桥梁工程认识实习报告

一、实习目的:

1、初步了解桥梁工程专业背景方向的知识构成。

2、了解桥梁工程系统的基本建筑与结构。

3、初步认识桥梁工程相关知识体系。

4、锻炼学生分析问题和解决生产实际问题的能力。

二、实习时间:2011年10月30日

三、实习地点:卢沟桥周边及城铁十三号线西直门至大钟寺

四、实习过程:乘车至卢沟桥,参观卢沟桥及附近桥梁,了解桥梁的组成,结构相关知识,乘

车至西直门,沿城铁十三号线架桥步行至大钟寺附近,了解铁路桥梁,轨道桥

梁的基础结构和注意事项。

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五、桥梁工程相关专业知识

桥梁工程指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程,以及研究这一过程的科学和工程技术,它是土木工程的一个分支。桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。古代桥梁以通行人、畜为主,载重不大,桥面纵坡可以较陡,甚至可以铺设台阶。自从有了铁路以后,桥梁所承受的载重逐倍增加,线路的坡度和曲线标准要求又高,且需要建成铁路网以增大经济效益,因此,为要跨越更大更深的江河、峡谷,迫使桥梁向大跨度发展。

在建桥材料方面,以高强、轻质、低成本为选择的主要依据,近期仍以发展传统的钢材和混凝土为主,提高其强度和耐久性。对于建筑钢材的脆断机理、初始几何缺陷等,以及混凝土材料的非弹性问题(收缩徐变以及疲劳等),将继续作充分的研究,使能正确控制结构的受力和变形。至于碳纤维塑料等在桥梁上的广泛应用,还必须在降低成本以后才有可能。

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。

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桥梁类型

桥梁根据其用途、所用材料和力学特性可划分为多种类型。

1.按用途分类

铁路桥:供铁路通行的桥梁;

公路桥:供公路通行的桥梁;

其它类型桥梁:公铁两用桥、人行桥、输水渡槽、管线桥等。

2.按跨越障碍物分类:

跨河(谷)桥:跨越河流(或山谷)的桥梁;

高架桥:为保留线路通过地段的空间或少占耕地,常常不修路堤而以桥梁通过,称这种桥为高架桥,也称作旱桥或栈桥;

跨线桥:跨越铁路或公路的桥梁,称作为跨线桥或立交桥。

3.按所用材料分类:

按上部结构所使用的材料,桥梁分为钢桥、混凝土桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、石桥、木桥。

4.按受力情况分类:

梁式桥:在竖直荷载作用下,支座只产生竖向反力的桥,其中有简支梁桥、连续梁桥、悬

臂梁桥等。梁桥以梁截面的内弯矩抵抗竖向荷载,因此除悬臂梁桥外,梁桥的跨越能力有限。

拱桥:作为主要承重结构的主拱将大部分竖向荷载转换为拱截面的压力,拱脚不仅有竖向反力,还有巨大的水平反力,无铰拱还有支撑弯矩。

刚架桥:显著特点是桥梁和墩台刚性连接成整体,在竖向荷载作用下和拱一样,有竖向反力和水平反力,无铰刚架还有支撑弯矩,其中有门形刚架、斜腿刚架桥。

悬索桥:由桥塔、主缆、锚锭、吊索、加劲梁等主要受力构件组成的组合体系桥。与梁桥不同,悬索桥的桥塔和主缆是主要承重结构,加劲梁主要提供桥梁横向刚度、抗扭刚度和路面,作用于加劲梁的路面荷载及加劲梁自重通过吊索由主缆承受。

斜拉桥:由桥塔、斜拉索和梁部结构组成的组合体系桥。作用于梁部结构的荷载由梁体和斜拉索提供的垂直分力共同承受。

5.按桥长分类:

桥梁根据其总长度(台尾至台尾间距离)分为特大桥、大桥、中桥和小桥,铁路桥的划分如下:500m以上为特大桥;100m~500m为大桥;20m~100m为中桥;桥长在20m及以下者为小桥。

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桥梁基本特点

梁式桥:包括简支板梁桥,悬臂梁桥,连续梁桥.其中简支板梁桥跨越能力最小,一般一跨在8-20m.连续梁

桥国内最大跨径在200m以下,国外已达240m(目前世界上最大跨径梁桥最跨是330m,是位于中国重庆的石板坡长江大桥复线桥).

