桥梁施工技术讲义全套

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。这是我国公公路和城市桥桥梁级别划分分的依据。2．按桥梁的结结构体系划分分根据结构体系系及其受力特特点，桥梁可可划分为：梁式桥拱式桥刚架桥悬索桥斜拉桥组合体系桥1）梁式桥梁式桥是古老老的结构体系系之一。梁作作为承重结构构，主要是以以其抗弯能力力来承受荷载载。在竖向荷荷载作用下，，其支承反力力也是竖直的的，一般梁体体结构只受弯弯、受剪，不不承受轴向力力。开封黄河大桥桥1989望城沩江桥1980京周公路哑吧吧河桥1956云南六库怒江江桥19912）拱式桥拱式桥的主要要承重结构是是具有曲线外外形的拱(其拱圈的截面面形式可以是是实体矩形、、肋形、箱形形、桁架等)。在竖向荷载载作用下，拱拱主要承受轴轴向压力，同同时也承受弯弯矩、剪力。。支承反力不不仅有竖向反反力，也承受受较大的水平平推力。2）拱桥湖南凤凰县乌乌巢河桥1990年贵州剑河桥1985，无锡民主桥桥1969万县长江大桥桥1997上海卢浦大桥2005钱塘江四桥2004年巫山长江大桥2005广州丫髻沙大桥20003）刚架桥刚架桥(也称为刚构桥)是指梁与立柱(墩柱)或竖墙整体刚性连连接的桥梁其主要要特点是：立柱具具有相当大的抗弯弯刚度，故可分担担梁部跨中正弯矩矩，达到降低梁高高、增大桥下净空空的目的。广东虎门辅航道桥桥1999广东番禺洛溪大桥桥1988重庆石板坡长江大大桥复线桥2006桂林雉山漓江大桥桥19844）悬索桥悬索桥(也称为吊桥)主要由索(又称缆索)、塔、锚碇、加劲劲梁等组成。青马大桥1997润扬长江大桥2005日本明石海峡大桥桥1998美国金门大桥19375）斜拉桥斜拉桥是由梁、塔塔和斜索(拉索)组成，结构形式多多样，造型优美壮壮观。在竖向荷载载作用下，梁以受受弯为主，塔以受受压为主，斜索则则承受拉力。法国米约高架桥,2004年法国的诺曼底桥1994南京长江三桥2005苏通大桥2008６)组合体系桥将上述几种结构形形式进行合理的组组合应用，即形成成组合体系桥梁。。常见的组合方式式是梁、拱结构的的组合，梁、拱、、吊组合体系。同同时具备梁的受弯弯和拱的承压特点点，可以是刚性拱拱及柔性拉杆，也也可以是柔性拱及及刚性梁。６)组合体系桥3．桥梁的其他分类类1）按桥梁上部结构构的建筑材料分桥梁可分为木桥、、石桥、混凝土桥桥、钢筋混凝土桥桥、预应力混凝土土桥(有时三者统称混凝凝土桥)、钢桥等。2）按用途分桥梁可分为公路桥桥、铁路桥、公铁铁两用桥、人行桥桥、给水桥(渡桥)和供油、供气、供供煤气的管道桥等等。3）按跨越障碍分桥梁可分为跨河桥桥、跨谷桥、跨线线桥和高架线路桥桥等。4）按桥面位置分按上部结构的行车车道位置，分为上上承式桥、中承式式桥、下承式桥和和双层桥。5）按制造方法分混凝土桥分现场浇浇筑和装配式两类类。后者的构件在在工厂(场)中预制，运往工地地拼装架设，其优优点是：可使桥梁梁制造工业化、机机械化，降低成本本，提高速度，而而且质量也有保证证。也有两者结合合的装配、现浇式式混凝土桥。钢桥桥一般都是装配式式的。6）其他特殊桥梁有活动桥、军用桥桥、漫水桥等。活活动桥是桥跨结构构可以移动或转动动，以扩大或开放放桥下自由通道的的桥梁，多用于河河流下游靠近入海海的港口处。