第12讲 桥梁工程

1、第第12讲讲 桥梁工程桥梁工程第一章：绪论第一节 桥梁在交通事业中的作用和桥梁的发展概况 一、桥梁在交通工程中的作用 1、是交通中的重要组成部分。 2、在经济上，公路总造价的1020。 3、在国防上，具有非常重要的地位。二、桥梁建筑的发展简史 从设计方法上看，古代桥梁是以传统经验和技术来建造的。它代表作有：浮桥：架设简便快速，常被用于军事。古代的藤、竹吊桥发展到大跨径吊桥和斜拉桥。如大渡河铁索桥(1706年)；安澜竹索桥(1803年)：石梁桥：福建泉州的万安桥、漳州的 虎渡桥拱桥：河北省赵县的赵州桥 近代桥梁是以材料力学、结构力学和弹性力学为基础的结构设计理论建造的。它的代表作有：国内：195

2、7年，第一座长江大桥武汉长江大桥。1969年，南京长江大桥：南京长江大桥大跨径拱桥，渡口市6号桥是用钢拱架施工建成的箱形拱桥，跨径为146m(1972)。渡口市渡口市6号桥号桥 钢筋混凝土与预应力混凝土的梁式桥： 公路上很普遍，已建百米以上跨径的拱桥占世界同类拱桥的三分之一以上。国外：如法国博浪加斯脱桥，南斯拉夫克尔克大桥(l=390m)。 现代桥梁的发展 (1)设计理论：以极限状态设计法代替以弹性理论为基础的允许应力法，普遍应用结构振动、稳定、疲劳和结构的非线性理论。实现的手段：借助计算机 (2)结构施工技术：借助预应力法采用悬臂法、顶推法、和机械化、自动、半自动化施工。它的代表作有：斜拉桥

3、、悬索桥等大跨径桥梁。 现代斜拉桥。斜拉桥。目前我国成为世界上建造预应力混凝土斜拉桥座数最多的国家。公路吊桥也有十余座，重庆朝阳大桥。重庆朝阳大桥(1969)4、未来发展(1)中小跨径的梁式桥：标准化、整体化(由简支向连续化)方向发展；(2)建筑材料上：采用高强度、轻型材料、预应力钢材与钢筋混凝土，增大桥梁的跨越能力；(3)桥梁设计上：更新计算图式及桥梁设计上：更新计算图式及计算方法，运用计算机将之一体计算方法，运用计算机将之一体化。化。(4)施工上：标准化工厂预制，现施工上：标准化工厂预制，现场安装和无支架施工。场安装和无支架施工。第二节 桥梁的基本组成及分类 一、桥梁的基本组成部分 上部结

4、构 也称桥跨结构，它包括承重结构(如梁、拱等)、桥面、支座等。 下部结构：桥墩和桥台及墩台基础。起支承桥跨作用。 其它结构：导流堤、防洪堤、丁坝和护岸等。它们保护着桥头路堤或河岸。二、桥梁分类1、按建筑材料分：钢桥：钢材为桥跨结构的材料，有板梁和桁梁两种：钢板梁，L40m。钢桁梁：跨度和梁高较大时采用。 上、下平面纵向联结系立面图下承式下承式混凝土桥: 按材料分：普通钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥两种；型式为梁桥、拱桥和刚架桥。石桥：石拱桥，有实腹式和空腹式。 2、桥面所在位置分：有上承式桥和下承式桥。 3、桥梁轴线与河流(道路等)的交角角度： 有正交桥(交角为直角)和斜交桥(交角为锐角)。立交

5、桥 4、按桥梁所跨越障碍物分类： 有跨河桥、立交桥等。 5、按照桥梁长度分： 按桥梁长度：特大桥：L500m；大桥：500L100m；中桥：100L30m；小桥：L30m。 6、按结构形式(结构体系)分类 分类标准：以力学计算模式为基础，以受力方式明显差异为特征，广泛应用于桥梁的结构分析和设计中。 有四种基本结构类型是：梁式桥；拱式桥；刚架桥和悬吊桥。简支梁桥简支梁桥 连续梁桥连续梁桥悬臂梁桥悬臂梁桥(1)梁式桥： (1)梁式桥：承重结构：实体梁或梁式桁架；受力特征：竖直荷载作用下， 支座有竖直反力, 无水平反力； 实体梁只受弯拉和剪应力，不受轴向力；形式分：简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥；建筑

