌县的安澜竹索桥(1803年)等。

在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。世界上现在尚保存着的最长、工程最艰巨的石梁桥，就是我国于1053～1059年在福建泉州建造的万安桥，也称洛阳桥。

1240年建造的福建漳州虎渡桥，也是最令人惊奇的一座梁式石桥。此桥总长约335m，某些石梁长达23.7m，沿宽度用三根石梁组成，每根宽1.7m高1.9m，重量达200t，该桥一直保存至今。

举世闻名的河北省赵县的赵州桥(又称安济桥)，是我国古代石拱桥的杰出代表。

新中国成立后，随着社会主义建设的向前发展，桥梁建设同其他各条战线一样，也出现了突飞猛进的局面。

　　1957年，第一座长江大桥——武汉长江大桥的胜利建成，既结束了我国万里长江无桥的状况，又标志我国的现代化桥梁技术水平提高到了新的起点。

1969年我国又胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥，这是我国自行设计、制造、施工，并使用国产高强钢材的现代化大型桥梁。

1993年建成的世界上跨度最大的结合梁斜拉桥——杨浦大桥，主跨为602m。

1998年建成的香港青马大桥，为钢箱梁悬索桥，主跨1377m，而1999建成的钢箱梁悬索桥——江阴长江大桥，主跨已达1385m。

三、国外桥梁建设简述和发展趋向

　　纵观国外桥梁建设发展的历史，对于促进和发展现代桥梁有深远影响的，是继意大利文艺复兴后18世纪在英国、法国和其他西欧国家兴起的工业革命。它推动了工业的发达，从而也促进了桥梁建筑技术方面空前的发展。

　　1855年起，法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的石拱桥。

　　目前，最大跨度的石拱桥是1946年瑞典建成的绥依纳松特桥，跨度为155m。

　　目前，世界上跨度最大的连续刚构桥，为1998年建成的挪威斯托尔马(Stolma)桥，主跨301m，桥跨布置94m+301m+72m。

　　世界上第一座具有钢筋混凝土主梁的斜拉桥，是1925年在西班牙修建跨越坦波尔河的水道桥(主跨60.35m)。

　　目前世界上跨径最大的斜拉桥，为1999年建成的日本的多多罗桥，主梁为钢箱梁，主跨达890m。

第二节　桥梁的组成和分类

桥梁是供公路、城市道路、铁路、渠道和管线等跨越江河湖泊、山沟深谷以及其他障碍(如公路、铁路)的架空构造物。桥梁一方面要保证桥上的交通运行、渠道和管路通过，而且也要保证桥下水流的宣泄、船只的通航或车辆的通行。

一、桥梁的组成

图1-1-8表示一座公路桥梁的概貌。从图中可见，桥梁一般由以下几部分组成：

1.桥跨结构(或称桥孔结构、上部结构)；

2.桥墩、桥台(统称下部结构)；

3.墩台基础；

在桥跨结构与桥墩、桥台的支承处所设置的传力装置，称为支座；

在路堤与桥台衔接处，一般还在桥台两侧设置锥体护坡、护岸等；

在桥跨结构上面直接与车辆、行人接触的结构部分为桥面构造 ，它包括桥面铺装、防水及排水设施、桥面伸缩装置、人行道（或安全带）、栏杆（或护栏）和灯柱等构造。

在枯水季节的最低水位称为低水位；洪峰季节河流中的最高水位称为高水位。桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所得的高水位，称为设计洪水位。

与桥梁布置和结构有关的主要尺寸和名称术语：

净跨径 、总跨径 、计算跨径 、桥长 、桥高 、桥下净空高度 、建筑高度 、净矢高 、计算矢高、矢跨比 、标准跨径。

我国公路桥涵标准跨径规定为：

0.75m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、 2.5m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、8.0m、10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m

二、桥梁分类

(一)按结构体系分类

桥梁有梁式桥、拱桥、刚架桥、吊桥等四种基本体系，以及由基本体系组合而成的组合体系桥。

1.梁式桥

梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。

2.拱桥

拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。

3.刚架桥 

刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性 。

4.吊桥 

传统的吊桥均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构 。

5.组合体系桥

1)T形刚架、连续刚构桥 

T型刚架、连续刚构都是由梁和刚架相结合的体系。

2)梁、拱组合体系

梁、拱组合体系中有系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等。它们利用梁的受弯与拱的承压特点组成联合结构 。

