《橋梁工程》是為適應橋梁工程專業(yè)的教學需要而編寫的。全書共分12章，闡述了橋梁的組成與分類、拱橋施工、裝配式公路鋼橋的特點與應用，同時介紹了混凝土懸臂體系與連續(xù)體系梁橋的計算、斜拉橋的計算、橋梁結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析、橋梁結(jié)構(gòu)的幾何非線性計算、T形梁橋結(jié)構(gòu)分析、橋梁下部維護加固、橋梁抗震及抗震加固、橋梁安全檢測等內(nèi)容。
《橋梁工程》在編寫過程中注重培養(yǎng)學生掌握基本理論和實際操作能力。通過學習，力求使學生深入掌握橋梁工程的專業(yè)技能，了解橋梁工程規(guī)劃、設(shè)計、計算的基本知識，掌握常用中、小型橋梁的構(gòu)造原理及設(shè)計計算方法，熟悉有關(guān)的橋梁施工技術(shù)，具備解決較復雜橋梁問題的能力。
橋梁工程指橋梁勘測、設(shè)計、施工、養(yǎng)護和檢定等工作過程，以及研究這一過程的科學和工程技術(shù)，它是土木工程的一個分支。橋梁工程學的發(fā)展主要取決于交通運輸對它的需要。隨著科技的發(fā)展、新材料的開發(fā)和應用，橋梁工程施工開始向以大跨、新型、輕質(zhì)和美觀為特點的方向發(fā)展。橋梁工程在生產(chǎn)發(fā)展與各類科學技術(shù)進步的綜合影響下，會不斷地向前發(fā)展。
本教材在內(nèi)容的安排上以基礎(chǔ)知識為綱，以實踐內(nèi)容為目，使使用者能夠掌握橋梁工程的基礎(chǔ)知識同時還能應對復雜的橋梁工程。
全書內(nèi)容共分為12章，具體如下。
第 1章介紹了橋梁的基本情況，對橋梁的發(fā)展歷史及橋梁工程做了概要說明。
第2章介紹了橋梁的組成部分與類型。
第3章和第4章分別對拱橋施工、裝配式公路鋼橋進行了介紹。
第5～9章對混凝土懸臂體系和連續(xù)體系梁橋、斜拉橋、橋梁結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析方法、橋梁結(jié)構(gòu)幾何非線性計算理論、T形梁橋整體剛度靜力和模態(tài)分析等進行了分析介紹。
第10～12章對橋梁下部結(jié)構(gòu)的維修加固、橋梁抗震及抗震加固、橋梁檢查與檢測等與橋梁安全相關(guān)的問題進行了闡述。
本教材緊密結(jié)合工程實際，圖文并茂，在每章后都附有思考與練習，并希望在教材使用中有相當?shù)膶嵙曊n時與之相配合。
本書可作為土木工程專業(yè)用教材，也可作為從事橋梁工程設(shè)計、管理和施工的工程技術(shù)人員的自學參考書。
本書由河北聯(lián)合大學王宇亮、馬立杰老師編著，其中第2、4、5、7～10章由王宇亮老師編寫，第1、3、6、11、12章由馬立杰老師編寫。參與本書整理及校對工作的還有吳濤、闞連合、張航、李偉、封超、劉博、王秀華、薛貴軍等，在此一并表示感謝。
由于編者水平所限，加上時間倉促，書中難免存在不妥及疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正。
編 者
第1章
橋梁工程總論
學習目標
了解橋梁的重要意義。
了解橋梁的發(fā)展歷史。
掌握橋梁的總體規(guī)劃及設(shè)計荷載。
本章導讀
本章將闡述橋梁工程概論。橋梁在交通事業(yè)中的地位十分重要，橋梁工程施工者有必要了解橋梁的發(fā)展概況以及橋梁的作用、地位。本章首先介紹橋梁在交通事業(yè)中的地位及發(fā)展概況，內(nèi)容包括橋梁的作用、地位以及橋梁的起源、古代橋梁、近代與當代橋梁；然后介紹橋梁的總體規(guī)劃，內(nèi)容包括橋梁斷面設(shè)計、橋梁設(shè)計方案比較；最后介紹橋梁的設(shè)計荷載，內(nèi)容包括規(guī)范中有關(guān)設(shè)計荷載的規(guī)定以及荷載組合。
