10《桥梁工程》1Word文档格式.docx

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是连续道路中断空间、跨越道路受阻障碍、传递交通流的道路工程结构物。

包括“桥”与“涵洞”两类工程建筑。

2、桥梁建设的意义

适应经济发展，满足交通运输需要，促进地区交流，加强民族团结，巩固国防等。

3、桥梁在道路工程中的地位

⑴数量上一般公路为３～５座桥涵／km；

山区公路为７～９座桥涵／km。

⑵造价上一般公路的桥涵占其公路总造价10～20％；

高等级公路的可达30％以上。

⑶工期上是全线施工工期的关键。

⑷重要程度上是交通运输的咽喉，是道路正常运输的关节。

⑸社会性上立交桥、城市桥成为当地经济、文化、政治的标志。

第一节桥梁的组成与分类

一、桥梁的基本组成与常用术语

㈠桥梁的基本组成

１、上部结构（或桥跨结构、或桥孔结构）

⑴定义桥梁结构中跨越障碍的主要承载结构，如梁桥的主梁，拱桥的主拱。

⑵作用连续中断的路线、承受交通荷载并将荷载产生的作用反力传递给墩台上的支座。

２、支座

⑴定义桥跨结构中墩台上支承主要承载结构的传力装置。

⑵作用传递上部结构的荷载作用，适应桥跨设计变位，联结上下部结构。

３、下部结构

⑴定义为桥跨中支承上部结构的桥墩、桥台。

⑵作用

①桥墩的作用是支承上部结构并将上部结构的作用反力传递给基础；

②桥台的作用是支承上构并衔接路堤、抵御路堤土压力、防止路堤填土的滑坡和坍落。

４、附属结构（设施）

⑴种类包括桥面系、伸缩缝、桥头搭板、桥台两侧锥坡、护岸以及导流工程等。

⑵作用保证桥梁结构的正常使用、防止路基边坡填土的滑坍、改变流水的流向以防止流水对桥梁的冲刷的构造物部分。

㈡桥梁结构的主要术语

１、跨径

⑴净跨径（l0）（见P.2）对于梁桥是设计洪水位上相邻两个桥墩或桥台之间的净距，对于拱桥是拱跨内两个拱脚截面最低点之间的水平距离。

⑵总跨径（Σl0）多孔桥梁中各孔净跨径的总和。

⑶计算跨径（l）对于梁桥是桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，对于拱桥是桥孔内两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。