3)斜拉桥 

斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系。

(二)桥梁的其他分类简述

1.按用途来划分，有公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、运水桥(渡槽)及其他专用桥梁(如通过管路、电缆等)。

2.按桥梁全长和跨径的不同，分为特殊大桥、大桥、中桥和小桥。《公路工程技术标准》规定的大、中、小桥划分标准如表1-1-1 。

3.按主要承重结构所用材料划分，有圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。

4.按跨越障碍的性质，可分为跨河桥、跨线桥(立体交叉)、高架桥和栈桥。

5.按上部结构的行车道位置分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。

除了上述各种固定式的桥梁以外，还有开启桥、浮桥、漫水桥等等。

本章小结：

1、桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况

eq \o\ac(○,1)桥涵是交通线路中的重要组成部分。

　eq \o\ac(○,2)桥梁往往是保证全线早日通车的关键。

　eq \o\ac(○,3)在经济上桥涵的造价平均占公路总造价的10～20%，随着发展有上升趋势。

　eq \o\ac(○,4)在国防上桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。

eq \o\ac(○,1)赵州桥→南京长江大桥→杨浦大桥→江阴大桥 eq \o\ac(○,2)目前，最大跨度的石拱桥是1946年瑞典建成的绥依纳松特桥，跨度为155m；最大跨度的连续刚构桥，为1998年建成的挪威斯托尔马(Stolma)桥，主跨301m；最大跨径的斜拉桥，为1999年建成的日本的多多罗桥，主梁为钢箱梁，主跨达890m；最大跨径的桥梁（吊桥）为1998年建成的日本明石海峡大桥，主跨达1991 m。

2、桥梁的组成和分类

桥梁组成：桥跨结构、墩台、墩台基础、支座、护坡和护岸等

桥梁分类： eq \o\ac(○,1)按结构体系分类：梁式桥、拱桥、钢架桥、吊桥、组合体系桥 eq \o\ac(○,2)其他分类：按用途、按跨径、按材料、按障碍、按行车道位置等分类。

第二章 桥梁的总体规划设计

第一节　桥梁设计基本原则

一、桥梁设计基本原则

　　平桥梁设计必须遵照“安全、适用、经济、美观和有利环保”的基本原则。

　　桥梁设计必须积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺，认真学习国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成就，把学习外国和自己独创结合起来。

二、桥梁设计程序

　　桥梁的设计程序一般采用两阶段设计。

1、桥梁设计的第一阶段是初步设计。

2、桥梁设计的第二阶段是施工图设计。

　　对于技术简单的中、小桥，也可采用一阶段设计，即以扩大的初步设计来包含两阶段设计的主要内容。

第二节　桥梁的总体规划设计

一、勘测与调查

　　对于跨越河流的桥梁一般包括下面几方面的内容：

1.调查研究桥梁的具体任务：桥上的交通种类和它的要求；

2.选择桥位；

3.测量桥位附近的地形，并绘制地形图，供设计和施工应用；

4.通过钻探调查桥位的地质情况，并将钻探资料制成地质剖面图，作为基础设计的重要依据； 

5.调查和测量河流的水文情况 ：

　 (1)河道性质：了解河道是静水河还是流水河，有无潮水，河床及两岸的冲刷和淤积，河道的自然变迁和人工规划的情况等。北方地区还要了解季节河的具体性质；

　 (2)测量桥位处河床断面；

　 (3)调查了解洪水位的多年历史资料，通过分析推算设计洪水位；

　 (4)测量河床比降，调查河槽各部分的形态标高和粗糙率等，计算流速、流量等有关的资料；

　 (5)向航运部门了解和协商确定设计通航水位和通航净空。

6．对大桥工程，应调查桥址附近风向、风速，以及有关的地震资料；

7.调查了解其他与建桥有关的情况；

二、桥梁纵、横断面设计和平面布置

(一)桥梁纵断面设计

　　1.桥梁总跨径的确定

　　对于一般跨河桥梁，总跨径可参照水文计算来确定。但为了使总跨径不致过大而增加桥梁的总长度，同时又要允许有一定的冲刷，因此桥梁的总跨径不能机械地根据计算和规定冲刷系数来确定 。

　　2.桥梁的分孔

　　对于大、中桥梁的分孔是一个相当复杂的问题，必须根据使用任务、桥位处的地形和环境、河床地质、水文等具体情况，通过技术经济等方面的分析比较，才能做出比较完美的设计方案。

