【正文】 ...........................................................110 謝 辭 ……………………………………………………………………………… ………… ...112 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 緒論 一 橋梁發(fā)展的歷史 自盤古開天辟地以來，人類就與水不可分割。從此，在人類進(jìn)化史上，橋，就留下數(shù)不完的腳印，人類與橋的關(guān)系也亦復(fù)如此。 中國是一個 5000 年文字記載歷史的偉大國家。我國幅員遼闊，地形東南低而西北高，河道縱橫交錯，有著名的長江、黃河和珠江等流域，這里孕育了中華民族，創(chuàng)造了燦爛的華夏文化。在歷史的長河中，中華民族建設(shè)了數(shù)以千萬計(jì)的橋梁，成為華夏文化的重要組成部分。 中國古代橋梁的輝煌成 就舉世矚目，曾在東西方橋梁發(fā)展史中，占有崇高的地位，為世人所公認(rèn)。 一） 橋梁的發(fā)展 （材料方面） 石橋 ： 石橋的主要形式是石拱橋。據(jù)考證，中國早在東漢時期（公元 25～ 220 年）就出現(xiàn)石拱橋，如出土的東漢畫像磚，刻有拱橋圖形?，F(xiàn)在尚存的趙州橋（又名安濟(jì)橋），建于公元 605～ 617 年，凈跨徑為 37m，首創(chuàng)在主拱圈上加小腹拱的空腹式（敞肩式）拱。中國古代石拱橋拱圈和墩一般都比較薄，比較輕巧，如建于公元 816～ 819 年的寶帶橋，全長317m，薄墩扁拱，結(jié)構(gòu)精巧。 石梁橋是石橋的又一形式。中國陜西省西安 附近的灞橋原為石梁橋，建于漢代，距今已有 20xx 多年。公元 11～ 12世紀(jì)南宋泉州地區(qū)先后建造了幾十座較大型石梁橋，其中有洛陽橋、安平橋。安平橋 (五里橋 )原長 2500m， 362 孔，現(xiàn)長 2070m， 332 孔。英國達(dá)特穆爾現(xiàn)存的石板橋，有的已有 20xx 多年 。 木橋 ： 早期木橋多為梁橋，如秦代在渭水上建的渭橋，即為多跨梁式橋。木梁橋跨徑不大，伸臂木橋可以加大跨徑。中國 3世紀(jì)在甘肅安西與新疆吐魯番交界處建有伸臂木橋 ，長一百五十步。公元 405～ 418 年在甘肅臨夏附近河寬達(dá) 40 丈處建懸臂木橋，橋高達(dá) 50丈。八字撐 木橋 和拱式撐架木橋亦可以加大跨徑。 16 世紀(jì)意大利的巴薩諾橋?yàn)榘俗謸文緲颉? 索橋 ： 中國西南地區(qū)有用竹篾纜造的竹索橋。著名的竹索橋是四川灌縣珠浦橋，橋?yàn)?8孔，最大跨徑約 60m，總長 約 330m，建于宋代以前 。 中國于 1705 年修建了四川大渡河瀘定鐵鏈吊橋。橋長 100m，寬 ，至今仍在使用 。 鐵橋 ： 包括鑄鐵橋和鍛鐵橋。鑄鐵性脆，宜于受壓，不宜受拉，適宜作拱橋建造材料。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 世界上第一座鑄鐵橋是英國科爾布魯克代爾廠所造的塞文河橋，建于 1779 年，為半圓拱，由五片拱肋組成，跨徑 。鍛鐵抗拉性能較鑄鐵好， 19 世紀(jì)中 葉跨徑大于 60～ 70m 的公路橋都采用鍛鐵鏈吊橋。鐵路因吊橋剛度不足而采用桁橋，如 1845～ 1850 年英國建造布列坦尼亞雙線鐵路橋，為箱型鍛鐵梁橋。 19世紀(jì)中以后，相繼建立起梁的定理和結(jié)構(gòu)分析理論，推動了桁架橋的發(fā)展，并出現(xiàn)多種形式的桁梁。但那時對橋梁抗風(fēng)的認(rèn)識不足，橋梁一般沒有采取防風(fēng)措施。 1879年 12月大風(fēng)吹倒才建成 18個月的陽斯的泰灣鐵路鍛鐵橋，就是由于橋梁沒有設(shè)置橫向連續(xù)抗風(fēng)構(gòu)。 鋼筋混凝土橋 ： 二次世界大戰(zhàn)以后，世界上修建了多座較大跨徑的鋼筋混凝土拱橋，如 1963 年通車的葡萄牙亞拉達(dá)拱橋，跨徑 為 270m，矢高 50m； 1964 年完工的澳大利亞悉尼港的格萊茲維爾橋，跨徑 305m。鋼筋混凝土桁架拱橋是拱和桁架組合而成的結(jié)構(gòu)，其用料少，重量輕，施工簡易。 鋼橋 : 二次世界大戰(zhàn)后，隨著強(qiáng)度高、韌性好、抗疲勞和耐腐蝕性能好的鋼材的出現(xiàn)，以及用焊接平鋼板和用角鋼、板鋼材等加勁所形成輕而高強(qiáng)的正交異性板橋面的出現(xiàn)，高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)用等，鋼橋有很大發(fā)展。 