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、桥梁的分分类1．按工程规模模划分根据桥梁多孔孔跨径总长L和单孔跨径Lk将桥梁划分为为：特大桥、、大桥、中桥桥、小桥、涵涵洞，见表l-l-1。这是我国国公路和城城市桥梁级级别划分的的依据。2．按桥梁的的结构体系系划分根据结构体体系及其受受力特点，，桥梁可划划分为：梁式桥拱式桥刚架桥悬索桥斜拉桥组合体系桥桥1）梁式桥梁式桥是古古老的结构构体系之一一。梁作为为承重结构构，主要是是以其抗弯弯能力来承承受荷载。。在竖向荷荷载作用下下，其支承承反力也是是竖直的，，一般梁体体结构只受受弯、受剪剪，不承受受轴向力。。开封黄河大大桥1989望城沩江桥桥1980京周公路哑哑吧河桥1956云南六库怒怒江桥19912）拱式桥拱式桥的主主要承重结结构是具有有曲线外形形的拱(其拱圈的截截面形式可可以是实体体矩形、肋肋形、箱形形、桁架等等)。在竖向荷荷载作用下下，拱主要要承受轴向向压力，同同时也承受受弯矩、剪剪力。支承承反力不仅仅有竖向反反力，也承承受较大的的水平推力力。2）拱桥湖南凤凰县县乌巢河桥桥1990年贵州剑河桥桥1985，无锡民主主桥1969万县长江大大桥1997上海卢浦大大桥2005钱塘江四桥桥2004年巫山长江大大桥2005广州丫髻沙沙大桥20003）刚刚架架桥桥刚架架桥桥(也称称为为刚刚构构桥桥)是指指梁梁与与立立柱柱(墩柱柱)或竖竖墙墙整整体体刚刚性性连连接接的的桥桥梁梁其其主主要要特特点点是是：：立立柱柱具具有有相相当当大大的的抗抗弯弯刚刚度度，，故故可可分分担担梁梁部部跨跨中中正正弯弯矩矩，，达达到到降降低低梁梁高高、、增增大大桥桥下下净净空空的的目目的的。。广东东虎虎门门辅辅航航道道桥桥1999广东东番番禺禺洛洛溪溪大大桥桥1988重庆庆石石板板坡坡长长江江大大桥桥复复线线桥桥2006桂林林雉雉山山漓漓江江大大桥桥19844）悬悬索索桥桥悬索索桥桥(也称称为为吊吊桥桥)主要要由由索索(又称称缆缆索索)、塔塔、、锚锚碇碇、、加加劲劲梁梁等等组组成成。。青马马大大桥桥1997润扬扬长长江江大大桥桥2005日本本明明石石海海峡峡大大桥桥1998美国国金金门门大大桥桥19375）斜斜拉拉桥桥斜拉拉桥桥是是由由梁梁、、塔塔和和斜斜索索(拉索索)组成成，，结结构构形形式式多多样样，，造造型型优优美美壮壮观观。。在在竖竖向向荷荷载载作作用用下下，，梁梁以以受受弯弯为为主主，，塔塔以以受受压压为为主主，，斜斜索索则则承承受受拉拉力力。。法国国米米约约高高架架桥桥,2004年法国国的的诺诺曼曼底底桥桥1994南京京长长江江三三桥桥2005苏通通大大桥桥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)组合体体系桥桥3．桥梁梁的其其他分分类1）按桥桥梁上上部结结构的的建筑筑材料料分桥梁可可分为为木桥桥、石石桥、、混凝凝土桥桥、钢钢筋混混凝土土桥、、预应应力混混凝土土桥(有时三三者统统称混混凝土土桥)、钢桥桥等。。2）按用用途分分桥梁可可分为为公路路桥、、铁路路桥、、公铁铁两用用桥、、人行行桥、、给水水桥(渡桥)和供油油、供供气、、供煤煤气的的管道道桥等等。3）按跨跨越障障碍分分桥梁可可分为为跨河河桥、、跨谷谷桥、、跨线线桥和和高架架线路路桥等等。4）按桥桥面位位置分分按上部部结构构的行行车道道位置置，分分为上上承式式桥、、中承承式桥桥、下下承式式桥和和双层层桥。。5）按制制造方方法分分混凝土土桥分分现场场浇筑筑和装装配式式两类类。后后者的的构件件在工工厂(场)中预制制，运运往工工地拼拼装架架设，，其优优点是是：可可使桥桥梁制制造工工业化化、机机械化化，降降低成成本，，提高高速度度，而而且质质量也也有保保证。。也有有两者者结合合的装装配、、现浇浇式混混凝土土桥。。钢桥桥一般般都是是装配配式的的。6）其他特殊殊桥梁有活动桥、、军用桥、、漫水桥等等。活动桥桥是桥跨结结构可以移移动或转动动，以扩大大或开放桥桥下自由通通道的桥梁梁，多用于于河流下游游靠近入海海的港口处处。