道路、铁路、桥梁工程.ppt

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1、第四讲 道路、铁路、桥梁工程,主要内容,铁路工程,桥梁工程,道路工程,4.1 桥梁工程概述,梁式桥 拱桥 刚架桥 斜拉桥 悬索桥,艺 术 桥 梁,杨浦大桥,杨浦大桥,4.1.1 桥梁工程概述,桥梁是指供公路、城市道路、铁路、渠道、管线等跨越水体、山谷或彼此间互相跨越的工程构筑物，是交通运输中重要的组成部分,桥梁组成,桥跨结构（或称桥孔结构、上部结构）包括桥面板、桥面梁以及支承它们的结构构件，如大梁、拱、悬索等，其作用是承受桥面上各种车辆、行人的荷载。桥墩、桥台（统称下部结构）是支承桥跨结构的承重构件。桥台设在桥身两端，其作用除支承桥跨结构外还要与路堤衔接并防止路堤滑塌。桥墩设在两桥台之间，其作

2、用是支承桥跨结构。墩台基础 是桥墩、桥台的埋入土中的扩大部分，其作用是使桥上全部荷载传至地基。墩台基础在整个桥梁施工中是比较困难的部分，常要在水中作业。,4.1.2 桥梁荷载,恒载-包括桥梁各部分的自重、预加应力、混凝土的收缩和徐变的影响、土因自重所产生的竖向和水平压力、静水压力及浮力。活载-主要是铁路列车或公路车辆荷载，它们是以一系列集中力和均布作用力组成的移动式荷载。风载地震,4.1.3 桥梁分类,按材料-木桥、圬工桥（含砖、石和混凝土砌块桥）钢桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥。按用途-公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、城市道路桥（含立交桥）、农村道路 桥、人行桥、管线桥和渡槽桥等。按结构-

3、梁式桥（含简支梁、连续梁、伸臂梁）桁架桥、拱桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥等此外，还有浮桥、活动桥等特殊用途的桥。,木桥,由于木材易于腐烂,多用于临时性桥梁。,石桥,主要特点是抗压强度高而抗拉强度低，主要用于拱桥。,钢桥,常用于实腹梁桥及大跨度的桥拱桥、斜张桥和悬索桥,钢筋混凝土桥,主要包括素混凝土桥、钢筋混泥土桥以及预应力桥。,公路桥,铁路桥,铁路公路两用桥,城市道路桥（含立交桥）,农村道路桥人行桥管线桥渡槽桥（运水桥）,梁式桥,梁式桥是一种在竖向移动荷载作用下无水平反力的结构体系，与建筑工程中的梁相似。它结构简单，但跨越能力有限。目前应用最广的钢筋混凝土简支梁跨度为5至25米，预应力混凝土简支

4、梁跨度为10至50米。,我国目前最大跨度的预应力混凝土简支梁桥是1989年建成的黄河公路大桥，位于河南开封。全长4475.09m，共108孔，其中77孔采用跨径50m的预应力简支T形梁,世界最大跨度的预应力混凝土简支梁桥为奥地利的阿尔姆(Alm)桥，主跨度为76米。,我国目前最大跨度的预应力混凝土连续梁桥为六库怒江桥，位于云南省傈傈族自治州州府六库，跨越怒江，该桥采用3跨变截面箱型梁，其中箱型梁为单箱型截面，箱宽5米，两侧各悬出伸臂2.5米，跨中梁高2.8米,拱桥,拱桥的主要承重结构是拱圈，它在桥面竖向移动荷载作用下桥墩或桥台承受水平推力（显著抵消在拱圈中引起的弯矩），使拱圈承受的主要是压力，

