土木工程专业导论概要.docx

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土木工程专业导论概要

《土木工程专业导论》

课程论文

题目名称：

以武汉长江大桥为例的钢桁架桥简析及其他

形式桥梁的简介

系部名称：

土木工程与建筑学院

班级：

土木1303

学号：

0121308880224

学生姓名：

陆超豪

以武汉长江大桥为例的钢桁架桥简析及其他形式桥梁的简介

选题原因

武汉长江大桥位于湖北省武汉市武昌蛇山和汉阳龟山之间的江面上，是长江上的第一座大桥，新中国成立后在长江上修建的第一座复线铁路、公路两用桥，被称为“万里长江第一桥”。

是武汉市的标志性建筑。

“一桥飞架南北，天堑变通途。

”武汉长江大桥作为我国修建的第一座长江大桥在我国桥梁建筑史上拥有重要地位，并且其所采用的钢桁架结构在其他桥梁建筑以及各种不同用途的房屋工厂建筑中都有大量运用。

所以对其进行系统而完备的研究不仅对我国的桥梁建造技术用重大意义，还对房屋建筑尤其是大跨度厂房建筑中的以钢材为主要建筑材料的桁架结构具有重要指导作用。

除此以外，武汉同时又是一座号称“桥梁博物馆”的特大型城市，几乎各种类型的桥梁设计都可以在武汉找到，且建造技术均属于世界一流水平。

作为一名在武汉就读的大学生拥有这样得天独厚的优势岂能辜负？

所以本文除对钢桁架桥进行简要分析外，还对武汉存在的其他形式的桥梁进行简略介绍。

关键词：

关键词1长江大桥;关键词2钢桁架结构;

关键词3武汉；关键词4建筑形式

以武汉长江大桥为例的钢桁架桥简析及其他形式桥梁的简介

以武汉长江大桥为例的航桁架桥简析

一、项目立项原因

武汉修建长江大桥是千百万人民群众近百年来的渴望。

清末，邮传部开始拟定修建武汉长江大桥的计划。

孙中山在《建国方略》中也提出“以桥或隧道联络武昌、汉口、汉阳为一市”的设想。

武汉长江大桥是新中国成立后在“天堑”长江上修建的第一座大桥，是我国第一座复线铁路、公路两用桥。

建成之后，将武汉三镇连为一体，极大的促进了武汉的发展并成为了著名旅游景点。

从全国范围看大桥连接起中国南北的大动脉，串起被长江分隔的京汉铁路和粤汉铁路，形成完整的京广铁路，对促进南北经济的发展、国民经济建设起到了重要的作用。

二．前期规划

（一）历次规划

早在辛亥革命成功后，就已有有识之士对建设长江大桥有着清醒的认识，国父孙中山先生，毛泽东主席以及周恩来总理都对长江大桥的建设表现出极大的兴趣。

京张铁路设计建造者中国铁路建设第一人詹天佑先生更是以超前的远见卓识在进行粤汉铁路复勘定线的过程中，考虑到将来粤汉铁路与京汉铁路会跨江接轨，为此在规划武昌火车站（通湘门车站）时也预留与京汉铁路接轨出岔的位置。

其中最卓有成效的两次规划分别是：

1詹天佑提出建议将汉阳龟山和武昌蛇山之间江面最狭隘处作为大桥桥址，经武昌汉阳门、宾阳门连接粤汉铁路，并设计出公路铁路两用桥的样式，桥面铺设铁路、公路、电车路、人行道。