⑷桥梁全长（L）（见P.3）为桥梁两端两个桥台的侧墙后端点之间的距离。

⑸标准跨径（lk）对于梁（板）桥梁，它是指相邻两桥墩中线间的距离或桥墩中线至桥台的台背墙前缘之间的距离；

对于拱桥梁，它是指该桥梁的净跨径。

（桥规给出了22种标准跨径。

）

２、高度

⑴桥梁建筑高度（h）它是行车道路面到上部结构最下缘之间的距离。

⑵容许建筑高度它是桥面标高与桥下通航净空界限顶面的垂直距离。

二、桥梁的分类

㈠按力学体系分

1、梁式体系，桥跨主要承重结构是主梁，主梁以受弯为主。

2、拱式体系，桥跨主要承重结构是主拱，主拱以受压为主。

3、悬吊体系，桥跨主要承重结构是悬吊索，悬吊索以受拉为主。

㈡按桥梁结构主要承重结构的受力情况分类

１、梁（板）桥（简称梁桥、板桥）

⑴结构：

如图1-1-3

⑵特点

①其主要承重构件是梁（板）；

②在竖向荷载作用下梁（板）支承处只产生竖向反力，在梁（板）内主要产生弯拉应力；

③结构简单、施工方便，能符合设计标准化、结构连续化、施工装配化。

⑶建材：

抗弯拉能力强的材料，如钢材、钢筋砼、预应力砼。

２、拱桥（简称拱桥）

如图1-1-4

①其主要承重构件是主拱圈；

②在竖向荷载作用下拱脚处除竖向反力外还有水平推力；

③拱圈内主要产生弯压应力。

抗弯压能力强的材料，如钢材、钢筋砼、砼、石料。

３、刚构桥

如图1-1-5（门式刚架a、T型刚构c、连续刚构d、斜腿刚构f）

①其主要承重结构是主梁（板）与墩台整体刚性联结的刚架结构；

②在竖向荷载作用下，其受力状态介于梁构和拱构之间；

③结构跨越能力较强，桥梁建筑高度较小，施工可向装配化方向发展。

４、斜拉桥

⑴结构：

如图1-1-6、1-1-7

①其主要承重结构是锚固在塔架上的斜拉索；

②斜拉索的竖向分力使主梁成为多跨弹性支点的连续梁；

斜拉索的水平分力给主梁施加了预压力；

③结构跨越能力大，结构轻巧，建筑高度小。

斜拉索为高强钢材，行车道梁可为钢箱梁、预应力砼箱梁或钢筋砼箱梁，桥塔为钢筋砼。

５、吊桥（悬索桥）

如图1-1-8

⑵特点

①其主要承重结构是悬挂在两边桥塔架上并锚碇在两岸台后的缆索；

②在竖向荷载作用下，缆索只承受拉力；

③桥构整体刚度较小、受荷变形和振动较大。

缆索为高强钢材，行车道梁可为钢箱梁、预应力砼箱梁或钢筋砼箱梁，桥塔为钢筋砼。

㈢按桥面行车道的位置分类（P.8）

１、上承式桥梁

如图1-1-4a

①其行车道位于其主要承重结构之上；

②构造简单、行车视野开阔；

③主要承重结构横向布置可进行经济优化，且施工简单。

２、下承式桥梁

如图1-1-4d

①其行车道位于其主要承重结构之下；

②易于满足桥下净高的设计要求、能改善桥头两端引道的纵断面线型、减少引道工程数量。

３、中承式桥梁

一般多为拱桥所采用，如图1-1-4c。

①其行车道位于主要承重结构的竖向中间的某一位置；

②对桥下净空和桥头引道工程可灵活优化；

③在不等跨拱桥中可以平衡桥墩受到的不相等恒载推力（如飞燕式拱桥）。

㈣按桥梁跨径分类（P.8）可分为以下五种类型：

①特大桥；

②大桥；

③中桥；

④小桥；

⑤涵洞。

（具体划分标准见P.3的表1-1-1）

㈤按桥梁的特性分类

１、按材料特性分①圬工（石、砼）桥；

②钢筋砼桥；

③预应力砼桥；

④钢桥。

２、按用途特性分①公路桥；

②铁路桥；

③公铁两用桥；

④城市桥；

⑤农用桥；

⑥人行桥；

⑦特种用途桥（渡槽）等。

３、按跨越障碍的特性分

①跨河桥；

②跨线桥（立交桥）；

③高架桥；

④栈桥（天桥）等。

４、按特殊条件分

①永久性桥；

②临时桥（便桥）；

③固定式桥；

④开合式桥；

⑤浮桥等等。

第二节桥梁的发展

一、桥梁发展的三次飞跃

1、19世纪中叶钢材引入桥梁，加大了工业化建桥的步伐；

2、20世纪初混凝土引入桥梁，促进了桥梁跨径的发展；

3、20世纪50年代计算机和有限元技术引入桥梁设计，推动了桥型的结构创新。

二、我国公路桥梁和城市桥梁的发展趋向

１、在结构体系方面总体上讲是“结构连续化、标准化”

