《桥梁工程》是为适应桥梁工程专业的教学需要而编写的。全书共分12章，阐述了桥梁的组成与分类、拱桥施工、装配式公路钢桥的特点与应用，同时介绍了混凝土悬臂体系与连续体系梁桥的计算、斜拉桥的计算、桥梁结构的数值分析、桥梁结构的几何非线性计算、T形梁桥结构分析、桥梁下部维护加固、桥梁抗震及抗震加固、桥梁安全检测等内容。
《桥梁工程》在编写过程中注重培养学生掌握基本理论和实际操作能力。通过学习，力求使学生深入掌握桥梁工程的专业技能，了解桥梁工程规划、设计、计算的基本知识，掌握常用中、小型桥梁的构造原理及设计计算方法，熟悉有关的桥梁施工技术，具备解决较复杂桥梁问题的能力。
桥梁工程指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等工作过程，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。随着科技的发展、新材料的开发和应用，桥梁工程施工开始向以大跨、新型、轻质和美观为特点的方向发展。桥梁工程在生产发展与各类科学技术进步的综合影响下，会不断地向前发展。
本教材在内容的安排上以基础知识为纲，以实践内容为目，使使用者能够掌握桥梁工程的基础知识同时还能应对复杂的桥梁工程。
全书内容共分为12章，具体如下。
第 1章介绍了桥梁的基本情况，对桥梁的发展历史及桥梁工程做了概要说明。
第2章介绍了桥梁的组成部分与类型。
第3章和第4章分别对拱桥施工、装配式公路钢桥进行了介绍。
第5～9章对混凝土悬臂体系和连续体系梁桥、斜拉桥、桥梁结构的数值分析方法、桥梁结构几何非线性计算理论、T形梁桥整体刚度静力和模态分析等进行了分析介绍。
第10～12章对桥梁下部结构的维修加固、桥梁抗震及抗震加固、桥梁检查与检测等与桥梁安全相关的问题进行了阐述。
本教材紧密结合工程实际，图文并茂，在每章后都附有思考与练习，并希望在教材使用中有相当的实习课时与之相配合。
本书可作为土木工程专业用教材，也可作为从事桥梁工程设计、管理和施工的工程技术人员的自学参考书。
本书由河北联合大学王宇亮、马立杰老师编著，其中第2、4、5、7～10章由王宇亮老师编写，第1、3、6、11、12章由马立杰老师编写。参与本书整理及校对工作的还有吴涛、阚连合、张航、李伟、封超、刘博、王秀华、薛贵军等，在此一并表示感谢。
由于编者水平所限，加上时间仓促，书中难免存在不妥及疏漏之处，敬请广大读者批评指正。
编 者
第1章
桥梁工程总论
学习目标
了解桥梁的重要意义。
了解桥梁的发展历史。
掌握桥梁的总体规划及设计荷载。
本章导读
本章将阐述桥梁工程概论。桥梁在交通事业中的地位十分重要，桥梁工程施工者有必要了解桥梁的发展概况以及桥梁的作用、地位。本章首先介绍桥梁在交通事业中的地位及发展概况，内容包括桥梁的作用、地位以及桥梁的起源、古代桥梁、近代与当代桥梁；然后介绍桥梁的总体规划，内容包括桥梁断面设计、桥梁设计方案比较；最后介绍桥梁的设计荷载，内容包括规范中有关设计荷载的规定以及荷载组合。
项目案例导入
2007年10月23日晚，丹(东)拉(萨)高速公路包头出口处高架桥的一跨发生整体倾斜坍塌，如图1-1所示。该桥限载35t，而当时行驶在高架桥上的3辆拉运钢板的半挂牵引重型货车均超载100余吨。
图1-1包头高架桥倾斜坍塌现场
案例分析
(1)整体倾斜的桥跨结构采用的是鱼腹式钢箱梁，其余桥跨采用的是鱼腹式混凝土梁。结合专业知识，在桥宽、车辆活载相同的前提下，对比钢梁与混凝土梁在自重、跨越能力、建筑高度、建设投资方面的相对差异，如表1-1所示。
表1-1钢梁与混凝土梁的相对差异
比较内容桥跨结构相对关系
(用>,=,<关系描述)桥跨结构
梁体自重(相同跨度下)钢箱简支梁<混凝土简支梁桥
跨越能力(相同梁高下)钢箱简支梁>混凝土简支梁桥
建筑高度(相同跨度下)钢箱简支梁<混凝土简支梁桥
建设投资(相同跨度下)钢箱简支梁>混凝土简支梁桥