6、材料：钢筋混凝土和预应力混凝土。 (2)拱式桥：承重结构：拱(拱圈或拱肋)；受力特征：在竖直荷载作用下，支座有竖直反力和水平反力(推力)； 建筑材料用抗压能力强的圬工材料(如砖、石、混疑土)和钢筋混凝土；形式：三铰拱，两铰拱，无铰拱。 桥跨结构受力：桥跨结构受力：与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形较小，以受压为主；(3)刚架桥：显著特点：是桥跨结构(梁或板)和墩台连接成一整体；受力特征：在竖直荷载作用下，有竖直反力和水平反力；无铰刚架还有支承弯矩。桥跨结构：桥跨结构：刚架以受弯拉为主，也有轴向力和剪力，大小但于梁桥与拱桥之间。优点：建筑高度小,降低线路标高,改善纵坡，减少路堤土方量，增加桥下净空

7、。缺点：是粱柱刚结处较易裂缝。 (4)悬吊桥： 承重结构为缆索、桥塔、加劲梁及锚绽。结构自重轻，建筑高度小，跨径最大，近2000m。缺点是结构刚度差，在车和风荷载作用下，桥有较大的变形和振动。一般只在公路上修建。 (5)组合体系桥 由几个不同体系的结构组合而成的桥梁。第二章 桥梁规划设计及荷载第一节 桥梁的总体设计 一、桥梁设计的基本原则和要求 (1)使用上的要求 桥梁必须适用。满足交通安全、通畅、及泄洪、通航或通车等要求，并便于检查和维修。 (2)经济上的要求 在经济上是合理的。在设计、施工及运输上取得最大经济效益。(3)设计上的要求 满足施工和使用中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，

8、并且要设计思想创新，设计合理。(4)施工上的要求 应便于采用先进技术，加快施工速度，保证工程质量和施工安全。(5)美观上的要求与周围环境相协调。二、桥梁设计的基本资料 (1)桥梁使用任务：交通种类和其它要求。(2)桥位附近地形：桥位线型、墩台位置。(3)桥位地质情况：地质不良现象。(4)河流水文情况：特征水位、河道情况。(5)其它资料：建材；施工情况；气象等。三、设计程序 初步设计： 总体规划问题，初步拟定尺寸。它是控制建设项目投资和以后编制施工预算的依据。编制施工图： 对技术方案和总投资等具体化。 目前，我国公路大桥的设计工作均采用两阶段设计。对技术简单的中、小桥可采用一阶段设计。四、桥位及

9、桥型的选择 桥位选择： 大、中桥的桥位服从路线总方向，路桥综合考虑，并以桥为主，尽可能建造直交桥。 小桥的桥位是局部问题，完全服从路线走向，以路为主。桥型选择：桥型选择： 通常钢筋混凝土简支梁桥:L20m；预应力混凝土简支梁桥：30mL50m；石拱,双曲拱:30mL50m, 箱拱:L100m,预应力斜拉桥: 100mL400m； 软基上建简支、悬臂梁等静定结构桥，良好地基上建连续、刚架桥及两铰或无铰拱等超静定结构桥。五、纵、横断面设计 技术术语： 桥梁全长简称桥长，桥涵总长所占比例反映在整段线路建设中的重要程度。净跨径l0； 总跨径：l=l1 + l2 + l3 计算跨径；桥下净空高度；建筑高

10、度；标准跨径：净矢高；计算矢高：矢跨比；梁式桥的纵向布置梁式桥的纵向布置拱式桥拱式桥纵断面设计 确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥道的标高、标上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。 (1)桥梁总跨径的确定 对于一般跨河桥梁，总跨径可参对于一般跨河桥梁，总跨径可参照水文计算来确定。照水文计算来确定。 考虑：排洪、冲刷及河床土壤的性质和基础的埋置情形，综合确定。 (2)桥梁的分孔 决定于总造价。使上、下部结构的总造价趋向最低，同时考虑通航、冲刷等问题。 大、中桥梁分孔是相当复杂的问题。 (3)桥道标高的确定 必须根据设计洪水位、桥下通航(车)净空等需要，结合桥型、跨径等考虑，以确定合理的桥道标高。

11、 (4)桥头纵坡 小桥，可做平坡桥；大、中桥梁，做成双向纵坡，桥上纵坡不大于4；桥头引道纵坡不宜大于5。桥梁横断面设置 桥梁横断面的设置决定于桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面宽度决定于行车道的净宽度和人行道的宽度。 桥梁的横向坡度为1.53。桥梁平面设置 桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。 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设规定。 一般小桥，斜度通常不宜大于45，在通航河流上则不宜大于5。第二节 桥面构造布置及细部 1、桥面构造组成与布置 桥面铺装、排水系统、伸缩缝、人行道(安全带)、缘石、栏杆和灯柱等构造。2、桥面铺装、防水排水系统(1

