桥梁工程教案Word文档下载推荐.doc
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隋大业初年，李春所创。
空腹式圆弧形石拱桥，净跨37.02米，宽9米，拱矢高7.23米。
像这样的敞肩拱桥，欧洲19世纪中叶才出现，晚1200年。
（5）组合式梁桥：
1169年，广东潮安县湘子桥：
长517.95米，19孔，上部有石拱、木梁、石梁等多种形式。
中间有18条浮船组成长97.3米的开合式浮桥。
历史上最早的开合式桥，石桥之长，石墩之大，桥型之多，施工条件之难，工程历时之长均为古代建桥史上罕见。
（6）1840年鸦片战争后至新中国成立：
桥梁建设大部分是外国投资，洋人设计，外商承包。
解放前，公路桥梁多为木桥，年久失修，破烂不堪。
当时我国修建的公路钢架桥，吊桥和钢筋砼拱桥等，与当时世界水平相比相去甚远。
（7）新中国成立后：
桥梁建设突飞猛进，修复和加固了许多老桥，又修建了大量新桥。
1957年，武汉长江大桥，“一桥飞架南北，天堑变通途”。
公路铁路两用桥全长1670.4米，正桥三联3×
128m，连续钢桁梁，双线铁路，上层公路桥面宽18米，两侧各设2.25米人行道。
1969年，南京长江大桥，我国自行设计、施工、建造，国产高强钢筋。
公铁两用桥，上层公路，下层铁路。
铁路部分全长6772米，公路部分全长4589米。
正桥除北岸第一孔为128米简支钢桁梁外，其余9孔3联3×
160米的连续钢桁梁。
我国建桥技术达到国际水平。
我国桥梁史上一个重要标志。
1958年以来：
因地制宜修建了大量的石拱桥，有的跨径已超过100米，1969年我国首创双曲拱桥，最大跨径达到150米。
全国各地建造了许多各具特色的拱桥。
在拱桥施工技术方面，除了有支架施工，对于大跨径拱桥，广泛采用了无支架施工。
钢筋砼与预应力砼梁式桥，刚架桥获得了很大进展。
中小型梁式桥设计实现了标准化，跨径进一步增大，施工技术越来越先进。
最近几年，一些适合大跨度的桥梁型式相继建成。
（8）进一步发展：
材料多样化，桥型多样化，大跨度，施工机械化，设计标准化，电算化，管理科学化。
1.1.3国外桥建史
早在罗马时代，欧洲的石拱桥艺术在世界桥梁史上抒写了灿烂的篇章。
意大利文艺复兴后，特别是18世纪工业革命，促进了工业的发展，促进了桥建技术方面的空前发展。
（1）圬工拱桥：
1855年起法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的拱桥。
1899-1903年在卢森堡建成了跨度为84米的石拱桥。
1870年德国建造了一批水泥砼拱桥。
1946年瑞典建成了目前世界上跨度最大的石拱桥。
（2）钢筋砼拱桥：
从19世纪末到20世纪50年代，钢筋砼拱桥无论在跨度，结构体系和主拱圈界面形式上均有很大发展。
1873年法国的约瑟夫莫尼尔首创建成了跨度为390米的柯尔克大桥。
（3）钢筋砼和预应力砼梁桥：
从小跨径到大跨度发展，钢筋砼梁桥自重大，跨度小。
预应力砼桥发展较快：
1928年法国福莱西奈将预应力技术付诸实施，1948年，法国用预应力修复了马恩河上的五座桥梁。
1952年，西德莱茵河上的沃伦姆斯桥；
1962年，莱茵河上的本道尔夫桥，悬臂施工，中跨208米；
1976年，日本连续钢架桥－浜名大桥，55米+140米+240米+140米+55米；
1980年菲律宾的科勒－巴贝尔塞浦桥，中跨240.8米。
连续梁桥，采用顶推法施工。
（4）吊桥和斜拉桥：
世界上第一座有钢筋砼主梁的斜拉桥为1925年西班牙的跨越谭伯尔河的水道桥，跨度60.35米。
1962年，委内瑞拉马拉开波湖大桥，预应力砼斜拉桥，主桥跨径160+5×
235+160（M）；
西班牙的路那巴里噢斯桥，中跨跨径440米，采用双面辐射型密索布置，斜拉桥；
1937年，美国旧金山金门大桥，主跨达1280米，钢吊桥。
（5）国外桥建发展方向：
材料：
砼向轻质、高强、耐久方面发展（高性能砼）；
预应力筋，高强、低松弛、耐腐蚀、强粘结、便于拼接。
施工方法：
快速简便，工业化制造，采用大型架设、起吊机具。
设计方面：
40米跨度以内，趋于标准化，80米以上和稍大跨度，重点采用个别优化设计和构造方案，以利于总结经验，不断提高经济指标。
设计理论：
容许应力→极限状态→概率极限状态；
简化平面设计→空间立体→优化设计
1.2桥梁的组成和分类
1.2.1桥梁的基本组成部分和作用
（1）基本组成和作用
上部结构（又称桥跨结构）：
线路中断时跨越障碍的建筑物，包括承重结构和桥面系。