5、故通常可采用抗压能力强的圬工材料（如石、砖、混凝土）建造。,拱桥承载方式,上承式拱桥,中承式拱桥,下承式拱桥,卢浦大桥全长3900米，主拱桥长550米，比1977年建成的世界上主拱桥第二长美国Fayetteville新河谷桥长32米，2003年建成通车，建成时曾经号称“世界第一拱”。重庆朝天门大桥09年4月29日建成，主跨达552米，成为目前“世界第一拱桥”。,刚架桥,刚架桥是梁和柱（或竖墙）整体结合的桥梁结构。在竖向移动荷载作用下，梁部主要受弯，柱脚处有水平推力，受力状态介于梁式桥和拱桥之间。,刚 架 桥 类 型,斜拉桥,斜拉桥,由主梁、塔柱和斜索三种基本构件组成。用高强钢材制成的斜索将主梁

6、多点吊起，将主梁承受的恒载和车辆荷载传至塔柱，再由塔柱传给基础。它是一种桥面体系（加劲主梁）受压，支承体系（斜拉索）受拉的结构。,我国常用高强钢丝束、钢绞线束等制成斜拉桥，并在钢束外包一层高密度的黑色聚乙烯外套加以防护。斜拉桥的主梁则做成钢筋混凝土或预应力混凝土构件，它们在纵向可以做成连续构件、伸臂构件及与塔柱固端连接的构件等，其截面形式视采用材料、索面布置、施工工艺而异。,中国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200米。20世纪80年代末，我国在总结加拿大安那西斯桥的经验基础上，1991年建成了上海南浦大桥（主跨为423米的结合梁斜拉桥），开创了中国修建400米以上大

7、跨度斜拉桥的先河。我国已成为拥有斜拉桥最多的国家。目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为中国的苏通大桥，主跨径为1088米,于2008年4月2日试通车。,道路概述 基本组成 公 路 城市道路 高速公路,4.2 道路工程,4.2.1 道路工程概述,道路工程，指通行各种车辆和行人的工程设施。根据其所处的位置、交通性质、使用特点等可分为公路、城市道路、农村道路、林区道路、厂矿道路及人行小路。,公路,公路是指连接城镇、乡村和工矿基地之间主要供汽车行驶道路.,城市道路,城市道路是指通达城市的各地区，供城市内交通运输及行人使用，便于居民生活、工作及文化娱乐活动，并与市外道路相连接负担着对外交通的道路。主要包括

8、城市高速干道、居住区道路、风景区道路、林荫干道以及自行车专用路。,农村道路,农村道路是指修筑在野外乡村地区、供当地各种非机动车辆和拖拉机行驶，也可通行汽车的道路，一般是沟通乡镇到村、村到村或田间生产基地到乡镇的道路。,林区道路,林区道路是指为林业服务的各类道路的总称，是林业生产建设环节中不可缺少的组成部分，从森林开发利用到抚育更新，都有重要作用。,厂矿道路,厂矿道路是指为工厂、矿山、油田、港口、仓库等企业服务的道路，分为厂外道路、厂内道路和露天矿山道路。,线路,公路与城市道路由于受到自然环境与地物地貌的限制，在平面上有转折，纵面上有起伏。在转折点两侧相邻直线处，为满足车辆行驶舒适、安全和速度要

9、求，要有一定半径的曲线连接。故线路在平、纵面上都是由直线和曲线组成的。,道路基本组成,ZH,HY,YH,HZ,路基,路基-道路路面下的基础部分。设计要满足三个基本要求：1、具有足够的承载力和刚度，即在自身重力下不应发生过大沉陷，在车辆动力荷载作用下不应发生过大的弹性或塑性变形。2、具有足够的整体稳定性，即不致产生路基的整体滑塌。3、具有足够的水温稳定性，即在地面水、地下水或冰冻时不致显著地降低承载力。,路基基本形式,路面,路面-用筑路材料铺在路基顶面，供车辆在其表面行驶的一层或多层的道路结构层。按路面荷载作用下的工作特性分，有柔性路面、刚性路面和半刚性路面。包括面层、联结层、基层、底基层、垫层