12、)桥面铺装 桥面铺装也称行车道铺装。作用：防止车辆轮胎(或履带)的直接磨耗行车道板，防止主粱遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。型式： 普通水泥混凝土或沥青混凝土铺装 在非严寒地区的小跨径桥上，不做专门的防水层。 层铺法施工：单层(58cm)或双层式的(底层45cm，面层34cm)；水泥混凝土适用于重载交通。 防水混凝土铺装 非冰冻地区需作防水处理时，铺筑810cm的防水泥混凝土，再铺磨耗层。防水混凝土铺装防水混凝土铺装 具有贴式防水层的水泥混凝土或沥青混凝土铺装贴式防水层铺装 在防水程度要求高，或在桥面板位于结构受拉区而可能出现裂纹的桥梁上，需做贴式防水层。该层设在低标

13、号混凝土排水三角垫层上面，再铺保护层。 装配式梁式桥，宜在接缝处的混凝土铺装层内或保护层内设置一层(36)的钢筋网。(2)桥面纵横坡 对于沥青混凝土或水泥混凝土铺装，横坡为 1.52.0%。行车道路面用抛物线型横坡，人行道用直线型。(3)桥面排水 原因： 设置： 桥长L100m)，多采用变截面箱形连续梁。 施工特点：顶推法、悬臂浇筑法和拼装法等。适用性：跨径为40160m 3、悬臂梁桥和、悬臂梁桥和T形刚架桥形刚架桥 单悬臂梁和双悬臂梁。特点：内力分布上，支点处同连续梁桥，挂梁上同简支梁桥；挂梁和剪力铰处是受力薄弱处；接缝多，不利于高速行车。适用性：钢筋混凝土悬臂梁桥：5080m以下；预应力混

14、凝土悬臂梁桥：100m以下；钢筋混凝土T形刚架桥：50m以下；预应力混凝土T形刚架桥：60200m。三、截面类型 (一)板桥 承重结构： 特点：建筑高度较小，构造简单，施工方便。 预制施工时，重量小，架设方便。 形式：整体式实心矩形板：刚度大，现浇，受季节性影响大，需模板、支架。 受力方面：截面材料不经济，自重大，仅适用于小跨径6m。改进是矮肋式板，空心式。 装配式板桥：实心板(l8m)、空心板(l=613m)、预应力混凝土板(l=816m)。异形板截面：现代高架桥中用。有单波式和双波式。 异形板特点：桥下净空大，可布置与桥梁同向的线路，造型美观，但现浇，施工较为复杂。(二)肋板式梁桥 现浇混

15、凝土肋梁桥有双T形，一般由工厂或现场预制T形，形构件，然后工地装配施工。显著减轻了结构自重。增大了跨越能力。 适合于预制、安装，控制主梁质量，加快施工速度。预应力或受拉区布筋，将肋下缘做成马蹄形。一般特点： 肋与肋之间处于受拉区域的混凝土挖空后，形梁桥：块件之间用穿过腹板的螺栓连结，以使施工简化。 形构件的特点是：截面形状稳定，横向抗弯刚度大，块件堆放、装卸和安装都方便。形梁桥：形梁桥：但构件制造较复杂；梁肋以只配钢筋网，刚度小。适用性：形梁桥一般只用l=612m的小跨径桥梁。T形梁：形梁：装配式桥梁工程中最普遍； 优点：以T形梁的翼构成行车道板；制造简单，肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架，主梁之

16、间借助间距为46m的横用梁来连结，整体性好，接头也较方便。b)a)缺点：截面形状不稳定，运输和安装复杂；构件在桥面板跨中有接头，对板的受力不利。c) d)e) f) (三)箱形梁桥 跨径(L050m)预应力混凝土、弯桥、斜交桥普遍采用。形式及适用性： T形梁：装配式简支梁常用；钢筋混凝土梁桥，L0=7.520m；预应力混凝土梁桥，L0=2040m。特点：(与T形梁相比)较大的抗正、负弯矩能力，底板受压区。抗扭能力大，故适用于偏心荷载作用下的宽桥。如大跨径预应力梁桥。横向刚度大，对抗弯、运输、安装阶段的稳定性好。缺点：箱形薄壁构件的预制、安装施工复杂，单根箱梁的安装重量大，只适用于较大跨径。适用

