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研究报告

主题:桥梁研究

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中国桥梁50年回顾

二、桥牌名人

李春

茅以升

林同炎

邓文中

李国豪

林元培

冯全军

三、桥梁知识

1.桥梁分类

根据可用性，可分为公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥和水上桥等。

按跨径大小和多跨总长分为小桥、中桥、大桥和特大桥。

桥梁分类:多孔跨度l单孔跨度L0总长。

根据使用寿命，可分为永久桥、半永久桥和临时桥。

按材料类型可分为木桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力桥、钢桥。

2.桥梁结构知识

A.桥梁的组成部分和每个部分的作用

树根和树干立在两岸，形成最简单的单孔单板桥。

它所承受的重力或外力称为载荷。

树干作为梁，起着承载重力的作用，其在桥梁上的学名叫承重结构。

二.上层建筑

由于现代桥梁的荷载和跨度较大，结构比上述复杂一点。

就拿上部结构来说，如果承重结构是梁，就叫主梁，可以是钢，钢筋混凝土，也可以是预应力混凝土。

承重结构为拱形的，称为主拱；如果是悬索，就叫主索或者大索。

承重结构上面的桥面称为桥面桥；桥面位于承重结构之下，称为穿桥。两根薄主梁通过纵、横向钢筋连接成一个空结构，具有很好的协调性，以抵抗横向和纵向力。

这些连杆形成一个连接系统，称为连接系统。

因此，上层建筑扩展为四个部分，即:1 .桥面；2.桥梁结构；3.承重结构和4。连接系统。

三.基础

荷载通过上部结构的承重结构传递到下部结构桥墩的顶面。

为了使上部结构和下部结构的受力清晰，以便进行准确的力学计算，并使上部结构和下部结构之间的连接可靠，上部结构和下部结构之间必须有一个支点结构，称为支座。

对于梁桥，梁会因荷载和温度而变形。

支座处有两种变形:一种是梁弯曲时的转动变形；一种是梁伸缩时的运动变形。

允许梁伸缩变形和旋转变形的轴承称为可移动轴承。只允许梁产生转动变形而不允许伸缩变形的轴承称为固定轴承。

每个梁只能有一个固定轴承，其余为活动轴承

桥墩和桥台一般用砖、石砌体或混凝土制成，有时在干燥的土地上可以用钢制成。

在桥墩底部承受压力的土壤或岩石称为地基。

如果基础有足够的设计要求的承载力，那么可以根据基础的承载力和桥墩稳定的需要，适当扩大墩身底面，直接支撑在离地很小深度的基础上。

这种膨胀部分称为膨胀基础或浅基础。

如果浅基础的承载力不足以承受桥墩和桥台的压力，应降低基础至一定深度，直至达到承载力。

下降法叫沉井沉桩。

沉井和沉桩统称为深基础。

深基础与浅基础在受力上的区别在于，浅基础仅依靠基础底部区域传递压力；在深基础中，除了依靠沉井底部或桩尖将压力传递给基础外，还依靠井壁与杆壁和土层之间的摩擦力将一部分荷载传递给基础。

