桥梁概念设计重点整理(同济大学)

1、结构效率：有受拉为主的结构最高，以受弯为主的结构效率最低。梁式桥的受力特点 增大梁抗弯能力的途径 提高材料的抗拉与抗压能力 增大上下翼缘的面积 增大梁高，增加力臂 梁桥跨越能力的制约因素 增大面积、增大梁高会大大增加自重 钢、混凝土梁（简支、连续）的最大跨径 解决办法 尽量将面积集中在上下缘，桁架梁。 魁北克桥的最大梁高140m（落实） 由于拱的形状，拱圈只承担压力 拱顶推力产生的弯矩抵抗外荷载弯矩 拱的矢高越大，拱内的压力越小 地基必须抵抗拱圈传来的水平力 细长的拱轴受压有失稳的可能，控制拱圈截面尺寸拱桥的受力特点 拱圈全部受压的条件 合理拱轴线，与外荷载有关 不满足合理拱轴线条件时，拱圈受

2、一定的弯矩 拱使用的不方便无法直接在拱上行车 必须建造拱上建筑（计算合理拱轴线时必须计入）悬索桥的受力特点 由于悬索的形状，悬索只受拉 悬索拉力产生的力矩抵抗外荷载弯矩 矢高越大，主缆内的拉力越小 地基必须能抵抗水平拉力 由于主缆受力后自由改变形状，缆绳只受拉 没有细长构件失稳的问题 悬索使用的不方便 无法直接在缆绳上行车，必须采用吊索将桥面 由于缆绳太细，变形非常大，限制跨径的增大组合体系桥梁的受力特点 拉压构件组成力矩承担外荷载 拉压力自平衡 其中一个构件同时起桥面的作用 问题 如何形成自平衡体系？ 先形成撑或拉的桥面很困难，需要付出代价 按桥面的位置划分 上承式视野好、建筑高度大 下承式

3、建筑高度小、视野差 中承式兼有两者的特点 按桥梁用途来划分 公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、人行桥、运水桥(渡槽)、 其它专用桥梁(如通过管路、电缆等)传递荷载功能的主要构件： 桥跨结构（上部结构） 直接承担使用荷载 桥墩、桥台、支座（下部结构） 将上部结构的荷载传递到基础中去 挡住路堤的土 保证桥梁的温差伸缩 基础 将桥梁结构的反力传递到地基桥梁附属设施1）桥面铺装(或称行车道铺装) 2）排水防水系统3）栏杆(或防撞栏杆) 4）伸缩缝5）灯光照明梁式桥的类型 按受力体系划分 简支梁、悬臂梁、连续梁、连续刚构 按材料划分 混凝土梁桥、钢梁桥、钢混结合梁桥 按截面形式划分 板梁、肋梁、箱梁 按腹

4、板是否挖空划分 实腹梁、桁架梁1、 简支梁 施工方便 静定体系对地基要求不高 弯矩最大 适合于小跨径桥梁2、悬臂梁桥 单悬臂、双悬臂 卸载弯矩使跨中弯矩大大减小 静定体系对地基要求不高 跨中有接缝，行车条件不好 跨中的牛腿、伸缩缝，易损坏 适合于中等以上跨径桥梁 施工不方便3、连续梁桥 恒载、活载均有卸载弯矩 行车条件好 次内力影响大，计算复杂 超静定体系对地基要求高 跨径应用范围越来越大 小跨径采用支架施工方法，大跨径采用悬臂施工方法 跨径增大受支座吨位的限制4、T形刚构桥 卸载弯矩类似于悬臂梁 适合于悬臂施工、节省支座 静定体系对地基要求不高 跨中的牛腿、伸缩缝，易损坏 行车条件不好 适合

5、于中等以上跨径桥梁，直接应用越来越少5、连续刚构桥 去除了支座，使构造施工更加简单 超静定次数更加高，除对地基变形敏感外，对温度变形也很敏感 适合于高墩桥梁，应用得越来越多 整体式桥梁是中小跨径桥梁研究的热点预应力 在受拉区先加预压力，使受拉区转化为压力释放的过程 1、板梁桥 一般为钢筋混凝土和预应力混凝土梁，施工方便 整体现浇、预制现浇 自重大、大跨径时有效承载能力低 空心板、实心板 适合于小跨径桥梁 2、肋板式截面 混凝土梁、钢梁、钢混结合梁均可采用 P形、I形、T形 截面效率指标 多用于纵向分缝装配式桥梁 适合于中等跨径简支桥梁，也用在小跨径连续梁 3、箱形截面 整体性能好，抗扭惯矩大