(2)在桥梁结构的设计验算中，最重要的4个环节是结构的强度、刚度、稳定性和耐久性。事故反映出该桥在使用稳定环节出现了问题。
(3)从事故现场的照片可见，该桥桥面较宽，采用Y形桥墩，桥墩上支座横向距主梁边缘较远(悬臂长度较大)。事故原因为：钢桥自身重量轻，采用的Y形支座张开度较小。
桥梁在社会建设、经济发展中起着重要作用，所以，桥梁工程施工人员有必要了解桥梁的基础知识，熟悉桥梁的相关知识，并应深刻领会、掌握桥梁的总体规划及设计荷载。本章介绍桥梁工程概论的相关知识。
1.1桥梁的地位及发展状况
桥梁是让天堑变通途的一种工程设施。桥梁可以沟通相隔的两地，让两地的物资、人员达到流通。不同地域的桥梁有不同的结构，因此，各地立足于自身的实际条件和根据自身的需要，经过长期发展，创造出多种多样的桥梁形式，并形成了自己的特色。
1.1.1桥梁的作用
桥梁除了在经济与政治上有着重要作用，与战争、历史、社会文化都有重要联系。
1.桥梁在经济与政治上都有重要作用
人类造桥主要是出于经济活动的需要。例如，古罗马人修建的加尔德输水桥(见图1-2)，是为了灌溉和向城市供水的需要，更是古代阿拉伯和欧洲一些国家通过海路与中国内地进行贸易的重要通道。泉州港的洛阳桥(见图1-3)是最重要的基础设施建设，杨浦大桥(见图1-4)把黄浦江两岸连接起来，为当地经济发展做出了重要贡献。
在政治上，桥梁也起着重要作用。例如，早在战国秦惠王时期即开始营造通往巴蜀的千里栈道，对四川盆地的开发和建设都起到了重要作用。更为重要的是，它对中国的统一也做出了重要贡献。而当代桥梁作为陆上交通系统的重要组成部分，更是为加强每一个现代国家政治上的统一和加强地缘政治的集团力量所不可少的。
图1-2加尔德输水桥
图1-3泉州港的洛阳桥
图1-4杨浦大桥
2.战争中的桥梁
自古以来，桥梁在战争史上都扮演着重要的角色。不论是古老中国的战争，还是国外的经典战争，桥梁都参与其中。甚至可以这样说，桥梁关系到一场战役的胜败，更有甚者还可能影响历史进程。
在我国历史上，桥梁战例十分多见，其中最为著名的就是1935年红军长征至大渡河边时，著名的18勇士冒死飞夺天险泸定桥(见图1-5)之战。
我国自己设计修建的第一座现代大型桥梁杭州钱塘江大桥(见图1-6)在抗日战争中也有一段悲壮的历史。该桥于1935年4月开工，施工至1937年8月13日时，淞沪战火燃起，自8月14日起，日寇飞机即频频炸桥，但也没有影响其施工进程，于1937年11月17日通车，旋即成为上海、南京相继沦陷后大批军民及抗战物资后撤的唯一通道。
图1-5泸定桥
图1-6杭州钱塘江大桥
【知识拓展】
一些年代久远的桥梁，犹如饱经风霜的老人，它们是历史的目击者和重大历史事件的见证人。1842年7月21日英军在镇江西门护城河桥一带进攻镇江，同年8月29日英国迫使清政府签订《南京条约》，强占香港。英国海军上校斯托达特现场对这座桥梁进行素描，由画家阿隆据以重绘、由斯塔林制作的钢版画成了帝国主义昔日炫耀赫赫侵略战功、今日不打自招的供词。
3.桥梁与社会文化
许多著名的桥梁或以其宏伟著称，如旧金山金门大桥(见图1-7)；或以其独特的风格独秀，如伦敦泰晤士河塔桥；或以其时代气息吸引别人，如厦门海沧大桥(见图1-8)，已成为一个国家、一座城市或一个时代的标志，是桥梁建设者为人类留下的永垂不朽的人文景观。
图1-7旧金山金门大桥
图1-8厦门海沧大桥
【小贴士】
在人为桥梁出现之前，自然界早就造就了不少桥梁。例如，浙江天台山横跨瀑布上的石梁桥、江西贵溪因自然侵蚀而成的石拱桥(仙人桥)，或者是更为简单的小河边因自然倒下的树干而形成的“独木桥”，或两岸藤萝纠结在一起而构成的天然“悬索桥”等。这些自然形成的桥梁给人们带来了灵感，让人们造出了现在的桥梁。
人类起先在制造桥梁时，大概只是利用一根木料搭在小河上，或氏族聚居群周围的壕沟上搭起一些独木桥，或在窄而浅的溪流中用石块垫起一个接一个略出水面的石蹬，构成一种简陋的“跳墩子”石梁桥。这些“独木桥”、“跳墩子桥”便是人类建筑最原始的桥梁，以后随着社会生产力的发展，桥梁不断由低级向高级演进，才逐渐产生各种各样的跨空桥梁。
