桥梁工程基础知识

1桥梁工程基础知识2桥梁工程基础知识桥梁的组成：桥跨结构（上部结构）——它是线路跨越障碍时的主要承载结构桥墩和桥台（下部结构）——它们支承桥跨结构，并将荷载传至地基，位于桥中间的叫桥墩，位于桥两端的叫桥台附属结构——包括栏杆、灯柱、支座等按受力方式分——有梁式、拱式、悬吊式三种基本形式以及它们之间的各种组合形式。按用途分——有公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥及专用桥等。按桥长和跨度分——有特大桥、大桥、中桥、小桥等。按建桥的材料分——有石桥、钢筋混凝土桥、木桥、钢桥等。桥梁的分类：4.4.3.1桥梁工程图概述4.4.3.4斜拉桥4.4.3.2桥梁总体布置图4.4.3.3构件结构图桥位平面图主要表示道路路线通过江河、山谷时建造桥梁的平面位置，采用较小的比例绘制。它将桥梁和桥梁与路线连接处和地形、地物、河流、水准点、地质探孔等表达清楚，与路线平面图差不多。设计一座桥梁要绘制许多图纸，包括桥位平面图、桥位地质断面图、桥梁总体布置图、构件结构图等。桥位地质断面图是根据水文调查和地质钻探所得的水文地质资料绘制的桥位处的河床的水文地质断面图，包括河床断面、最高水位线、常水位线和最低水位线，作为设计桥梁、桥台、桥墩和计算土石方量的依据。主要表示桥梁与路线连接的平面位置，桥位中心里程桩，水准点，工程钻孔，以及桥梁附近的地形、地物等，作为桥梁设计和施工定位的依据。桥梁与路线连接的平面位置桥位中心里程桩水准点地形、地物桥位地质断面图主要用作设计桥梁、桥墩、桥台和计算土石方工程量的依据。主要表示河床断面线（用粗实线绘制），最高水位、常水位、最低水位，钻孔位置、间距、孔口标高和钻孔深度，土壤的分层（用细实线绘制）、标高和各土层的物理力学性质等。主要表示桥梁的型式、孔数、跨度、桥长、桥高，各部位标高，各主要构件的相互位置关系，桥面和桥头引道的坡度，桥宽，桥跨截面布置，桥梁线形及其与公路的衔接，桥梁与河流或桥下路线的相交情况，以及技术说明等。桥梁总体布置图由立面图、平面图和横剖面图三部分组成。平面图：采用掀土画法，表达桥面宽度和护栏、立柱、桥台的平面位置。立面图中还表达出桥位处的地质水文状况、墩台的埋置深度、墩台变截面处的标高。标尺：在绘制各构件的标高位置时都统一使用这个标尺。立面图：反映桥梁的特征和桥型。上部结构为预应力钢筋混凝土空心板简支板，两板端部留有4mm间隙。六孔桥，每跨20m，全长125.04m。中间为五个单排双柱式钢筋混凝土桥墩。下部结构：两端为钢筋混凝土桥台。——简支梁桥总体布置图横剖面图用1︰100的比例画出，较详细地表达出各片预应力钢筋混凝土空心板的位置及防撞护栏、桥墩的形式。为了满足施工和工程监理的需要，必须根据总体布置图采用较大的比例，绘制能完整清晰表达各个构件的形状、大小以及钢筋布置情况的构件图，称为构件结构图。仅画构件形状、大小，不画钢筋的构件图称为一般构造图。常用比例为1︰10~1︰50。斜拉桥是由斜索、主塔和主梁三部分组成的一个统一体，它可以减小主梁截面和增大跨度。立面图：采用1∶2000的比例只画外形轮廓，表达主桥的跨径、桥道纵坡、桥面中心标高以及塔柱的纵向形状和桩、桥墩基础的埋置深度、梁底、通航水位的标高尺寸等。横剖面图：用1∶500的比例，从跨中剖开，显示箱梁的断面形状和横隔梁的形状；拉索在塔柱上的分布情况与尺寸，及桥墩承台、基础的形状和高度尺寸，钻孔灌注桩的直径大小与数量，基础标高和桩的埋置深度等。平面图：采用1∶2000的比例绘制，表达桥面、人行道、塔柱断面和拉索；及桥墩的平面布置情况、桥墩承台的外形轮廓形状和桩的平面布置情况。主梁横断面图：采用1∶200的断面图，显示出单箱三室钢筋混凝土梁各部分的主要尺寸。14一、桥梁的组成与分类1.桥梁的组成2.桥梁的分类3.