桥梁施工技术T讲义全套1505

学习情境1

桥梁基本知识工作任务任务1.认识桥梁结构；任务2.桥梁设计与建设程序；任务3.桥梁的规划与设计；任务4.桥梁设计荷载。学习目标1.叙述桥梁的组成和分类；2.叙述桥梁各组成部分的概念、术语；3.叙述桥梁的结构体系和内容；4.知道桥梁总体规划原则、基本设计资料和设计程序；5.叙述桥梁纵、横断面设计和平面布置；6.知道桥梁设计的方案比较；7.叙述作用的分类及含义；8.知道作用效应组合。任务描述

本学习情境分解为4个学习任务。每个学生应沿着如下流程进行学习：认知桥梁的组成和分类→叙述桥梁各组成部分的概念和术语→熟悉桥梁的结构体系→熟悉桥梁总体规划原则和基本建设程序→熟悉桥梁纵、横断面设计和平面布置→叙述作用的分类及含义→知道作用效应组合任务一认识桥梁结构为了满足各种车辆、行人的顺利通行或各种管线工程的布设，建造的跨越河流、山谷或其他交通线路等障碍的工程建筑物，一般统称为桥梁。桥梁是交通工程中的重要组成部分，随着经济的发展、科技的进步和社会生产力的不断提高，人们对桥梁建筑提出了越来越高的要求。一、桥梁结构的组成及名词术语1．桥梁结构的组成1)桥梁上部结构是承担线路荷载，跨越障碍的主要承重结构。2)桥梁下部结构是桥墩、桥台及桥梁基础的总称，是支承桥跨结构并将荷载传至地基的建筑物。桥墩和桥台一般合称墩台。3)支座。设于桥(墩)台顶部，支承上部结构并将荷载传给下部结构的装置。它能保证上部结构在荷载、温度变化或其他因素作用下的位移功能。4)附属设施。包括桥面系、桥头搭板、护坡、导流堤等。桥面系一般由桥面铺装、栏杆(防撞墙)、人行道、伸缩缝、照明系统等组成。2．桥梁结构的名词术语1)桥梁全长：简称桥长，对于有桥台的桥梁为两岸桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离(对于无桥台的桥梁为桥面系的行车道长度)。2)净跨径：对梁式桥为设计洪水位上相邻两桥墩(或桥台)间的水平净距。对于拱式桥，是指每孔拱跨两拱脚截面最低点之间的水平距离。3)计算跨径：对于设支座的桥梁，为相邻两支座中心之间的水平距离，对于不设支座的桥梁，为上下部结构的相交面之中心间的水平距离，用表示。桥梁结构的分析计算以计算跨径为准。2．桥梁结构的名词术语4)标准跨径：对梁式桥，是指两相邻桥墩中线间水平距离或桥墩中线与台背前缘之间的水平距离，也称为单孔跨径，对于拱式桥和涵洞，则是指净跨径。标准跨径是桥梁划分大、中、小桥及涵洞的指标之一。5)标准化跨径：为了便于编制标准设计，增强构件间的互换性，当跨径在50m及以下时，通常采用标准化跨径。2．桥梁结构的名词术语8)桥梁建筑高度：桥面路拱中心顶点到桥跨结构最下缘(拱式桥为拱脚线)的高差。9)桥梁高度：桥面路拱中心顶点到低水位或桥下线路路面之间的垂直距离，称为桥梁高度。10)净矢高：拱桥从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点连线的垂直距离，用f0表示。11)计算矢高：是从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离，用f表示。12)矢跨比：拱桥中拱圈（或拱肋）的计算矢高与计算跨径之比（f/l），也称拱矢度。它是反映拱桥受力特性的一个重要指标。二、桥桥梁的的分类类1．按工工程规规模划划分根据桥桥梁多多孔跨跨径总总长L和单孔孔跨径径Lk将桥梁梁划分分为：：特大大桥、、大桥桥、中中桥、、小桥桥、涵涵洞，，见表表l-l-1。这是是我国国公路路和城城市桥桥梁级级别划划分的的依据据。2．