1）按桥梁上部结构构的建筑材料分木桥漳州虎渡桥，石梁梁桥丹河特大桥，石拱拱桥无锡卫东桥，双曲曲拱桥1）按桥梁上部结构构的建筑材料分厦门钟宅湾桥，钢钢拱桥巫山长江大桥，钢管拱昭化嘉陵江大桥，，钢筋混凝土拱桥重庆长江大桥，预预应力混凝土1）按桥梁上部结构构的建筑材料分南京长江三桥，钢钢箱梁，钢塔柱九江长江大桥南京长江大桥钢梁梁施工日本大阪港大桥2）按用途分公路桥铁路桥公铁两用桥2）按用途分人行桥渡槽（水桥）管桥3）按跨越障碍分立交桥跨河桥跨谷桥跨线桥4）按桥面位置分4）按桥面位置分双层桥5）按制造方法分现场浇筑5）按制造方法分装配式梁桥6）其他特殊桥梁开启桥6）其他特殊桥梁三、桥梁的建设与与发展概况桥梁是道路的组成成部分。从工程技术的角度度来看，桥梁发展展可分为古代、近近代和现代三个时时期。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桥梁设计与建设程程序桥梁的规划设计需需考虑的因素很多多，涉及工程地区区的政治、经济、、文化以及人文环环境，特别是对于于工程比较复杂的的大、中桥梁，是是一个综合性的系系统工程。因此必必须建立一套严格格的管理体制和有有序的工作程序。。基本建设程序分为为前期工作和正式式设计图1-2-1设计阶段与建设程程序关系图任务3桥梁的规划与设计计一、桥梁设计的基基本原则1．安全2．适用3．经济4．美观5．技术先进6．环境保护和可持持续发展二、桥梁布置及净净空要求1．桥梁平面布置。。桥梁设计首先要要确定桥位，按照照《公路工程技术标准准》(JTGB01-2003)的规定，小桥和涵涵洞的位置与线形形一般应符合路线线的总走向。2．桥跨和孔径。桥桥梁纵断面设计包包括确定桥梁的总总跨径、桥梁的分分孔、桥面的标高高、桥上和桥头引引道的纵坡以及基基础的埋置深度等等。二、桥梁布置及净净空要求3．桥下净空。合理理的桥面标高必须须根据设计洪水水水位、桥下通航(通车)净空的需要，并结结合桥型、跨径等等一起考虑。二、桥梁布置及净净空要求4．桥涵净空公路桥梁横断面的的设计，主要取决决于桥面的宽度和和不同桥跨结构横横断面的形式。桥桥面宽度取决于行行车和行人的交通通需要。三、桥梁设计方案案的比选作出一个经济、适适用和美观的桥梁梁设计方案，设计计者必须根据当地地的需要和技术条条件，因地制宜，，掌握国内外新技技术、新材料、新新工艺，才能科学学地得出最优的设设计方案。桥梁设设计方案的比选和和确定可按下列步步骤进行：1)明确各种标高的要要求2)桥梁分孔和初拟桥桥型方案草图3)方案初步比选4)详绘桥型方案图6)方案选定和文件汇汇总5)编制估算或概算任务4桥梁设计荷载桥梁结构设计的主主要内容之一就是是荷载的选定和计计算。根据它们作作用的性质和影响响程度的不同，将将桥梁作用归纳为为永久作用、可变作作用和偶然作用三类。一、永久作用永久作用亦称恒载载，它是在设计使使用期内，其作用用位置和大小、方方向不随时间变化化或其变化与平均均值相比可忽略不不计。永久作用包括结构构物自重、桥面铺铺装和附属设备的的重量、作用于结结构上的土重及土土侧压力、基础变变位作用、水浮力力、长期作用于结结构上的预应力以以及混凝土收缩和和徐变作用。结构自重、桥面铺铺装及附属设备等等附加重力均属结结构重力，结构重重力标准值可按常常用材料的重度计计算。对于公路桥桥梁，结构物的自自重往往占全部设设计荷载的很大部部分，例如当跨径径为20～150m时，结构自重约占占30％～60％以上，跨径愈大大所占比例愈高。。因此，采用轻质质、高强材料来减减小桥梁结构的自自重，应是桥梁建建设研发的方向。。二、可变作用可变作用是在设计计使用期内，其作作用位置和大小、、方向随时间变化化，且其变化与平平均值相比不可忽忽略的作用。如各各种车辆荷载等。。桥梁设计中考虑的的可变作用有汽车荷荷载和人群荷载。同时，对于汽车车荷载应计及其冲冲击力、制动力和和离心力。对于所所有车辆荷载，尚尚应计算其所引起起的土侧压力。