10、等。,路面结构图(a)低中级路面(b)高级路面,4.2.3 公路的分类,我国的公路按照其使用任务、功能和适应的交通量分为：高速公路-是专供汽车分向、分车道行驶，全线立交并控制出入的干线公路，一般按照需要，设计高速公路的车道数，设计年限平均昼夜交通量为25000100000辆；一级公路-是专供汽车分向、分车道行驶的公路，设计年限平均昼夜交通量为1500030000辆；二级公路-一般能适应年限平均昼夜交通量为30007500辆；三级公路-为10004000辆四级公路-一般为双车道1500辆以下，单车道200辆以下。,另外按照公路的位置以及在国民经济中的地位和运输特点的行政管理体制分类为：国道-由国

11、家统一规划，由所在各省市自治区负责建设、管理、养护。省道-是在国道网的基础上，由省对具有全省意义的干线、干路加以规划，并且建设、管理、养护。县道-主要路段由省统一规划、建设和管理，一般路段由县自定并建设、管理和养护。乡（镇）道-主要为乡村服务，由县统一规划组织建设、管理和养护。专用公路-为厂区、林区、矿区、港区的道路，由专用部门自行规划、建设、管理和养护。,我国国道干线系统代号为1、由首都北京向外放射的有12条，代号第1个字取“1”，如北京至昆明为108国道；2、有北向南的有28条，代号第1个字取“2”，如山海关至广州为205国道；3、由东向西的有30条，代号第1个字取“3”，如上海至拉萨为3

12、18国道。,我国国道干线系统代号,4.2.4 城市道路,根据道路的地位和交通功能，将城市道路分为以下几类快速道主干道次干道支道居住区道路,快速道-为流畅地处理城市大量交通而建设的道路。快速道要有平顺的线形，与一般道路分开，是汽车交通安全、通畅和舒适。如北京的三环路、上海的外环线等。一般在交叉路口也建有立体交叉，有时还全封闭，中央有隔离带。,主干道-是连接城市各主要部分的交通干道，是城市道路的骨架，其主要功能是运输。主干道上要保证一定的车速，故应根据交通量的大小设置相应的车道数，一供车辆通畅行驶。线形应顺捷，交叉口宜尽量少，以减少干扰，平面交叉应有交通控制措施，目前有些城市以高架式的道路实现城市

13、主干道。如上海的内环高架路，为实现连接城市各区和各主要部分的交通干路，已形成“串”字型的平面线形。,次干道-一般为一个区域内的主要道路，是一般交通道路并兼有服务功能，配合主干道共同组成城市的干道网，起到广泛联系城市各部分与集散交通的作用，一般情况下慢车混合使用。支道-是次干道与居民区的联络路，为地区交通服务，道路两侧有时还建有商业建筑等。,居住区道路-是居住区内部街坊与街坊之间和街坊内部的道路，主要为居民的各种活动服务。为了保证居住区的安静，一般不宜设公共交通线路。居住区道路可以与城市次干道连接，但是尽量不与城市主干道连接。,风景区道路-是供游人游览用的道路。属于园林型道路，包括对内交通和对外

14、交通两部分。风景区的内部道路既是容纳游人的空间，又是引导和分配游人的路线。风景区的道路系统应按照道路交通的不同功能加以分类和组织。如我国桂林的道路系统，货运干线与游览线路和城市生活性干道分开。风景区道路应将风景区内各景点联系起来，使游人乘车可以直达景点，而不至于步行过多。,自行车专用道-是城市里和郊区道路系统中以及通往旅游区的道路中，专门供自行车行驶的道路。这样快慢道分离，各行其道，既提高车速又保证安全。一般自行车道的设置要求为：以自行车车速为1518km/h来确定专用道的最小宽度和转弯半径，净空为2.5m，纵坡一般为1.5%2%，若坡度大于2%，则要限制坡长。宽度应考虑两车之间的安全间隙，单