項目案例導入
2007年10月23日晚，丹(東)拉(薩)高速公路包頭出口處高架橋的一跨發(fā)生整體傾斜坍塌，如圖1-1所示。該橋限載35t，而當時行駛在高架橋上的3輛拉運鋼板的半掛牽引重型貨車均超載100余噸。
圖1-1包頭高架橋傾斜坍塌現(xiàn)場
案例分析
(1)整體傾斜的橋跨結(jié)構(gòu)采用的是魚腹式鋼箱梁，其余橋跨采用的是魚腹式混凝土梁。結(jié)合專業(yè)知識，在橋?qū)挕④囕v活載相同的前提下，對比鋼梁與混凝土梁在自重、跨越能力、建筑高度、建設(shè)投資方面的相對差異，如表1-1所示。
表1-1鋼梁與混凝土梁的相對差異
比較內(nèi)容橋跨結(jié)構(gòu)相對關(guān)系
(用>,=,<關(guān)系描述)橋跨結(jié)構(gòu)
梁體自重(相同跨度下)鋼箱簡支梁<混凝土簡支梁橋
跨越能力(相同梁高下)鋼箱簡支梁>混凝土簡支梁橋
建筑高度(相同跨度下)鋼箱簡支梁<混凝土簡支梁橋
建設(shè)投資(相同跨度下)鋼箱簡支梁>混凝土簡支梁橋
(2)在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計驗算中，最重要的4個環(huán)節(jié)是結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。事故反映出該橋在使用穩(wěn)定環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題。
(3)從事故現(xiàn)場的照片可見，該橋橋面較寬，采用Y形橋墩，橋墩上支座橫向距主梁邊緣較遠(懸臂長度較大)。事故原因為：鋼橋自身重量輕，采用的Y形支座張開度較小。
橋梁在社會建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展中起著重要作用，所以，橋梁工程施工人員有必要了解橋梁的基礎(chǔ)知識，熟悉橋梁的相關(guān)知識，并應深刻領(lǐng)會、掌握橋梁的總體規(guī)劃及設(shè)計荷載。本章介紹橋梁工程概論的相關(guān)知識。
1.1橋梁的地位及發(fā)展狀況
橋梁是讓天塹變通途的一種工程設(shè)施。橋梁可以溝通相隔的兩地，讓兩地的物資、人員達到流通。不同地域的橋梁有不同的結(jié)構(gòu)，因此，各地立足于自身的實際條件和根據(jù)自身的需要，經(jīng)過長期發(fā)展，創(chuàng)造出多種多樣的橋梁形式，并形成了自己的特色。
1.1.1橋梁的作用
橋梁除了在經(jīng)濟與政治上有著重要作用，與戰(zhàn)爭、歷史、社會文化都有重要聯(lián)系。
1.橋梁在經(jīng)濟與政治上都有重要作用
人類造橋主要是出于經(jīng)濟活動的需要。例如，古羅馬人修建的加爾德輸水橋(見圖1-2)，是為了灌溉和向城市供水的需要，更是古代阿拉伯和歐洲一些國家通過海路與中國內(nèi)地進行貿(mào)易的重要通道。泉州港的洛陽橋(見圖1-3)是最重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，楊浦大橋(見圖1-4)把黃浦江兩岸連接起來，為當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻。
在政治上，橋梁也起著重要作用。例如，早在戰(zhàn)國秦惠王時期即開始營造通往巴蜀的千里棧道，對四川盆地的開發(fā)和建設(shè)都起到了重要作用。更為重要的是，它對中國的統(tǒng)一也做出了重要貢獻。而當代橋梁作為陸上交通系統(tǒng)的重要組成部分，更是為加強每一個現(xiàn)代國家政治上的統(tǒng)一和加強地緣政治的集團力量所不可少的。
圖1-2加爾德輸水橋
圖1-3泉州港的洛陽橋
圖1-4楊浦大橋
