中小跨径公路桥梁设计要点

中小跨径公路桥梁设计2013年1月

主要内容介绍一、中小跨径桥梁选型

二、桥梁结构设计要点三、桥梁的震害

一、中小跨径桥梁选型

一、中小跨径桥梁选型（一）、桥梁设计总原则结构安全使用舒适经济合理施工方便易于养护维修造型优美、与自然环境相协调

（二）、桥位选择及布置

1、桥位选择的总原则

中小桥服从路线布设大桥、特大桥应多方案比选，路桥综合考虑，合理协调2、桥位选择主要考虑的因素

（1）地形、地物、地貌

（2）工程地质（不良地质）

我省具有地质构造多变、不良地质分布较广的特点，其表现一般为山体滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、断层、破碎带、湿陷性黄土、膨胀土、采空区等不良地质理象。其中又以山体滑坡、湿陷性黄土最具有代表性。路线布设时，应尽可能绕避不稳定山体斜坡，更应该避免将桥梁置于滑坡体影响范围内。若无法完全避开山体滑坡，应采取工程措施，进行处治，确保桥基安全。（3）水文

3、桥位方案比较工程建设费用、维修养护费施工场地布置和材料运输条件桥头道路线型指标以及工程量调治构造物的工程量工程地质条件和水文条件保护耕地及水利设施，避免墩、台处大填大挖对环境、植被的破坏程度