15、车道为1m,双车道为2m,我国的自行车较多，自行车道的宽度一般为57m。,道路交叉,道路与道路、道路与铁路相交处称交叉口，分为：平面交叉 立体交叉,平面交叉,无控制交叉口（四路控制、两路控制）环形交叉口信号交叉口,立体交叉,4.2.5 高速公路,高速公路,高速公路-是一种具有四条以上车道，路中央设有隔离带，分隔双向车辆行驶，互不干扰，全封闭，全立交，控制出入口，严禁产生横向干扰，为汽车专用，设有自动化监控系统，以及沿线设有必要服务设施的道路。高速公路的造价很高，占地多，如目前我国的高速公路，每公里造价大约3000万元左右，路基宽度按照26 m计算，则每公里占用土地约0.03km2以上，但是从其

16、经济效益与成本看，高速公路的经济效益还是很显著的。,高速公路的特点,1、行车速度快、通行能力大 一般高速公路行车速度在120km/h以上。一条车道每小时可通过1000辆中型车，比一般公路高出34倍。在美国，高速公路仅占公路总里程的1.1%，却承担全国公路车交通量的19%，平均日行车密度是全部公路平均数的18.6倍。2、物资周转快、经济效益高 一般运距在300km以内，使用大吨位车辆运输，无论从时间上，还是从经济角度来考虑，均优于铁路和普通公路运输。虽然高速公路的投资大，但是综合经济效益也大，能促进沿路地区的经济发展，其投资成本一般在57年内收回。如我国的广佛高速公路，其投资回收期不到6年。,3

17、、交通事故少、安全舒适 因为高速公路有严格的管理系统，全程采用先进的自动化交通监控手段和完善的交通设施，全封闭、全立交，无横向干扰，因此交通事故大幅度下降。据国外资料统计，与普通公路相比，美国下降56%，英国下降62%，日本下降89%。另外高速公路的线形标准高、路面坚实平整、行车平稳、乘客不会感到颠簸。4、带动沿线地方的经济发展,高速公路,高速公路的几何设计标准比其他等级的公路要求高，具体规定各国有所不同。高速公路沿线有安全设施、交通管理设施、服务性设施、环境美化设施等。,我国公路技术标准的主要规定最小平曲线半径及超高横坡 V=120km/h，Rmin=1000m，极限最小半径650 m，超高

18、横坡限制值为10%。最大纵坡和竖曲线 35%，竖曲线极限半径：凹形为4000m，凸形为11000m线形要求 连续，顺畅。在视线所及的一定线路内不出现转折、错位、突变、虚空、遮断等。横断面 车道宽：3.75m；中央隔离带：3.0m；路缘宽0.75m；硬路肩：2.5m；土路肩：0.75m。,部分大城市道路概况,国家高速公路网规划-“7918”网 由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成，简称为“7918网”，总规模约8.5万公里，其中：主线6.8万公里，地区环线、联络线等其他路线约1.7万公里。,“7918”公路网,4.3 铁路工程,基本组成高速铁路 地铁与轻轨 磁悬浮铁路,4.3.

19、1 铁路组成,铁路选线 铁路轨道 铁路路基,铁路，由线路、路基和上部结构三部分组成,4.3.1.1 铁路选线,铁路选线工作内容有：根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过的自然 条件、资源分布、工农业发展等情况，规划线路的基本走 向，选定铁路的主要技术标准，在城市里，则根据地区的 商业或工业发展等情况，来规划线路的走向。根据沿线的地形、地质、水文等自然条件和村镇、交通、农田、水利设施，来设计线路的空间位置。研究布置线路上的各种建筑物，如车站、桥梁、隧道、涵 洞、路基、挡墙等，并确定其类型和大小，使其总体上互 相配合，全局上经济合理。,铁路定线-在地形图上或地面上选定路线的走向，并确定线路的

20、空间位置。目的：在复杂的自然条件和人文地理条件下，选出既能以最 少的人力、物力、财力，尽量少改变自然状态，又能 安全、迅速、舒适，保证输送能力的线路。原则：1、输送能力和运输发展相适应 2、确保铁路安全和环境保护 3、兼顾铁路和社会经济效益 4、协调机车牵引性能和线路技术标准 5、充分利用先进科学技术,车站与枢纽,4.3.1.2 铁路轨道,钢轨-铁路轨道的基本承重结构，起承受车身重力及引导列车运行方向的作用。钢轨要求有足够的承载能力、抗弯强度、断裂韧性、稳定增长既耐腐性能。主要由轨头、轨腰和轨底三部分组成。,轨枕,轨枕-是钢轨的支座，它除承受钢轨传来的力（包括竖向力及侧向和纵向水平力）并将其传