2.戰(zhàn)爭中的橋梁
自古以來，橋梁在戰(zhàn)爭史上都扮演著重要的角色。不論是古老中國的戰(zhàn)爭，還是國外的經(jīng)典戰(zhàn)爭，橋梁都參與其中。甚至可以這樣說，橋梁關(guān)系到一場戰(zhàn)役的勝敗，更有甚者還可能影響歷史進程。
在我國歷史上，橋梁戰(zhàn)例十分多見，其中最為著名的就是1935年紅軍長征至大渡河邊時，著名的18勇士冒死飛奪天險瀘定橋(見圖1-5)之戰(zhàn)。
我國自己設(shè)計修建的第一座現(xiàn)代大型橋梁杭州錢塘江大橋(見圖1-6)在抗日戰(zhàn)爭中也有一段悲壯的歷史。該橋于1935年4月開工，施工至1937年8月13日時，淞滬戰(zhàn)火燃起，自8月14日起，日寇飛機即頻頻炸橋，但也沒有影響其施工進程，于1937年11月17日通車，旋即成為上海、南京相繼淪陷后大批軍民及抗戰(zhàn)物資后撤的唯一通道。
圖1-5瀘定橋
圖1-6杭州錢塘江大橋
【知識拓展】
一些年代久遠的橋梁，猶如飽經(jīng)風霜的老人，它們是歷史的目擊者和重大歷史事件的見證人。1842年7月21日英軍在鎮(zhèn)江西門護城河橋一帶進攻鎮(zhèn)江，同年8月29日英國迫使清政府簽訂《南京條約》，強占香港。英國海軍上校斯托達特現(xiàn)場對這座橋梁進行素描，由畫家阿隆據(jù)以重繪、由斯塔林制作的鋼版畫成了帝國主義昔日炫耀赫赫侵略戰(zhàn)功、今日不打自招的供詞。
3.橋梁與社會文化
許多著名的橋梁或以其宏偉著稱，如舊金山金門大橋(見圖1-7)；或以其獨特的風格獨秀，如倫敦泰晤士河塔橋；或以其時代氣息吸引別人，如廈門海滄大橋(見圖1-8)，已成為一個國家、一座城市或一個時代的標志，是橋梁建設(shè)者為人類留下的永垂不朽的人文景觀。
圖1-7舊金山金門大橋
圖1-8廈門海滄大橋
【小貼士】
在人為橋梁出現(xiàn)之前，自然界早就造就了不少橋梁。例如，浙江天臺山橫跨瀑布上的石梁橋、江西貴溪因自然侵蝕而成的石拱橋(仙人橋)，或者是更為簡單的小河邊因自然倒下的樹干而形成的“獨木橋”，或兩岸藤蘿糾結(jié)在一起而構(gòu)成的天然“懸索橋”等。這些自然形成的橋梁給人們帶來了靈感，讓人們造出了現(xiàn)在的橋梁。
人類起先在制造橋梁時，大概只是利用一根木料搭在小河上，或氏族聚居群周圍的壕溝上搭起一些獨木橋，或在窄而淺的溪流中用石塊墊起一個接一個略出水面的石蹬，構(gòu)成一種簡陋的“跳墩子”石梁橋。這些“獨木橋”、“跳墩子橋”便是人類建筑最原始的橋梁，以后隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，橋梁不斷由低級向高級演進，才逐漸產(chǎn)生各種各樣的跨空橋梁。
1.1.2古代橋梁
古代橋梁所使用的材料多為木、石、藤、竹等天然材料，它們的強度不高，一般跨度小、斷面偏大、外形敦實。由于木、竹、藤等材料易腐爛，能夠保留至今的古代橋梁多為石橋。
1.世界級別的古橋
1)加爾德輸水橋
該橋位于法國南部尼姆附近，是保存至今的古羅馬時代的最大橋梁。該橋建于公元前18年，長270m，最大跨度24.4m，屬于陸路與水道相結(jié)合的兩用橋。該橋梁的上層為輸水槽，中層為道路橋。
2)羅馬天使橋
羅馬臺伯河上的天使橋建于公元136年，1668年按照伯尼尼的建議，為其裝飾了天使雕像。該橋拱圈的跨徑與附近城市建筑保持良好的比例，并使天使堡顯得更加高大。
3)雷根斯堡多瑙河橋
雷根斯堡的多瑙河橋是阿爾卑斯山以北最古老的一座橋梁(1135—1146年)。該橋在靠近古老市鎮(zhèn)邊沿一端的橋頭建有橋塔。
2.中國古代的橋梁
中華民族曾建設(shè)了數(shù)以千萬計的橋梁，這些橋梁經(jīng)過歷史的演變，已經(jīng)成為華夏文化的重要組成部分。
1)梁橋
中國歷史上最早記載的梁橋是商帶周武王伐紂、克商都朝歌的鉅橋，至秦漢，多造木梁木柱橋、木梁石柱(或石墩)橋。中國古代的經(jīng)典梁橋包括花橋、安平橋。