1）按按桥桥梁梁上上部部结结构构的的建建筑筑材材料料分分木桥桥漳州州虎虎渡渡桥桥，，石石梁梁桥桥丹河河特特大大桥桥，，石石拱拱桥桥无锡锡卫卫东东桥桥，，双双曲曲拱拱桥桥1）按按桥桥梁梁上上部部结结构构的的建建筑筑材材料料分分厦门门钟钟宅宅湾湾桥桥，，钢钢拱拱桥桥巫山山长长江江大大桥桥，钢钢管管拱拱昭化化嘉嘉陵陵江江大大桥桥，，钢筋筋混混凝凝土土拱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）按用途分分公路桥铁路桥公铁两用桥桥2）按用途分分人行桥渡槽（水桥桥）管桥3）按跨越障障碍分立交桥跨河桥跨谷桥跨线桥4）按桥面位位置分4）按桥面位位置分双层桥5）按制造方方法分现场浇筑5）按制造方方法分装配式梁桥桥6）其他特殊殊桥梁开启桥6）其他特殊殊桥梁三、桥梁的的建设与发发展概况桥梁是道路路的组成部部分。从工程技术术的角度来来看，桥梁梁发展可分分为古代、、近代和现现代三个时时期。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桥梁设计与与建设程序序桥梁的规划划设计需考考虑的因素素很多，涉涉及工程地地区的政治治、经济、、文化以及及人文环境境，特别是是对于工程程比较复杂杂的大、中中桥梁，是是一个综合合性的系统统工程。因因此必须建建立一套严严格的管理理体制和有有序的工作作程序。基本建设设程序分分为前期期工作和和正式设设计图1-2-1设计阶段段与建设设程序关关系图任务3桥梁的规规划与设设计一、桥桥梁设设计的的基本本原则则1．安全全2．适用用3．经济济4．美观观5．技术术先进进6．环境境保护护和可可持续续发展展二、桥桥梁布布置及及净空空要求求1．桥梁梁平面面布置置。桥桥梁设设计首首先要要确定定桥位位，按按照《公路工工程技技术标标准》(JTGB01-2003)的规定定，小小桥和和涵洞洞的位位置与与线形形一般般应符符合路路线的的总走走向。。2．桥跨跨和孔孔径。。桥梁梁纵断断面设设计包包括确确定桥桥梁的的总跨跨径、、桥梁梁的分分孔、、桥面面的标标高、、桥上上和桥桥头引引道的的纵坡坡以及及基础础的埋埋置深深度等等。二、桥桥梁布布置及及净空空要求求3．桥下下净空空。合合理的的桥面面标高高必须须根据据设计计洪水水水位位、桥桥下通通航(通车)净空的的需要要，并并结合合桥型型、跨跨径等等一起起考虑虑。二、桥桥梁布布置及及净空空要求求4．桥涵涵净空空公路桥桥梁横横断面面的设设计，，主要要取决决于桥桥面的的宽度度和不不同桥桥跨结结构横横断面面的形形式。。桥面面宽度度取决决于行行车和和行人人的交交通需需要。。三、桥桥梁设设计方方案的的比选选作出一一个经经济、、适用用和美美观的的桥梁梁设计计方案案，设设计者者必须须根据据当地地的需需要和和技术术条件件，因因地制制宜，，掌握握国内内外新新技术术、新新材料料、新新工艺艺，才才能科科学地地得出出最优优的设设计方方案。。桥梁梁设计计方案案的比比选和和确定定可按按下列列步骤骤进行行：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务4桥梁梁设设计计荷荷载载桥梁梁结结构构设设计计的的主主要要内内容容之之一一就就是是荷荷载载的的选选定定和和计计算算。。根根据据它它们们作作用用的的性性质质和和影影响响程程度度的的不不同同，，将将桥桥梁梁作作用用归归纳纳为为永久久作作用用、、可可变变作作用用和和偶偶然然作用用三三类类。。一、、永永久久作作用用永久久作作用用亦亦称称恒恒载载，，它它是是在在设设计计使使用用期期内内，，其其作作用用位位置置和和大大小小、、方方向向不不随随时时间间变变化化或或其其变变化化与与平平均均值值相相比比可可忽忽略略不不计计。。永久久作作用用包包括括结结构构物物自自重重、、桥桥面面铺铺装装和和附附属属设设备备的的重重量量、、作作用用于于结结构构上上的的土土重重及及土土侧侧压压力力、、基基础础变变位位作作用用、、水水浮浮力力、、长长期期作作用用于于结结构构上上的的预预应应力力以以及及混混凝凝土土收收缩缩和和徐徐变变作作用用。。结构自重重、桥面面铺装及及附属设设备等附附加重力力均属结结构重力力，结构构重力标标准值可可按常用用材料的的重度计计算。