２、在建桥材料方面总体上讲是“轻质高强”。

轻质砼和高强钢材。

３、在设计理论方面⑴结构的设计由弹性理论向塑性理论过度；

⑵安全系数由单一转向多项。

４、在砼工艺方面砼工艺由钢筋砼向预应力砼工艺发展

５、在工程施工方面总体上讲是“机械化、装配化”。

本章作业：

1-1-1、什么是桥梁？

1-1-2、桥梁建设的意义有哪些？

1-1-3、试论述桥梁在道路工程中所占的地位。

1-1-4、桥梁一般由哪四个基本部分组成？

各基本部分的主要作用是什么？

1-1-5、什么是桥梁的净跨径、计算跨径、标准跨径？

1-1-6、什么是桥梁高度、桥梁建筑高度？

1-1-7、什么是桥下净空、桥面净空？

1-1-8、按受力体系分，桥梁可分为哪三种基本体系？

各种体系的主要受力特点是什么？

1-1-9、按照主要承重结构桥梁可分为哪五种基本类型？

各种类型的主要受力特点是什么？

1-1-10、按桥面行车道的位置分，桥梁可分哪三种？

各种的特点是什么？

1-1-11、桥梁的发展历程了哪三次飞跃？

1-1-12、试从结构、建材、设计理论、砼工艺和施工上，论述我国桥梁的发展趋势是什么？

本章教学小结：

1、

2、

3、

第二章桥梁的总体规划设计

了解总体规划与设计要点、设计基本原则；

掌握纵断面，横断设计和平面布置；

方案比较

桥梁设计基本原则，平纵横断面设计方法与步骤

平纵横断面设计方法

第一节桥梁设计的基本原则

一、我国桥梁设计的基本原则

技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、同时应满足美观、环境保护和可持续发展。

二、设计基本原则的要求

1、“技术先进”的要求

⑴成熟的新结构、新设备、新材料、新工艺；

⑵充分利用最新科学技术成果。

2、“安全可靠”的要求

⑴桥构不仅要有足够的承载能力，还具有抵御突发事件的能力；

⑵不仅要有合理的桥面系结构，还必须满足交通的畅通、舒适。

3、“适用耐久”的要求

⑴既满足道路当前的使用功能，又照顾道路将来的发展；

⑵既满足一般条件下的要求，又满足特殊条件（战争、地震）下的要求。

4、“经济”的要求

⑴选择桥位的条件要好，建材能因地制宜；

⑵施工、维护方便，综合费用最省。

5、“美观”的要求

⑴桥型上，结构轮廓应与其周围环境相协调；

⑵施工上，应同时注重外观质量。

6、“环境保护和可持续发展”的要求

⑴桥梁建设与营运中，对桥位环境的保护；

⑵考虑桥梁和桥位地区的可持续发展的需要。

第二节桥梁平、纵、横断面设计

一、桥梁平面设计

㈠设计依据

1、公路工程技术标准；

2、路线等级、桥位路线线型、平曲线相关设计数据。