此外，可变作用还还包括支座摩阻力力、温度(均匀温度和梯度温温度)作用、风荷载、流流水压力和冰压力力等。1．汽车荷载公路桥涵设计时，，汽车荷载的计算算图式、荷载等级级及其标准值、加加载方法和纵横向向折减等应符合下下列规定：1)汽车荷载分为公路路-I级和公路-Ⅱ级两个等级。2)汽车荷载由车道荷荷载和车辆荷载组组成。车道荷载由由均布荷载和集中中荷载组成。桥梁梁结构的整体计算算采用车道荷载，，桥梁结构的局部部加载、涵洞、桥桥台和挡土墙土压压力等的计算采用用车辆荷载。车辆辆荷载与车道荷载载的作用不得叠加加。3)各级公路桥涵设计计的汽车荷载等级级应符合表中的规规定。4)车道荷载的计算图图式如图所示。1．汽车荷载5)公路-I级和公路-Ⅱ汽车荷载采用相同同的车辆荷载标准准值1．汽车荷载主要技术指标。车辆荷载的立面、、平面布置6)车道荷载横向分布布系数应按设计车车道数如图所示布布置车辆荷载进行行计算。1．汽车荷载7)桥涵设计车道数应应符合表的规定定。多车道桥梁上上的汽车荷载应考考虑多车道横向折折减。1．汽车荷载8)大跨径桥梁应考虑虑车道荷载纵向折折减。当桥梁计算算跨径大于150m时，应按表1-4-6规定的纵向折减系系数进行折减。当当桥梁为多跨连续续结构时，整个结结构应按其最大计计算跨径的纵向折折减系数进行折减减。1．汽车荷载2．汽车荷载冲击力力车辆行驶过程中，，由于桥面不平整整、车轮不圆及发发动机振动等原因因，会使桥梁结构构引起振动，从而而使桥梁结构承受受比静荷载要大的的竖向荷载作用，，这种动力效应称称为车辆荷载冲击击力。3．汽车离心力车辆在弯道桥梁上上行驶时会产生离离心力，曲线半径径越小，离心力越越大，当弯桥的曲曲线半径小于或等等于250m时，应计算汽车荷荷载引起的离心力力。离心力标准值值为车辆荷载(不计冲击力)标准值乘以离心力力系数C。离心力系数按下下式计算4．汽车引起的土侧侧压力汽车荷载作用在桥桥台或挡土墙后填填土上，将引起填填土的破坏棱体对对桥台或挡土墙的的土侧压力，土侧侧压力可按下式换换算成等代均布土土层厚度(m)计算，公公式如下下：5．人群荷荷载设计有人人行道的的桥梁结结构，人人群荷载载的取值值规定如如下：当桥梁计计算跨径径L≤50m时，人群群荷载标标准值取取3.0kN／；当桥梁计计算跨径径L≥150m时，人群群荷载标标准值取取2.5kN／；当桥梁计计算跨径径在50及150m之间时，，人群荷荷载标准准值可由由线性内内插法求求得。6．汽车制制动力桥上汽车车制动力力是车辆辆在刹车车时为克克服车辆辆的惯性性力而在在路面与与车辆之之间发生生的滑动动摩阻力力。制动动力大小小与车辆辆和路面面间的摩摩阻系数数及汽车车荷载大大小有关关，考虑虑到刹车车常常只只出现在在一部分分车辆上上，且制制动力只只有同向向行驶的的汽车才才能叠加加，《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小于于165kN，公路路-Ⅱ级汽车车荷载载的制制动力力不得得小于于90kN。制动力力的着着力点点在桥桥面以以上1.2m处，计计算墩墩台时时，可可移至至支座座中心心线或或支座座底座座面上上。计计算刚刚构桥桥、拱拱桥时时，制制动力力的着着力点点可移移至桥桥面上上，但但不计计因此此而产产生的的竖向向力和和力矩矩。三、偶偶然作作用偶然作作用是是指桥桥梁结结构设设计基基准期期内不不一定定出现现，而而一旦旦出现现其量量值很很大且且持续续时间间较短短的作作用。。桥梁梁设计计考虑虑的偶偶然作作用有有地震震作用用、船船舶或或漂流流物的的撞击击作用用和汽汽车的的撞击击作用用。1．地震震作用用2．船舶