橋梁認識實習

2021-03-03 23:34:10 字數 5016 閱讀 9730

一、 實習目的與意義

通過三橋梁工程認識實習,使我們將課本中學到的知識與實際相結合,進一步加深了對所學知識的認識,了解路橋專業的概念和內涵,了解路橋工程結構和施工的基本知識,建立起初步的工程意識,激發我們對橋梁工程這門課的求知慾,同時培養我們熱愛專業,增加學習和從事本專業的自信和自豪感。

二、 實習時間安排

三、 實習內容

(一) 年月日實習內容

1. 雙曲拱橋

1) 概念

雙曲拱橋(two-way curved arch bridge)指的是拱圈由縱向拱肋和橫向拱波組成的拱橋。

2) 由來

2023年江蘇省無錫縣建橋職工創造的一種新型拱橋。他的主拱圈由拱肋,拱波,拱板,和橫向聯絡構件幾個部分組成,外形在縱橫兩個方向均成弧形曲線,因之稱為雙曲拱。

3) 形式

主拱圈的形式有單波、多波、多波高低肋等,其中雙肋單波可以節省材料,並且跨徑會更大些。。

拱肋截面有矩型、倒t形、i形、l形、薄壁箱形等,其中薄壁箱型截面用於大跨徑雙曲拱橋,倒t形、槽型截面用於小跨徑雙曲拱橋。

雙曲拱橋按其行車道所處的位置屬於上承式拱橋。若從主拱圈的橫截面上看,它是由拱肋、拱波、拱板和橫向聯絡等幾部分組成。由於介於拱肋之間的拱波也呈曲線形,且與主拱圈的曲線正交,故而稱為雙曲拱橋。

這種橋型是20世紀60年代我國江蘇省無錫縣由建橋職工首創的一種橋型,它充分發揮了預製裝配的優點,可以不要拱架施工,節省木料,加快施工進度,而所耗用的工料又不多。

雙曲拱比單曲拱能承受更大的載荷,主要是因為雙曲拱不僅在乙個方向上呈拱形,而且在與其垂直的另一方向也呈拱形。自行車的擋泥板就是這種雙曲拱形的。當它受力時,力使沿著兩個拱的方向更均勻地傳遞;某一區域性受力過大時,雙曲拱能迅速自行調整平衡,使整個雙曲拱不會因區域性受力過大而損壞。

拱形結構除了能用於建造橋梁外,另乙個重大的用處就是建造水壩。特別是雙曲拱形壩,由於拱形頂所受的水壓力能通過拱體均勻地傳遞給河岸,依靠堅固的兩岸來維持的穩定,它與完全靠自身重量來維持平衡的重力壩相比,不僅可以減少體積,節約材料,而且還有一定的彈性,對地基的區域性變形具有一定的適應能力,有較好的抗震效能。

4) 特點

它的最主要優點是:將主拱圈以「化整為零」的方法按先後順序進行施工,再以「集零為整」的方式組合成承重的整體結構。施工順序是:

先施工拱肋,之後再是橫向聯絡,由於某些位置處的橫向剪力不大,故而橫向聯絡可以不做成板狀以節省材料,然後是拱波,最後才是拱板,將拱波聯接,還用以施工橋面板用。

它的缺點是:因主拱圈分期形成,呈現組合結構的受力特徵,整體性較弱,在**荷載作用下容易破壞。

5) 實習見聞

所見到的農用雙曲拱橋,見圖1所示。施工時,拱肋要劃分為奇數段進行,這樣的話可以對稱進行施工,拱頂中線處就只有一條接縫;若拱肋劃分為偶數段進行施工,拱頂處會有一塊板單獨施工,而且接縫不在拱頂中線處,拱頂中線易開裂。由於雙曲拱橋的整體性差,所以容易開裂,如圖2和圖3所示。

圖1 雙曲拱橋

圖2圖3

2. 拱梁組合體系梁橋

1) 概念

拱梁組合體系中的梁和拱都是主要承重結構,兩者相互配合共同受力。由於吊桿將梁向上吊住,這樣就顯著減小了樑中的彎矩;同時由於拱與梁連線在一起,拱的水平推力就傳給樑來承受,這樣梁除了受彎以外尚且受拉。拱梁組合體系的橋能跨越較一般簡支梁橋更大的跨度,而對墩台沒有推力作用,因此,對地基的要求就與簡支梁橋一樣,如圖4所示。

圖42) 形式

a) 剛性繫梁柔性拱(強梁弱拱)