(1)花橋。橋梁因構(gòu)架花巧，且裝飾彩繪，被稱為花橋。花橋橋上廊屋、自然成市，與威尼斯的利亞托石拱橋可謂異曲同工。著名的花橋有侗族風雨橋、廣西三江程陽橋、廣西桂林花橋(見圖1-9)。
圖1-9廣西桂林花橋
(2)安平橋(五里橋)。安平橋全長2070m，保持了700余年橋梁最長紀錄。詩云：“世間有佛宗斯佛，天下無橋長此橋。”安平橋橋墩向上游方向做成分水尖，可以劈開水流，從而減小水流沖刷。
2)拱橋
不論東、西方都有石拱橋，論宏偉壯觀，以中國與古羅馬帝國為最。中國的石拱橋，南方與北方不同，主要因為北方河流多是徑流式，夏天水漲，冬天水枯，不利于行舟，交通多依賴車馬，橋道要求拱弧平坦。南方多水，交通多靠舟船，要求拱弧高聳，下可行船。此外，南方多軟土地基，要求橋身輕薄。
(1)趙州橋。河北趙州安濟橋系公元591—599年隋代李春所建，跨度達37m，又稱趙州橋。它是世界上第一座敞肩式石拱橋，為我國古代橋梁的杰出代表，1991年被列為世界文化遺產(chǎn)。
(2)十七孔橋。北京頤和園十七孔橋，其各孔跨徑和凈高以中孔最大，向兩邊漸小，形成規(guī)律性變化，中間橋面隆起，形如初月，通過漸變起伏韻律的美學表現(xiàn)，使橋型生動感人、富于活力，起到賞心悅目的美學效果。
(3)蘇州寶帶橋。蘇州寶帶橋(53孔)又稱小長橋，建于唐代，其多孔薄墩連拱橋，是一個運用連續(xù)韻律的典范。橋身中間有三孔隆起以利于船只通過，又形成強烈明顯的節(jié)奏變化。
(4)木拱橋。木拱橋又稱虹橋，見于宋朝張擇端《清明上河圖》中的北宋都城汴京(今河南開封)的跨汴水木拱橋，傳由守獄卒發(fā)明，即大木穿插疊架為木拱，毀于金元之際，幾百年來一直被認為是絕唱，近年發(fā)現(xiàn)，隨北宋南遷，在今浙江、福建山區(qū)保存有此類橋。
3)索橋
世界公認近代懸索橋的初始建筑構(gòu)思從中國古代索橋而來，如藤網(wǎng)橋、竹索橋。相傳公元前285年，秦蜀守李冰在四川成都建造了7座竹索橋。
4)浮橋
古代在大江大河中不可能修建橋墩，為過河需要，用舟船組合建造浮橋。船只、竹木排筏，甚至酒甕、輪胎、門板、葦竹都曾用于造浮橋。
1.1.3近現(xiàn)代橋梁
鋼、水泥、鋼筋混凝土及預應力混凝土等人工材料在橋梁上的應用是近現(xiàn)代橋梁的標志，它標志著人類只能用木、石等天然材料建造橋梁時代的結(jié)束。
1.國外近現(xiàn)代橋梁
20世紀30年代是懸索橋發(fā)展的第一個黃金時期，其代表作有美國的布魯克林大橋、華盛頓大橋、金門大橋，它們都突破了千米跨度。
20世紀50年代末，萊茵河上出現(xiàn)第一座斜拉橋，該橋在200～800m大范圍跨度顯示出強大優(yōu)勢，并迅速向全世界傳播，迫使懸索橋向更大跨度發(fā)展。
2.我國近現(xiàn)代橋梁
中國封建社會自明朝后閉關(guān)自守，到1840年鴉片戰(zhàn)爭又使中國一蹶不振，橋梁建筑方面大部分由外國投資、外國人設(shè)計、外商承包。由茅以升先生主持、設(shè)計、施工的杭州錢塘江大橋，是舊中國留下的唯一大橋。
1)武漢長江大橋
1957年，第一座長江大橋——武漢長江大橋建成，結(jié)束了我國萬里長江無橋的歷史。標志著我國大橋建設(shè)開始起步。該橋是一座連續(xù)鋼桁梁公路鐵路兩用橋，它使得中國最重要的一條南北鐵路干線——京廣線得以貫通，促進中部重鎮(zhèn)武漢市的發(fā)展。
2)南京長江大橋
1969年，由我國自行設(shè)計、建造、施工的南京長江大橋建成，這也是一座連續(xù)鋼桁梁公路鐵路兩用橋。其橋址處水深流急，河床地質(zhì)極為復雜，大橋橋墩基礎(chǔ)的施工非常困難。南京長江大橋的建成，顯示出我國的建橋事業(yè)已達到了世界先進水平，也是我國橋梁史上又一個重要標志。
3)雙曲拱橋