3.桥面标高的确定

(1)在不通航河流上，为了保证桥下流水净空，桥下净空不应小于表1-2-1的规定。

(2)在通航及通行木筏的河流上，必须设置保证桥下安全通航的通航孔。

(3)立体交叉的跨线桥桥下净空：当公路从公路桥下穿行时，跨线桥桥下净空应符合公路建筑限界的规定；当公路从铁路桥下穿行时，净宽以及路肩或人行道的净高与公路和公路立体交叉的规定相同；行车道部分的净高一般为5m；当铁路从公路桥下穿行时，跨线桥桥下净空应符合铁路净空限界的要求。

　　一般小桥，通常做成平坡桥。对于大、中桥梁，为了利于桥面排水和降低引道路提高度，往往设置从中间向两端倾斜的双向纵坡。桥上纵坡不大于4%；桥头引道纵坡不宜大于5%。对位于市镇混合交通繁忙处的桥梁，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3%。桥上或引道处纵坡发生变更的地方均应按规定设置竖曲线。

(二)桥梁横断面设计

　　桥梁横断面设计，主要是确定桥面净空和桥跨结构横断面的布置。

　　为了保证车辆和行人的安全通过，应在桥面以上垂直于行车方向保留一定限界的空间，这个空间称为桥面净空。它包括净宽和净高，其尺寸应符合《公路工程技术标准》有关公路建筑限界的规定。

　　确定桥涵净宽时，其所依据的设计速度尚应用各级公路选用的设计速度。

　　城市桥梁以及位于大、中城市近郊的公路桥梁的桥面净空尺寸，应结合城市实际交通量和今后发展的要求来确定。在弯道上的桥梁应按路线要求予以加宽。

　　公路和城市桥梁，为了利于桥面排水，应根据不同类型的桥面铺装，设置从桥面中央倾向两侧的1．5～3．0%的横向坡度。

(三)平面布置

　　桥梁的线型及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。

　 高速公路和一级公路上的大、中桥，以及各级公路上的小桥的线形及其与公路的衔接，应符合路线布设的规定。二、三、四级公路上的大、中桥平面线形，一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设的规定。

　　桥梁与河流或与桥下路线应尽可能避免斜交。但对于一般小桥，为了改善路线的线形，或城市桥梁受原有街道的制约时，有时也修建斜交桥，斜度通常不宜大于45°。在通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线与最高通航水位主流方向的交角大于5°时，宜增加通航孔净宽。

第三节　桥梁设计的方案比较

一、拟定桥型图式

桥梁设计方案比较，通常是从桥梁分孔和拟定桥型图式开始。拟定图式时，设计思路要宽广，不要遗漏可能的桥型和布置。

　　下一步工作就是经过综合分析和判断，剔除一些在技术经济上明显相形见拙的图式，选出几个(通常2～4个)构思好、各具优点、但还难以判定孰优孰劣的图式，作为进一步详细研究而进行比较的方案。

　　二、编制方案

　　编制方案的目的在于提供各个中选图式的技术经济指标，以便经过相互比较，科学地从中选定最佳方案。

　　这些指标包括：主要材料(钢、木、水泥)用量、劳动力(包括专业技术工种)数量、全桥总造价(分上、下部结构列出)、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、要否特种机具、美观等。

　　其他的一些问题，虽难得到数量指标，也应进行适当的概略评价。

　　三、技术经济比较和最佳方案的确定

　　设计方案的评价和比较，是要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个符合当前条件的最佳推荐方案。

　　一般说来，造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案，但实际上并不尽然，因为有时当其他技术因素或使用要求上升成为设计的主要矛盾时，就不得不放弃较为经济的方案。

在方案比较中，除了绘制方案比较图外，还应编写方案比较说明书。

小结：

桥梁设计必须遵循“安全、适用、经济、美观和有利于环保”的基本原则。

桥梁设计分为初步设计和施工图设计两个阶段。对于技术简单的中小桥设计阶段可以简化。

桥梁设计前，必须进行一系列的勘测和调查，包括交通调查和自然条件的调查等。

桥梁纵断面设计中，对于一般跨河桥梁的总跨径可参照水文条件确定；对于大、中桥分孔，根据使用任务、桥位处的地形和环境、河床地质、水文等具体情况，通过技术经济分析做出设计方案。桥面标高根据设计水位桥下通航（或通车）净空等需要，结合桥型、跨径等确定。