二 ）橋型的發(fā)展 在拱橋方面，我國實(shí)現(xiàn)了第三次攀登，繼主跨 312m 的廣西邕江橋（ 1996）和主跨 330m的貴州江界河橋（ 1995）之后，主跨達(dá) 420m的四川萬 縣長江大橋的建成，使我國的拱橋記錄躍居世界首位。這座采用鋼管混凝土拱作勁性骨架的箱形拱橋，運(yùn)用現(xiàn)代非線性分析和施工控制技術(shù)，充分考慮了多種材料混合使用，分層分段逐步施工中的各種非線性時變因素以及所引起的內(nèi)力和應(yīng)力的重分布。對該橋在施工和運(yùn)營節(jié)段的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性進(jìn)行了全過程分析。它的建成標(biāo)志著中國作為一個建造拱橋最多的大國終于達(dá)到了世界領(lǐng)先水平 。 中國 1964 年創(chuàng)造鋼筋混凝土雙曲拱橋。橋由拱 肋和拱波組成，縱向和橫向均有曲度，橫向也用拱波形式。拱肋和拱波分段預(yù)制，因此可用輕型吊裝設(shè)施安裝。這樣，在缺乏重型運(yùn)輸 工具和重型吊裝機(jī)具下，也可以修建較大跨徑拱橋。第一座試驗(yàn)雙曲拱橋，建于中國江蘇無錫，跨徑為 9m。此后， 1972 年建成湖南長沙湘江大橋，是一座 16孔雙曲拱橋，大孔跨徑為 60m，小孔跨徑為 50m，總長 1250m。 鋼板梁和箱形鋼梁同混凝土相結(jié)合的橋型，以及把正交異性板橋面同箱形鋼梁相結(jié)合的橋型，在大、中跨徑的橋梁上廣泛運(yùn)用。 1951 年聯(lián)邦德國建成的杜塞爾多夫至諾伊斯橋， 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 是一座正交異性板橋面箱形梁，跨徑 206m。 1957 年聯(lián)邦德國建成的杜塞爾多夫北橋，是座6孔 72m 鋼板梁結(jié)交梁橋。 1957 年南斯拉夫建成的貝爾格萊 德的薩瓦河橋，是一座鋼板梁橋，跨徑為 75+261+75m，為倒 U 形梁。 1973 年法國建成的馬蒂格斜腿剛架橋，主跨為 300m。1972 年意大利建成的斯法拉沙橋，跨徑達(dá) 376m，是目前世界上跨徑最大的鋼斜腿剛架橋。1966 年美國完工的俄勒岡州阿斯托里亞橋，是一座連續(xù)鋼桁架橋，跨徑達(dá) 376m。 1966 年日本建成的大門橋，是一座連續(xù)鋼桁架橋，跨徑達(dá) 300米。 1968 年中國建成的南京長江橋，是一座公路鐵路兩用的連續(xù)鋼桁架橋，正橋?yàn)?128+9160+128 m，全橋長 6km。 1972 年日本建成的大阪港的港大橋?yàn)閼冶哿轰?橋，橋長 980m，由 235m錨孔和 162m 懸臂、 186m懸孔所組成。 1964 年美國建成的紐約維拉扎諾吊橋，主孔 1298m，吊塔高 210m。 1966 年英國建成的塞文吊橋，主孔 985m。這座橋根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)，首次采用梭形正交異性板箱形加勁梁，梁高只有 。 1980 年英國完工的恒比爾吊橋，主跨為 1410m，也用梭形正交異性板箱形加勁梁，梁高只有 3m。 20 世紀(jì) 60 年代以后，鋼斜拉橋發(fā)展起來。第一座鋼斜拉橋是瑞典建成的斯特倫松德海峽橋，建于 1956 年，跨徑為 ++。這座橋的斜拉索在塔 左右各兩根，由鋼筋混凝土板和焊接鋼板梁組合作為縱梁。 1959 年聯(lián)邦德國建成的科隆鋼斜拉橋，主跨為334m； 1971 年英國建成的厄斯金鋼斜拉橋，主跨 305m； 1975 年法國建成的圣納澤爾橋，主跨 404m。這座橋的拉索采用密束布置，使節(jié)間長度減少，梁高減低，梁高僅 。目前通過對鋼斜拉橋抗風(fēng)抗震性能的改進(jìn)，其跨徑正在逐漸增大。 1991 年開工的上海楊浦大橋是第一次攀登。主跨 602m的結(jié)合梁斜拉橋在 1994 年建成時居世界斜拉橋跨度之首，現(xiàn)名列第三。它是中國大跨度橋梁的又一里程碑，標(biāo)志著中國正在走向世界橋梁強(qiáng)國 之列。 二 我國橋梁發(fā)展的現(xiàn)狀 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國橋梁建設(shè)進(jìn)入了一個全面發(fā)展的階段，先后建造了近百座大跨度橋梁。 九江長江大橋的建成是繼武漢長江大橋和南京長江大橋之后的我國鋼橋的第三個里程碑。該橋采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度、高韌性鋼，完成了由鉚焊結(jié)構(gòu)向栓焊結(jié)構(gòu)的過渡。