主要承受车辆和人群荷载，并通过支座把荷载传递给桥墩、桥台。
下部结构（包括桥墩、桥台）：
支撑上部结构的建筑物，并把上部结构传来的荷载连同自身重量较均匀的传递给基础。
同时桥墩还起着联系相邻桥跨的作用，桥台起着与道路衔接的作用。
基础：
介于下部结构和地基之间的结构物。
承受上部结构、下部结构传来的荷载，并将荷载连同自身重量传递给地基。
附属工程：
护坡、护岸及各种导流工程等。
防止路堤被水冲刷，维护路堤边坡稳定，引导水流顺畅通过桥孔等。
（2）桥梁结构主要组成名称、术语和主要尺寸
净跨径：
梁桥，设计洪水位上相邻两个桥墩或桥台之间的净距；
对于拱桥，每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。
总跨径：
各孔净跨径的总和，又称桥梁孔径，反映桥下泄洪能力。
计算跨径：
有支座的桥梁，指桥跨相邻两支座中心的距离，拱桥为两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。
拱轴线：
拱圈各截面形心点的连线。
桥梁全长：
两个桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离；
无桥台的桥梁为桥面系行车道全长。
桥梁高度：
桥面与低水位之间的高差或桥面与桥下线路路面之间的距离。
桥下净空高度：
设计洪水位或计算道航水位至上部结构最下缘之间的距离。
建筑高度:
行车路面或轨顶标高至上部结构最下缘之间的距离。
净矢高：
从拱顶截面下缘到相邻两拱脚截面下缘最低点之间连线的垂直距离。
计算矢高：
拱顶截面形心点到相邻两拱脚截面形心连线的垂直距离
矢跨比：
计算矢高与计算跨径之比
标准跨径：
对于梁桥为桥墩中心线之间或桥墩中心线至桥台台背前缘的距离，对于拱桥，同净跨径。
涵洞：
宣泄路堤下水流的构造物。
1.2.2桥梁的主要类型
（1）按受力体系分类：
①梁式桥（BeamBridge）：
垂直荷载作用下无水平反力结构。
主要承重构件为梁或板，梁式桥属于受弯构件，在拉区配主筋承受拉力。
梁式桥又分为简支梁桥，悬臂梁桥和连续梁桥三种基本类型。
②拱桥（ArchBridge）：
竖向荷载作用下，墩台承受较大水平推力，主要承重结构是拱圈或拱肋，弯矩和变形较小，以受压为主。
拱桥按行车系位置不同可分为上承式、下承式和中承式三种类型。
③刚架桥（Rigid-FrameBridge）：
上、下部结构连成整体，梁柱连接处具有很大刚性。
在竖向荷载作用下，墩台承受竖向反力、弯矩和水平力，属于压弯构件。
④缆索承重桥（CableSupportedBridge）：
自重轻，刚度差，较大变形和振动。
在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大拉力。
或者缆索直接承受拉力，具有水平反力的结构。
⑤组合体系桥（CombinedBridge）：
梁、拱、吊不同组合。
梁-拱组合、梁-索组合。
（2）其他分类：
①按用途分：
公路、铁路、公铁两用、农用桥、人行桥、运水桥
②按全长和跨径分：
特大桥、大桥、中桥和小桥。
③按主要承重结构材料分：
圬工、钢筋砼、预应力砼、钢桥
④按跨越障碍物的性质分：
跨河、线、高架桥、栈桥
⑤按上部结构的行车道位置分：
上承式、中承式和下承式
⑥按使用性质分为：
临时、半永久、永久、浮桥、开启桥、漫水桥
⑦按梁轴线与河流相交的角度分：
正交和斜交桥。
习题1
1.桥梁主要由哪几部分组成？
各部分作用是什么？
2.简述桥梁的分类。
3.解释桥梁工程常用名词和术语。
第二章桥梁总体规划和设计原则、程序
本章主要讲述桥梁总体规划的原则和设计程序，桥梁平面设计、纵断面设计和横断面设计的基本要求，要求学生重点掌握桥梁设计的基本要求和桥梁纵横断面、平面布置的原则。
2.1桥梁设计原则和基本设计资料
2.1.1设计的基本要求
（1）使用上的要求：
安全、适用、耐久
（2）经济上的要求：
技术经济比较，经济合理
（3）结构尺寸和构造上的要求：
要有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性
（4）施工上的要求：
便于制造和架设，施工安全
（5）美学上的要求：
与周围景观协调，优美的外形
（6）环境保护和可持续发展
2.1.2设计资料的调查
主要调查内容应包括：
（1）桥梁的使用任务；
（2）桥位附近的地形；
（3）桥位地质情况；
（4）河流的水文情况；
（5）当地建筑材料的来源和供应；
