桥梁工程辅导材料1

1、桥梁工程辅导材料1第1章 绪论【教学基本要求】1了解国内外桥梁的发展概况2熟练掌握桥梁的基本组成及分类3熟练掌握桥梁荷载的意义及荷载组合的方法4掌握桥梁的设计方法及程序【学习重点】1桥梁的基本组成和分类2桥梁的设计荷载及组合【内容提要和学习指导】一、 桥梁的组成 桥梁分为上部结构（桥跨结构）和下部结构，下部结构包括桥墩、桥台、基础。1桥跨结构（或称桥孔结构，上部结构），是在线路遇到障碍而中断时，跨越障碍的主要承结构。2桥墩、桥台 、墩台基础（统称下部结构），是支承桥跨结构并将恒载和车辆等荷载传至地基的建筑物。桥台设在桥的两端，桥墩则在两桥台之间。桥台除了支承桥跨结构的作用外，还要防止路堤滑坡，

2、并与路堤衔接。为保护桥头路堤填土，每个桥台两侧常做成石砌的锥体护坡。墩台基础，是埋入土层之中，并使桥上全部荷载传至地基的结构部分。在桥跨结构与墩台之间，还需设置支座，它不仅要传递荷载，而且根据结构体系的不同，保证桥跨结构能产生一定的变位。除上述基本结构外，桥梁还常常建造一些附属结构物，如护坡、护岸、挡土墙、导流结构物、检查设备等。 对于梁式桥，以支座区分，支座以上为上部结构，支座以下为下部结构。对于拱桥或其它形式的桥梁，应根据其各部位功能作具体分析。此外，净跨径、标准跨径、计算跨径的含义不同。对于设计而言，设计跨径以标准跨径衡量，在进行结构计算时，力学图形以计算跨径为准。拱桥的净跨径则为标准跨

3、径，且其计算跨径大于标准跨径。二、桥梁的分类1桥梁按结构体系和受力特性的不同，可分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、组合体系桥（包括刚架桥、梁拱组合体系桥、斜拉桥等。 2按用途来划分，有公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、渡槽及其他专用桥（如通过管道、电缆等）。3按主要承重结构所用材料划分，有圬工桥（包括砖、石、混凝土桥）、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。4按桥梁全长和跨径不同，分为特大桥、大桥、中桥和小桥，可参考公路工程技术标准（2003）。5按跨越障碍的性质，可分为跨河桥、跨线桥（立体交叉）、高架桥和栈桥。6按照平面形状分为直线桥、斜桥、弯桥等。三、桥梁的设计程序桥梁设计必须

4、遵照适用、经济、安全和美观的原则进行。对常规桥梁，通常采用两个阶段（初步设计、施工图设计）设计。（一）初步设计在桥梁可行性研究报告经主管建设部门审查批准下达设计任务书后，既可进行初步设计。设计任务书是进行初步设计的依据。在初步设计阶段，设计单位应根据设计任务书中所确定的桥位、荷载等级、各项技术要求（如桥宽、通航净空、桥面标高等），按照桥梁设计原则，进行桥梁的方案设计，包括拟定结构形式（桥型、体系、孔径等）主要结构尺寸，提出施工方案，估算经济指标（如工程概算、材料用量）等。提出35个桥式方案以供比选，并提出推荐方案。初步设计应包括如下内容1. 设计任务的来源和要求；2. 桥址自然条件和资料；3.

5、 技术条件的选定；4. 桥梁方案的比选；5. 推荐方案及其理由；6. 推荐方案的指导性施工组织，包括施工方法，进度安排等；7. 工程概算。（二） 施工图设计对于常规桥梁，通常在初步设计批准之后，直接进入施工图设计，它是根据初步设计中所核定的修建原则、技术方案、技术决定和总投资额等进一步加以具体化的文件。在这一设计阶段中，必须对桥梁各部分构件进行详细的设计计算，绘制施工详图，编制施工组织设计和施工预算。四、桥梁设计内容桥梁的纵断面设计主要包括：确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥面标高、桥上及桥头引道纵坡等。桥梁的横断面设计，主要是确定桥面净空和桥跨结构的横断面布量。（一）桥梁纵断面设计1桥梁总跨径

6、的确定桥梁总跨径一般根据水文计算确定。要求桥梁总跨径必须保证桥下有足够的泄洪面积。桥梁的总跨径应根据具体情况，经过全面分析后加以确定。例如，对于非坚硬岩层上修筑的浅基础桥梁，总跨径应该大一些，以避免路堤压缩河床，造成较大冲刷；对于深埋基础，一般允许较大的冲刷，总跨径就可以减小。山区河流一般河床流速已经很大，则应尽可能减少压缩或不压缩河床；而对于平原区宽滩河流则允许有较大压缩，但必须注意壅水对河滩、路堤以及附近农田和建筑物带来的危害。2 桥梁的分孔桥梁的总跨度确定后，还需进一步进行分孔。对一座较长的桥梁，应当分几孔，每孔跨径应多大，这不仅影响到使用效果，施工难易等，并且在很大程度上关系到桥梁的总