（三）、桥梁总体布置

1、桥梁平面布置（1）线型（2）斜交角

一般，装配式梁板斜度不宜大于45°

整体现浇梁板，尤其箱梁，受力复杂，不宜大于30°

斜拱受力复杂，曲壳翘曲，平面锐角上翘，钝角反力大，受力复杂，一般不大于30°

（3）弯桥墩台平面布置

（a）各墩台平行布置（b）各墩台等角布置全桥梁长一致，梁端角度同一幅相同同一幅梁长不同，梁端角度一致，墩台长度和角度不同墩台长度和角度相同（4）特殊弯、斜桥的简化处理平行布置和等角度布置相结合2、桥梁纵面布置置结合桥梁总体布布置进行纵坡、、竖曲线及组合合统一考虑对于平原地区跨跨域公路或河流流的桥梁，竖曲曲线应进入桥梁梁两跨的引道中中如果在纵坡地段段，桥梁应沿公公路线形在坡度度的最底最高处处设竖曲线顺接接桥上纵坡不宜大大于4%，而对于一联长长度较长的桥梁梁纵坡不宜大于于3%桥梁纵面关键要要做到与两侧路路线的顺适（四）、桥型选选择（中小跨径径桥梁）1、上部结构形式式（1）装配式梁板分类截面型式：实体板、空心板板、T梁、Ⅰ型组合梁、矮箱梁等结构性能：钢筋砼结构、预预应力混凝土结结构受力体系：简支、桥面连续续、结构连续（（连续梁、刚构构）1、上部结构形式式（1）装配式梁板适用范围一般情况不同预预制构件的跨径径适用范围：预制板板：6～20mT型梁：20～50mI型组合梁：20～40m（横向柔度大，，易失稳）矮箱梁梁：25～40m（20m也用，拆模难；；大于40m吊装重、施工费费高、危险）1、上部结构形式式（1）装配式梁板选择考虑因素：：桥梁总体布置、、桥高、跨度桥位所处地形环环境是否有利于于预制场地布设设运输条件施工队伍的能力力同一工程的统一一（同一合同段段）（2）支架现浇梁板板分类截面类型：实心板、空心板板、箱型梁结构性能：钢筋砼、预应力力砼受力体系：简支、连续梁或或刚构（2）支架现浇梁板板跨径适用范围：：6～13m:钢筋砼板15～25m:钢筋砼箱梁25～60m:预应力砼箱梁（3）拱桥选择因素:稳固的地基（或或桩基）材料（山区、高高强度石料丰富富）地形（沟谷地形形）自然景景观（（山谷谷、峡峡口））（3）拱桥桥分类按使用用材料料分：：石拱桥、砼砼拱桥、钢钢筋砼拱桥桥按截面形式式分：板拱、肋拱拱、箱型拱拱、双曲拱拱按立面布置置分：上承式、中中承式、下下承式按受力体系系分：简单体系：：三铰、两两铰、无铰铰组合体系：：无推力、、有推力、、拱梁组合合常规桥梁上上部结构材材料经济指指标表2、下部结构构型式选择下部结结构形式考考虑的因素素:上部结构型型式桥下地形（（沟、谷、、河流）工程地质条条件材料环境施工条件（1）桥墩：桥墩形式与与适用高度度重力式桥墩墩：一般不超过过10m柱式桥墩：：30m以下矩形实心桥桥墩：30m<H<60m矩形空心薄薄壁桥墩：：超过60m（2）桥台桥台形式选选择主要地地形、地质质因素，主主要受地形形的限制较较大。桥台主要类类型重力式（实实体）桥台台埋置式桥台台（柱式、、肋板式））轻型桥台（（薄壁）组合式桥台台（加筋式式、拱桥组组合台）常用桥台形形式与适用用高度U型桥台：桥台高度一一般不宜大大于10m柱式桥台：：高度不宜大大于4m肋板式桥台台：合理高度应应为4～10m（3）常用基础础明挖浅基础础(挖深不超过过4米）桩基础注意：：①在一座桥桥梁中，尽尽量采用相相同的基础础型式。②对于我省省，黄土地地区、陡坎坎地形较多多，桩基础础有效桩长长取2倍桩基直径径厚度土层层以下。③湿陷性黄黄土地区，，负摩阻影影响。④摩擦桩桩桩长不小于于15米，端承桩桩桩长不小小于12米，嵌入中中风化或微微风化岩层层深度不小小于2.5d,单轴抗压强强度不小于于10兆帕。