（6）施工单位技术水平、装备；
（7）当地气象资料；
（8）新建桥位上、下游有无老桥
2.2桥梁纵、横断面设计和平面布置
2.2.1桥梁纵断面设计
确定桥梁总跨径、桥梁分孔、桥道标高、桥上和桥头引道纵坡、基础埋深等
（1）总跨径：
满足桥下泄洪要求，使河床、河岸不致遭受过大冲刷。
（2）桥梁分孔：
分孔后的孔径必须保证设计洪水频率和水流中夹带着的泥石、冰块、木材及其他漂浮物能安全通过桥孔。
最经济的分孔方式是使上下部结构的总造价趋于最低。
桥梁分孔以奇数为美，尽可能的采用等跨径。
分孔要考虑使用任务、地形与环境、河床地质、水文等情况，经技术经济比较确定。
（3）桥道标高：
跨河桥，保证桥下通航和排洪要求；
跨线桥，确保桥下行车安全。
（4）基础埋深：
为防止墩台基础四周和基底下土层被冲刷掏空，造成墩台失稳，桥梁基础必须埋置在设计洪水最大冲刷线以下一定深度，以确保基础稳定性。
规范有各种基础埋深的最小值的规定
（5）纵坡设置：
桥上不大于4%，桥头引道不大于5%
2.2.2桥梁横断面设计
确定桥面宽度、桥跨结构横断面布置等。
（1）桥面宽度：
取决于行车和行人的交通需要。
桥面净宽包括行车道、人行道和自行车道的宽度
（2）横断面布置：
按不同结构类型，视具体情况而定。
（3）横坡设置：
从桥面中央倾向两侧1.5%-3%的横向坡度。
2.2.3平面布置
桥梁线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳通过。
尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交。
但对于一般小桥，也允许斜交，斜度不宜大于45°
，在通航河流上不宜大于5°
。
2.3桥梁设计与建设程序
基本建设程序分为前期工作和正式设计两大步骤。
（1）“预可”阶段：
建桥的必要性以及宏观经济上的合理性－上报立项问题。
（2）“工可”阶段：
桥梁规模、技术标准和科研立项。
（3）设计阶段：
一般桥梁按两阶段设计：
初步设计：
用以编制设计文件。
该阶段主要选择桥址、桥长、桥型和初步尺寸，方案比较，编制材料用量和造价的预算指标。
报上级部门审批。
施工图设计：
具体化的技术文件，桥梁各部分构件进行详细设计计算，绘制施工详图，编制施工组织设计和施工预算。
对于重要或新型大桥，根据需要可增加“技术设计”
2.4桥梁设计方案的比较
2.3.1拟定桥梁图式
制定设计方案，并经过初步综合分析和判断，剔除明显不合理的图式。
2.3.2编制方案
提供各个中选图式的技术经济指标，以便比较判断，科学决策。
指标主要有：
主材用量、劳动力数量、全桥造价、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、要否特种机械、美观等。
有定量的，有定性的。
2.3.3方案比选
各种决策方法可供利用。
在方案比选中，除了绘制方案比较图外，还应编写方案比较说明书：
编制方案原则，拟定图式理由，方案比较的综合评述，推荐方案的详细说明等。
习题2
1.桥梁设计应满足哪些基本要求？
2.桥梁的平面设计、纵断面设计和横断面设计的主要内容有哪些？
3.简述桥梁结构的设计程序。
4.简述桥梁设计方案比选的步骤。
第三章作用及作用效应组合
本章主要讲述桥梁设计规范中关于作用的有关规定，是本书的重点章节，要求学生掌握桥梁作用的分类、各类作用的计算方法及作用效应的组合原则。
3.1作用的分类
3.1.1作用的定义
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）：
作用于桥梁上的荷载和引起结构外加变形或约束变形的原因统称为作用。
作用是施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，前者称直接作用或荷载，后者称间接作用。
3.1.2作用的分类
（1）永久作用（恒载）
设计使用期内，其作用位置、大小和方向不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。
包括：
自重、桥面铺装及附属设备、作用在结构上的土重和土侧压力、基础变位的影响力、水浮力、长期作用于结构上的人工预施力、砼收缩和徐变的影响力。
（2）可变作用（活载）
设计使用期内，其作用位置、大小和方向随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。
车辆荷载和人群荷载、汽车制动力，支座摩阻力，风力，流水压力，温度影响力，冰压力等