7、造价。跨径越大，孔数越少，上部结构的造价就越高，墩台的造价就相对减少；反之则反是。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价最低。在通航河流，当通航净宽大于按经济造价所确定的跨径时，一般将通航孔的跨径按通航净宽来设置，其余的桥孔按经济跨径来分孔，但对于变迁性河流，依河道可能发生的变化，则需多设几个通航孔。3 桥面标高的确定桥面标高或是在路线纵断面设计中已经给出，或是根据设计洪水位，桥下通航需要的净空来确定。对于跨河桥梁，桥面的标高应保证桥下排洪和通航的需要；对于跨线桥梁，则应确保桥下安全行车。当有漂流物和流水阻塞以及易淤积的河床，桥下净空应适当加高。在通航及通行木筏的河流上，桥跨结构之下自设计

8、通航水位算起，应能满足通航净空的要求。（二）桥梁横断面的设计桥梁横断面设计，主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横断面布置。桥面宽度决定于行车和行人的交通需要。桥面宽度应遵守交通部颁公路工程技术标准第3.0.4条规定的建筑界限和第3.0.2条规定的行车道宽度标准。我国各级公路桥面行车道净宽标准见表1-4-3。 表1-4-3 车道宽度 设计速度（km/h）1201008060403020车道宽度（m）375375375350350325300（单车道时为3.50）（三） 桥梁的平面布置桥梁的线型及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。高速公路和一级公路上的大、中桥，以及各级公路上的小桥的线型与公路衔

9、接时，应符合路线布设的规定。二、三、四级公路上的大、中桥线形，一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布置规定。从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或桥下路线斜交，但对于一般中、小桥，为了改善路线线型或城市桥梁受原有街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜度通常不宜大于45°，在通航河流上则不宜大于5°。（四） 桥梁的美学1.在满足功能要求的前提下，要选择最佳的结构形式纯正，清爽，稳定。质量统一于美，美从属于质量。2.美，主要表现在结构选型和谐与良好的比例，并且有秩序感和韵律感。过多的重复会导致单调。3.重视与环境协调。材料的选择，表面的质感，特别色

10、彩的运用起着重要的作用。模型检试有助于实感判断，审视阴影效果。4.桥梁的美应以其个性对人们产生积极的影响。美的环境将直接陶冶人们的情操。五、桥梁的设计荷载我国现行的公路桥涵设计中，将作用在桥梁上的荷载分为三大类：1.永久荷载（恒载） 在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。它包括结构重力、预加应力、土的重力及侧压力、混凝土收缩及徐变影响力，基础变位影响力和水的浮力。2.可变荷载（活载） 在设计使用期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。按其对桥涵结构的影响程度，又分为基本可变荷载和其他可变荷载。基本可变荷载包括汽车荷载及其引起的冲击力、人群荷

11、载、离心力以及所有车辆所引起的土侧压力。其他可变荷载包括汽车制动力，风力，流水压力，冰压力，温度影响力和支座摩阻力。3.偶然荷载 在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷载，它包括船只或漂浮物撞击力，地震作用。（一） 永久荷载结构物的重力及桥面铺装、附属设备等外加重力均属结构重力，可按照结构的实际体积或设计时所假定的体积与材料密度计算。作用在墩台上的土重力，土侧压力、预加应力、混凝土收缩、徐变和基础变位影响力以及水的浮力可参照公路桥涵通用规范（JTJ021-85）附录一、二和公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）附录二中的有关规定计算。（二）可变荷载1汽车荷载

12、：（1）公路桥涵通用规范（JTJ021-85）中规定：汽车荷载以汽车车队表示，分为汽车-10级、 汽车-15级、汽车-20级、汽车-超20级四个等级。荷载级别的数字表示一辆主车的重量，以吨计。每级车队中有一辆是重车，其前后都是主车，主车的数量在计算跨长内不限。汽车等级以相应的公路等级确定。（2）公路工程技术标准(JTG B01-2003)中规定将汽车荷载分为公路级和公路级两个等级，其等级按照表1-5-1确定。 表1-5-1 汽车荷载等级公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路级公路级公路级公路级公路级汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥

13、梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。（3）城市桥梁汽车荷载城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98），荷载采用两级荷载标准，即城A级、城B级。城A级总轴重700KN，适用于快速路及主干路。城B级荷载总轴重300KN，适用于次干路及支路。标准中规定：在城市桥梁设计中，汽车荷载可分为车辆荷载和车道荷载。车辆荷载主要用于桥梁的横隔梁，行车道板，桥台或挡土墙后土压力的计算。车道荷载主要用于桥梁的主梁，主拱和主桁架等的计算。当进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载与车道荷载的作用叠加。说明：对于公路桥梁，汽车荷载和人群