（五）特殊殊桥梁设计计坡桥设计1、桥上纵坡坡规范要求桥桥上纵坡不不宜大于4%，如受地形形条件和路路线线型的的限制，可可以适度加加大，但必必须采取一一定的构造造措施。2、梁（板））桥墩水平平力1）恒载作用用下的桥墩墩受力桥梁上部恒恒载对于桥桥墩不产生生水平力。。2）制动力作作用下的桥桥墩受力由于制动力力在桥墩上上的竖向分分力很小，，可不对其其分解3）温度变变化引起的的墩顶水平平力由于温度变变化，上部部结构伸缩缩，导致墩墩顶产生水水平位移所所产生的的水平力与与桥面纵坡坡大小无关关综上所述，，桥墩墩顶顶所受的水水平力与桥桥梁纵坡关关系不大，，一般其下下部构造可可按平坡桥桥进行结构构分析。（五）特殊殊桥梁设计计顺水桥设计计1、适用范围围局部路线与与水流平行行或交角较较小2、顺水桥设设计桥长确定;不宜压缩河河道桥梁高度:考虑盖梁以以下净空要要求桥墩形式：宜采用柱式式墩桥墩结构受受力分析：考虑漂浮物物滞留在桥桥墩产生的的作用（六）特殊殊地质条件件下的桥梁梁设计湿陷性黄土土地区1、湿陷性黄黄土的工程程特性易溶蚀、易易冲刷、各各向异性以以及湿陷性性2、设计原则则最大限度的的消除和减减少不均匀匀沉降和地地基承载力力不均匀对对结构安全全造成的不不良影响3、桥位选择择尽量避开黄黄土陷穴地地下岩溶的的发育区和和易崩解、、潜蚀、顶顶冲和发育育不稳定地地段（六）特殊殊地质条件件下的桥梁梁设计湿陷性黄土土地区4、设计重点点墩台基础5、重点注意意的问题采用明挖基基础时，尽尽量选择非非湿陷性黄土土层为基础础持力层采用桩基础础时，桩尽尽量穿透湿湿陷性黄土土层，适度度考虑湿陷陷产生的负负摩阻力。。必须充分注注意桥头的的防护和排排水，设置置完善的排排水系统（六）特殊殊地质条件件下的桥梁梁设计滑坡体附近近1、桥位选择择避免将桥梁梁置于滑坡坡体上，或或将墩台设设于有滑坡坡的堤岸上上2、设计原则则当无法避免免在滑坡体体边缘设置置桥梁时、、必须对滑滑坡体采取取可靠的整整治措施，，避免对桥桥梁稳定性性构成潜在在的威胁3、几个注意意的问题当桥梁设置置于相对稳稳定的滑坡坡体上时，，必须做好好工程的防防排水设施施，避免开开挖和冲刷刷过多扰动动地形，引引起古滑坡坡复活布设在滑坡坡体边缘的的桥梁，当当桥梁高度度不大时，，宜采用桩桩柱式墩台台。当采用扩大大基础以致致基坑开挖挖多大易诱诱发新滑坡坡时，应优优先采用桩桩基础（六）特殊殊地质条件件下的桥梁梁设计泥石流地区区1、桥位选择择应选择在沟沟床稳定的的流通区直直线段内，，尽可能与与主流正交交2、设计原则则跨越泥石流流深沟的桥桥梁不宜在在沟中设墩墩，跨越较较宽泥石流流沟槽，应应选择较大大的跨径，，避免桥墩墩过多压缩缩泥石流通通道要保证足够够的桥下净净空，不宜宜采用挖深深河床的办办法增大桥桥下净空在泥石流沟沟内不得采采用各类轻轻型桥墩，，和锥坡突突出台前的的埋置式桥桥台（七）桩基基础的特殊殊处置一、断桩或或是桩长不不足加桩方方案1、扁担桩沿纵桥向加加同等直径径的桩，废废桩用砂砾砾或粘土填填充，分层层压实，待待填充压实实后再钻新新孔，注意意新桩和断断桩的桩间间距离。2、菱形加桩桩（1）、施工前，应应先凿出原原有桩顶1.5m范围内钢筋筋保护层，，并将墩底底0.5m范围内凿除除1cm厚钢筋保护护层。凿毛毛后一定要要保持桩和和柱子为圆圆形，并形形成绕混凝凝土桩或柱柱的环状坑坑槽，以保保证与钢套套箍紧密接接触及胶与与混凝土的的粘结性。。（2）、A、C和B、D采用q345-D钢板，采用用Ⅰ级双面熔透透角焊，套套箍钢板应应避开承台台上、下层层钢筋布置置。