1964年創(chuàng)建的雙曲拱橋具有用料省、造價低、施工簡便和外形美觀等優(yōu)點，很快在全國公路上得到應用和推廣，對加快我國公路橋梁的建設(shè)起到了很大作用。
【小貼士】
近代橋梁與現(xiàn)代橋梁既有區(qū)別，又有聯(lián)系。總地來說，橋梁的基本作用沒有改變，“一橋飛架南北，天塹變通途”，這是橋梁的作用，也是橋梁遵循的原則。但是橋梁仍在不斷發(fā)展變化中，尤其是建造橋梁的技術(shù)、構(gòu)筑橋梁的材料、橋梁的設(shè)計等，在朝著越來越好的方向發(fā)展。
1.2橋梁規(guī)劃
橋梁的總體規(guī)劃包括橋梁的設(shè)計原則、橋梁斷面設(shè)計以及橋梁設(shè)計方案比較。本節(jié)介紹這些內(nèi)容。
1.2.1橋梁設(shè)計原則
橋梁設(shè)計原則是安全、適用、經(jīng)濟、美觀，需要調(diào)查的設(shè)計資料包括橋梁功能要求、橋梁建設(shè)位置、水文地質(zhì)條件以及其他資料。橋梁斷面設(shè)計包括縱斷面設(shè)計、橫斷面設(shè)計、平面布置。
1.安全原則
不存在脫離社會需要而孤立存在的橋梁，功能是橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展的決定動力。例如，人們需要跨越大江、大河甚至海峽，所以發(fā)展了大跨度橋梁；為保證城市交通和人行安全，發(fā)展了立交橋和人行天橋。
2.技術(shù)要求
橋梁設(shè)計應進行技術(shù)經(jīng)濟比較，使橋梁總造價和材料等的消耗為最少；考慮運營、養(yǎng)護、維修，選擇合理橋型——因地制宜、就地取材、方便快速施工。
3.審美要求
橋梁建設(shè)審美要求橋梁有優(yōu)美的外形，與周圍景觀相協(xié)調(diào)。城市橋梁和游覽區(qū)橋梁應較多考慮建筑藝術(shù)上的要求，以往人們過分強調(diào)經(jīng)濟性，致使許多橋梁在美學上不盡如人意，現(xiàn)在追悔莫及。橋梁的藝術(shù)要求強調(diào)的是橋梁合理的結(jié)構(gòu)布局和輪廓，而不是豪華的細部裝飾。
4.橋梁功能要求
橋梁功能要求根據(jù)交通種類、行車行人密度、通過管線等情況而定。橋梁建設(shè)位置根據(jù)橋位附近的地形而定。
5.水文地質(zhì)條件
水文地質(zhì)條件包括橋位附近的地質(zhì)、水文情況。
其他資料包括當?shù)亟ㄖ牧?砂石)來源、水泥鋼材供應、水陸交通、施工單位技術(shù)水平、施工機械、動力設(shè)備、電力供應、氣象資料、橋位上下游有無老橋、其橋形布置和使用情況等。
1.2.2橋梁斷面
橋梁斷面設(shè)計包括縱斷面設(shè)計、橫斷面設(shè)計以及橋梁平面布置。這些斷面的設(shè)計各有特點，下面做具體分析。
1.橋梁縱斷面設(shè)計
橋梁總跨徑的確定應保證橋下有足夠的排洪面積，使河床不致被過大沖刷。橋梁分孔最經(jīng)濟的方式是使上、下部結(jié)構(gòu)的總造價最低。橋梁標高要保證橋下流水凈空，保證橋下通航凈空。
一般小橋通常做成平坡橋。大中橋梁為利于橋面排水，降低引道路堤高度，設(shè)置中間向兩端傾斜的雙向縱坡。縱坡發(fā)生變更處，應設(shè)置豎曲線。一般豎曲線應延伸至橋梁全長。
2.橋梁橫斷面設(shè)計
橋面的寬度應滿足行人和行車的交通需要。橋跨結(jié)構(gòu)橫斷面應布置行車道、人行道、欄桿、護輪安全帶、緣石。橫坡應利于橋面排水，設(shè)置從橋面中央傾向兩側(cè)的橫坡(1%～2%)。
3.橋梁平面布置
道路線形支配著橋梁設(shè)計，橋梁是線形的一部分，為了保證車輛平穩(wěn)行駛、美化道路景觀的需要，必須與線形相適應。一般橋梁常位于平曲線內(nèi)，在立面上也應順著坡度或曲線，曲線半徑應大，符合橋梁美學。
……
新書資訊