按桥桥梁的的结构构体系系划分分根据结结构体体系及及其受受力特特点，，桥梁梁可划划分为为：梁式桥桥拱式桥桥刚架桥悬索桥斜拉桥组合体系系桥1）梁式桥桥梁式桥是是古老的的结构体体系之一一。梁作作为承重重结构，，主要是是以其抗抗弯能力力来承受受荷载。。在竖向向荷载作作用下，，其支承承反力也也是竖直直的，一一般梁体体结构只只受弯、、受剪，，不承受受轴向力力。开封黄河河大桥1989望城沩江江桥1980京周公路路哑吧河河桥1956云南六库库怒江桥桥19912）拱式桥桥拱式桥的的主要承承重结构构是具有有曲线外外形的拱拱(其拱圈的的截面形形式可以以是实体体矩形、、肋形、、箱形、、桁架等等)。在竖向向荷载作作用下，，拱主要要承受轴轴向压力力，同时时也承受受弯矩、、剪力。。支承反反力不仅仅有竖向向反力，，也承受受较大的的水平推推力。2）拱桥湖南凤凰凰县乌巢巢河桥1990年贵州剑河河桥1985，无锡民民主桥1969万县长江江大桥1997上海卢浦浦大桥2005钱塘江四四桥2004年巫山长江江大桥2005广州丫髻髻沙大桥桥20003）刚架桥桥刚架桥(也称为刚刚构桥)是指梁与与立柱(墩柱)或竖墙整整体刚性性连接的的桥梁其其主要特特点是：：立柱具具有相当当大的抗抗弯刚度度，故可可分担梁梁部跨中中正弯矩矩，达到到降低梁梁高、增增大桥下下净空的的目的。。广东虎门门辅航道道桥1999广东番禺禺洛溪大大桥1988重庆石板板坡长江江大桥复复线桥2006桂林雉山山漓江大大桥19844）悬索桥桥悬索桥(也称为吊吊桥)主要由索索(又称缆索索)、塔、锚锚碇、加加劲梁等等组成。。青马大桥桥1997润扬长江江大桥2005日本明石石海峡大大桥1998美国金门门大桥19375）斜拉桥桥斜拉桥是是由梁、、塔和斜斜索(拉索)组成，结结构形式式多样，，造型优优美壮观观。在竖竖向荷载载作用下下，梁以以受弯为为主，塔塔以受压压为主，，斜索则则承受拉拉力。法国米约约高架桥桥,2004年法国的诺诺曼底桥桥1994南京长江江三桥2005苏通大桥桥2008６)组合体系系桥将上述几几种结构构形式进进行合理理的组合合应用，，即形成成组合体体系桥梁梁。常见见的组合合方式是是梁、拱拱结构的的组合，，梁、拱拱、吊组组合体系系。同时时具备梁梁的受弯弯和拱的的承压特特点，可可以是刚刚性拱及及柔性拉拉杆，也也可以是是柔性拱拱及刚性性梁。６)组合体系系桥3．桥梁的的其他分分类1）按桥梁梁上部结结构的建建筑材料料分桥梁可分分为木桥桥、石桥桥、混凝凝土桥、、钢筋混混凝土桥桥、预应应力混凝凝土桥(有时三者者统称混混凝土桥桥)、钢桥等等。2）按用途途分桥梁可分分为公路路桥、铁铁路桥、、公铁两两用桥、、人行桥桥、给水水桥(渡桥)和供油、、供气、、供煤气气的管道道桥等。。3）按跨越越障碍分分桥梁可分分为跨河河桥、跨跨谷桥、、跨线桥桥和高架架线路桥桥等。4）按桥面面位置分分按上部结结构的行行车道位位置，分分为上承承式桥、、中承式式桥、下下承式桥桥和双层层桥。5）按制造造方法分分混凝土桥桥分现场场浇筑和和装配式式两类。。后者的的构件在在工厂(场)中预制，，运往工工地拼装装架设，，其优点点是：可可使桥梁梁制造工工业化、、机械化化，降低低成本，，提高速速度，而而且质量量也有保保证。也也有两者者结合的的装配、、现浇式式混凝土土桥。钢钢桥一般般都是装装配式的的。6）其他特特殊桥梁梁有活动桥桥、军用用桥、漫漫水桥等等。活动动桥是桥桥跨结构构可以移移动或转转动，以以扩大或或开放桥桥下自由由通道的的桥梁，，多用于于河流下下游靠近近入海的的港口处处。