因此，深基础的承载力大于浅基础。

这样，桥梁的下部结构通常由三部分组成:1 .方位；2.桥墩和桥台；3.基础。

桥梁结构:拱桥式

在竖向荷载作用下，拱肋作为承重结构主要承受压力。

拱桥的支座不仅要承受垂直力，还要承受水平力。

所以拱桥对基础和基础的要求比梁桥高。

下图分别为下承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥。

桥面可以直接铺在拱肋上供人，言传身教。

对于通过现代交通工具的拱桥，桥面必须保持一定的直线度，不能直接铺设在弧形拱肋上，因此桥面应通过立柱或吊杆间接支撑在拱肋上。

下承式拱桥可以做成系杆拱，即两个拱脚在拱脚处用一根称为系杆的纵横向拉杆连接。

此时作用在轴承上的水平推力由拉杆承受，轴承不再承受水平力。

这样可以减少地基上的荷载，尤其是在不良地质条件下。

桥梁结构:斜拉桥

斜拉桥日语叫“斜张桥”，德语叫“斜索桥”，英语叫“斜拉桥”。

斜拉桥是用几根斜拉索把梁放在塔上形成的。

与多孔梁桥相比，斜拉索代替桥墩作为支点，从而增加了桥梁的跨度。

斜拉桥已经存在很长时间了。

但是斜拉索的受力计算和控制比较困难，因此没有得到开发和广泛应用。

直到本世纪中叶，由于计算机的出现，解决了索力计算问题，完善了调整装置，解决了索力控制问题，使斜拉桥成为近50年来发展最快、应用最广泛的桥型。

下承式拱桥可以做成系杆拱，即两个拱脚在拱脚处用一根称为系杆的纵横向拉杆连接。

此时作用在轴承上的水平推力由拉杆承受，轴承不再承受水平力。

这样可以减少地基上的荷载，尤其是在不良地质条件下。

桥梁结构:梁式桥

在竖向荷载作用下，梁的截面只承受短弯矩，支座只承受竖向力。

墩上多孔桥的不连续梁称为简支梁；墩上连续的叫连续梁；在桥墩上连续，在桥孔中中断，线在桥孔中过渡到另一根梁，称为悬臂梁。

悬臂支撑的简易支架称为悬梁；带有悬臂的梁称为锚梁。

框架桥的梁体可以做成实腹或空腹。

3.立交桥的桥型设计

随着我国公路交通的发展，近年来互通式立交和立交桥越来越多。

这些立交桥和立交桥不仅是公路交通的重要组成部分，而且已经成为现代标志性建筑。

一个好的桥梁设计可以让立交桥展现出自身的通行能力，美化周边环境，其中一些甚至被视为现代建筑中的艺术品。

因此，在选择桥型时，要考虑实施的可行性，符合经济适用性原则；同时要考虑建筑造型艺术满足审美要求。

这一点越来越受到当今设计师的重视，并成为现代工程设计的一个重要特征。

摘要:结合笔者设计的“桥南村”立交桥，提出在适用性的基础上对结构进行美化，并对立交桥桥型设计中的一些认知问题进行了探讨。

1示例桥简介

“桥南村”桥是南京机场高速公路K17+006处跨越主线的分离式立交桥，与高速公路成10°斜角。

桥面宽7+2×0.75米，车行道净宽7m。

设计载荷:汽车-20级，拖车-100。

桥梁呈凸曲线，r = 2500m，左右纵坡对称，均为3%。

桥下净空高度设计为略大于5m。

本例中，桥梁上部采用5×20m普通钢筋混凝土等高连续箱梁结构，下部采用无盖梁的独柱式桥墩和肋板式桥台，基础为钻孔灌注桩。

该桥于1997年6月28日与南京机场高速公路建成通车。

2桥型选择

一般来说，桥梁类型的选择应根据适用性、美观性、经济性、设计和施工难度等因素进行综合分析，最终确定项目实施方案。

对于立交桥，经过国内工程技术人员多年的实践，目前采用的类型基本集中在预制空等高度的核心板梁和连续箱梁。

其中，空芯板梁居多。

但笔者认为，在设计方案时，应首先考虑等高连续箱梁方案。

原因是:

