《桥梁构造与设计》课件

桥梁构造与设计本课程探索桥梁工程基本原理涵盖结构类型、设计方法、材料选择培养专业桥梁工程师技能桥梁的定义与分类基本定义功能用途结构分类跨越障碍物的交通构筑物连接交通、横跨河流、沟通山谷梁式、拱式、斜拉、悬索中国桥梁发展历程古代1赵州桥、洛阳桥等石拱桥技术近代2钢筋混凝土技术引入，南京长江大桥现代3超大跨径桥梁，港珠澳大桥成就世界著名桥梁概览金门大桥、米洛高架桥展示不同结构形式各具特色的设计解决方案桥梁构造的基本组成上部结构承受交通荷载的主体支座系统传递荷载并允许变形下部结构支撑全桥并传递力至地基桥面系统与构造组成桥面板防护层排水系统钢筋混凝土、正交异性钢板沥青混凝土、环氧沥青集水口、排水管、泄水孔桥梁荷载类型及分类静载活载结构自重、二期恒载车辆荷载、人群荷载偶然荷载自然荷载地震、船撞、爆炸风荷载、温度变化上部结构详解梁式桥拱式桥斜拉桥简支、连续、悬臂上承式、中承式、扇形、竖琴式索塔下承式布置悬索桥主缆系统、加劲梁下部结构详解桥墩类型桥台形式重力式、柱式、框架式重力式、U型、轻型桥台基础种类桩基、扩大基础、沉井桥墩结构类型实体墩空心墩装配式墩混凝土大体积，承载力强节省材料，减轻自重工厂预制，现场安装快速桥台结构与设计重力式桥台框架式桥台依靠自重抵抗土压力由立柱和横梁组成适用于地基良好区域节省材料，地基要求高桥台与地基处理紧密相关支座分类与选型球型支座适用大跨径橡胶支座经济实用摩擦滑移支座允许水平位移梁式桥梁基本特点70%100m使用率适用跨径全球最常见桥型中小跨径经济高效

1.0结构系数受弯为主，简单明确拱式桥梁构造与受力受力特点轴压为主，材料利用率高主要构件拱肋、拱上构造、拱脚关键节点拱脚基础需抵抗水平推力斜拉桥结构体系主塔传递拉索张力至基础拉索支撑主梁，传递荷载主梁承受交通荷载，整体刚度低悬索桥构造剖析主缆锚碇承担全桥主要拉力固定主缆，抵抗拉力加劲梁吊索提供刚度，分配荷载连接主缆与桥面组合结构桥梁结构形式主要特点适用范围钢-混组合梁上部混凝土，下部钢梁中等跨径混凝土组合梁分阶段浇筑，连接为整体预制拼装钢管混凝土钢管约束混凝土，承载力高大跨径柱桥梁选型与地理环境山区地形拱桥、斜拉桥适合山谷水域环境大跨径跨越宽阔水面地震区需增强抗震性能，减小刚度强风区考虑气动稳定性设计材料选用与发展趋势创新材料高性能材料UHPC、自修复材料、新型复合材料传统材料高强混凝土、高强钢、复合材料普通混凝土、碳素钢、木材桥梁设计基本流程调查研究地形、地质、水文调查初步设计选型、结构布置、初步计算施工图设计详细计算、构造设计、图纸编制审查与优化安全校核、专家评审、方案调整桥长与跨径组合设计桥梁结构线型选择直线型曲线型型线形S结构简单，受力均匀适应地形，需考虑离心力复杂地形适用，扭转效应明显荷载标准与设计规范中国桥梁规范公路荷载等级•JTG D60公路桥涵设计通用•公路-I级车道荷载550kN规范•公路-II级车道荷载420kN•JTG D62钢桥设计规范•城市桥梁城-A级荷载•JTG D63混凝土桥设计规范国际规范•AASHTO美国规范•Eurocode欧洲规范•BS英国标准结构极限状态设计承载力极限状态正常使用极限状态结构破坏或失稳影响正常功能断裂、屈服、失稳、疲劳过大变形、裂缝、振动安全系数γ