（3）偶然作用
设计使用期内不一定会发生，但一旦出现，其持续时间短而数值大。
包括地震力、船只或漂浮物的撞击力、汽车撞击力。
公路桥梁抗震设防：
设计地震烈度8度。
但连续梁桥、T形刚构等宜用设计烈度7度。
有抗震要求的桥梁应按地震力作用进行强度和稳定性验算。
验算时只计恒载产生的地震力。
3.2作用的选定和作用效应组合
3.2.1作用的代表值
作用具有随机性，作用代表值是为结构设计而给定的量值。
作用的代表值：
标准值、频遇值和准永久值。
永久作用的代表值：
标准值
可变作用代表值：
承载能力设计－标准值；
正常使用极限状态－频遇值、准永久值
标准值；
频遇值系数；
准永久值系数
偶然作用代表值：
3.2.2作用的设计值
设计值＝标准值×
作用分项系数
3.2.3作用效应组合
所有作用并非同时作用于桥梁上，因此应考虑各种可能的作用组合：
（1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计
①基本组合：
永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合
注：
要求理解掌握公式中各字母代表的涵义。
②偶然组合：
永久作用的标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合
（2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计
①作用短期效应组合：
永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合
②作用长期效应组合：
永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合
3.3作用的规定与计算
3.3.1永久作用
（1）结构重力：
体积×
重度
（2）预加力：
（3）土的重力和土侧压力：
（4）水的浮力：
（5）混凝土的收缩与徐变作用、基础沉降：
3.3.2可变作用
（1）汽车荷载及其影响力
①汽车荷载
汽车荷载分为公路Ⅰ级和公路Ⅱ级两个等级，由车道荷载和车辆荷载组成。
车道荷载由均布荷载和集中力组成，桥梁结构整体计算采用车道荷载，桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载，两种荷载的作用不得叠加。
高速公路和一级公路设计：
公路Ⅰ级；
二级以下公路设计：
公路Ⅱ级
汽车荷载的加载规定：
车道荷载的纵向加载为均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；
集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。
横向分布系数应按设计车道数布置车辆荷载进行计算。
汽车荷载的折减规定：
多车道折减系数，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应；
桥梁计算跨径大于150m时，纵向折减系数。
②汽车冲击力
汽车以较高速度通过桥梁时，由于荷载的动力作用使桥梁发生振动而造成内力加大的现象称为冲击作用，以冲击系数计及荷载冲击作用。
③汽车离心力
曲线半径小于等于250m时，计及离心力。
其值＝车辆荷载标准值×
离心力系数
离心力的着力点在桥面以上1.2m处。
④汽车引起的土压力
车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力，可换算成等代均布土层厚度计算：
计算涵洞顶车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下作300角分布。
几个车轮的压力扩散线重叠时，扩散面积以最外边的扩散线为准。
⑤汽车制动力
制动力是汽车在桥梁上制动时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力。
由于一行汽车不可能同时刹车，所以制动力不等于摩擦系数乘以桥上全部车道荷载。
《桥规》规定：
一个设计车道上汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10％计算，但公路Ⅰ级不得小于165KN,公路Ⅱ级不得小于90kN，同向行驶双车道为单车道的2倍，同向行驶3车道为一条设计车道的2.34倍，同向行驶4车道为一条设计车道的2.68倍.
