《橋梁工程》是為適應橋梁工程專業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體系梁橋的計算、斜拉橋的計算、橋梁結構的數值分析、橋梁結構的幾何非線性計算、T形梁橋結構分析、橋梁下部維護加固、橋梁抗震及抗震加固、橋梁安全檢測等內容。
《橋梁工程》在編寫過程中注重培養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技能，了解橋梁工程規劃、設計、計算的基本知識，掌握常用中、小型橋梁的構造原理及設計計算方法，熟悉有關的橋梁施工技術，具備解決較復雜橋梁問題的能力。
橋梁工程指橋梁勘測、設計、施工、養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，它是土木工程的一個分支。橋梁工程學的發展主要取決于交通運輸對它的需要。隨著科技的發展、新材料的開發和應用，橋梁工程施工開始向以大跨、新型、輕質和美觀為特點的方向發展。橋梁工程在生產發展與各類科學技術進步的綜合影響下，會不斷地向前發展。
本教材在內容的安排上以基礎知識為綱，以實踐內容為目，使使用者能夠掌握橋梁工程的基礎知識同時還能應對復雜的橋梁工程。
全書內容共分為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體系梁橋、斜拉橋、橋梁結構的數值分析方法、橋梁結構幾何非線性計算理論、T形梁橋整體剛度靜力和模態分析等進行了分析介紹。
第10～12章對橋梁下部結構的維修加固、橋梁抗震及抗震加固、橋梁檢查與檢測等與橋梁安全相關的問題進行了闡述。
本教材緊密結合工程實際，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的實習課時與之相配合。
本書可作為土木工程專業用教材，也可作為從事橋梁工程設計、管理和施工的工程技術人員的自學參考書。
本書由河北聯合大學王宇亮、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。
了解橋梁的發展歷史。
掌握橋梁的總體規劃及設計荷載。
本章導讀
本章將闡述橋梁工程概論。橋梁在交通事業中的地位十分重要，橋梁工程施工者有必要了解橋梁的發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中的地位及發展概況，內容包括橋梁的作用、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劃，內容包括橋梁斷面設計、橋梁設計方案比較；最后介紹橋梁的設計荷載，內容包括規范中有關設計荷載的規定以及荷載組合。
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場
案例分析
(1)整體傾斜的橋跨結構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。結合專業知識，在橋寬、車輛活載相同的前提下，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
比較內容橋跨結構相對關系
(用>,=,<關系描述)橋跨結構
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
建設投資(相同跨度下)鋼箱簡支梁>混凝土簡支梁橋
(2)在橋梁結構的設計驗算中，最重要的4個環節是結構的強度、剛度、穩定性和耐久性。事故反映出該橋在使用穩定環節出現了問題。
(3)從事故現場的照片可見，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、經濟發展中起著重要作用，所以，橋梁工程施工人員有必要了解橋梁的基礎知識，熟悉橋梁的相關知識，并應深刻領會、掌握橋梁的總體規劃及設計荷載。本章介紹橋梁工程概論的相關知識。
1.1橋梁的地位及發展狀況
橋梁是讓天塹變通途的一種工程設施。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構，因此，各地立足于自身的實際條件和根據自身的需要，經過長期發展，創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
橋梁除了在經濟與政治上有著重要作用，與戰爭、歷史、社會文化都有重要聯系。
1.橋梁在經濟與政治上都有重要作用
人類造橋主要是出于經濟活動的需要。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地進行貿易的重要通道。泉州港的洛陽橋(見圖1-3)是最重要的基礎設施建設，楊浦大橋(見圖1-4)把黃浦江兩岸連接起來，為當地經濟發展做出了重要貢獻。
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，對四川盆地的開發和建設都起到了重要作用。更為重要的是，它對中國的統一也做出了重要貢獻。而當代橋梁作為陸上交通系統的重要組成部分，更是為加強每一個現代國家政治上的統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.戰爭中的橋梁
自古以來，橋梁在戰爭史上都扮演著重要的角色。不論是古老中國的戰爭，還是國外的經典戰爭，橋梁都參與其中。甚至可以這樣說，橋梁關系到一場戰役的勝敗，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。