此外，在九江長江大橋中成功地采用了多種形式的深水基礎(chǔ)形式，為我國大江大河的橋梁建設(shè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 在建設(shè)五縱七橫主干公路的同時，我國開始了跨海工程建設(shè)。交通部規(guī)劃的沿海高等級公路干線上有五個大型跨海工程，它們自北向南依次跨越渤海海峽、長江口 、杭州灣、 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 珠江口伶仃洋和瓊洲海峽。長江口工程已經(jīng)啟動，杭州灣通道即將建成，其它大型跨海工程也都正在或已經(jīng)進(jìn)行可研。伴隨著我國西部大開發(fā)重大戰(zhàn)略舉措的實(shí)施，在地形、地貌、水文條件復(fù)雜的西部地區(qū)，橋梁工程建設(shè)也日新月異。隨著城市化程度的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通模式趨于多樣化，建成了一大批高水平、有特色的城市橋梁和軌道交通橋梁。同時也大大提升了我國橋梁建設(shè)的國際地位，我國橋梁專家項(xiàng)海帆院士被國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會選為副主席。近期迎來的又一輪高速公路和高速鐵路建設(shè)高潮，為我國橋梁建設(shè)帶來新的機(jī)遇。 橋梁建設(shè)的發(fā)展 最終體現(xiàn)在橋梁工程技術(shù)的發(fā)展上?；仡櫸覈鴺蛄喊l(fā)展歷程，橋梁工程的技術(shù)進(jìn)步體現(xiàn)在以下幾個方面： 一）設(shè)計(jì)水平的提高 設(shè)計(jì)水平的提高體現(xiàn)在以下幾個方面： 1）橋梁工程勘察技術(shù)的進(jìn)步： GPS 和橋梁 CAD 集成系統(tǒng)的應(yīng)用推廣，有效地降低了設(shè)計(jì)人員的勞動強(qiáng)度，測設(shè)精度得到較大提高。 2）設(shè)計(jì)理念的變化：在橋梁設(shè)計(jì)中越來越重視橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)。在這種理念指導(dǎo)下，建成了許多安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的橋梁，如南京長江三橋，昆山玉峰大橋等。建造橋梁已經(jīng)不僅是為了解決交通問題，而且也是為了滿足人們對景觀的要求和建筑藝術(shù)的享受。 3）設(shè)計(jì)理論的完善：包含橋梁概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的綜合性理論得到不斷完善。概念設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新；結(jié)構(gòu)分析已經(jīng)從傳統(tǒng)的線性的平面桿系分析改進(jìn)為非線性的空間分析，并能仿真橋梁施工和運(yùn)營過程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化理論在大量試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上在得到改進(jìn)與發(fā)展。 4）設(shè)計(jì)技術(shù)（手段）的改進(jìn)：目前，我國橋梁設(shè)計(jì)從方案到施工圖設(shè)計(jì)均采用計(jì)算機(jī)，并研發(fā)了具有自主版權(quán)的橋梁 CAD 軟件。 5）大跨度橋梁設(shè)計(jì)水平的提高：從設(shè)計(jì)上海南浦大橋開始，我國國家和地方的交通、市政、鐵道、城建等設(shè)計(jì)院成功設(shè)計(jì)了數(shù)以百計(jì)的大跨度橋梁，其中楊 浦大橋，蘇通大橋是世界上最大跨度的斜拉橋，上海盧浦大橋，萬縣長江大橋是世界上最大跨度的鋼和混凝土拱橋，江陰長江大橋和潤揚(yáng)長江大橋是主跨超過 1400 米的懸索橋。 二 ) 施工技術(shù)的發(fā)展 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 在大規(guī)模建設(shè)的帶動下，我國橋梁施工技術(shù)得到了全面迅速的發(fā)展，一大批世界級的橋梁相繼建成，向世界證明，我國橋梁施工技術(shù)已步入世界先進(jìn)行列。