17、：中等宽度桥梁：单箱单室、单箱双室一般宽度桥梁：单箱多室、双箱单室现代城市高架道路：长悬臂斜腹形。第二节第二节 简支梁式桥的设计与构造简支梁式桥的设计与构造 简支板桥,梁桥,箱形梁桥。 一、简支板桥设计与构造 一般应用于小跨径桥梁中。 由施工方式分，整体式板桥和装配式板桥。 由跨越河流的角度分，正交板桥和斜交板桥。正交桥： 荷载作用后：双向受力；由弹性薄板小挠度弯曲理论计算应力应变。特点：均布荷载作用： 单向受力状态；车轮荷载作用于板中：双向受力状态，近似单向计算；车轮荷载作用于板自由边： 双向受力状态,同上；总结：设计按单向板计算，简化方法有折算法；简化刚接板法。 配筋：纵向受力钢筋：由计算

18、确定。横向分布钢筋：垂直于主钢筋，15，S 25cm。板中间2/3处按计算配筋；板边两端1/6处增加15。 整体正交现浇板桥 横截面为等厚度矩形，或矮肋式板桥。 装配式板桥 横截面有实心板和空心板两种。 矩形实心板桥：施工方便，建筑高度小等优点，应用最广泛，跨径8m。 空心矩形板桥：自重小，可充分利用材料。跨径613m，预应力混凝土空心板桥在816m。目前使用较多。装配式板的横向联结 有企口混凝土铰联结和钢板焊接联结。 企口混凝土铰联结：用C25C30以上的细骨料混凝土填实，或将钢筋绑扎后，再浇筑。 钢板联结：两构件的预埋钢板焊接。纵向中距通常为 80150cm。斜交桥的特点： 理论和试验表明

19、，在垂直荷载作用下： 斜交角15，正交板桥设计。 荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势。斜板桥的最大主弯矩方向各角点受力情况可以用比拟连续梁的工作来描述。 整体式斜板桥：由于l/b一般均小于1.3，主钢筋的配置有两种方案。 A方案：按主弯矩方向的变化配置主筋，其分布钢筋与支承边平行。 底层钢筋上层钢筋 B方案：在两钝角角点之间的范围内，主钢筋方向与支承边垂直。 底层钢筋上层钢筋 装配式斜板桥：跨宽比(l/b)一般均大于1.3，主钢筋沿斜跨径方向配置，分布钢筋在钝角角点处与主钢筋垂直，在支承边附近，与支承力平行。二、简支梁桥设计与构造 中小跨径桥梁中应用最广的桥型。 简支梁桥按施工方式分有

20、整体式和装配式简支梁桥。截面形式分：T形、工形、 形肋梁和箱形。 (1)整体式简支梁桥： 优点： 现场浇筑，结构整体性好，刚度大； 缺点： 工期长，施工费用高，材料消耗大。 应用：斜线桥，弯桥，一般用截面为双T形主梁。 (2)装配式简支梁桥 特点：用合理的构造类型。 构造类型：涉及装配式主梁的横截面型式、沿纵截面上的横隔梁布置、块件的划分方式以及块件的连结集整等几方面的问题。它是直接影响桥跨结构的受力状态及其内力计算的方法。 (3)(3)构造类型构造类型主梁的横截面型式 主梁的横截面型式有三种基本类型：形，T形和箱形梁桥。预制装配单元的划分装配式梁桥设计中块件划分的原则是：现场实际的预制、运输

21、和起重等条件，确定拼装单元的最大尺寸和重量；块件的划分应满足受力要求，拼装接头应尽量设置在内力较小处；拼装接头的数量要少，接头型式要牢固可靠，施工要方便；构件要便于预制、运输和安装；构件的形状和尺寸应力求标准化，增强互换性，构件的种类应尽量减少。 目前，钢筋混凝土与预应力混凝土梁桥常用的块件划分方式有： 纵向竖缝划分； 纵向水平缝划分；纵、横向竖缝划分。纵向竖缝划分 简支梁桥中应用最普遍。单元体：各主梁整体，如形梁和T形梁；优点：接头和接缝横隔梁和行车道板内，或直接用螺栓连结； 结构部分为预制拼装。 故主梁受力可靠，施工也方便。 应用：装配式钢筋混凝土和预应力混凝土T形简支梁桥。 缺点：构件的