14、荷载的布置应以最新的公路工程技术标准（JTGB01-2003）为准，目前，其他部分荷载的计算仍需要按照公路桥涵设计通用规范（JTJ021-85）相应规定办理。 2人群荷载公路桥梁人群荷载根据公路工程技术标准(JTG B01-2003)确定，城市桥梁人群荷载以城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98）为依据。3汽车冲击力一般根据在现代桥梁上所做的振动试验结果而近似地以汽车荷载增大系数，即冲击系数来计算荷载的冲击影响。冲击系数是随跨径或荷载长度的增大而减小的。4离心力离心力为车辆荷载（不计冲击力）乘以离心力系数C，离心力系数由下式计算： （1-5-3）式中：V计算行车速度，R曲线半径（m）。离心力的

15、着力点在桥面以上1.2m（为计算简便也可移至桥面上，不计由此引起的力矩）。（三）其它可变荷载1汽车制动力桥上汽车制动力是车辆在刹车时为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间发生的滑动摩擦力。公路桥涵设计规范（1985年）中规定：当桥涵为12车道时，制动力按布置在荷载长度内一列汽车车队总重的10%计算，但不得小于一辆重车的30%；四车道的制动力按上述规定数值的两倍计算。各种支座传递制动力可按桥规中有关规定采用。制动力的方向就是行车方向，其着力点在桥面以上1.2m处。在设计墩台时，可移至支座中心（铰或滚轴中心）或滑动支座，橡胶支座，摆动支座的底面上；计算刚架桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计因此而产生的

16、竖向力和力矩。2）支座摩阻力支座上的摩阻力是上部构造因温度变化而产生的，摩阻力可按下式计算 F=V （1-5-4）注意值的选取与支座类型有关。其它可变荷载的计算方法可参照公路桥涵设计规范（1985年）。（四）偶然荷载1）地震作用 公路桥梁的抗震设防，一般应以地震烈度7度为起点，抗震设计验算以8度为起点，但连续梁、T型刚构等桥型，采用设计烈度7度。地震力的计算和结构设计应符合公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）的规定。2）船只或漂浮物的撞击力位于通航河流或有漂浮物的河流中的桥梁墩台，设计时应考虑船只或漂流物的撞击力。当无实测资料时，可参照桥通规附录中的规定计算。六、桥梁设计荷载的组合由于各

17、种荷载出现的机率不同，进行公路桥涵设计时，应根据结构物的特性，以及建桥地区的情况，按所列荷载的重要性和同时作用的可能性，进行下列组合：主要组合 基本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种相组合；附加组合 基本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种与其他可变荷载的一种或几种相组合，设计弯桥时，当离心力与制动力组合时，制动力仅按70%计算；偶然组合 基本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种与偶然荷载中的船只漂流物撞击力相组合；结构重力、预应力、土重力和土侧压力中的一种或几种与地震力相组合；施工组合 桥涵在进行施工阶段的验算时，根据可能出现的施工荷载（如结构重力、脚手架、材料机具、人群

18、、风力以及拱桥的单向推力等）进行组合；构件在吊装时，其重力应乘以动力系数1.2或0.85，并可视构件具体情况作适当增减。此外，有些其他可变荷载相互之间不能组合在一起，因此在设计时应注意选择。【思 考 题】1桥梁作用是如何分类的？公路桥梁有哪些作用组合？2公路车道荷载分为几类？车辆荷载和车道荷载有哪些特点？4其他各种作用的意义及它们的设计计算方法？5桥梁的基本组成部分，各组成部分的作用是什么？6桥梁设计的重要技术指标有那些？7概述桥梁的主要分类？8总结梁、拱、索的受力特点？9试论桥梁工程的发展方向？ 10桥梁设计应遵守的基本原则和基本要求是什么？11简述桥梁设计的基本程序？桥梁建设的可行性论证包

19、括哪两个方面？基本内容是什么？12桥梁纵、横断面设计的内容及设计要点。【解 题 指 导】思1：我国现行的公路桥涵设计中，将作用在桥梁上的荷载分为三大类：1.永久荷载（恒载） 在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。它包括结构重力、预加应力、土的重力及侧压力、混凝土收缩及徐变影响力，基础变位影响力和水的浮力。2.可变荷载（活载） 在设计使用期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。按其对桥涵结构的影响程度，又分为基本可变荷载和其他可变荷载。基本可变荷载包括汽车荷载及其引起的冲击力、人群荷载、离心力以及所有车辆所引起的土侧压力。其他可变荷载包括汽车制动力，风力，流水压力，冰压力，温度影响力和支座摩阻力。3.偶然荷载 在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷载，它包括船只或漂浮物撞击力，地震作用。荷载的组合：由于各种荷载出现的机率不同，进行公路桥涵设计时，应根据结构物的特性，以及建桥地区的情况，按所列荷载的重要性和同时作用的可能性，进行下列组合：主要组合 基本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种相组合；附加组合 基本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种与其他可变荷载的一种或几种相组合，设计弯桥时，当离心力与制动力组合时，制动力仅按70%计算；偶然组合 基本可变荷载的一种