(1)当今社会，人们对美的要求越来越高，对周围的建筑也要求美观。

今天的设计师应该遵守这个要求。他们还应该在设计结构本身强度的同时美化结构。

作为立交桥，因为下面是通车的，所以更引人注目。

因此，要尽可能减少横向桥墩的数量，加强下部空之间的透视，增加桥墩的细长感，这对整个立交桥高架桥是否美观，是否具有现代气势起着重要作用。

就此而言，只有采用箱形连续梁方案才能实现，因为箱形截面的扭转刚度很大，这对于梁下需要设置单柱单支点的支撑形式尤为有利。

此时，根据美学要求，下部结构可制成无盖梁的单柱结构。

但如果上部结构采用预制装配式板梁，下部只能做成传统的带盖梁的墩台结构，很难达到美观要求。

⑵等高连续箱梁桥整体性好，耐久性强，行车舒适。

箱梁顶板和底板面积都很大，能有效抵抗弯矩，承受合理的力。

无需在桥墩处设置伸缩缝，梁长加长，梁高一致，整个桥梁外观简洁美观，线条流畅。

(3)现代立交桥，弯、坡、斜桥越来越多。

如果使用预制板桥，弯、坡、斜的布置会比较复杂，设计和施工也会带来一些问题。

比如如何准确的组合桥梁的各个部位和板块，斜弯桥各个板端的细节，端部之间的连接结构，桥墩长度，桥墩轴线的交角，桥墩的横坡，各点高差的计算都比较复杂，施工时各个特征点的坐标和高程控制要求都非常严格。

再者，如果是预应力空芯板，实际施工中每根预应力板梁在钢筋张拉后的拱度值往往会因混凝土龄期的不同而有较大差异，导致板梁连接不顺畅，或者桥面铺装厚度不均匀，甚至铺装困难，施工质量难以保证。

与斜交空核心板梁相比，如果与独柱墩采用等高连续箱梁，则结构较轻。由于其上部是整体结构，下部没有盖梁，所以细部结构比曲线斜板桥更容易处理，几乎可以避免上述所有缺点，具有其独特的优势。

而且等高连续箱梁桥斜跨主线时，采用单柱单点支撑可以将斜桥变为直桥，实际上增加了主线两侧的有效净距空，相应增加了桥梁的跨径。

因此，这种单柱结构非常适合曲线和斜桥。

⑷采用等高连续梁体系，由于墩支点处负弯矩的存在，其跨中弯矩较简支梁空核心板体系明显减小，意味着上部结构的材料量可以节省，梁体自重可以减少，下部结构墩部的工程量也可以相应减少。

这些可以通过实例桥来验证。

对预应力空核心板梁方案进行了详细的技术经济比较，该方案也是一个5孔20m上部结构。预应力空核心板梁上部主要材料用量为546.9混凝土C50、13236.1钢绞线和29042.2普通钢筋。而等高连续箱梁上部主要材料消耗为361.7混凝土C30和105，068.2普通钢筋。

相比之下，如果考虑钢绞线及其工艺特点，两种方案的钢材综合利用指标相近，但就混凝土用量而言，即使不考虑强度等级的差异，等高度普通钢筋混凝土连续箱梁比简支空核心板梁少用近三分之一的混凝土。

这样，上部结构的重量大大减轻，桥墩和基础的材料消耗自然节省，体现了技术和经济上的优势。

还需要指出的是，目前立交桥常用的跨径在16-25m之间，以上两种跨径20m的桥梁比较应该说是极具代表性的。

所以可以说，在桥长相等的情况下，在立交桥正常跨径范围内，等高连续箱梁比预应力空芯板梁主材少，重量轻，上下结构都很轻，具有较好的技术经济指标。

3结构建模

各部分的结构造型和尺寸比例要相互协调。

如桥下跨梁高与净空之比、墩高与桥跨之比、主桥箱梁翼缘板悬臂长度与梁高之比等。

在这些方面，样板桥非常成功，墩梁结构简单流畅，细长轻盈，连续和谐。

4横截面设计

常用的箱形梁截面有单箱单室、单箱双室、双箱单室、双箱双室等。实际截面形式应根据桥梁宽度和施工方便性决定。

对于实例桥，单箱单室节施工方便，节省材料。箱顶宽8.5m，底宽4.0m，两块侧板各2.25m，采用直腹板。

支架法现浇时，这种单箱单室的截面设计有利于一次全断面浇筑，直腹板的设计更有利于施工。

示例桥采用较大的翼板来挑出长度，主要是为了美观。同时，还考虑充分利用箱梁受力特性的变化，减小箱底宽度，适当提高正弯区截面重心，充分发挥底板受力加固的作用，减轻箱梁自重。