這種組合式梁橋的特點是:拱只承受軸力,其他基本不參與受力;荷載基本由樑來承擔,樑要承擔豎向力、橫向力以及彎矩,並且配筋基本都是在剛性繫梁中,因此這種橋梁對系梁的設計以及施工難度會相對較大。由於強梁弱拱式橋梁的拱纖細,造型比較優美,因此在中國建造廣泛。

b) 柔性繫梁剛性拱(弱樑強拱)

這種組合式梁橋的特點是:主梁承受拱的推力,並且提供拉力用以平衡拱施加的水平推力,故而橋台的受力會小些,並且形式也會相對簡單一些;壓力、剪力以及彎矩均是由拱來承受的,因此對拱肋的強度和剛度要求都很大。由於這類橋梁的墩台受力較小,故而適合修建在軟土地基上。

c) 剛性繫梁剛性拱(強梁強拱)

這種組合式梁橋的特點是:拱肋和梁均承擔剪力和彎矩,因此二者的尺寸相對接近,架梁的時候也會比較容易,施工方便;並且這類橋梁的配筋在梁體內分擔均勻,外形均衡,具有平衡美感;由於上述兩種組合式梁橋的拱肋只承受軸力,強梁強拱式橋的拱肋還要承受彎矩,因此這種型別的橋梁受力很不利,而且施工時也比較廢料。

3) 實習見聞

在實習中所見到的拱梁組合體系梁橋是一座鐵路橋,故而活載會比較大,如圖5所示,該橋是一座下承式強梁弱拱組合梁橋。

圖5 該橋除了橋梁的形式外,還應注意的是橋梁的吊桿以及橫向聯絡。吊桿(suspender)的作用是將梁和拱聯接起來以及將橋面的荷載傳遞給拱肋。根據外形,可將吊桿分成豎直型吊桿和斜吊桿。

斜吊桿的主要優點是只承受拉力,並且拉力方向是斜的,可以分解出水平力來減少拱肋所承受的彎矩;它的缺點是設計以及施工都比較困難,並且後期維修會比較困難。圖6、圖7分別是該橋的豎直型吊桿以及吊桿固定索。

圖6圖7

橫向聯絡的作用是增強橋梁的整體穩定性,是橋梁的抗彎剛度變大。對於橫撐,根據其外形可以分為一字形、k形、x形等,圖6中包含了一字形和k形橫撐。k形橫撐對橋面系淨空的高度要求較低,可以使視野更寬闊,相反,一字形會修建的比較低,但是一字形橫撐的施工會相對簡單。

3. 渭河大橋

1) 概念

斜交橋【skew bridge】指的是橋梁的縱軸線與其跨越的河流流向或路線軸向不相垂直的橋梁。在橋梁建設中,常常由於橋位處的地形限制,或者由於高等級公路對線形的要求而將橋梁做成斜交。

2) 斜橋的受力效能

理論和實驗證明,簡支於橋台的斜板在垂直荷載下一般有下列特性:

a) 荷載有向兩支承邊之間最短距離方向傳遞的趨勢;

b) 各角點受力情況可以用比擬連續梁的工作來描述;

c) 在均布荷載作用下,當橋軸線方向的跨長相同時,斜板橋的最大跨內彎矩比正橋要小,跨內縱向最大彎矩或最大應力的位置,隨著斜交角的變大而自**向鈍角方向移動;

d) 斜板橋的跨中橫向彎矩比正橋的要大;

3) 實習見聞

實習所見的渭河大橋就是一座橫向分段裝配式預應力混凝土箱梁斜橋,這是因為鐵路路線的方向已經選定,但是由於渭河改道,必須滿足橋墩最大截面與河道水流方向正交,以保證最小阻力保護橋墩,如圖8所示,並且鐵路橋多為箱梁,外觀厚重,橋墩布置的密度較大。為了使裝配式梁的預製塊件進一步減小尺寸和自重,用縱向豎縫劃分的主梁再通過橫向豎縫劃分成較小的梁段,這種梁又被稱為串聯梁。對於這樣的預知梁段,由於沒有鋼筋穿過接縫,就必須在安裝對位後串聯以預應力箍施加預應力才能保證所有接縫具有足夠的連線強度,使梁整體受力。

串聯梁的優點是:塊件尺寸小,質量輕,可以工廠化成批預製後方便地運至遠近工地;其缺點是塊件預製精度要求很高,用環氧樹脂作樑段接觸面的黏合劑時,塊件端麵互接的間隙不應厚於環氧樹脂圖層的厚度,故而要採用全梁預製的方法。