21、给道床以外，还起着保持钢轨的方向和轨距的作用。主要有钢枕、木枕和预应力混凝土枕。,轨排运输,轨排运输在铺设过程中轨排束必须从轨排运输列车逐渐向铺轨机移动，以不断向铺轨机供应轨排。采用特制底装有滚轮的平车以适应该要求。,轨道铺设,将在轨排组装基地组装的轨排(一根钢轨长度)铺设于道床上。整个铺设工作由轨排的组装、运送和铺设，以及道渣的运送和铺设等环节组成。道床是铺设在路基顶面上的道渣层。道岔是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总称,铁轨受力分析,4.3.1.3 铁路路基,铁路路基-承受并传递轨道重力及列车动态作用的结构，是轨道的基础，是保证列车运行的重要建筑物。设计要求是在静荷载和动荷载的作用下应保

22、持稳定；对于高速铁路，路基的长期变形和动荷载下的弹性变形不能过大,横断面,指与线路中心线垂直的路基。路基可分成路堤、路堑和半路堤路堑三种基本型式。路基两侧必须设置排水沟以保证线路排水、铁路畅通。路基由路基体和附属设施两部分组成。路基面、路肩和路基边坡构成路基体。路基附属设施是为了保证路肩的强度和稳定，所设置的排水设施、防护设施与加固设施等，排水设施有排水沟等、防护设施如种草种树等，加固设施有挡土墙、扶壁支挡结构等。,路基稳定性-指路基受到列车动态作用及各种自然力影响所出现的道渣陷槽、翻浆冒泥和路基剪切滑动与挤起等。需要从以下的影响因素去考虑：路基的平面位置和形状 轨道类型几其上的动态作用 路基

23、体所处的工程地质条件 各种自然力的作用等 设计种必须对路基的稳定性进行验算。,徐州铁路枢纽,4.3.2 高速铁路,铁路现代化的一个重要标志是大幅度地提高列车的运行速度。一般来讲，铁路速度的分档为100120 km/h称常速；速度120160km/h称中速；速度160200km/h称为准高速或快速；速度200400km/h称为高速；速度400km/h以上称为特高速。,1964年10月1日，世界上第一条高速铁路-日本的东海道新干线正式投入运营，速度达210km/h，突破了保持多年的铁路运行速度的世界记录，从东京到大阪运行3小时10分钟。由于速度比原来提高一倍，票价比飞机便宜，因而吸引了大量旅客，使

24、得东京至大阪的飞机不得不停运，这是世界上铁路与航空竞争中首次获胜的实例。1981年法国建成了它的第一条高速铁路（TGV东南线），列车速度高达270km/h。后来又建成TGV大西洋线，速度达300km/h。1990年5月13日试验的最高速度已达515.3km/h，可使运营速度达到400 km/h。法国的高速铁路后来居上，在一些技术和经济指标上超过日本而居世界领先地位。,高速铁路,高速铁路的实现为城市之间的快速交通往来和旅客出行提供了极大方便。同时也对铁路选线与设计等提出了更高的要求。如：铁路沿线的信号与通讯自动化管理，铁路机车和车辆的减震和隔声要求，对线路平、纵断面的改造，加强轨道结构，改善轨道

25、的平顺性和养护技术等。,我国自20世纪90年代开始在常规铁路路基上进行了列车提速试验，并先在京沪铁路上实施，列车速度高达150160km/h。从速度160km/h起步的主要原因是：技术上的条件：160km/h是准高速的起点，是通向 200km/h及其以上高速的桥梁，也是传统技术延伸与 新技术发展的过渡点；经济上的条件：在既有线路上进行适当的技术改造，即可达到160km/h的要求，比一开始实现速度200km/h 以上高速的投资要少得多。广州到深圳之间已开通了 速度达180200km/h的准高速铁路。,京沪高铁,京沪高速铁路于2008年4月18日开工，从北京南站出发终止于上海虹桥站，总长度1318