1.1.2古代桥梁
古代桥梁所使用的材料多为木、石、藤、竹等天然材料，它们的强度不高，一般跨度小、断面偏大、外形敦实。由于木、竹、藤等材料易腐烂，能够保留至今的古代桥梁多为石桥。
1.世界级别的古桥
1)加尔德输水桥
该桥位于法国南部尼姆附近，是保存至今的古罗马时代的最大桥梁。该桥建于公元前18年，长270m，最大跨度24.4m，属于陆路与水道相结合的两用桥。该桥梁的上层为输水槽，中层为道路桥。
2)罗马天使桥
罗马台伯河上的天使桥建于公元136年，1668年按照伯尼尼的建议，为其装饰了天使雕像。该桥拱圈的跨径与附近城市建筑保持良好的比例，并使天使堡显得更加高大。
3)雷根斯堡多瑙河桥
雷根斯堡的多瑙河桥是阿尔卑斯山以北最古老的一座桥梁(1135—1146年)。该桥在靠近古老市镇边沿一端的桥头建有桥塔。
2.中国古代的桥梁
中华民族曾建设了数以千万计的桥梁，这些桥梁经过历史的演变，已经成为华夏文化的重要组成部分。
1)梁桥
中国历史上最早记载的梁桥是商带周武王伐纣、克商都朝歌的钜桥，至秦汉，多造木梁木柱桥、木梁石柱(或石墩)桥。中国古代的经典梁桥包括花桥、安平桥。
(1)花桥。桥梁因构架花巧，且装饰彩绘，被称为花桥。花桥桥上廊屋、自然成市，与威尼斯的利亚托石拱桥可谓异曲同工。著名的花桥有侗族风雨桥、广西三江程阳桥、广西桂林花桥(见图1-9)。
图1-9广西桂林花桥
(2)安平桥(五里桥)。安平桥全长2070m，保持了700余年桥梁最长纪录。诗云：“世间有佛宗斯佛，天下无桥长此桥。”安平桥桥墩向上游方向做成分水尖，可以劈开水流，从而减小水流冲刷。
2)拱桥
不论东、西方都有石拱桥，论宏伟壮观，以中国与古罗马帝国为最。中国的石拱桥，南方与北方不同，主要因为北方河流多是径流式，夏天水涨，冬天水枯，不利于行舟，交通多依赖车马，桥道要求拱弧平坦。南方多水，交通多靠舟船，要求拱弧高耸，下可行船。此外，南方多软土地基，要求桥身轻薄。
(1)赵州桥。河北赵州安济桥系公元591—599年隋代李春所建，跨度达37m，又称赵州桥。它是世界上第一座敞肩式石拱桥，为我国古代桥梁的杰出代表，1991年被列为世界文化遗产。
(2)十七孔桥。北京颐和园十七孔桥，其各孔跨径和净高以中孔最大，向两边渐小，形成规律性变化，中间桥面隆起，形如初月，通过渐变起伏韵律的美学表现，使桥型生动感人、富于活力，起到赏心悦目的美学效果。
(3)苏州宝带桥。苏州宝带桥(53孔)又称小长桥，建于唐代，其多孔薄墩连拱桥，是一个运用连续韵律的典范。桥身中间有三孔隆起以利于船只通过，又形成强烈明显的节奏变化。
(4)木拱桥。木拱桥又称虹桥，见于宋朝张择端《清明上河图》中的北宋都城汴京(今河南开封)的跨汴水木拱桥，传由守狱卒发明，即大木穿插叠架为木拱，毁于金元之际，几百年来一直被认为是绝唱，近年发现，随北宋南迁，在今浙江、福建山区保存有此类桥。
3)索桥
世界公认近代悬索桥的初始建筑构思从中国古代索桥而来，如藤网桥、竹索桥。相传公元前285年，秦蜀守李冰在四川成都建造了7座竹索桥。
4)浮桥
古代在大江大河中不可能修建桥墩，为过河需要，用舟船组合建造浮桥。船只、竹木排筏，甚至酒瓮、轮胎、门板、苇竹都曾用于造浮桥。
1.1.3近现代桥梁
钢、水泥、钢筋混凝土及预应力混凝土等人工材料在桥梁上的应用是近现代桥梁的标志，它标志着人类只能用木、石等天然材料建造桥梁时代的结束。
1.国外近现代桥梁
20世纪30年代是悬索桥发展的第一个黄金时期，其代表作有美国的布鲁克林大桥、华盛顿大桥、金门大桥，它们都突破了千米跨度。
20世纪50年代末，莱茵河上出现第一座斜拉桥，该桥在200～800m大范围跨度显示出强大优势，并迅速向全世界传播，迫使悬索桥向更大跨度发展。
2.我国近现代桥梁