1）按桥梁梁上部结结构的建建筑材料料分木桥漳州虎渡渡桥，石石梁桥丹河特大大桥，石石拱桥无锡卫东东桥，双双曲拱桥桥1）按桥梁梁上部结结构的建建筑材料料分厦门钟宅宅湾桥，，钢拱桥桥巫山长江江大桥，钢管拱拱昭化嘉陵陵江大桥桥，钢筋混凝凝土拱桥桥重庆长江江大桥，，预应力力混凝土土1）按桥梁梁上部结结构的建建筑材料料分南京长江江三桥，，钢箱梁梁，钢塔塔柱九江长江江大桥南京长江江大桥钢钢梁施工工日本大阪阪港大桥桥2）按用途途分公路桥铁路桥公铁两用用桥2）按用途途分人行桥渡槽（水水桥）管桥3）按跨越越障碍分分立交桥跨河桥跨谷桥跨线桥4）按桥面面位置分分4）按桥面面位置分分双层桥5）按制造造方法分分现场浇筑筑5）按制造造方法分分装配式梁梁桥6）其他特特殊桥梁梁开启桥6）其他特特殊桥梁梁三、桥梁梁的建设设与发展展概况桥梁是道道路的组组成部分分。从工程技技术的角角度来看看，桥梁梁发展可可分为古古代、近近代和现现代三个个时期。。20世纪30年代之后19世纪之前现代桥梁近代桥梁古代桥梁19世纪到20世纪30年代木桥、石桥钢桥预应力混凝土桥梁任务2桥梁设计计与建设设程序桥梁的规规划设计计需考虑虑的因素素很多，，涉及工工程地区区的政治治、经济济、文化化以及人人文环境境，特别别是对于于工程比比较复杂杂的大、、中桥梁梁，是一一个综合合性的系系统工程程。因此此必须建建立一套套严格的的管理体体制和有有序的工工作程序序。基本建设程程序分为前前期工作和和正式设计计图1-2-1设计阶段与与建设程序序关系图任务3桥梁的规划划与设计一、桥梁设设计的基本本原则1．安全2．适用3．经济4．美观5．技术先进进6．环境保护护和可持续续发展二、桥梁布布置及净空空要求1．桥梁平面面布置。桥桥梁设计首首先要确定定桥位，按按照《公路工程技术术标准》(JTGB01-2003)的规定，小桥桥和涵洞的位位置与线形一一般应符合路路线的总走向向。2．桥跨和孔径径。桥梁纵断断面设计包括括确定桥梁的的总跨径、桥桥梁的分孔、、桥面的标高高、桥上和桥桥头引道的纵纵坡以及基础础的埋置深度度等。二、桥梁布置置及净空要求求3．桥下净空。。合理的桥面面标高必须根根据设计洪水水水位、桥下下通航(通车)净空的需要，，并结合桥型型、跨径等一一起考虑。二、桥梁布置置及净空要求求4．桥涵净空公路桥梁横断断面的设计，，主要取决于于桥面的宽度度和不同桥跨跨结构横断面面的形式。桥桥面宽度取决决于行车和行行人的交通需需要。三、桥梁设计计方案的比选选作出一个经济济、适用和美美观的桥梁设设计方案，设设计者必须根根据当地的需需要和技术条条件，因地制制宜，掌握国国内外新技术术、新材料、、新工艺，才才能科学地得得出最优的设设计方案。桥桥梁设计方案案的比选和确确定可按下列列步骤进行：：1)明确各各种标标高的的要求求2)桥梁分分孔和和初拟拟桥型型方案案草图图3)方案初初步比比选4)详绘桥桥型方方案图图6)方案选选定和和文件件汇总总5)编制估估算或或概算算任务4桥梁设设计荷荷载桥梁结结构设设计的的主要要内容容之一一就是是荷载载的选选定和和计算算。根根据它它们作作用的的性质质和影影响程程度的的不同同，将将桥梁梁作用用归纳纳为永久作用、可可变作用和偶偶然作用三类。一、永久作用用永久作用亦称称恒载，它是是在设计使用用期内，其作作用位置和大大小、方向不不随时间变化化或其变化与与平均值相比比可忽略不计计。永久作用包括括结构物自重重、桥面铺装装和附属设备备的重量、作作用于结构上上的土重及土土侧压力、基基础变位作用用、水浮力、、长期作用于于结构上的预预应力以及混混凝土收缩和和徐变作用。。结构自重、桥桥面铺装及附附属设备等附附加重力均属属结构重力，，结构重力标标准值可按常常用材料的重重度计算。对对于公路桥梁梁，结构物的的自重往往占占全部设计荷荷载的很大部部分，例如当当跨径为20～150m时，结构自重重约占30％～60％以上，跨径径愈大所占比比例愈高。因因此，采用轻轻质、高强材材料来减小桥桥梁结构的自自重，应是桥桥梁建设研发发的方向。