需要指出的是，虽然大悬臂的翼板设计有利于美观效果，但像本桥这样的普通钢筋混凝土连续箱梁桥，不宜通过施加横向预应力来增加翼板的挑长，这样不经济，施工工艺复杂。而且箱型室太窄，在局部荷载作用下箱梁的横向弯曲应力往往很大，这样箱梁的横向配筋会大大增加。

5。

基础

下部结构应能满足上部结构对支撑力的要求，同时应与上部结构在形状上相协调，布置良好。

实例桥采用无盖梁的独柱墩，配合连续箱梁大悬臂结构，可充分利用桥下空间空，简单明了，外形美观，通透性好，施工方便。

一般来说，采用圆形作为墩柱的截面形式更美观，墩柱的直径应根据其与上部结构的协调关系和所需盆式橡胶支座的平面尺寸来确定。

对于一般的立交桥高架桥，墩柱直径可以在1.0到1.6 m之间，本例桥的实际墩柱直径为1.1m。

此外，桥中间的3号墩作为制动墩，墩顶设置固定支座，加强3号墩的墩柱和桩基钢筋，抵抗汽车的制动力。

实例桥的独柱式墩基础设置为单排双钻孔灌注桩，桩径1.0m，承台沿斜桥向布置。这种布置可以使承台在主线中央分隔带符合主线方向，是合理的。

此外，桥台采用密肋壁板，适用性强。

6。

结构构造

立交桥高架混凝土连续箱梁桥采用的立模和现场浇筑方法，可广泛采用现代施工技术和设备，尤其适用于曲线桥梁和竖曲线连续箱梁，施工时上部结构几何位置易于调整。

在梁体施工中采用这种方法时，支护工程是主要任务，目前多采用组合钢管支架。

质量稳定可靠，架设速度快，可重复使用。

另外，如果能使用混凝土泵车等更先进的设备，会更经济快捷。

这种等高无预应力连续箱梁结构施工不复杂，整体现浇梁更经济、美观、工期短、经济和社会效益明显。

还有，由于这种方法是桥址现浇施工，可以省去大型运输设备，也可以省去一些大型安装设备如架桥机、贝雷桁架或预制吊装用的龙门架。其优点在于可以一次性进行多孔桥梁的连续浇筑施工，桥梁整体性好，结构耐久性强。

7结束语

(1)设计立交桥时，应将结构的美化设计放在突出位置；在考虑结构本身强度的同时，要注意桥梁造型艺术。

⑵结构造型及各部分的尺寸比例要相互协调，梁式结构要舒展流畅，注意其线形，下部结构要简洁轻巧，通透性好。

⑶等高多跨连续箱梁配以无盖梁的独柱墩，具有现代建筑风格和特点。

该桥整体性好，耐久性强，行车舒适，用料少，工期短，非常适合生命力强的弯、坡、斜桥。

当现浇支架法能够实现时，应作为立交桥高架桥的首选桥型。

4.桥梁建设的成就和发展趋势

一、斜拉桥

中国在400米以上的大跨度斜拉桥建设中创造了自己独特的风格:

索塔采用混凝土塔代替钢塔。

最高的混凝土塔是210米高的溆浦大桥。

索塔有多种类型，有A型、倒Y型、H型、单柱；

主梁结构有多种类型，包括4个钢箱梁、5个混合梁、4个组合梁和7个混凝土梁。

平行钢丝15根，钢绞线3根。

2001年世界第三的南京长江二桥钢箱梁斜拉桥和世界第五的福建青州闽江组合梁斜拉桥均处于世界领先地位。

总体而言，我国斜拉桥的设计和施工水平已进入国际先进行列，部分成果已达到国际领先水平。

目前国内正在规划建设的香港昂船洲大桥和江苏苏通大桥主跨均在1000米以上，斜拉桥施工技术将有新的突破。

第二，悬索桥

悬索桥是特大跨度桥梁的主要类型之一。因其造型优美、规模宏大，常被人们称为“桥梁女王”。

当跨度超过800米时，悬索桥方案具有很大的竞争力。

20世纪90年代以前，我国修建了60多座悬索桥，但跨度小，桥面窄，荷载标准低。

悬索桥由主缆、塔架、加劲梁和锚具组成。

大型电缆采用美国、英国、法国和丹麦的AS法或PPWS法制造，中国和日本采用PPWS法制造。

塔型一般采用门式刚架，材料为钢材和混凝土。美国、日本和英国使用更多的钢塔，而中国、法国、丹麦和瑞典使用混凝土塔。

加劲梁包括钢桁架梁和平钢箱梁。美国和日本的钢桁梁较多，中国、英国、法国、丹麦的钢箱梁较多。

有重力锚和隧道锚，大部分都是重力锚。

三、预应力混凝土连续刚构桥

预应力混凝土连续刚构桥比预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土连续刚构桥具有更大的跨径。

近年来，许多国家都修建了预应力混凝土连续刚构桥。随着世界经济的发展，预应力混凝土连续刚构桥将会有更快的发展。

1998年，挪威建造了世界上第一座斯托尔马大桥和世界上第二座筏板桥，将PC连续刚构桥的跨度发展到了顶峰。

广东洛溪大桥于1988年建成，为我国大跨度预应力混凝土连续刚构桥的建设开创了先例。在过去的十年里，全国已建成74座跨度超过120米的预应力混凝土梁桥。

世界上已建成17座跨度超过240米的预应力混凝土梁桥，其中中国7座，西部5座。

1997年建成的虎门大桥辅航道桥是当时世界上第一座PC连续刚构桥。

近年来，泸州长江二桥、重庆黄花园大桥、黄石长江大桥、重庆高家花园大桥和贵州刘广河大桥相继建成，近期将建成大量大跨度预应力混凝土连续刚构桥。

我国大跨度预应力混凝土连续刚构桥和预应力混凝土梁桥的施工技术已经达到世界领先水平。

第四，拱桥

1.石拱桥

石拱桥在中国是一项历史悠久的技术。

最近有了新的突破。山西省晋城市金角高速公路丹河大桥建于2001年，跨度146米，是世界上最大的石拱桥。

2.混凝土拱桥

混凝土拱桥分为箱拱、肋拱和桁架拱。

国内采用缆索吊装法施工的跨度最大的是1979年建成的四川宜宾马明溪大桥、1982年建成的四川攀枝花保定大桥、1990年建成的河南徐沟大桥和重庆涪陵乌江大桥。

在此期间，国外混凝土拱桥的最大跨度已达390米。

这个时候，中国和国外的差距至少是10年。

1990年，宜宾南门金沙江大桥首次采用刚性骨架，建成了我国第一座240米长的中承式钢筋混凝土拱桥。随后，广西永宁邕江大桥的施工方法得到了新的提高。1996年建成312米长的中承式钢筋混凝土拱桥，1997年建成重庆万州长江大桥，是世界上最大的混凝土拱桥。

与此同时，世界上最大跨度的混凝土桁架拱桥在贵州的江界河大桥上建成。

据统计，世界上跨度超过240米的混凝土拱桥有15座，其中中国有4座，而世界上跨度超过300米的混凝土拱桥只有5座，中国有3座，西部地区有2座。

我国大跨度混凝土拱桥的施工技术处于国际领先水平。

钢管混凝土拱桥

钢管混凝土是一种钢-混凝土复合材料，具有高强度、支撑和模板三大功能，具有很强的自架设能力。它解决了大跨度拱桥经济、节材、安装方便、承载力高等问题。

这种类型的桥梁近年来在中国发展迅速。自20世纪90年代以来，我国已建成40多座跨度超过120米的钢管混凝土拱桥和13座跨度超过200米的钢管混凝土拱桥。跨度最大的是2000年建成的广州吉吉沙珠江大桥中承式钢管混凝土拱桥，是世界上第一座钢管混凝土拱桥。