对对于公路路桥梁，，结构物物的自重重往往占占全部设设计荷载载的很大大部分，，例如当当跨径为为20～150m时，结构构自重约约占30％～60％以上，，跨径愈愈大所占占比例愈愈高。因因此，采采用轻质质、高强强材料来来减小桥桥梁结构构的自重重，应是是桥梁建建设研发发的方向向。二、可变变作用可变作用用是在设设计使用用期内，，其作用用位置和和大小、、方向随随时间变变化，且且其变化化与平均均值相比比不可忽忽略的作作用。如如各种车车辆荷载载等。桥梁设计计中考虑虑的可变作用用有汽车车荷载和和人群荷荷载。同时，，对于汽汽车荷载载应计及及其冲击击力、制制动力和和离心力力。对于于所有车车辆荷载载，尚应应计算其其所引起起的土侧侧压力。。此外，可可变作用用还包括括支座摩摩阻力、、温度(均匀温度度和梯度度温度)作用、风风荷载、、流水压压力和冰冰压力等等。1．汽车荷荷载公路桥涵涵设计时时，汽车车荷载的的计算图图式、荷荷载等级级及其标标准值、、加载方方法和纵纵横向折折减等应应符合下下列规定定：1)汽车荷载载分为公公路-I级和公路路-Ⅱ级两个等等级。2)汽车荷载载由车道道荷载和和车辆荷荷载组成成。车道道荷载由由均布荷荷载和集集中荷载载组成。。桥梁结结构的整整体计算算采用车车道荷载载，桥梁梁结构的的局部加加载、涵涵洞、桥桥台和挡挡土墙土土压力等等的计算算采用车车辆荷载载。车辆辆荷载与与车道荷荷载的作作用不得得叠加。。3)各级公路路桥涵设设计的汽汽车荷载载等级应应符合表表中的规规定。4)车道荷载载的计算算图式如如图所示示。1．汽车荷荷载5)公路-I级和公路路-Ⅱ汽车荷载载采用相相同的车车辆荷载载标准值值1．汽车荷荷载主要技术术指标。。车辆荷载载的立面面、平面面布置6)车道荷载载横向分分布系数数应按设设计车道道数如图图所示布布置车辆辆荷载进进行计算算。1．汽车荷荷载7)桥涵设计计车道数数应符合合表的规规定。。多车道道桥梁上上的汽车车荷载应应考虑多多车道横横向折减减。1．汽车荷荷载8)大跨径桥桥梁应考考虑车道道荷载纵纵向折减减。当桥桥梁计算算跨径大大于150m时，应按按表1-4-6规定的纵纵向折减减系数进进行折减减。当桥桥梁为多多跨连续续结构时时，整个个结构应应按其最最大计算算跨径的的纵向折折减系数数进行折折减。1．汽车荷荷载2．汽车荷荷载冲击击力车辆行驶驶过程中中，由于于桥面不不平整、、车轮不不圆及发发动机振振动等原原因，会会使桥梁梁结构引引起振动动，从而而使桥梁梁结构承承受比静静荷载要要大的竖竖向荷载载作用，，这种动动力效应应称为车车辆荷载载冲击力力。3．汽车离离心力车辆在弯弯道桥梁梁上行驶驶时会产产生离心心力，曲曲线半径径越小，，离心力力越大，，当弯桥桥的曲线线半径小小于或等等于250m时，应计计算汽车车荷载引引起的离离心力。。离心力力标准值值为车辆辆荷载(不计冲击击力)标准值乘乘以离心心力系数数C。离心力力系数按按下式计计算4．汽车引引起的土土侧压力力汽车荷载载作用在在桥台或或挡土墙墙后填土土上，将将引起填填土的破破坏棱体体对桥台台或挡土土墙的土土侧压力力，土侧侧压力可可按下式式换算成成等代均均布土层层厚度(m)计算，，公式式如下下：5．人群群荷载载设计有有人行行道的的桥梁梁结构构，人人群荷荷载的的取值值规定定如下下：当桥梁梁计算算跨径径L≤50m时，人人群荷荷载标标准值值取3.0kN／；当桥梁梁计算算跨径径L≥150m时，人人群荷荷载标标准值值取2.5kN／；当桥梁梁计算算跨径径在50及150m之间时时，人人群荷荷载标标准值值可由由线性性内插插法求求得。。6．汽车车制动动力桥上汽汽车制制动力力是车车辆在在刹车车时为为克服服车辆辆的惯惯性力力而在在路面面与车车辆之之间发发生的的滑动动摩阻阻力。。制动动力大大小与与车辆辆和路路面间间的摩摩阻系系数及及汽车车荷载载大小小有关关，考考虑到到刹车车常常常只出出现在在一部部分车车辆上上，且且制动动力只只有同同向行行驶的的汽车车才能能叠加加，《桥规》规定：：一个个设计计车道道的制制动力力标准准值按按布置置在加加载长长度内内车道道荷载载的10％计，，但公公路-I级汽车车荷载载的制制动力力不得得