（3）、安装套箍钢钢板前，应应在钢板内内侧、桩、、柱涂桥梁梁加固专用用结构胶使使钢板与原原桩基黏贴贴牢固，并并用10级高强螺栓栓拧紧。在在桩或墩的的粘合处在在涂胶以前前必须将残残渣和浮尘尘清洗干净净，以保证证结构胶与与混凝土的的粘结质量量。3、整幅加桩桩（1）、施工前，应应先凿除原原有承台侧侧面40厘米范围内内的砼，凿凿除后保证证原承台横横向钢筋。。二、溶洞位位置桩基础础的处置1、桩基设计计为摩擦桩桩。如果桩桩侧有溶洞洞，可以先先对溶洞采采用M7.5浆砌片石进进行砌筑，，砌筑厚度度为桩侧0.75d。溶洞处置置完毕后，，继续下挖挖至设计标标高，按照照摩擦桩重重新进行设设计，溶洞洞范围内不不考虑摩阻阻力的影响响；如果桩桩底发现有有溶洞，根根据溶洞距距桩底的距距离分别对对待，根据据现场情况况分别对待待。2、桩基设计计为嵌岩桩桩。如果桩桩侧有溶洞洞，可以先先对溶洞采采用M7.5浆砌片石进进行砌筑，，砌筑厚度度为桩侧0.75d。溶洞处置置完毕后，，继续下挖挖至设计标标高，即可可终孔；如如果桩底发发现有溶洞洞，则须判判定稳定中中风化灰岩岩厚度，溶溶洞顶有5米厚中风化化灰岩，桩桩长保持不不变，只对对溶洞进行行处理。小小于5米，则要求求桩基穿越越溶洞，挖挖至稳定中中风化灰岩岩并嵌入2.5倍桩径或按按摩擦桩设设计，空洞洞范围内不不考虑摩阻阻力的影响响。3、对于有溶溶洞的桩基基，施工方方一定要探探明其规模模大小，并并给出文字字性说明。。在设计方方没有给出出处理意见见之前，有有发现溶洞洞的桩均不不可灌注。。对于需要要变更为摩摩擦桩设计计的，施工工单位须提提供挖孔记记录，以便便合理确定定桩长。二、桥梁结结构设计要要点二、桥梁梁结构设设计要点点1、不同上上部结构构的工作作原理（1）装配式式梁板铰接板铰接梁刚接梁铰接板通过板与与板之间间的铰缝或似似铰的结结构传递竖向向力，几几乎不传递弯弯矩。板的相互互作用铰接板桥桥计算图图式铰接梁梁之间较较弱的翼翼板连接接近似于铰铰接实际上由由于翼板板的弯曲，剪剪力也不不能完全传递递铰接T形梁桥计计算图式式刚接梁横梁与翼翼板共同同形成刚性连接接使得竖竖向力和弯矩得得以在梁梁与梁之间传递递各梁的整整体受力力性能得到加强强刚接T形梁桥计计算图式式（2）整体现现浇梁板板整体现浇浇板：双向弯曲曲受力的的弹性薄薄板整体现浇浇箱梁：：纵向弯曲曲横向弯曲曲扭转扭转变形形（畸变变）（3）斜弯结结构①斜板桥影响斜板板受力性性能的主主要因素素斜交角宽跨比支承方式式斜板桥的的工作特特性：简支斜板板的纵向向主弯矩矩比同跨跨径和桥桥宽的正正交板弯弯矩要小小，且弯弯矩随斜斜交角增增大而减减小纵向最大大弯矩向钝钝角方向偏偏移均布荷载载作用下下最大弯弯矩位置置的变动动斜板桥的的工作特特性：荷载有向向两支承承边之间间的最短短距离方方向传递递的趋势势，对于于较宽的的斜桥，，其最大大主弯矩矩方向几几乎接近近与支承承边正交交。斜板桥的的工作特特性：斜板除斜斜跨径方方向的主主弯矩外外，在钝钝角部位位的角分分线垂直方向向上，将将产生接近跨中中弯矩值值的负弯矩矩，该弯弯矩分布范范围较小小；斜板板在支承承边上的的反力分分布很不均匀，，钝角处可出现比比同情况况正交板大大数倍的的反力，而而锐角处处反力很小小，甚至至出现负反反力，以至于锐角角有上翘翘的趋势，，斜板以以上特性可可以用比比拟连续梁梁来描述述ABCD比拟连连续续梁斜板桥的的工作特特性：斜板的最最大纵向向弯矩，，虽比同同等跨、、宽的正正桥小，，但横向弯矩矩却比同同等跨宽宽的正桥桥要大的的多，跨跨中部分分的横向向弯矩增增加量，，相当于于纵向弯弯矩减小小的量斜板在工工作过程程中，在在平面内内有向锐角方方向转动动的趋势势斜板桥的的工作特特性：斜板的扭扭矩变化化非常复杂杂，与板板的抗扭刚刚度有关关《桥规》规定:斜交角不不大于15°时，才可以按按正桥计计算。