拱桥在竖向荷载作用下,两端支承处产生竖向反力和水平推力,正是水平推力大大

减小了跨中弯矩,使跨越能力增大.理论推算,混凝土拱极限跨度在500m左右,钢拱可达1200m.亦正是这个推力,修建拱桥时需要良好的地质条件.

钢架桥:有T形刚架桥和连续刚构桥,T形刚架桥主要缺点是桥面伸缩缝较多,不利于高速行车.连续刚构主梁连续无缝,行车平顺.施工时无体系转换.跨径我国最大已达270m(虎门大桥辅航道桥)

缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥)是建造跨度非常大的桥梁最好的设计.道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空,缆索悬挂在桥塔之间。斜拉桥已建成的主跨可达890m,悬索桥可达1991m.

组合体系桥有梁拱组合体系,如系杆拱,桁架拱,多跨拱梁结构等.梁刚架组合体系,如T形刚构桥等.

桁梁式桥:有坚固的横梁,横梁的每一端都有支撑。最早的桥梁就是根据这种构想建成的。他们不过是横跨在河流两岸之间的树干或石块。现代的桁梁式桥,通常是以钢铁或混凝土制成的长型中空桁架为横梁。这使桥梁轻而坚固。利用这种方法建造的桥梁叫做箱式梁桥。

悬臂桥:桥身分成长而坚固的数段,类似桁梁式桥,不过每段都在中间而非两端支承。

拱桥:借拱形的桥身向桥两端的地面推压而承受主跨度的应力。现代的拱桥通常采用轻巧、开敞式的结构。

吊桥:是建造跨度非常大的桥梁最好的设计。道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空,钢缆牢牢地悬挂在桥塔之间。较古老的吊桥有的使用铁链,有的甚至使用绳索而不是用钢缆。

拉索桥:有系到桥柱的钢缆。钢缆支撑桥面的重量,并将重量转移到桥柱上,使桥柱承受巨大的压力。

玻璃桥:纯玻璃制成的一种桥梁。(平板桥)

廊桥:加建亭廊的桥,称为亭桥或廊桥,可供游人遮阳避雨,又增加桥的形体变化。

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。现代桥梁按建桥材料可分为预应力钢筋混凝土桥、钢筋混凝土桥和钢桥。

预应力钢筋混凝土桥1928年,法国弗雷西内工程师经过20年的研究,用高强钢丝和混凝土制成预应力钢筋混凝土。这种材料,克服了钢筋混凝土易产生裂纹的缺点,使桥梁可以用悬臂安装法、顶推法施工。随着高强钢丝和高强混凝土的不断发展,预应力钢筋混凝土桥的结构不断改进,跨度不断提高。

桥梁的组成与结构

1、桥跨结构

在线路中断时跨越障碍物的主要承载结构。

2、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。

3、基础

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。

4、上部结构

通常人们还习惯地称桥跨结构为桥梁的上部结构。称桥墩或桥台为桥梁的下部结构。

5、支座

一座桥梁中在桥跨或桥墩或桥台的支承处所设置的传力的装置,称为支座。

它不仅要传递很大的荷载,并且要保证桥跨结构能产生一定的变为。

6、锥形护坡

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。在桥梁建筑工程中,除了上述基本结构外,根据需要还常常修筑护岸、导流结构物等附属工程如涵洞。

桥梁的三个主要组成部分是:上部结构,下部结构和附属结构。上部结构由桥跨结构、支座系统组成。

桥跨结构

或称桥孔结构,是桥梁中跨越桥孔的、支座以上的承重结构部分。按受力图示不同,分为梁式、拱式、刚架和悬索等基本体系,并由这些基本体系构成各种组合体系。它包含主要承重

结构、纵横向联结系、拱上建筑、桥面构造和桥面铺装、排水防水系统,变形缝以及安全防护设施等部分。

支座系统

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。

下部结构,由桥墩、桥台、墩台基础几部分组成。

桥墩

桥墩主要由墩帽、墩身和基础三部分组成。它的主要作用是承受上部结构传来的荷载,并通过基础又将此荷载及本身自重传递到地基上。此外它还承受流水压力、风力以及可能出现的冰荷载、船只或漂流物的撞击力。