此次规划虽然未获实行，但其选址被历史证明为十分适宜，与此后几次规划选址基本相同。

2茅以升向中央人民政府上报《筹建武汉纪念桥建议书》。

中国人民政治协商会议第一届全体会议在北平召开，会议上通过建造长江大桥的议案。

武汉长江大桥建设正式被提上日程，铁道部成立铁道桥梁委员会，由中国桥梁专家茅以升任专家组组长，开始进行初步勘探调查。

（2）设计勘测

1.位置勘选

武汉长江大桥西北始于汉阳龟山南坡，东南止于武昌蛇山入江的山头，两岸基岩外露。

龟山至蛇山段江面狭窄，易于缩短桥梁长度。

江中地质钻孔214孔显示江底为两山余脉，下层基岩为三叠系下石灰岩，但岩层强度相差悬殊。

大部分石灰岩平均强度334到1165MPa。

其中有节理发育及风化侵蚀。

经过反复比较选定现有轴线，其各墩位基岩较为平整，地下溶洞较少且引桥地形适宜建桥。

除7号墩地质条件较差须做特殊处理外，正桥的7个桥墩都立在坚固岩石上。

利用两岸山势，桥下净空高，可满足通航需要。

图为武汉市地质情况局部截图，图中红圈处即为武汉长江大桥选址，可见此处长江江面最窄且两侧桥墩和引桥均位于基岩之上。

2.设计标准

大桥性质：

大桥为公铁两用桥，上层为公路，双向四车道，两侧有人行道，下层为复线铁路

大桥全长：

全桥总长1670米，其中正桥1156米，西北岸引桥303米，东南岸引桥211米。

桥面宽度：

从基底至公路桥面高80米，下层为双线铁路桥，宽14.5米，两列火车可同时对开。

上层为公路桥，宽22.5米，其中：

车行道18米，设4车道；车行道两边的人行道各2.25米。

桥墩参数：

桥身为三联连续桥梁，每联3孔，共8墩9孔。

每孔跨度为128米，为终年巨轮航行无阻起了很大的作用

图为武汉长江大桥桥面结构设计图

3．实际施工

（一）大桥主体部分

1.桥墩

在两跨和两跨以上的桥梁中除两端与路堤衔接的桥台外其余的中间支撑结构称为桥墩。

桥墩的主要作用为支撑桥面，作为桥面桁架的受力支撑。

桥墩主要由顶帽、墩身组成。

顶帽的作用是把桥跨支座传来的较大而集中的力，分散而匀称地传给墩身和台身，其本质是里的传导承接部件。

因此顶帽应采用强度较高的材料建筑。

此外，顶帽还须有较大的平面尺寸，为施工架梁及养护维修提供必要的工作面。

墩身和台身是支承桥跨的主体结构，其作用是将顶帽所承受的力通过自身向下经基础传导到地基上。

所以墩身是桥墩这一构件的主要部分。

除承受桥面由顶帽传来的竖向荷载外，由于其下部处于水中，还会受到水流的冲击力，在河流的结冰期还会受到冰压力。

长期处在水中对墩身材质也会有一定的腐蚀作用，因此墩身的抗腐蚀也是一大需要克服的难题。

而且其底部需要深入地基之中，他的侧向还会受到地基土的侧向土压力。

在极端情况下还需考虑船舶撞击力，并且桥墩还需有一定高度以满足下方河流通航大型船只的需要。

所以墩身和台身都具有足够的强度、刚度和稳定性。

武汉长江大桥正桥8墩9孔，每孔桥跨128米。

桥墩基础施工采用“管柱钻孔法”，开创了中国建桥史上的新工艺。

正桥钢梁由平弦菱形连续梁组成，钢梁设计三联，每联三孔。

钢梁制作精确，由两岸平衡悬臂向江心拼接合拢。

连续梁由一组绞式固定支座和三组辊轴式支座所支撑。

在最高洪水位时，桥下净高18米，可满足上行大型轮船的通航要求。

图为武汉长江大桥近岸桥墩照片

在对桥墩进行施工时初始计划采用世界桥梁建造界通用的气压沉箱基础。

但在实际操作中发现该方法需要工人在深水区作业，在长江近40米深的江底会出现缺氧现象，每个工人一天只能工作2小时，而且呼吸困难，极易出现氮麻醉现象，得一种“沉箱病”。

然而作为万里长江第一桥肯定不能以牺牲工人的身体健康为代价，这也是刚刚取得全国政权的中国共产党所不允许的。

所以在出现这一问题后，我国技术人员与苏联援华专家经过多次改进任无法解决这一问题。

在多方面权衡利弊后，我国已人民群众身体健康为重，果断弃用这一建造方法，转而大胆采用前苏联专家西林提出的管柱钻孔基础的创议。

管柱钻孔基础即利用苏联煤矿矿井施工的缆绳式冲击钻机，悬吊十字钻头一起一落，钢丝绳的扭动，使得绳末端的一个钻头顶在一个圆窟窿中，不断地向一个方向旋转一个微小角度，在坚硬的岩石中凿出一个小孔来。

岩石破碎后，用泥浆将钻渣悬浮起来，隔一段时间用取渣桶清孔。

在深水激流中下沉并稳住一个直径较大的钢筋混凝土灌注圆柱，插到岩面。

钻头以及缆绳在桶中起落，桶内形成泥浆，钻渣浮起逸出。

将岩石冲刷成成一个圆孔后，清除残渣，下放钢筋笼，灌注水下混凝土，将管柱与岩盘紧紧连接在一起。

正是因为使用了这一当时世界最先进施工方法，武汉长江大桥原计划4年零1个月完工，实际仅用2年零1个月。

图为桥墩CAD设计施工图

2.桥面

功能作用：

桥面桥梁为车辆所用的部分∶桥梁上可供行走或穿行的地面或平台桥梁的桥又称车道铺装，其作用是保护桥面板防止车轮或履带直接磨耗面，保护主梁免受雨水侵蚀，并借以分散车轮的集中荷载。