桥梁纵断面设计中，桥面净空尺寸应符合《公路工程技术标准》有关公路建设界限的规定和不同公路等级的要求。

桥梁的线型及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。桥梁的纵轴线与洪水主流向或桥下路线应尽可能避免斜交。

对拟定的桥梁设计方案要进行深入细致的分析研究，按照一定的步骤进行对比和选择，获得最佳的设计方案。

第三章 桥梁上的作用及其效应组合

第一节　作用分类

根据使用任务，桥梁结构除了承受本身自重和各种附加重力以外，主要是承受桥上车辆和人群等荷载。而且，鉴于桥梁结构所处的环境和本身结构的特性，它还要经受温度变化、地震、基础变位、混凝土收缩和徐变等复杂因素的影响。这些施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，统称为作用。前者称直接作用，亦称荷载，后者称间接作用。

桥梁上的作用按随时间变化可分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。

表1-3-1 作 用 分 类

编 号

作 用 分 类

作 用 名 称

1

永久作用

结构重力（包括结构附加重力）

2

预加力

3

土的重力

4

土侧压力

5

混凝土收缩及徐变作用

6

水的浮力

7

基础变位作用

8

可变作用

汽车荷载

9

汽车冲击力

10

汽车离心力

11

汽车引起的土侧压力

12

人群荷载

13

汽车制动力

14

风荷载

15

流水压力

16

冰压力

17

温度（均匀温度和梯度温度）作用

18

支座摩阻力

19

偶然作用

地震作用

20

船舶或漂浮物的撞击力

21

汽车撞击力

第二节　永久作用

永久作用(如恒载)是在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。桥梁设计时，永久作用采用标准值为代表值。

　　结构重力亦称恒载，它包括结构物自重、桥面铺装及附属设备的重力。结构重力标准值可按实际体积乘以材料的重力密度值(容重)计算。

　　其他永久作用均可按我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)(以下简称《桥规》)中有关规定计算。

第三节　可变作用

可变作用(如活载)为在结构使用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。桥梁设计时，可变作用根据不同的极限状态分别采用不同的代表值。

以下简要介绍公路桥梁设计中常用的汽车荷载及其影响力和人群荷载。

一、汽车荷载

1、汽车荷载的等级和组成

汽车荷载分为公路-I级和公路-II级两个等级。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。

2、汽车荷载的等级和选用

表1-3-2 各级公路桥涵的汽车荷载等级表

公路等级

高速公路

一级公路

二级公路

三级公路

四级公路

汽车荷载等级

公路-I级

公路-I级

公路-II级

公路-II级

公路-II级

二级公路为干线公路且重型车辆多时，桥涵设计可采用公路-I级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时，桥涵设计采用的公路-II级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。

3、汽车荷载的计算图式、标准值及加载方法

车道荷载的计算图式：

公路-I级车道荷载的均布荷载标准值=10.5kN/m；集中荷载标准值：计算跨径≤5m ，=180kN；计算跨径≥50m ，=360 kN；计算跨径5-50m直线内插求得。

车辆荷载的立面、平面尺寸：

车道荷载横向分布系数应按桥涵设计车道数如图1-3-3布置车辆荷载进行计算。

第四节　偶然作用

偶然作用是地震作用、船舶或漂浮物的撞击作用和汽车的撞击作用。

第五节　作用效应组合

作用效应组合应考虑的范围

按承载能力极限状态设计时，采用的作用效应组合：

基本组合

永久作用的设计值效应与可变作用的设计值效应相组合。

或

偶然组合

永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。

（三）按正常使用极限状态设计时，采用两种效应组合：

1、作用短期效应组合：

2、作用长期效应组合：

小结：

桥梁上的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。永久作用采用标准值为代表值，可变作用根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值获准永久值作为其代表值，偶然荷载取其标准值为代表值。作用的代表值按《桥规》规定计算。有关汽车何在的计算图式、荷载登记及其标准值、加载丰富和纵向折减等应符合《桥规》规定。

桥梁通常要承受多种作用。桥梁按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。桥梁按承载能力极限状态设计采用两种作用效应组合：基本组合和偶然组合。桥梁按正常使用极限状态设计采用短期效应组合和长期效应组合两种效应组合。

施工阶段作用效应组合，按计算需要及桥梁所处条件而定。对不可能同时出现或同时参与组合概率很小的作用，不考虑其作用效应组合。多个偶然作用不同时参与组合。