我國橋梁施工技術(shù)的新發(fā)展具體體現(xiàn)在大跨度橋梁施工成套技術(shù)、城市長橋的預(yù)制和安裝技術(shù)、海上長橋的施工技術(shù)、深水基礎(chǔ)的施工技術(shù)等方面。 1）大跨度橋梁施工成套技術(shù)趨于成熟：我國自主施工建成了 包括以南京長江三橋?yàn)榇淼拇罂缍刃崩瓨颉檽P(yáng)大橋?yàn)榇淼拇罂缍葢宜鳂?、盧浦大橋?yàn)榇淼拇罂缍裙皹虻仍趦?nèi)的所有大跨徑橋型。斜拉橋主跨跨度世界排名前 10座的大橋中，我國占 8座。目前我國正在建造主跨達(dá)到 1088 米的世界最大跨斜拉橋。 2）城市長橋的預(yù)制和安裝技術(shù)不斷完善：城市橋梁建設(shè)要求能夠盡量少的影響城市交通，同時也需要縮短施工時間，尤其是現(xiàn)場施工時間。在這樣的客觀要求下，我國城市橋梁的預(yù)制和安裝技術(shù)迅速發(fā)展起來。節(jié)段施工和移動模架施工是城市長橋預(yù)制和安裝技術(shù)的代表性成套技術(shù)。 3）海上長橋成套施工技術(shù)從無到有 ：在海上建設(shè)大橋曾經(jīng)是建橋人的夢想。進(jìn)入新世紀(jì)，上海東海大橋、杭州灣大橋等跨海大橋相繼開工， 20xx 年，全長 32km 的東海大橋僅用 3 年就通車使用，寫下了世界建橋史上的又一個奇跡。我國海上長橋建設(shè)克服了作業(yè)環(huán)境惡劣，受風(fēng)、霧、寒潮、潮汐及海流影響大，可作業(yè)天數(shù)少、要求一次性設(shè)備投入大等困難，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了海上長橋成套施工技術(shù)。 4）大型橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)不斷創(chuàng)新：大型橋梁基礎(chǔ)的施工技術(shù)可分為大型群樁基礎(chǔ)施工技術(shù)、大型凍結(jié)基礎(chǔ)施工技術(shù)以及大型沉井基礎(chǔ)施工技術(shù)等。以江陰長江大橋?yàn)榇淼某辆A(chǔ)施工、潤揚(yáng)大 橋?yàn)榇淼拇笮团艠秲鼋Y(jié)法施工、蘇通橋基礎(chǔ)為代表的大型群樁基礎(chǔ)施工，都是我國在大型橋梁基礎(chǔ)施工方面取得的創(chuàng)新成果。 此外，基于 IT 技術(shù)、 GPS 和 GIS 技術(shù)的橋梁施工監(jiān)控與集成管理技術(shù)也得到了迅速發(fā)展 三 ) 橋梁工程防災(zāi)和減災(zāi)技術(shù)的改進(jìn) 1）橋梁的抗震理論與減災(zāi)技術(shù) :近十余年來，地球上發(fā)生的多次地震對橋梁抗震設(shè)計(jì)理論產(chǎn)生了巨大的影響 ,我國在橋梁抗震設(shè)計(jì)理論和減隔震理論方面也進(jìn)行了大量研究，取得了很大進(jìn)展。這些進(jìn)展主要表現(xiàn)在以下幾方面： （ 1） 大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)理論和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) ； （ 2） 梁式橋和高架橋抗 震設(shè)計(jì)理論 ； （ 3） 橋梁抗震規(guī)范的編寫和修訂 ； 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 （ 4） 橋梁減震、隔震 ； （ 5） 抗震試驗(yàn)研究能力 ； 2）橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論及風(fēng)振控制取得令人矚目的成果： (1) 三維橋梁顫振分析的全模態(tài)方法 ； (2) 非線性空氣靜力穩(wěn)定分析的理論研究 ； (3) 二維顫振驅(qū)動機(jī)理分析及系統(tǒng)研究 ； (4) 橋梁風(fēng)振的概率性評價和可靠性分析 ； (5) 數(shù)值風(fēng)洞及其在橋梁抗風(fēng)研究中的應(yīng)用 ； (6) 橋梁風(fēng)振控制方法 ； (7) 橋梁主梁斷面的顫振導(dǎo)數(shù)和氣動導(dǎo)納的識別方法 ； (8) 斜拉索風(fēng)雨激振機(jī)理及其制振方法 ； 縱觀我國橋 梁發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)