大跨径桥梁

既要考虑墩身的轻巧,又要考虑能有利于上部结构的受力和施工,于是创造出X形、V形墩等各种优美的立面形式。

城市立交桥

为了能从上面承受、托较宽的桥面,在下面能减小墩身和基础尺寸,常常将桥墩在横方向上做成独柱式或排柱式,倾斜式、双叉式、四叉式、T形、V形和X形等各种各样的桥墩形式。

高架桥:采用空心桥墩,将墩身内部作为空腔体,减少圬工体积、节约材料或减轻自重。

桥台

桥台主要由台帽、台身和基础三部

分组成。它的主要作用是承受上部结构传来的荷载,并通过基础又将此荷载及本身自重传递到地基上。此外它是衔接两岸接线路堤的构造物;既要能挡土护岸,又要能承受台背填土及填土上车辆荷载所产生的附加侧压力

台帽:台帽的构造和尺寸要求与相应的墩帽有许多共同之处,不同的是台帽顶面只设单排支座,在另一侧则要砌筑挡住路堤填土的矮墙——背墙。

台身:台身由前墙和侧墙组成,结合成一体,兼有挡土墙的作用。台身的宽度通常与路基的宽度相同。两个侧墙间宜填以渗水性较好的土,为排除桥台前墙后的积水,应于侧墙间在略高于高水位平面上铺一层向路堤方向设有斜坡的夯实粘土作为不透水层,并在粘土层上再铺一层碎石,将积水引向设于台后横穿路堤的盲沟内。锥坡下缘与前墙下缘相齐。锥坡坡度一般由纵向1:1逐渐变至横向为1:1.5,以便和路堤边坡一致。其平面形状为1/4椭圆。锥坡用土夯实而成,其表面用片石砌筑。侧墙尾端应有不小于75cm的长度伸入路堤内,保证与路堤有良好的衔接。

基础:基础是介于台身与地基之间的传力结构。它的平面尺寸比台身底截面尺寸略大,四周每边放大0.25~0.75cm。可以是单层,或2至3层台阶式。

按构造和施工方法不同,桥梁基础类型可分为:明挖基础、桩基础、沉井基础、沉箱基础和管柱基础。

明挖基础

也称扩大基础,系由块石或混凝土砌筑而成的大块实体基础,其埋置深度可较其他类型基础浅,故为浅基础。它的构造简单,由于所用材料不能承受较大的拉应力,故基础的厚、宽比要足够大,使之形成所谓刚性基础,受力时不致产生挠曲变形。为了节省材料,这类基础的立面往往砌成台阶形,平面将根据墩台截面形状而采用矩形、圆形、T形或多边形等。建造这种基础多用明挖基坑的方法施工。在陆地开挖基坑,将视基坑深浅、土质好坏和地下水位高低等因素,来判断是否采用坑壁支持结构──衬板或板桩。在水中开挖则应先筑围堰。

明挖基础适用于浅层土较坚实,且水流冲刷不严重的浅水地区。由于它的构造简单,埋深浅,施工容易,加上可以就地取材,故造价低廉,广泛用于中小桥涵及旱桥。中国赵

州桥就是在亚粘土地基上采用了这种桥基。

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桩基础

由许多根打入或沉入土中的桩和连接桩顶的承台所构成的基础。外力通过承台分配到各桩头,再通过桩身及桩端把力传递到周围土及桩端深层土中,故属于深基础。

桩基础适用于土质深厚处。在所有深基础中,它的结构最轻,施工机械化程度较高,施工进度较快,是一种较经济的基础结构。有些桥梁基础要承受较大的水平力,如桥墩基础要承受来自左右方向的水平荷载,其桩基多采用双向斜桩;而一些梁式桥的桥台主要承受来自一侧的土压力,多采用单向斜桩。如桩径很大,像现在常用的大直径钻孔桩,具有相当大的刚度,则可不加斜桩而做成垂直桩基。