二、可变作用用可变作用是在在设计使用期期内，其作用用位置和大小小、方向随时时间变化，且且其变化与平平均值相比不不可忽略的作作用。如各种种车辆荷载等等。桥梁设计中考考虑的可变作用有汽汽车荷载和人人群荷载。同时，对于于汽车荷载应应计及其冲击击力、制动力力和离心力。。对于所有车车辆荷载，尚尚应计算其所所引起的土侧侧压力。此外，可变作作用还包括支支座摩阻力、、温度(均匀温度和梯梯度温度)作用、风荷载载、流水压力力和冰压力等等。1．汽车荷载公路桥涵设计计时，汽车荷荷载的计算图图式、荷载等等级及其标准准值、加载方方法和纵横向向折减等应符符合下列规定定：1)汽车荷载分为为公路-I级和公路-Ⅱ级两个等级。。2)汽车荷载由车车道荷载和车车辆荷载组成成。车道荷载载由均布荷载载和集中荷载载组成。桥梁梁结构的整体体计算采用车车道荷载，桥桥梁结构的局局部加载、涵涵洞、桥台和和挡土墙土压压力等的计算算采用车辆荷荷载。车辆荷荷载与车道荷荷载的作用不不得叠加。3)各级公路桥涵涵设计的汽车车荷载等级应应符合表中的的规定。4)车道道荷荷载载的的计计算算图图式式如如图图所所示示。。1．汽汽车车荷荷载载5)公路路-I级和和公公路路-ⅡⅡ汽车车荷荷载载采采用用相相同同的的车车辆辆荷荷载载标标准准值值1．汽汽车车荷荷载载主要要技技术术指指标标。。车辆辆荷荷载载的的立立面面、、平平面面布布置置6)车道道荷荷载载横横向向分分布布系系数数应应按按设设计计车车道道数数如如图图所所示示布布置置车车辆辆荷荷载载进进行行计计算算。。1．汽汽车车荷荷载载7)桥涵涵设设计计车车道道数数应应符符合合表表的的规规定定。。多多车车道道桥桥梁梁上上的的汽汽车车荷荷载载应应考考虑虑多多车车道道横横向向折折减减。。1．汽车荷载8)大跨径桥梁应应考虑车道荷荷载纵向折减减。当桥梁计计算跨径大于于150m时，应按表1-4-6规定的纵向折折减系数进行行折减。当桥桥梁为多跨连连续结构时，，整个结构应应按其最大计计算跨径的纵纵向折减系数数进行折减。。1．汽车荷载2．汽车荷载冲冲击力车辆行驶过程程中，由于桥桥面不平整、、车轮不圆及及发动机振动动等原因，会会使桥梁结构构引起振动，，从而使桥梁梁结构承受比比静荷载要大大的竖向荷载载作用，这种种动力效应称称为车辆荷载载冲击力。3．汽车离心力力车辆在弯道桥桥梁上行驶时时会产生离心心力，曲线半半径越小，离离心力越大，，当弯桥的曲曲线半径小于于或等于250m时，应计算汽汽车荷载引起起的离心力。。离心力标准准值为车辆荷荷载(不计冲击力)标准值乘以离离心力系数C。离心力系数数按下式计算算4．汽车引起的的土侧压力汽车荷载作用用在桥台或挡挡土墙后填土土上，将引起起填土的破坏坏棱体对桥台台或挡土墙的的土侧压力，，土侧压力可可按下式换算算成等代均布布土层厚度(m)计算，公式如如下：5．人群荷载设计有人行道道的桥梁结构构，人群荷载载的取值规定定如下：当桥梁计算跨跨径L≤50m时，人群荷载载标准值取3.0kN／；当桥梁计算跨跨径L≥150m时，人群荷载载标准值取2.5kN／；当桥梁计算跨跨径在50及150m之间时，人群群荷载标准值值可由线性内内插法求得。。6．汽车制动力力桥上汽车制动动力是车辆在在刹车时为克克服车辆的惯惯性力而在路路面与车辆之之间发生的滑滑动摩阻力。。制动力大小小与车辆和路路面间的摩阻阻系数及汽车车荷载大小有有关，考虑到到刹车常常只只出现在一部部分车辆上，，且制动力只只有同向行驶驶的汽车才能能叠加，《桥规》规定：一一个设计计车道的的制动力力标准值值按布置置在加载载长度内内车道荷荷载的10％计，但但公路-I级汽车荷荷载的制制动力不不得小于于165kN，公路-Ⅱ级汽车荷荷载的制制动力不不得小于于90kN。制动力的的着力点点在桥面面以上1.2m处，计算算墩台时时，可移移至支座座中心线线或支