26、公里，总投资约2209亿元。它的建成将使北京和上海之间的往来时间缩短到5小时以内。速度350公里/小时，全线纵贯北京、天津、上海三大直辖市和河北、山东、安徽、江苏四省。是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路。2011年6月30日正式开通运营。开通后，运营4天，发生3起事故，引起广泛热议。2011年8月1日，铁道部称京沪高铁上座率107%。2011年8月16日，上海铁路局实施新运行图，对京沪高铁列车开行速度和价格进行调整。,4.3.3 地铁和轻轨,世界上第一条载客的地下铁道是1863年首先通车的伦敦地铁。目前，伦敦的地铁长度已达380 km，全市已形成了一个四通八达的地铁

27、网，每天载客160余万人次。现在全世界建有地下铁道的城市就多了，如法国的巴黎，英国的伦敦，俄罗斯的莫斯科，美国的纽约、芝加哥，加拿大的多伦多，中国的北京、上海、天津、广州、西安等城市。,城市轻轨,城市轻轨-是城市客运有轨交通系统的又一种形式，它与原有的有轨电车交通系统不同。它一般有较大比例的专用道，大多采用浅埋隧道或高架桥的方式，车辆和通信信号设备也是专门化的，克服了有轨电车运行速度慢，正点率低，噪声大的缺点。它比公共汽车速度快、效率高、省能源、无空气污染等，轻轨比地铁造价低，见效快。自20世纪70年代以来，世界上出现了建设轻轨铁路的高潮。目前已有200多个城市建有这种交通系统。上海也已建成我

28、国第一条城市轻轨系统，即明珠线（全长24.975 km），沿线共设19座车站，全线无缝线路，除了上海火车站连接的轻轨车站以外，其余全部采用高架桥结构形式。,4.3.4 磁悬浮铁路,磁悬浮铁路与传统铁路有着截然不同的区别和特点。利用电磁系统产生的吸引力和排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在铁路上，利用电磁力进行导向，并利用直流电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进。与传统铁路相比，磁悬浮铁路由于消除了轮轨之间的接触，因而无摩擦阻力，线路垂直荷载小，适于高速运行。该系统采用一系列先进的高技术，使得列车速度高达500km/h以上，目前最高试验速度为552 km/h。德国和日本起步最早。德国从1968

29、年开始研究磁悬浮列车，1983年在曼姆斯兰德建设了一条长32km的试验线，已完成了载人试验。行车速度达412km/h。,一些发达国家也都在进行各自的磁悬浮铁路的研究。目前磁悬浮铁路已经逐步从探索性的基础研究进入到实用性的开发研究的阶段，经过30多年的研究与试验，各国已公认它是一种很有发展前途的交通运输工具。已经开始可行性方案研究的磁悬浮铁路有：美国的洛杉矶-拉斯维加斯(450km)、加拿大的蒙特利尔-渥太华(193km)、欧洲的法兰克福-巴黎（515km)等。,磁悬浮铁路,上海磁悬浮快速列车,上海磁悬浮列车专线西起上海轨道交通2号线的龙阳路站，东至上海浦东国际机场，专线全长29863公里。由中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线，2003年1月4日正式开始商业运营，设计时速430公里/小时，实际时速约380公里/小时（现已降速至最高301公里/小时）,全程只需8分钟。转弯半径达8000米,肉眼观察几乎是一条直线，最小的半径也达1300米。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。磁悬浮列车的车窗是减速玻璃，更好地保证乘客的安全。减速玻璃在与车体接触的边缘处有弧度变形，正因为这个弧度可以使车外景物在透过弧度时发生变形，从而影响车内乘客的视觉，产生减速的效果。,上海磁悬浮列车,