常用的桥面铺装有水泥混凝土，沥青混凝土两种铺装形式。

在不设防水层的桥面上，也有采用防水混凝土铺装的。

水泥混凝土铺装的造价低，耐磨性能好，适合重载交通，但养护期长，日后修补比较麻烦。

沥青混凝土铺装较轻，维修养护方便，通车速度快，但易老化和变形。

武汉长江大桥桥面铺装结构使用厚度为30cm的钢筋混凝土连续板,并在钢筋混凝土上面铺设有3cm到6cm的防水层和6cm的沥青混凝土层。

整体桥面板采用16个钢桁梁，混凝土强度等级为C45，承受荷载钢筋为ＨＲＢ４５０，构造钢筋为ＨＲＢ４００.断面采用工字型钢榫卯结构连接，尺寸为８００×60或850×5

图为武汉长江大桥桥面剖面简图

美学功能：

武汉长江大桥正桥桥身满了足功能和美学原理（实用、经济、美观），没有增加过多的和结构不发生关系的美术装饰，裸露的钢架显示了技术与力量，强调的是大桥本身结构的协调。

武汉长江大桥桥面上下两层。

下层设铁路双轨，南北列车可同时对开。

两侧有2.25米宽小道，专供大桥养护人员行走。

上层为公路桥桥面，车行道宽18米，可并行6辆汽车，设计荷载汽—18、挂—100，其两侧人行道宽2.25米。

正桥人行道外缘，铸有各种飞禽走兽的齐胸栏杆；大桥的两侧是对称的花板，内容多取材于我国的民间传说、神话故事等，有孔雀开屏、鲤鱼戏莲、喜鹊闹梅、玉兔金桂、丹凤朝阳、雄鸡报晓、鸟语花香、菊黄蟹肥、石榴结籽、猕猴摘桃、鱼跃荷香等，极具民族气息。

人行道内缘后来增设了钢筋混凝土结构的防撞护栏。

每隔32米矗立一对灯柱，兼作无轨电车供电线路的支架。

入夜成串的桥灯远望如过江银龙

图为武汉长江大桥桥面照片

（二）桥体附属部分

1.引桥

功能作用：

建造引桥是因为长江是我国第一大河也是重要的航运通道，为了让桥下能顺利通行大型船只，从而不妨碍船只自由往来于长江上下游各港口间，桥孔下必须留有足够的净空高度，桥墩高度要满足通航要求自然要比地面高许多，桥与两岸间的坡度就会增加，这将严重地影响上下桥面的交通。

引桥就是桥和路之间的“过渡”，把路面逐渐抬高或逐渐降低，使车辆能平缓地上下桥面。

而武汉长江大桥的两侧各有一段引桥，其中

汉阳岸引桥：

长303米，有17孔；

武昌岸引桥长211米，12孔；

两侧引桥的跨度均不超过172米，均为钢筋混凝土门式拱桥。

连接正桥与两岸引桥的桥台为8层楼式桥头堡，第8层在公路桥桥面两侧各设一对仿古双檐小角亭，成为桥头附近黄鹤楼与晴川阁之间的连结点。

除此以外，大桥引桥段还设有人行过道方便行人上下。

美学功能：

与此同时武汉长江大桥引桥桥身是采用拱的形式，这样一来，引桥的连拱和正桥的钢架在形式上和材质上都形成了对比，不会显得单调。

同时，拱形结构在中国古代桥梁上使用普遍，采用拱形便于引起人们对于这样处理的认同感。

图为俯瞰武汉长江大桥引桥段

2.桥头堡

功能作用：

起到军事防御的作用，为控制桥梁、渡口而构筑的地堡、碉堡或支撑点，用于阻止敌人接近或掩护我军渡河，功能上也都具备观景、垂直交通等的功能，都表示是一个桥的起始。

工程上并无太大的实际意义，象征意义较大。

美学功能：

桥头堡的堡亭为四方八角，上有重檐和红珠圆顶，从底层大厅至顶亭，共7层，桥头堡内有电梯和扶梯供行人上下，大厅之中有建桥英雄群像大型泥塑展列其中，供游人观看、欣赏，追忆逝去的岁月，感触英雄的博大气概。

武汉长江大桥的桥头建筑以钢筋混凝土的结构筑成，用汰石子粉刷，色调和周围的混凝土建筑一致。

和整个大桥一起，形成了庄严、朴素的氛围

图为武汉长江大桥桥头堡侧面照

3．竣工验收

1.施工验收

1957年3月16日，大桥桥墩工程全部竣工。

长江大桥采用3联9孔的等跨间支梁进行安装，使用平衡悬臂拼装架设法，从武昌、汉阳两岸分别同时向江中同时推进，全部钢梁均由山海关、沈阳桥梁厂制造，钢材由鞍山钢铁提供；1957年5月4日，大桥钢梁顺利合拢，同日举行了庆祝大会。