1.0满足使用性要求结构受力分析原理静力平衡有限元分析影响线∑F=0，∑M=0复杂结构数值模拟确定最不利荷载位置梁桥结构分析实例拱桥受力分析倍70%3轴压比效率提升轴向压力为主要内力比梁桥材料利用率高H/L矢跨比影响推力大小，一般1/5-1/6斜拉桥动力分析模态分析确定自振频率和振型抖振检验风致振动稳定性评估地震响应时程分析或反应谱法索力优化索力调整，平衡变形桥梁稳定性设计局部稳定整体稳定气动稳定板件屈曲、翼缘失稳结构系统失稳模式防止颤振、抖振、涡振结构平衡防止倾覆、滑移、浮起桥梁抗震结构设计地震力计算延性设计反应谱分析或时程分析塑性铰设置，耗能构件隔震减震构造加强隔震支座，阻尼器应用纵横向约束，防落梁措施桥梁耐久性与寿命设计防腐设计裂缝控制混凝土保护层，防腐涂装限制裂缝宽度，提高抗裂性监测维护防水排水定期检测，及时维修完善排水系统，防止渗水桥梁施工阶段性设计基础施工1基坑支护，桩基施工下部结构墩台施工，混凝土浇筑上部结构梁板架设，拱肋施工桥面系桥面铺装，附属设施预应力技术在桥梁设计中的应用张拉方式设计优势•先张法张拉→浇筑→放张•提高跨径，减少材料•后张法浇筑→张拉→锚固•控制裂缝，提高耐久•减小挠度，增强刚度大跨径桥梁设计难点抗风稳定性温度变形控制施工控制气动外形设计，风洞试验伸缩缝设计，温度梯度几何控制，索力调整增设减振装置，调整刚度混合梁减小热胀冷缩考虑施工阶段受力变化桥梁加固与扩容设计碳纤维加固提高承载力不增重外包钢加固快速施工易于检测扩宽改造新旧结构协同工作桥梁施工工艺流程施工准备材料、设备、图纸、现场测量放样控制网建立，基准点标定主体施工基础、墩台、上部结构附属工程桥面系，栏杆，照明悬浇施工与整体吊装法悬臂浇筑法节段拼装整体吊装适用大跨连续梁、拱桥工厂预制，现场拼接适用预制板梁、钢桥现浇与预制施工比较比较项目现浇法预制法施工周期较长，养护时间长快速，工厂生产质量控制受环境影响大工厂条件好，稳定成本因素材料费低，人工费高材料费高，运输费高适用范围复杂形状，整体性好标准化，重复构件桥梁监测与养护技术结构健康监测应变、位移、加速度感应无人机检测外观缺陷可视化检查大数据分析评估结构状态，预测寿命智能养护养护周期优化，精准维修桥梁安全管理与应急维护日常巡检定期检查，发现隐患定期检测全面检测，评估状态维修加固针对性处理，消除隐患应急预案突发事件处置流程和措施桥梁防腐蚀与防水技术表面涂装环氧、聚氨酯涂料材料配比低渗透混凝土，掺合料防水系统防水卷材，沥青混凝土阴极保护牺牲阳极，外加电流桥梁绿色设计理念生态友好材料循环能源节约减少对环境影响可回收材料，废料降低建造能耗利用低碳设计减少碳排放，碳足迹评估桥梁信息化与数字建造技术数字孪生智能建造BIM三维可视化设计与协同实时监测与虚拟模拟机器人施工，无人化操作新型桥梁结构形式自复位结构可变刚度桥异形桥梁地震后自动回复原位适应环境荷载变化非常规几何形态智能材料与特殊连接智能控制系统调节建筑美学与功能结合未来桥梁技术展望打印技术智能机器人3D复杂构件现场打印自动化施工与维护超高性能材料可持续发展石墨烯增强、自修复材料零碳桥梁，能源自给桥梁设计创新案例港珠澳大桥杨泗港长江大桥北盘江大桥世界最长跨海大桥群双层公路桥，主跨1700米世界最高桥梁，谷底高565米国际大型桥梁工程实践1991m2460m明石海峡大桥卡尔文森桥日本，全球最大跨径悬索桥土耳其，全球最长中跨斜拉桥年164布鲁克林大桥美国，历史悠久的钢丝悬索桥桥梁常见病害与防治病害类型主要原因防治措施混凝土裂缝温度应力、超载灌缝、贴布、增加钢筋锈蚀腐蚀碳化、氯离子侵蚀防腐涂料、阴极保护支座损坏老化、过度变形更换、升级支座类型桥面铺装破损车辆荷载、材料老化铣刨重铺、局部修补结课复习与考试重点理论基础设计要点•桥梁分类与构造组成•内力分析与截面设计•各类桥型特点与适用范围•构造细节与连接设计•荷载分类与组合原则•桥梁抗震与抗风设计施工管理•主要施工方法对比•质量控制与安全管理•养护技术与病害防治总结与展望知识积累能力提升系统学习桥梁专业知识分析解决工程实际问题职业发展创新思维打造专业工程师能力素养掌握前沿技术发展方向。