㈡直线桥与曲线桥的选择

⑴高等级道路上，大中桥梁在平面设计上应满足路线设计线性要素的要求，若桥位处于路线平面曲线上时应设计成曲线桥；

⑵公路为二级以下时，大中桥梁一般宜设计为直线桥；

⑶小桥一般设计成直线桥。

㈢正交桥与斜交桥的选择

⑴公路路线上的大中桥梁一般应设计成正交的桥跨；

⑵大中桥梁设计成斜交桥时，对于通航的河流斜度不宜大于5°

；

⑶小桥应设计成斜交桥时，斜度应小于45°

。

二、桥梁纵断面设计

㈠纵断面设计的内容

确定桥梁总跨径、桥梁分孔、桥面行车道标高、纵坡、基础埋置深度等。

㈡桥梁总跨径的确定

１、跨河桥梁总跨径的确定

⑴确定依据桥位水文；

河床地质；

基础埋置；

河岸地形等综合分析确定。

⑵基本原则（P.22D3）

２、跨线桥（或立交桥）总跨径的确定依据

⑴桥下道路的净空要求；

⑵上线桥头两端路堤顶高与下线路面之间的高差；

⑶自身桥型结构与桥位环境。

３、桥梁总跨径确定时应注意的一般要点（见P23，S2～S6）

⑴非坚硬岩基础时，浅基础的桥梁桥总跨径宜大，深基础总跨径可小；

⑵山区河流时，桥头路堤应不压缩河床；

⑶平原区的宽滩河流时，视桥位建桥条件，宜压缩。

㈢桥梁的分孔

1、桥梁经济分孔原则：

布跨分孔应使其上、下部结构的总造价趋于最低。

2、桥梁分孔时应注意的几个问题（见P.23，S13有5点）

⑴桥下通航（或通车）的要求；

⑵桥位地质、地形的要求；

⑶结构受力的要求。

㈣桥面行车道标高的确定

１、对于跨河桥

⑴在非通航和无流筏的河流上，桥下净空应符合的要求（见P.24，表1-2-1）；

⑵在通航和流筏的河流上，桥下净空应符合的要求桥位河道的通航净空要求（见表1-2-2）。

２、公路与公路立体交叉的跨线桥，桥下净高应符合下穿公路的净空要求：

公路等级：

高速公路一级二级三级四级

桥下净高：

5.00（M）5.00（M）5.00（M）4.50（M）4.50（M）

㈤桥面行车道纵坡的确定（见P.25，D8）

⑴小桥及明涵上的行车道纵坡应符合路线的设计纵坡；

⑵大、中桥首先应符合路线纵坡，当路线在桥位处的纵坡小于１％时、桥面纵坡应设双向纵坡；

⑶公路梁桥和拱桥的纵坡不大于4％；

城市桥的纵坡不大于3％；

⑷公路桥引道纵坡不大于5％；

城市桥引道纵坡不大于3％。

三、桥梁横断面设计

㈠桥面横断面的几何技术要求

桥面净宽一般包括行车道、非机动车道和人行道的宽度（绘图）。

１、公路或城市道路桥梁的行车道宽度（见P26表1-2-3、4、5、6、7）

⑴各公路等级要求的行车道宽度

公路等级:

高速公路一级二级三级

行车道宽:

3-净11.252-净7.5或72-净7或6.5

２、桥面横坡坡度的设置

⑴双向横坡：

1.5～3％；

⑵单向横坡：

符合路面设计的超高要求。

第三节桥梁设计与建设的程序

一、前期工作（项目可行性研究）

1、“预可”（预工程可行性研究）阶段

⑴该阶段应解决的问题必要性；

可行性；

经济性。

⑵该阶段的工作成果提交《预工程可行性研究报告》，供投资者决策是否采用该项目。

2、“工可”（工程可行性研究）阶段

⑴该阶段应解决的问题规划、技术要求；

估算造价；

经济分析（来源、回报）。

⑵该阶段的工作成果提交《工程可行性研究报告》，供投资者决策是否采用该项目。

二、正式设计

1、初步设计阶段

⑴该阶段应解决的问题桥位地质、水文；

拟定2～3种桥梁结构方案；

进行方案比较。

⑵该阶段的工作成果提交《项目初步设计文件》，报项目主管部门审批。

2、技术设计阶段

⑴该阶段应解决的问题

对初步设计中的特大桥、新桥构的桥型进行优化设计，进行方案比较，提供技术支持。

⑵该阶段的工作成果是《技术设计文件》，它是特大桥、新桥构施工图设计的基本依据。

3、施工图设计阶段

⑴该阶段应解决的问题对初步设计阶段（或技术设计阶段）的确定方案进行结构施工图设计。

⑵该阶段的工作成果提交《工程施工图设计文件》。

第四节桥型方案比选简介

一、影响桥型的因素

1、独立因素

是设计任务书中已经明确的设计要求。

包括：

桥面净宽、桥下通航（通车）净空、荷载等级；

2、主要因素

是桥梁应满足的设计原则要求。

适用性、安全性、经济性、美观性；

3、限制因素

是桥梁建设中客观存在的与设计者、建设者和环境条件有关的因素。

它包括：

桥位的地质、地形、水文等自然条件，设计、施工技术水平，建筑材料，社会环境等要求。

二、桥型方案的比选步骤（P29S6）

1、明确桥位各种标高的要求

2、初步拟定桥型方案草图

3、桥型方案初选

对初步拟定的几种桥构草图进行技术、适用、经济、美观上的初步评估，筛选出２～３个具有可比性的桥型方案。

4、详绘各筛选出的桥型方案图（P30）

5、编制估算或预算

6、方案选定和文件汇总

⑴编制方案比较表（见表1-2-8）

⑵编写各方案的具有比较特性的说明：

①编制设计方案的主要依据；

②方案选择的具体理由；

③桥梁结构拟定的方法；

④方案的综合评价。

⑶绘制推荐方案桥型布置图。

1-2-1、桥梁设计的基本原则是什么？

1-2-2、试解释“技术先进”、“安全可靠”、“适用耐久”、“经济合理”各自的具体要求。

1-2-3、桥梁平面设计中，直线桥与曲线桥的选择是如何确定的？

1-2-4、桥梁纵断面设计包括哪些内容？

1-2-5、桥梁总跨径确定时应注意的一般要求有哪三点？

1-2-6、桥梁经济分孔原则是什么？

桥梁分孔时应注意哪些主要因素？

1-2-7、桥梁设计的基本步骤有哪两个主要阶段？

1-2-8、初步设计阶段应解决的问题是什么？

该阶段的工作成果是什么？

1-2-9、影响桥型方案的因素可归纳为哪三大类？

1-2-10、桥型方案的比选应遵循怎样的步骤？

第三章桥梁上的作用

了解桥梁上的作用包含荷载和影响力；

掌握桥梁设计规范中有关设计作用的规定

桥梁设计作用的规定、作用的效应组合

桥梁设计、验算作用的效应组合

3课时

1、施加在桥梁上的“作用”是指桥梁结构受到的荷载和影响力。

第一节桥梁设计时采用的作用

一、作用分类（P32表1-3-1）

⑴永久作用；

⑵可变作用；

⑶偶然作用。

二、永久作用

1、定义（见P32D3）指结构使用期限内，其值不随时间变化、或其变化与平均值相比可忽略不计的作用。

2、永久作用的种类及取值要点

⑴结构重力（№1）结构重力是结构自身重量。

其值为结构实际体积乘以相应建材的工程容重。

⑵预加应力（№2）对预应力砼桥梁，预应力应作为永久荷载参予结构受力计算。

⑶土的重力（№3）作用在桥梁墩台结构上的填土重力可按作用土体的重量取定。

⑷土侧压力（№4）作用在桥台结构四周的土的侧压力。

⑸砼收缩及徐变作用（№5）对于超静定砼桥梁结构，砼在收缩及徐变作用下将产生内力。

⑹水的浮力（№6）水对墩台的浮力，应根据墩台处的地基透水特性而取定。

⑺基础变位作用（№7）对于超静定结构的桥梁，应计算地基不均匀沉降对结构产生的影响力。

三、可变作用

1、定义（见Ｐ33S13）指结构使用期内，其值随时间不断变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。