武汉长江大桥（连同配套工程）总投资预算1.72亿元人民币，实际只用了1.384亿元；大桥本身造价预算7250万元，实际只用了6581万元。

1956年6月，毛泽东从长沙到武汉，第一次游泳横渡长江，当时武汉长江大桥已初见轮廓，毛泽东即兴写下《水调歌头·游泳》一词，其中广为传诵的一句“一桥飞架南北，天堑变通途”，正是描写武汉长江大桥的气势和重要作用。

1957年9月6日，毛泽东第三次来到武汉长江大桥工地视察，并从汉阳桥头步行到武昌桥头。

1957年9月25日，武汉长江大桥全部完工，并于当天下午举行正式试通车，10月1日，我国发行了一套两枚纪念邮票《武汉长江大桥》

1957年10月15日，5万武汉人民在武汉长江大桥，举行了大桥落成通车典礼。

图为武汉长江大桥通车典礼及所发行的纪念邮票

2.岁月验证

图为武汉长江大桥历次撞船事故照片

其他形式桥梁的简介

（武汉长江大桥即为梁桥的桁架形式，上文已有详细介绍，此处不再赘述）

拱桥

在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁称之为拱桥。

中国的拱桥历史十分悠久，中国的拱桥始建于东汉中后期，已有一千八百余年的历史。

它是由伸臂木石梁桥、撑架桥等逐步发展而成的。

拱桥。

造型优美，曲线圆润，富有动态感。

我国的拱桥独具一格。

形式之多，造型之美，世界少有。

有驼峰突起的陡拱，有宛如皎月的坦拱，有玉带浮水的平坦的纤道多孔拱桥，也有长虹卧波、形成自然纵坡的长拱桥。

武汉唯一现存的古桥“北洋桥”即为中国传统古拱桥

图为武汉文物保护单位“北洋桥”

.悬索桥

悬索桥，又名吊桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。

其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。

从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。

悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，许多桥梁使用这种结构方式。

现代悬索桥，是由索桥演变而来。

适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。

是大跨径桥梁的主要形式。

相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。

悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。

悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。

武汉鹦鹉洲长江大桥即为大跨度悬索桥。

图为武汉鹦鹉洲长江大桥

.组合桥

组合桥即为主要承重构件采用两种独立结构体系组合而成的桥梁。

如拱和梁的组合、梁和桁架的组合、悬索和梁的组合等。

组合体系可以是静定结构，也可以是超静定结构。

可以是无推力结构，也可以是有推力结构。

结构构件可以用同一种材料，也可以用不同的材料制成。

组合桥采用两种承重方式的组合具有更高的保证率。

但在实际施工中由于设计和施工难度都较大。

武汉晴川桥即为大跨度组合桥。

图为武汉晴川桥

感想：

武汉市不光拥有万里长江第一桥，还拥有如此多的各式各样的桥梁形式，且建造技术均属于世界一流水平。

作为一名在武汉就读的土木工程专业学生，这正是我们比较其他学校土木专业学生所具有的巨大优势。

面对如此胜景岂能辜负，所以在今后的专业学习中我会着重发挥武汉市在这一方面的优势，努力学习专业知识，增长自己的本领，为自己的未来铺就一条更为辉煌的康庄大道。

参考文献：

.1.1957年：

武汉长江大桥建成通车．腾讯网．

2.凌鸿勋。

《中国铁路志》.台北：

世界书局。

（1963年）:

3.蒋太旭、陈丽芳。

张之洞：

最早提出建设武汉长江大桥。

《长江日报》.2011-03-20

4.吴之凌、汪勰。

武汉城市规划思想的百年演变。

《城市规划学刊》.上海：

同济大学

5.1949—1990年重大工程项目建设规划。

武汉市志办

6.京广铁路百年沧桑。

西南交通大学铁路发展有限公司

7.武汉解放史料：

大事记（1946年）.武汉市地情文献

8.我国桥梁界先驱李文骥。

广州文史

9.滕久昕。

父亲滕代远参与领导武汉长江大桥修建始末。

《世纪行》.武汉：

湖北省政协办公厅

10.武汉长江大桥解说武汉交通工程学院

11.武汉长江大桥设计鉴赏王晓燕武汉理工大学艺术与设计学院

12.武汉长江大桥简介石波武汉出版社

13.武汉长江大桥解读许远黄李涛