我國自己設計修建的第一座現代大型橋梁杭州錢塘江大橋(見圖1-6)在抗日戰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日英軍在鎮江西門護城河橋一帶進攻鎮江，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場對這座橋梁進行素描，由畫家阿隆據以重繪、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”，或兩岸藤蘿糾結在一起而構成的天然“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，以后隨著社會生產力的發展，橋梁不斷由低級向高級演進，才逐漸產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
中華民族曾建設了數以千萬計的橋梁，這些橋梁經過歷史的演變，已經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。中國古代的經典梁橋包括花橋、安平橋。
(1)花橋。橋梁因構架花巧，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。
(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，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，近年發現，隨北宋南遷，在今浙江、福建山區保存有此類橋。
3)索橋
世界公認近代懸索橋的初始建筑構思從中國古代索橋而來，如藤網橋、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束。
1.國外近現代橋梁
20世紀30年代是懸索橋發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，萊茵河上出現第一座斜拉橋，該橋在200～800m大范圍跨度顯示出強大優勢，并迅速向全世界傳播，迫使懸索橋向更大跨度發展。
2.我國近現代橋梁
中國封建社會自明朝后閉關自守，到1840年鴉片戰爭又使中國一蹶不振，橋梁建筑方面大部分由外國投資、外國人設計、外商承包。由茅以升先生主持、設計、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，結束了我國萬里長江無橋的歷史。標志著我國大橋建設開始起步。該橋是一座連續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，促進中部重鎮武漢市的發展。
2)南京長江大橋
1969年，由我國自行設計、建造、施工的南京長江大橋建成，這也是一座連續鋼桁梁公路鐵路兩用橋。其橋址處水深流急，河床地質極為復雜，大橋橋墩基礎的施工非常困難。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起到了很大作用。
【小貼士】
近代橋梁與現代橋梁既有區別，又有聯系。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展變化中，尤其是建造橋梁的技術、構筑橋梁的材料、橋梁的設計等，在朝著越來越好的方向發展。
1.2橋梁規劃
橋梁的總體規劃包括橋梁的設計原則、橋梁斷面設計以及橋梁設計方案比較。本節介紹這些內容。
1.2.1橋梁設計原則
橋梁設計原則是安全、適用、經濟、美觀，需要調查的設計資料包括橋梁功能要求、橋梁建設位置、水文地質條件以及其他資料。橋梁斷面設計包括縱斷面設計、橫斷面設計、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，功能是橋梁結構發展的決定動力。例如，人們需要跨越大江、大河甚至海峽，所以發展了大跨度橋梁；為保證城市交通和人行安全，發展了立交橋和人行天橋。
2.技術要求
橋梁設計應進行技術經濟比較，使橋梁總造價和材料等的消耗為最少；考慮運營、養護、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
橋梁建設審美要求橋梁有優美的外形，與周圍景觀相協調。城市橋梁和游覽區橋梁應較多考慮建筑藝術上的要求，以往人們過分強調經濟性，致使許多橋梁在美學上不盡如人意，現在追悔莫及。橋梁的藝術要求強調的是橋梁合理的結構布局和輪廓，而不是豪華的細部裝飾。
4.橋梁功能要求
橋梁功能要求根據交通種類、行車行人密度、通過管線等情況而定。橋梁建設位置根據橋位附近的地形而定。
5.水文地質條件
水文地質條件包括橋位附近的地質、水文情況。
其他資料包括當地建筑材料(砂石)來源、水泥鋼材供應、水陸交通、施工單位技術水平、施工機械、動力設備、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
橋梁斷面設計包括縱斷面設計、橫斷面設計以及橋梁平面布置。這些斷面的設計各有特點，下面做具體分析。
1.橋梁縱斷面設計
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。橋梁分孔最經濟的方式是使上、下部結構的總造價最低。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，設置中間向兩端傾斜的雙向縱坡。縱坡發生變更處，應設置豎曲線。一般豎曲線應延伸至橋梁全長。
2.橋梁橫斷面設計
橋面的寬度應滿足行人和行車的交通需要。橋跨結構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，設置從橋面中央傾向兩側的橫坡(1%～2%)。
3.橋梁平面布置
道路線形支配著橋梁設計，橋梁是線形的一部分，為了保證車輛平穩行駛、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，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。
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