桥梁的主要类型15桥梁由四个基本部分组成上部结构下部结构支座附属设施16桥梁的组成图1-2-1桥梁的基本组成低水位通航水位路堤洪水位桥台桥墩护坡锥体基础桥跨结构支座117桥跨结构（上部结构）路线中断时跨越障碍的主要承载结构桥墩、桥台（下部结构）支承桥跨结构并将恒载和车辆荷载传至地基的建筑物基础桥墩（台）中使全部荷载传至地基的底部奠基部分18桥梁的基本附属设施包括桥面系伸缩缝桥头搭板锥形护坡19支座在桥跨结构和桥墩（台）的支承处设置的传力装置护坡路堤与桥台衔接处，在桥台两侧设置的石砌锥形体，保证边坡稳定20河流中的水位低水位高水位设计水位：按规定的设计洪水频率计算所得的高水位通航水位21净跨径设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距（梁桥），拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离（拱桥）计算跨径桥跨结构相邻两个支座中心距离（梁桥）,两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离（拱桥）22总跨径各孔净跨径之和桥梁全长两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离桥下净空设计洪水位或计算通航至桥跨结构最下缘的距离桥面净空桥梁行车道、人行道上方应保持的空间界限，公路、铁路、城市桥梁有相应的规定标准跨径相邻桥墩中线之间的距离（梁桥）232.桥梁的分类按跨径分类特大桥大桥中桥小桥涵洞24桥梁涵洞分类桥涵分类多孔桥全长L(m)单孔跨径L（m）桥梁分类多孔桥全长L(m)单孔跨径L(m)特大桥L1000L150小桥8≤L≤305≤l20大桥100≤L≤100040≤l≤150涵洞——l5中桥30L10020≤l40《公路工程技术标准》表1-125按桥面的位置分类上承式视野好、建筑高度大中承式下承式建筑高度小、视野差26赵州桥27虎门辅航道桥28上海卢浦大桥(中承式)幻灯片132930下承式拱桥31郑州黄河二桥32郑州黄河二桥(下承式)33郑州黄河二桥(下承式)夜景34郑州黄河二桥(下承式)夜景35天津解放桥(开启桥)36天津解放桥(开启桥)开启状态3738按用途分类公路桥铁路桥公铁两用桥人行桥39武汉长江大桥(公铁两用桥)40武汉长江大桥(公铁两用桥)41按承重结构材料分类木桥钢桥圬工桥钢筋混凝土桥预应力混凝土桥钢—混凝土组合桥42按跨越障碍的性质分类跨河桥立交桥高架桥栈桥43按桥跨结构的平面布置分类正交桥斜交桥弯桥44按结构体系分类梁式桥拱桥刚架桥吊桥斜拉桥（组合体系桥）45梁式桥桥台洪水位路堤通航水位低水位桥跨结构支座桥墩基础锥体护坡1图1-2-1桥梁的基本组成46拱桥图1-2-2拱式桥a)b)h47河南嵩县桥(桁架拱)48长沙湘江桥(双曲拱桥)49拱桥50万县长江大桥51刚架桥路面标高图1-2-3刚架桥a)b)52刚架桥53吊桥锚碇缆索吊杆塔架图1-2-4吊桥54缆索承重桥梁55润扬长江大桥56组合体系桥——梁拱组合图1-2-6梁拱组合体系梁拱立柱5758组合体系桥——斜拉桥图1-2-7斜拉桥概貌塔柱斜索主梁5960南京长江二桥61日本多多罗大桥62润扬长江大桥63二、桥梁的规划与设计基本原则1.桥梁的设计程序（大型桥梁）预可行性研究报告与工程可行性研究报告初步设计技术设计施工设计2.桥梁设计的一般原则野外勘测与调查研究工作桥梁纵横断面设计和平面布置6465桥梁的设计程序（大型桥梁）1、预可行性研究报告与可行性研究报告预可行性研究报告：在工程可行的基础上，着重研究建设上的必要性和经济上的合理性。可行性研究报告：在预可行性研究报告审批后，在必要性和合理性得到确认的基础上，着重研究工程上和投资上的可行性。