6、上下缘均可受压、适合于连续桥梁 适合中等以上跨径桥梁 单箱单室适合于大跨径桥梁 单箱多室适合于小跨径桥梁 分离多箱适合于吊装的小跨径桥梁 混凝土、钢、钢混组合梁，均有箱型截面 施工复杂实腹梁与桁架梁 由于从一侧受压过渡到另一侧受拉，梁中心线附近应力比较小，可以减小面积 挖空腹板的好处 增加梁高时较少增加重量 提高跨越能力 建造桁梁的材料 桁架梁大部分采用钢梁 目前有采用钢混组合梁的趋势 很少采用混凝土梁 原因：腹杆有拉有压，混凝土容易开裂各种梁桥的实用范围 影响使用范围的因素 材料因素 钢筋混凝土、预应力混凝土、钢、钢混组合 截面形式 挖空率越高跨越能力越大 施工可操作性、经济性 与支架、起吊

7、能力有关 简单截面受力效率低，但是施工方便 力学控制指标 强度 刚度、抗裂性简支梁桥施工方法及适用的环境¡ 简支梁桥最直接的想象到的施工方法§ 建造桥墩§ 吊装大梁¡ 困难§ 对于全部宽度的桥梁，自重大、体积大，整体吊装很困难¡ 解决的途径§ 发展超大型设备§ 分块吊装§ 满堂支架现场制作整体吊装¡ 优点§ 主梁一次形成，速度快¡ 需要的条件§ 预制场§ 大型运输设备§ 大型吊机¡ 适宜的应用环境多跨长桥§ 提高建设速度的需求

8、§ 大型设备的摊销分块吊装¡ 优点§ 化整为零，不需要很大的运输、起吊能力¡ 需要关注的问题§ 横向连接的可靠性§ 施工中的稳定性§ 预制的场地及工期¡ 适用环境§ 大部分中、小跨径桥梁满堂支架制作¡ 优点§ 原位施工，几乎不需要大型设备§ 桥梁形状不受限制¡ 缺点§ 需要的人工多§ 单位工程量需要的工期长§ 改善办法移动模架¡ 适用的环境§ 有条件搭设支架§ 异型梁桥整体施工简支梁¡ 方法

9、67; 满堂支架§ 整体吊装¡ 截面形式§ 实心截面小跨径§ 箱形截面 单箱单室、双室吊装 单箱多室满堂支架§ 槽型截面1、 整体吊装¡ 场地需求§ 预制场§ 存梁场¡ 主梁的运输§ 从地面便道或者水上浮运§ 梁上运梁已架梁的验算§ 减少集中力的方法多轮¡ 吊机§ 起吊主梁沿吊机渡过桥孔§ 行走吊机跨过待架设桥孔¡ 容易出现的问题§ 支座不平整§ 解决的办法2、 支架现浇¡ 满堂支架§ 速度慢&#

10、161; 移动模架§ 将支架与模板一体化§ 支架支承在桥墩上、且可以逐跨移动¡ 常用截面形式§ 板式（实心、空心）截面、矮肋截面§ 箱形截面§ 肋板式截面用在满堂支架现浇施工上不方便§ 槽形截面特别适合于铁路桥，建筑高度小甬台温客运专线的移动模架浇筑简支梁¡ 决定因素§ 山区未通隧道的阻隔，无法将预制梁运到现场§ 土地价钱高，建预制场代价大3、 预制拼装施工简支梁¡ 简支梁桥使用最多的施工方法¡ 分块方法§ 纵向切块 梁片可以单独架设在桥位上，不需要支架 横向连接很

11、关键§ 横向切块 需要支架，简支梁桥很少应用¡ 截面形式§ 纵向切块 板式空心板、矮肋板 肋式T形截面、I形截面（混凝土或钢）+现浇桥面板 多箱施工过程¡ 分片吊装单梁¡ 横向连接¡ 浇筑桥面高频振动模板¡ 防撞栏杆采用高频振动模板浇筑，混凝土浇筑后模板可以立即前移¡ 简支梁桥的适用范围板式截面肋板式截面箱形截面槽形梁桁架实心板空心板T型I形单箱多箱钢筋混凝土<6m材料使用效率控制<8m裂缝控制公路<20m铁路<16m裂缝控制预应力混凝土<8m材料使用效率控制铁路10m公路<20