制动力的方向为行车方向，着力点在桥面以上1.2m处。
各种支座传递的制动力按《桥规》采用。
（2）人群荷载：
（3）风荷载：
（4）流水压力：
（5）温度作用：
（6）支座摩阻力
3.3.3偶然作用
（1）地震作用：
（2）撞击作用（船舶、漂浮物及汽车）：
习题3
1.作用分为哪几类？
各类作用的涵义是什么？
2.什么是作用的代表值？
主要代表值有哪些？
3.为什么要进行作用效应组合？
按承载能力进行设计时基本组合表达式中各字母的涵义是什么？
4.简述桥梁设计规范中关于汽车荷载的有关规定。
5.什么是汽车荷载的冲击作用？
设计时如何考虑？
6.什么是汽车荷载的制动力？
7.为什么要考虑多车道横向折减和大跨径纵向折减？
第四章桥面布置与桥面构造
本章主要介绍桥面构造的组成，各组成部分的功能、设置原则、常用类型和构造细节。
要求学生重点掌握桥面铺装、桥面防水和排水和桥面伸缩缝等的作用、常用类型和构造。
4.1概述
桥面构造通常包括桥面铺装、防水和排水设施、伸缩缝、人行道（安全带）、缘石、栏杆和灯柱等。
桥面布置按道路等级、桥梁宽度及行车要求等条件综合确定：
（1）双向车道布置；
（2）分车道布置；
（3）双层桥面布置
4.2桥面铺装
4.2.1桥面铺装的作用与要求
作用：
保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨损，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。
要求：
足够的强度、良好的整体性以及抗冲击、耐疲劳、防水性、温度变化的适应性。
4.2.2桥面横坡的设置
迅速排除桥面雨水。
常用方法：
不等厚铺装层（T梁桥常用）；
墩台顶面做成双向倾斜的横坡（常用）；
行车道板做成双向倾斜的横坡。
4.2.3桥面铺装的类型
（1）沥青表面处置：
沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑成厚度不超过30mm的沥青面层，供车轮磨耗。
耐久性差，中低级公路桥梁上使用。
（2）沥青混凝土铺装：
直接铺5-8cm厚，沥青混凝土也可分层铺4-5cm+3-4cm（面层）
（3）普通水泥混凝土：
直接铺8cm以上，强度等级与桥面板混凝土等级接近，宜不低于C40，内设钢筋网（直径不小于8mm，间距不大于100mm）。
（4）防水混凝土铺装：
8-10cm厚防水混凝土。
为延长寿命再加铺2cm厚沥青表面处治作磨耗层。
（5）具有贴式防水层的水泥混凝土或沥青混凝土铺装：
贫混凝土三角垫层→抹平，硬化→涂一层热沥青+一层油毛毡→涂一层沥青胶砂+一层油毛毡→涂一层沥青胶砂（三油二毡）（1-2cm）→铺不低于C20的细骨料混凝土保护层→路面铺装（水泥混凝土或沥青混凝土）5cm。
4.3桥面防水、排水设施
迅速排除雨水，防止构件冻融破坏及钢筋腐蚀。
4.3.1桥面防水层
防止桥面雨水向主梁渗透，一般设在桥面铺装层与桥面板之间，伸缩缝处应连续铺设，不可切断；
纵向应铺过桥台背；
横向两侧应伸过缘石底面从人行道和缘石砌缝里向上叠起100mm。
类型：
（1）理清涂胶下封层：
（2）高分子聚合物涂胶：
（3）沥青或改性沥青防水卷材以及浸渍的无纺土工布等。
4.3.2桥面排水设施
纵横坡、泄水管。
泄水管设置原则：
（1）纵坡大于2%，桥长小于50m时不设。
（2）纵坡大于2%，桥长大于50m时，每隔10-12m设一个。
（3）纵坡小于2%，每隔6-8m设一个。
（4）沿行车道两侧对称排列或交错排列，离路缘石距离为20-50cm。
（5）跨线桥或城市桥梁设落水管（封闭式排水系统）。
（6）可以横向设置。
（1）金属泄水管：
（2）钢筋混凝土泄水管：
（3）塑料泄水管
4.4桥面伸缩缝与桥面连续
4.4.1桥梁伸缩缝
（1）作用：
保证桥跨结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩与徐变等影响下按静力图式自由变形；
使车辆在设缝处能平顺通过和防止雨水、垃圾泥土等渗入阻塞。
（2）设置位置：
两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间
（3）应满足的构造要求：
①自由伸缩和转动；
②牢固可靠；
③车辆行驶时平顺、无突跳和噪声；
④防止雨水渗入和及时排除，防止污物侵入和阻塞；
⑤易于安装、检查、养护和清理污物；
⑥造价低等。
（4）伸缩缝变形量：
特别注意：
伸缩缝附近的栏杆结构也要相应自由变形。
（5）伸缩缝类型：
对接式、钢制支承式、橡胶组合剪切式、模数支承式和无缝式伸缩缝五大类。
4.4.2桥面连续
将简支梁在伸缩缝处的桥面部分做成连续体。
基本构造参见教材P52.
4.5人行道、栏杆与灯柱
4.5.1人
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