桥梁基础多置于水中,故要求桩材不仅强度高,而且要耐腐蚀。在桥梁中常用的桩材为木材、钢筋混凝土和钢材。由于木材长度有限,强度和耐腐蚀性较低,故木桩多用于中小桥梁,且桩顶必须埋在低水位以下,才能长期保存。钢筋混凝土桩的强度和耐久性均较木桩为优,多用于较大或重要桥梁,但当遇到含盐量较高的水文地质条件,也有腐蚀问题,应采取防护措施。中国在1908~1912年修建津浦(天津—浦口)铁路洛口黄河桥时,其基础就采用了外接圆直径为50厘米的正五边形钢筋混凝土预制桩,桩长15~17米。自50年代以后,曾广泛采用工厂预制的钢筋混凝土空心的管桩、桩外径多为40和55厘米,

如1953~1954年在武汉修建的汉水铁路桥和公路桥,以及60年代修建的南京长江桥引桥的大部分基础均采用这种桩基。此外,钢筋混凝土钻孔灌注桩(也称钻孔桩),近几十年在世界范围内发展很快,如1972年在中国山东北镇建成的黄河公路桥,采用直径1.5米、最大入土深达107米的钢筋混凝土钻孔桩;70年代末在阿根廷建成跨巴拉那河的两座斜张桥,全部采用直径达2.0米,最大入土深达73米的钢筋混凝土钻孔桩。至于钢桩主要是钢管桩及H形钢桩,其强度甚高,在土中穿透能力强,在工业发达国家使用较多,在中国有少数桥梁(如上海黄浦江桥)也使用过。

沉井基础

是一种古老而且常见的深基础类型,它的刚性大,稳定性好,与桩基相比,在荷载作用下变位甚微,具有较好的抗震性能,尤其适用于对基础承载力要求较高,对基础变位敏感的桥梁。如大跨度悬索桥、拱桥、连续梁桥等。

沉箱基础

在桥梁工程中主要指气压沉箱基础。它主要用于大型桥梁,当水下土层中有障碍物而沉井无法下沉,桩无法穿透时;或地基为不平整的基岩且风化严重,需要人员直接检验或处理时,常采用沉箱基础。但沉箱工程需要复杂的施工设备,人在高气压下工作,既不安全,效率也低,其水下下沉深度也受到一定限制,故现今一般较少采用。

管柱基础

是主要用于桥梁的一种深基础,管柱外形类似管桩,其区别在于:管柱一般直径较大,最下端一节制成开口状,在一般情况下,靠专门设备强迫振动或扭动,并辅以管内排土而下沉,如落于基岩,可以通过凿岩使锚固于岩盘;而管桩直径一般较小,桩尖制成闭合端,常用打桩机具打入土中,一般较难通过硬层或障碍,更不能锚固于基岩。大型管柱的外形又类似圆形沉井,但沉井主要是靠自重下沉,其壁较厚,而管柱是靠外力强迫下沉,其壁较薄。

管柱基础适用于较复杂的水文地质条件,尤其在某些特殊条件下,更能显示其广泛适应性。如中国武汉长江桥桥址的水文地质条件为:持力层在水面之下深达40米而洪水期长达8个月,显然对气压沉箱不利;河床覆盖层很浅,不能用管桩基础;基岩表面不平,在同一墩位处高差达5~6米,也不能用沉井基础。在此情况下,以管柱基础最为适宜,它不受水深限制,且下端可锚固于岩盘,无需较厚的覆盖层维持柱体稳定,而基础是由分散的柱体支承于岩面,故岩面不平也易于处理。

桥梁基础除了上述几种类型外,还可根据不同地质和水文条件而采用一些组合型基础结构。如中国杭州钱塘江桥正桥7~15号墩基础,是在沉箱下接木桩;南京长江桥正桥2号和3号墩,则是钢沉井套预应力混凝土管柱基础。

六、实习感悟:

在交通运输高速发展的现当代,桥梁的重要性不言而喻,而在现在城市中发展立体交通,轨道交通都要利用到桥梁,作为当代的土木工程专业的学生,学习好相关知识为未来建设我国的桥梁做出贡献。

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