同時還要注意到這座鐵路橋的橋墩,圖9所示是這座橋的重力式橋墩,主要靠自身重力平衡外力保證橋墩穩定因為其墩身較為厚實,可用天然石材或片石混凝土砌築,適用於作用較大、地基良好的大、中型橋梁,或流冰、漂浮物較多的河流中。其缺點是圬工體積較大與阻水面積較大。為此,宜採用配置有鋼筋混凝土懸臂式墩帽的實體墩替代,在保證橋梁剛度的前提下以減少墩身的平面尺寸,從而可以減小墩身體積,見圖10所示。

圖8圖9圖10

這座橋的支座也很有特色,採用的是鑄鋼支座,見圖11所示,且支座與橋軸向正交,即斜橋正座(若支座方向也是斜的,會造成偏載,對支座的危害很大)。支座的作用是傳遞上部結構的支承反力,包括恆載和活載引起的豎向力和水平力;保證結構在活載、溫度變化、混凝土收縮和徐變等因素作用下的自由變形。鑄鋼支座全部由鋼材製造,其特點是活動效能好、無橡膠支座日久老化的特點,特別適用於嚴寒地區的橋梁,養護好的鑄鋼支座使用壽命長,一般不需要更換。

圖114. 渭河大橋

1) 橋面橫坡的設定

為了迅速排出橋面雨水,通常使橋梁設有縱向坡度外,尚應將橋面鋪裝沿橫向設定雙向的橋面橫坡。對於板橋或就地澆築的肋梁橋,為了節省鋪裝材料並減小恆載重力,可將橫坡設在墩台頂部而做成傾斜的橋面板,此時鋪裝層在整個橋寬上就可做成等厚的。對於裝配式肋梁橋,為架設和拼裝方便,通常都採用不等厚的鋪裝層(包括混凝土三角墊層和等厚的路面鋪裝層)以構成橋面橫坡。

在較寬的橋梁中,用三角墊層設定橫坡將使混凝土用量與恆載重力增加而過多,在這種情況下也可直接將行車道板做成雙向傾斜的橫坡。

2) 實習見聞

實習所見的渭河大橋,如圖12所示。

主梁梁體採用7-9片箱梁,整體預製吊裝而成,跨徑40公尺(全國跨徑最大的預製吊裝橋梁是杭州灣大橋,跨徑達到80公尺),在梁的支點、跨中以及1/4處設定有橫隔板。

橋墩採用雙柱式,在蓋梁上至少有2個板式橡膠支座,如圖13所示,避免偏載造成失穩而出現裂縫。板式橡膠支座的活動機理是:利用橡膠的不均勻彈性壓縮實現轉角,利用其剪下變形實現水平位移。

圖12圖13

5. 三原老龍橋

1) 歷史

陝西省現存最完整的古代石拱橋——三原古龍橋,是橋梁史上一顆璀璨的明珠。

龍橋,亦稱三眼橋,建造在三原縣南北二城之間的清峪河上,是一座三孔石拱橋。明朝工部尚書溫純倡導集資建造。明代萬曆十九年(公元2023年)破土動工,萬曆三十年,歷時十二年之久的龍橋工程始告竣工。

其後,清代順治十三年、乾隆二十年又多次維修,增飾續建。龍橋全長一百一十公尺,寬十一公尺,高二十六公尺,橋面長五十餘公尺。全橋三孔,中孔最大,偏孔較小。

橋身石縫以糯公尺石灰汁粘合,長方形青石鋪面。橋兩側豎有四梭尖圓頂狀石柱欄杆,左右兩邊各三十二根。欄杆之間,各嵌青石板三十塊,板上雕刻「王祥臥冰」等栩栩如生之畫面。

三孔橋之上端,東西兩邊各砌石雕龍頭三個。龍頭傲視長空,氣宇軒昂。每逢雨季,橋面積水從龍頭口中噴出,飛流直下,如瀑布飛降,頗為壯觀。

橋之南北二坡,曲徑迴轉,成s形。坡道捕以磨盤石,兩旁砌築青磚花牆。南北坡頭,豎有石坊,坡道轉彎之坡頭南北各有城樓一座。

分別見圖14,15,16所示。

圖14圖15圖16

2) 實習見聞

老龍橋是一座實腹式圓弧拱(無鉸拱,超靜定),故而背後橋台要採用重力式。這座橋值得我們注意的是側牆的砌築方式是通縫,對於拱橋的整體性是不利的,拱橋的砌縫通常採用三合土與石料拌合,用錯縫的方式進行砌築,橋面上的雨水會沿著砌縫滲出去,這樣會引起兩個問題:第一,混凝土中的碳酸鈣會離析出來,圖15中的白色印記就是混凝土離析出來;第二,冬天雨水滲入到石料中去易造成凍脹,進而引起風化,故而一般選取密實度較好的花崗岩作為石料。

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