中国封建社会自明朝后闭关自守，到1840年鸦片战争又使中国一蹶不振，桥梁建筑方面大部分由外国投资、外国人设计、外商承包。由茅以升先生主持、设计、施工的杭州钱塘江大桥，是旧中国留下的唯一大桥。
1)武汉长江大桥
1957年，第一座长江大桥——武汉长江大桥建成，结束了我国万里长江无桥的历史。标志着我国大桥建设开始起步。该桥是一座连续钢桁梁公路铁路两用桥，它使得中国最重要的一条南北铁路干线——京广线得以贯通，促进中部重镇武汉市的发展。
2)南京长江大桥
1969年，由我国自行设计、建造、施工的南京长江大桥建成，这也是一座连续钢桁梁公路铁路两用桥。其桥址处水深流急，河床地质极为复杂，大桥桥墩基础的施工非常困难。南京长江大桥的建成，显示出我国的建桥事业已达到了世界先进水平，也是我国桥梁史上又一个重要标志。
3)双曲拱桥
1964年创建的双曲拱桥具有用料省、造价低、施工简便和外形美观等优点，很快在全国公路上得到应用和推广，对加快我国公路桥梁的建设起到了很大作用。
【小贴士】
近代桥梁与现代桥梁既有区别，又有联系。总地来说，桥梁的基本作用没有改变，“一桥飞架南北，天堑变通途”，这是桥梁的作用，也是桥梁遵循的原则。但是桥梁仍在不断发展变化中，尤其是建造桥梁的技术、构筑桥梁的材料、桥梁的设计等，在朝着越来越好的方向发展。
1.2桥梁规划
桥梁的总体规划包括桥梁的设计原则、桥梁断面设计以及桥梁设计方案比较。本节介绍这些内容。
1.2.1桥梁设计原则
桥梁设计原则是安全、适用、经济、美观，需要调查的设计资料包括桥梁功能要求、桥梁建设位置、水文地质条件以及其他资料。桥梁断面设计包括纵断面设计、横断面设计、平面布置。
1.安全原则
不存在脱离社会需要而孤立存在的桥梁，功能是桥梁结构发展的决定动力。例如，人们需要跨越大江、大河甚至海峡，所以发展了大跨度桥梁；为保证城市交通和人行安全，发展了立交桥和人行天桥。
2.技术要求
桥梁设计应进行技术经济比较，使桥梁总造价和材料等的消耗为最少；考虑运营、养护、维修，选择合理桥型——因地制宜、就地取材、方便快速施工。
3.审美要求
桥梁建设审美要求桥梁有优美的外形，与周围景观相协调。城市桥梁和游览区桥梁应较多考虑建筑艺术上的要求，以往人们过分强调经济性，致使许多桥梁在美学上不尽如人意，现在追悔莫及。桥梁的艺术要求强调的是桥梁合理的结构布局和轮廓，而不是豪华的细部装饰。
4.桥梁功能要求
桥梁功能要求根据交通种类、行车行人密度、通过管线等情况而定。桥梁建设位置根据桥位附近的地形而定。
5.水文地质条件
水文地质条件包括桥位附近的地质、水文情况。
其他资料包括当地建筑材料(砂石)来源、水泥钢材供应、水陆交通、施工单位技术水平、施工机械、动力设备、电力供应、气象资料、桥位上下游有无老桥、其桥形布置和使用情况等。
1.2.2桥梁断面
桥梁断面设计包括纵断面设计、横断面设计以及桥梁平面布置。这些断面的设计各有特点，下面做具体分析。
1.桥梁纵断面设计
桥梁总跨径的确定应保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致被过大冲刷。桥梁分孔最经济的方式是使上、下部结构的总造价最低。桥梁标高要保证桥下流水净空，保证桥下通航净空。
一般小桥通常做成平坡桥。大中桥梁为利于桥面排水，降低引道路堤高度，设置中间向两端倾斜的双向纵坡。纵坡发生变更处，应设置竖曲线。一般竖曲线应延伸至桥梁全长。
2.桥梁横断面设计
桥面的宽度应满足行人和行车的交通需要。桥跨结构横断面应布置行车道、人行道、栏杆、护轮安全带、缘石。横坡应利于桥面排水，设置从桥面中央倾向两侧的横坡(1%～2%)。
3.桥梁平面布置
道路线形支配着桥梁设计，桥梁是线形的一部分，为了保证车辆平稳行驶、美化道路景观的需要，必须与线形相适应。一般桥梁常位于平曲线内，在立面上也应顺着坡度或曲线，曲线半径应大，符合桥梁美学。
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