先后建成了武汉江汉三桥、广西三岸邕江大桥等多座钢管混凝土拱桥。

表7:中国大跨度钢管混凝土拱桥

正在建设中的巫山长江大桥将是一座世界纪录的超长钢管混凝土拱桥。

钢拱桥

世界上跨度最大的钢拱桥是建于1997年的美国新河大桥的桥面钢桁架拱桥。排名第二的是建于1931年的美国贝尔桥的中承式钢桁架拱桥；排名第三的是建于1932年的澳大利亚悉尼海港大桥的中承式钢桁架拱桥。

国内建造的大跨度钢拱桥很少，最大的是四川攀枝花3002桥。

最近在上海开工的卢浦大桥中承式钢箱拱桥，比世界第一的美国新河大桥长31.8米，将拿下世界第一座钢拱桥。

V.21世纪世界桥梁的发展趋势

纵观大跨度桥梁的发展趋势，我们可以看到，世界桥梁建设必将迎来更大的建设高潮。

就中国而言，通江至三亚的跨海工程有五个，分别是渤海湾工程、长江口工程、杭州湾工程、珠江口伶仃洋工程、琼州海峡工程。

其中难度最大的是渤海湾跨海工程，全长57公里，建成后将成为世界上最长的桥梁；琼州海峡跨海工程，宽20公里，深40米，海床以下130米无基岩，常年频繁遭受台风、海浪袭击。

此外，还有舟山岛工程、青岛至黄岛、长江、珠江、黄河等多项桥梁工程。

世界上，在建的著名桥梁是土耳其的伊兹米特海湾大桥；希腊日海的提里奥桥已被批准修建意大利和西西里岛之间的墨西拿海峡大桥，主跨3300米。其使用寿命按200年标准设计。主塔高376米，桥面宽60米。主缆直径1.24米，预计造价45亿美元；在西班牙和摩洛哥之间，还提出了一座横跨直布罗陀海峡的大跨度悬索桥，包括两个5000米的连续中跨和两个2000米的边跨，基础深度约为300米。

另一个计划是建造一座三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉桥。基础深约300米，较高的塔高达1250米，较低的塔高达850米。

这个方案需要建造先进的复合材料，而不是今天桥梁使用的钢材和混凝土。

六、桥梁技术的发展方向

1.大跨度桥梁向更长、更大、更软的方向发展

研究大跨度桥梁在空气动力学、地震和驱动力作用下的结构安全性和稳定性，将截面做成各种流线型加劲梁以满足空气动力学要求，从而增加超长桥梁的刚度；

采用以斜拉索为主的空网状承重体系；

采用悬索和斜拉混合体系；

加劲梁采用轻质刚性复合材料，主缆采用重量轻、强度高的碳纤维材料。

2.新材料的开发和应用

新材料应具有高强度、高弹性模量和轻质的特点。目前，应研究超高强度硅粉和聚合物混凝土、高强度双相钢丝和钢纤维混凝土、纤维塑料等一系列材料来替代桥梁用钢和混凝土。

3.在设计阶段，采用高度发达的计算机辅助手段进行有效快速的优化和仿真分析，采用智能制造系统在工厂生产零部件，采用GPS和远程控制技术控制桥梁施工。

4.大型深水基础工程

目前世界上桥梁基础还没有超过100米的深海基础工程，下一步是进行100~300米深海基础的实践。

5.桥梁建成投入使用后，自动监控管理系统将保证桥梁的安全和正常运行。如果出现故障或损坏，将自动报告损坏的零件和维护对策。

6.重视桥梁美学和环境保护

桥梁是人类最杰出的建筑之一。著名的桥梁有美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼海港大桥、英国伦敦大桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥。这些著名的桥梁是珍贵的艺术作品，它们成为陆地、河流、海洋和天空的景观。

澳大利亚宏伟的悉尼海港大桥和独特的现代悉尼歌剧院成为了今天悉尼的象征。

因此，21世纪的桥梁结构将更加注重建筑艺术造型、桥梁美学与景观设计、环境保护，从而实现人文景观与环境景观的完美结合。

在20世纪桥梁工程大发展的基础上，绘制21世纪的宏伟蓝图，桥梁施工技术将会有更大更新的发展。

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