2、可变作用的种类及取值要点

⑴汽车荷载（№8）

①荷载等级与公路等级的关系（见表1-3-2）

②汽车荷载的组成：

a、车道荷载：

如图1-3-1，见Ｐ33D12-D3；

b、车辆荷载：

如图1-3-2，见Ｐ33D2

③加载方式

a、车道荷载（为设计荷载）用于桥梁结构内力的全过程计算中；

b、车辆荷载（为验算荷载）用于桥梁结构中重要构件的内力计算；

c、车道荷载计算的内力不得与车辆荷载计算的内力进行叠加；

d、横桥向汽车荷载的布置采用车辆荷载，按图1-3-3和表1-3-4的要求进行；

e、汽车荷载的折减，见表1-3-5，1-3-6。

⑵汽车冲击力（№9）

①冲击力计算为冲击系数（μ）与设计汽车荷载（Ｐ汽）的积。

②冲击系数（μ）

a、定义：

是汽车荷载对桥梁结构产生的坚向动力效应的增大系数。

b、取值：

根据桥跨结构的自振频率（基频）f，按式1-3-1计算；

当计算主梁的悬臂板时，μ=0.3。

⑶人群荷载（№12）

①取值要求（见P35D2）。

②布载：

人群荷载在横桥向只满布于人行道净宽，在纵向应布于使结构产生最不利荷载效应的跨段。

⑷汽车离心力（№10）

①取值：

其大小为Ｈ＝Ｐ*CC是离心力系数，见式1-3-3

②要求：

当弯道桥的平曲线半径等于或小于250米时，需计算该作用的影响。

⑸汽车荷载引起的土侧压力（№11）

将汽车荷载换算为等代均布土层厚度h（见式1-3-4），再按桥规主动土压力计算。

⑹汽车制动力（№13）

①取值要求（见P36D3）

⑺风荷载（№14）取值及要求见桥规。

⑻流水冲压力（№15）取值及要求见桥规。

⑼流冰压力（№16）取值及要求见桥规。

⑽温度作用（№17）分为均匀温度效应和梯度温度效应，温度影响力的计算见后续有关章节。

⑾支座摩阻力（№18）F=μW见式1-3-5

四、偶然作用（P42D3）

1、定义（见Ｐ42D2）是指在结构使用期内，有可能偶然出现的、其作用值很大的、而且作用持续时间很短的作用。

2、偶然作用的取值及要点

⑴地震作用（№19）

桥梁所受到的地震力是指地震引起的结构惯性力。

地震作用应根据桥位的地震列度、桥梁结构型式，按抗震规范进行取值。

⑵船只的撞击作用（№20）

对于跨河桥梁，当船只或漂流物撞击桥构时产生的影响力，其值的取定见桥规。

⑶汽车的撞击作用（№21）

对于跨线桥或立交桥，当下穿的车辆撞击桥构时产生的影响力，其值的取定见P43D20。

第二节作用效应组合

一、基本概念

1、作用效应组合的定义

桥梁结构在设计使用期限内可能同时受到的、桥规规定的几种特定作用各自效应内力的加权之和称为作用效应组合。

2、公路桥梁设计方法中的两种极限状态

⑴承载能力极限状态

①理论基础：

塑性理论。

②用途：

用于结构设计的强度计算，确保结构的安全性。

⑵正常使用极限状态

弹性或塑性理论。

用于结构的刚度与稳定性验算，确保结构的适用性和耐久性。

二、作用效应组合计算

1、极限状态的设计原则

作用效应不利组合的设计值应小于或等于结构抗力的设计值（见式1-3-8）。

2、承载能力极限状态的作用效应组合

⑴基本组合（P45D10）

①用途：

对桥梁结构的常规设计计算，所有桥涵设计都要用该组合。

②计算表达式：

见式1-3-9a。

⑵偶然组合（P45D5）

在桥梁使用中突然受到偶然作用时的特殊情况下，对桥梁结构的设计验算。

见式1-3-9b。

3、正常使用极限状态的作用效应组合

⑴短期效应组合（P46S6）

对桥梁结构的挠度、抗裂性、裂缝宽度的设计计算。

见式1-3-10。

⑵长期效应组合（P46S13）

①用途：

（同上）；

见式1-3-11。

1-3-1、试说明桥梁设计的“作用”与“荷载”二者的含义及区别。

1-3-2、公路桥梁设计作用分为哪三类？

各类作用的定义是什么？

1-3-3、公路桥梁设计中的汽车荷载有哪两种？

其中车道荷载由哪两个作用力组成？

1-3-4、人群荷载在横桥向与纵桥向应怎样布载？

1-3-5、公路桥梁设计方法中有哪两种极限状态？

各自的用途是什么？

1-3-6、作用效应组合的定义是什么？

1-3-7、按承载能力极限状态设计时的作用效应组合有哪两种？

1-3-8、按正常使用极限状态设计时的作用效应组合有哪两种？

第四章桥面系布置与构造

了解桥面铺装、桥面排水设施、桥面伸缩缝、人行道、栏杆和灯柱的构造

各种桥面构造的作用以及各桥面构造设施的适用场合

桥面连续

一、桥面布置

1、桥面系包括的构造（图1-4-1）

桥面铺装层、防水和排水设施、伸缩缝与桥面连续、人行道、栏杆、灯柱等。

2、桥面布置设计的意义

⑴保证桥梁使用功能的正常发挥，并满足交通流通行的安全；

⑵保护主要承重结构；

⑶展示桥梁的美观。

3、桥面布置的型式

⑴双向车道布置

一般公路桥、城市桥。

②基本布置：

（图