12、m装配式受铰缝控制铁路32m运输条件控制公路<50m吊装重量控制预制I梁，后现浇或安装桥面板，主要用于公路<32m整孔<64m节段吊装主要用于铁路<40m控制主要用于公路，吊装重量控制2025m主要用于铁路或轻轨钢<40m材料使用效率控制48128m主要用于铁路钢混40m50m国外有装配式简支板的预制方法¡ 配筋特点§ 主要配置纵向抗弯钢筋§ 抗剪不控制，一般只设箍筋§ 钢筋砼梁设可设弯起钢筋§ 预应力筋在底板直线布置，也可以弯起布置§ 先张法梁端减小预应力的措施§ 梁端顶板设抗拉钢筋先张法梁减

13、小梁端预应力的措施¡ 出现的病害：预应力有效的起点不明确装配式混凝土简支肋梁桥构造特点¡ 截面形式§ T形、I形、槽形¡ 块件划分§ 纵向竖缝§ 纵向水平缝§ 横向竖缝§ 纵横向同时分缝¡ 划分原则：§ 起吊能力§ 接缝在应力最小处§ 接头少、施工方便§ 便于安装§ 标准化装配式钢筋混凝土简支T梁桥¡ 构造布置§ 常用跨径8.020m 抗裂控制跨径增大§ 主梁布置 梁距通常在1.52.2米之间，铁路1.8米§ 横梁布

14、置 横梁帮助横向分布，但是使模板复杂 端横梁 中横梁布置在跨中及4分点¡ 主要构造§ 主梁高1/111/18L，宽1518cm（公路），1/71/9L，宽30cm（铁路）§ 横梁中横梁3/4h，端横梁与主梁同高，宽1216cm，可挖空§ 翼板1/12h，一般为变厚度主要钢筋构造¡ 主钢筋¡ 斜筋¡ 箍筋¡ 翼板横向钢筋¡ 横梁钢筋¡ 架立钢筋¡ 分布钢筋¡ 支座下局部加强钢筋横向连接¡ 翼板连接§ 现浇接缝刚性连接 扣环式接头§ 拼接缝铰接 企口

15、铰，很少采用 钢板连接¡ 横梁连接§ 现浇接缝§ 钢板连接装配式预应力混凝土简支T梁桥¡ 构造布置§ 常用跨径2050m 吊装重量控制§ 主梁布置 梁距通常在1.52.2米之间 大跨度尽量增大梁距，横向与纵向材料的平衡装配式预应力混凝土简支T梁桥¡ 主要钢筋§ 主梁受力钢筋为预应力筋§ 箍筋§ 锚下局部加强钢筋§ 翼板横向钢筋§ 架立钢筋§ 分布钢筋§ 一般不设斜筋减余剪力图预应力混凝土小箱梁¡ 优点：§ 截面核心矩大，梁高较T梁小&#

16、167; 运输安装方便§ 抗扭刚度大不需要横梁，模板比较简单§ 斜腹板减小底板的混凝土用量§ 外形比较美观¡ 常用跨径§ 20，25，30，35，40m§ 梁高：1.2，1.4，1.6，1.8，2.0m简支钢桥1、简支钢桥常用结构形式§ 钢板梁¡ 材料使用效率比较低，用于较小跨度（<40m）¡ 制造比较简单§ 钢桁梁¡ 材料使用效率高¡ 制造复杂，一般用于跨度比较大的情况（>50m）§ 小跨度钢桥很少采用箱梁¡ 为什么？2、钢桥需要关注的特殊问

17、题§ 材料强度高尺寸小稳定问题§ 自重小活载比例高疲劳问题，特别是焊缝疲劳§ 连接方式：¡ 拴接¡ 焊接¡ 高强螺栓3、钢板梁§ 三块主钢板¡ 上、下翼板¡ 腹板带加劲肋多板交叉时要避免焊接应力§ 横撑、横联、平联§ 节省材料的办法简支梁跨中弯矩大¡ 三块板纵向变厚度，翼板变宽度¡ 多层盖板¡ 变厚板¡ 不等强度板铁路下承式钢板梁¡ 通过小纵梁将活载传递到横梁¡ 通过横梁传递到纵梁¡ 肱板¡ 帮助上翼板稳定