22、尺寸和重量都很大，增加运输与安装上的困难。 改进：预制矩翼T形梁，并现浇部分翼板和横隔梁。纵向水平缝划分组合式梁T形组合梁桥： 钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥箱形组合梁桥：预应力混凝土梁桥。优点：安装单元尺寸小，重量轻。缺点：主梁的梁肋与翼板之间存在混凝土施工接缝。改进：加大肋顶宽度和伸出肋内钢筋。 纵、横向竖缝划分 优点：块件尺寸小，重量轻，可以工厂化成批预制后，方便运输。横向分段装配式梁或称串连梁 缺点：块件的预制精度要求很高。预制时，采用全梁预制的方法。国内应用很少。 构造布置 定义：对于设计给定的桥面宽度，如何选定主梁的间距(或片数)。 钢筋混凝土简支梁桥，T形最普遍。标准跨径为10

23、、13、16和20m的四种。 主梁布置：间距为1.52.2m，四梁式或五梁式桥，常用1.6m。 T形梁的横隔梁布置： 作用：将各主梁连结成整体。 无横隔梁时：翼板接缝处易产生纵向裂缝，且桥梁整体性不好。 横隔梁布置：两梁端必须设置端横隔梁，中横隔梁：当跨径13m，在跨内的跨中、距支座l/4或l/3处设中间横隔梁13道，间距46m。主梁的设计与构造： 主梁尺寸：钢筋混凝土桥，l/11l/16，标准跨径为10、13、16和20m，这时主梁间距2.2m，相应梁高0.9、1.1、1.3和1.5m；预应力混凝土桥，l/14l/25，标准跨径为 25、30、35和40m，这时主梁间距2.2m，相应梁高1.

24、75、2.0、2.25和2.5m。梁肋宽常用1518cm。 横隔梁尺寸：跨中横隔梁的高度为主梁高度的3/4，端横隔梁与主梁近同高。横隔梁的肋宽常为1216cm，且上宽下窄和内宽外窄的楔形。 横隔梁配筋与连接：以中横隔梁为设计计算对象； 配筋：受力钢筋与构造钢筋，均由计算所得。 连接有两种：钢板接缝：先预埋钢板，再在预埋钢板上加焊盖按钢板或用螺栓与预埋钢板连接。 湿接缝：翼板悬臂边做成企口形，将伸出钢筋连接，或放置钢筋网，浇筑混凝土。 不等截面梁： 简支梁桥在横截面上可采用不等截面梁，具体变化为： (1) 变截面等高梁：沿纵向腹板厚度发生变化、马蹄部分也逐渐加高的变截面T梁。 (2) 变截面不等

25、高梁：横截面由跨中向支点减小的鱼腹形变高度梁。实例：(1)钢筋混凝土桥：跨径为20m。实例2：预应力混凝土桥，跨径为30m。第三节 支座 一、概述 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥在桥跨结构和墩台之间均须设置支座。 1、作用： (1)传递上部结构的支承反力，有竖向力和水平力； (2)保证结构在活载、温度变化、混凝土收缩和徐变等因素作用下的自由变形，以使上、下部结构的实际受力情况符合结构的静力图式。 2 2、分类：、分类：传递荷载种类位移梁式桥的支座固定支座活动支座竖向压力和水平力只有竖向压力自由转动自由转动且能水平移动 3、设置： 简支梁桥每跨： 一端设置固定支座，另一端设置活动支座。 悬臂梁桥

26、锚固跨： 一侧设置固定支座，另一侧设置活动支座。 多孔悬臂梁桥挂梁：支座布置与简支梁同。 连续梁桥：每联中只要一个桥墩(或桥台)上设置固定支座，其余墩台上均应设置活动支座。注意： (1)悬臂梁桥和连续梁桥在某些特殊情况下支座需要传递竖向拉力时，尚应设置能承受拉力的支座。 (2)相邻两跨简支梁的固定支座，不宜集中布置在一个桥墩上。 (3)坡桥：应将固定支座布置在标高低的墩台上。 (4)连续梁桥，为使全梁的纵向变形分散在梁的两端，应将固定支座设置在靠中间的支点处；但若中间支点的桥墩较高或因地基受力等原因，对承受水平力十分不利时，可根据具体情况将固定支座布置在靠边的其它墩台上。 (5)特别宽的梁桥，尚应设置沿纵向和横向均能移动的活动支座。 (6)对于弯桥，应考虑活动支座沿弧线方向移动