一般斜交交角不宜宜大于45°斜板扭矩矩图(45°)②斜梁桥多梁式单单梁式式弯扭耦合合效应除除受斜度度影响外外，还受受弯扭刚刚度比（（K＝EI/EJ）的影响响（反比比关系））单箱斜箱箱梁:K=0.5～5扭矩作用用大多梁式肋肋梁桥K=10～100弯扭耦合合效应小小③平面弯桥桥1>弯桥的主要要受力特特点：由于弯扭扭耦合,变形大扭矩存在在于各处处反力不均均匀横梁作用用突出2>弯桥受力力图式弯梁受力力图弯弯梁梁截面位位移和分分解M:弯矩T:扭矩V:剪力④拱桥竖向反力力竖向荷载载水平推力力(减小弯矩矩）弯矩矩1>受力图式式：三铰拱两铰拱无铰拱2>拱轴线常用的拱轴线型型式有圆弧线、抛物线线和悬链线圆弧线抛物线悬链线理想的拱轴线是与拱圈承受的压力线相吻合合3>连拱作用桥墩抗推刚度是是拱圈抗推刚度度的40倍以上时，近似似按单孔固定拱拱计算2、桥梁常见结构构性病害及原因因（设计原因））（1）装配式板桥①铰缝砼开裂、、破碎，造成单单板受力②板底的纵缝③板底横缝及板板侧竖向裂缝④板在靠近支座座处断裂（2）整体式板桥①板底纵缝②板底横缝（3）装配式梁桥①下缘受拉区裂裂缝②腹板中间的竖竖向裂缝③腹板水平纵向向裂缝④腹板斜裂缝⑤梁间翼板湿接接缝纵向裂缝⑥横隔板与主梁梁连接处砼损坏坏（4）整体现浇箱梁梁主要出现的病害害有：纵向弯曲开裂，，支点附近梁腹板斜裂缝，，箱梁顶板纵向向裂缝，支点附近底板放射射性裂缝等。上述病害多属设设计不周引起，，主要原因有：：箱梁尺寸拟定不不合理对次内力影响考考虑不足忽视温度应力（5）砼桥面铺装损损坏梁板桥砼桥面铺铺装纵向开裂桥面网裂、剥落落建议：只将桥面参与共共同受力考虑为为富余量（6）支座损坏橡胶支座主要病病害有：橡胶老化支座外鼓钢板外露剪切变形过大开开裂支座脱空…………支座损坏设计方方面原因有：①支座选用不当当反力计算错误(斜弯桥)未考虑纵向变形形过大引起的剪剪切变形②支座未设计为为水平放置坡桥，支座偏压压③支座脱空设计说明未注明明预防和补救措措施（7）拱桥①圬工拱桥拱圈圈纵向开裂设计的拱顶填料料厚度偏小②拱顶底面横向向开裂设计时基础沉降降计算不准确③装配结构施工工缝处开裂接头、节点处设设计薄弱施施工质量不易保保证拼接构造耐久性性差局部应力力未进行详细计计算（8）结构耐久性考考虑不足产生的的病害现象：钢筋锈蚀混凝土冻融损伤伤结构受化学侵蚀蚀损坏等原因：耐久性设计概念念不足，采用过过小的构件截面面，钢筋保保护层过小，忽忽略环境对结构构的影响，保护护性措施设计未未引起重视（如如排水系统、防防水层）（9）由于设计不完完善可能导致的的施工缺陷①锚下砼不密实实；②梁腹板蜂窝、、麻面；③先简支后连续续结构中负弯矩矩预应力束普遍存在伸长量不不足，管道压浆浆难以保证；④过薄的桥面砼砼铺装；⑤钢筋位置的较较大偏差，无法法避让。3、中小跨径桥梁梁设计中应注意意的问题结构承载力是核核心具体应注注意的一些问题题：（1）装配式板的铰铰缝设计（2）装配式板截面面设计（3）注意桥梁的横横向受力和横向向配筋（4）加强装配式梁梁的横向连接（5）对于先简支后后连续结构①在负弯矩区设设置足够的普通通受力钢筋②完善湿接缝预预留的伸出钢筋筋（6）各类结构均均应加强分布钢钢筋的配置3、中小跨径桥梁梁设计中