18、钢桁梁§ 桁架的形式¡ 传力¡ 稳定§ 要求¡ 传力直接¡ 稳定性好¡ 杆件种类少¡ 节点简单¡ 安装方便梁高¡ 变高度桁梁¡ 弦杆等应力，节约腹杆材料¡ 制造复杂¡ 等高度¡ 制造简单¡ 弦杆与腹杆材料用量的平衡¡ 使用要求¡ 上承式？¡ 下承式？节间长度¡ 腹杆材料用量的平衡¡ 斜杆倾斜度：¡ 3050度，便于安装¡ 我国三角下承式标准梁36度 公路桥使用荷载位置不固定 铁

19、路桥活荷载比例大，刚度要求高 公路铁路两用桥 人行桥活荷载小，可以设计美妙的造型桥梁的地位 各种道路工程的关键节点 里程不长、难度高、造价大、工期长 道路中桥梁的里程一般不超过10% 有倒塌的危险，桥梁的发展一直与倒塌斗争 桥梁造价是同样通行能力道路的5倍以上 最便宜的桥每平方造价3000元以上 桥梁在竖直方向上工序不能同时开展新材料的应用 高性能混凝土 高强度C100以上，高工作性能，耐久性高性能钢材 高强度Q750以上，高可焊性、耐久性 纤维加劲材料 玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维 高强、轻质、耐腐蚀 有些力学指标尚待改进世界最大跨度斜拉桥1 Russky 1104 Vladivostok R

20、ussia 20122 Sutong 1088 Suzhou-Nantong China 20083 Stonecutters 1018 Hong Kong China 20094 Edong 926 Hubei China 20095 Tatara 890 Onomichi-Imabari Japan 19996 Pont de Normandie 856 Le Havre France 1995世界最大跨度钢拱桥1 Chaotianmen 552 Chongqing China 20092 Lupu 550 Shanghai China 2003世界最大跨度钢桁梁桥1 Pont de Qu

21、ebec 549 Quebec City Canada 19172 Firth of Forth 521 Edinburgh UK 1890 2 spans世界最大跨度混凝土拱桥1 Wanxian 425 Wanzhou China 19972 Krk-1 (east span) 390 Krk Island Croatia 19803 Jialing 364 Sichuan China 2012世界最大跨度混凝土梁桥1 Shibanpo 330 Chongqing China 2006 1)2 Stolmasundet 301 Austevoll Norway 1998世界最大跨度钢梁桥n

22、Country Year Notes1 Ponte Costa e Silva 300 Rio de Janeiro Brazil 19742 Neckartalbrücke-1 263 Weitingen Germany 1978 1)桥梁工程技术发展的目的 在更加困难的地方建造桥梁 跨度更大的桥梁 建设条件更复杂 更加坚固的桥梁 更加耐久的桥梁 更加经济的桥梁古代桥梁的特点 保留到今天的以石拱桥居多 由于耐久性问题，古代遗留木桥，索桥很少 由于统治阶层建造 桥梁一般有很华丽的装饰 中国古桥的桥名很多带有：济、安、平、定等施舍与安定的词汇 建造者很多为工匠 没有理论体系 结构不很合

23、理法国桥路大学第一任校长JeanRodolphe Perronet最早系统研究了合理拱轴线火车的发明使铁路桥成为建桥的主要需求之一 跨越越来越偏远的地区 火车爬坡不能用太大的坡度 火车的荷载大，且振动作用大 火车对桥梁的刚度要求高/html/bbs/常规悬索桥 优点：通过主缆安装主梁，主缆通过空中纺丝进行，可以不在水中建桥墩建设大跨度桥梁。 缺点：巨大的锚锭造价很高，占到全桥造价的近20% 自锚式悬索桥 优点：避免了巨大的锚锭 缺点：主梁必须先架设，在跨阔水面上先架设主梁增加了很大造价。 自锚悬索桥由于主梁有失稳可能，不能应用于超大跨度非保向力拱圈的架设方法 劲性骨架分层浇筑拱圈 钢管混凝土拱 减少拱架的造价 拱圈各部分受力不均匀散索鞍悬索的线型 由荷载自动形成 空缆悬链线，均布荷载抛物线 实际线形介于悬链线与抛物线之间 提高刚度的办法 提高加劲梁的刚度 设斜拉索 重力刚度的认识 斜吊杆 双链悬索桥 中