66预可行性研究报告与可行性研究报告的主要内容1、工程必要性论证：评估桥梁建设在国民经济中的作用2、工程可行性论证：3、制定桥梁标准问题4、自然条件及周围环境问题5、桥式方案问题6、桥位问题6768经济可行性论证造价及回报问题资金来源及偿还问题二、初步设计进一步的水文、勘测工作桥式方案比选施工组织设计概算69三、技术设计技术补充勘探结构总体及细部的技术设计实施科研项目结构各部分详细的设计图纸修正概算四、施工设计施工钻探绘制施工详图编制工程预算701.3.2桥梁设计的一般原则野外勘测与调查研究工作调查研究桥梁的具体任务选择桥位绘制桥位地形图桥位地质钻探报告水文情况风向、风速及地震资料其他情况71桥梁纵横断面设计和平面布置桥梁纵断面设计确定总跨径一般桥梁：水文计算要求：排洪面积足够，冲刷小，缩短总长度浅基础：总跨大，路堤不压河床深基础：允许较大冲刷，总跨小7273桥梁分孔跨径越大，孔数越少，上部结构造价高，墩台造价低。最经济的分孔，使上下部结构的总造价最低。通航河流：满足通航要求平原区：主槽布置跨径大的通航孔山区深谷：加大跨径，可采用特大单孔跨越，减少中间桥墩不利地质段：移桥基，加跨径74多孔跨径的比例：钢筋砼三跨连续梁：中跨/边跨=1.00/0.80五跨连续梁:1.00/0.90/0.65多孔桥梁：奇数跨（结构对称）基础工程：在大桥施工中起控制作用，应减少基础数量，加大跨径。美观要求：整体规划桥梁分孔时应考虑75桥道标高、桥下净空及纵坡根据设计洪水位、桥下通航（通车）净空等需要，结合桥型、跨径等确定。梁桥梁底高出设计洪水位（包括壅水和浪高）不小于50cm，支座底面高出设计洪水位不小于25cm无铰拱桥拱脚淹没深度不超过拱圈矢高的2/3，拱顶底面高出设计洪水位1.0m76通航孔通航净空：在桥跨中垂直于流水方向所规定的空间界限（多边形图）立体交叉车辆净空高度（桥梁横断面设计）桥梁横断面设计桥面行车道净宽标准：2*净-7.5，2*净-7.0，净-7.0，净-6.0人行道宽度0.75m，1m，大于1m按0.5m的倍数增加77人行道、安全带：应高出行车道至少20~25cm弯道桥梁：按路线要求加宽、设超高桥面排水：设横坡1.5%~3%平面布置线形、桥头引道平顺曲线桥梁应符合路线规定尽量避免斜交，斜交角度不大于45078桥梁设计基本原则实用经济安全美观79桥梁的设计荷载1.桥梁设计荷载的分类2.规范中有关设计荷载的规定3.荷载组合801.桥梁设计荷载的分类永久荷载（恒载）结构物自重，桥面铺装，附属设施，土重，土侧压力，基础变位影响力，水浮力，预加应力，砼收缩徐变影响力。812、可变荷载基本可变荷载（活载）：汽车（含冲击力、离心力），平板挂车，履带车，人群及其土侧压力其它可变荷载：汽车制动力，支座摩阻力，温度影响力，风力，流水压力，冰压力，铁路桥：列车横向摇摆力，冻胀力82偶然荷载地震力，船只、漂流物的撞击力，施工荷载等83规范中有关设计荷载的规定永久荷载（恒载）跨径20~150m，自重占全部设计荷载的30~60%以上。跨径越大，比例越高。预应力：正常使用极限状态设计时计入承载能力极限状态设计时作为抗力收缩徐变：超静定混凝土桥梁84可变荷载车辆荷载计算荷载：公路桥涵设计的荷载标准中把大量、经常出现的汽车荷载排列成车队形式：公路Ⅰ级、公路Ⅱ级车道荷载：851.81.81.84.04.03.07.07.08.015.02.52.52.52.52.51.41.41.40.61.81.31.80.5100KN、150KN、200KN汽车的平面尺寸300KN汽车的平面尺寸550KN汽车的平面尺寸横向布置图1-4-2各级汽车的平面尺寸和平面布置（尺寸单位：m）86横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力的计算应采用车辆荷载。主梁、主拱和主桁架等的计算应采用车道荷载。进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载和车道荷载的作用叠加。87车辆荷载的影响力冲击力冲击作用：车辆以较高速度驶过桥梁时，由于桥面不平整、车轮不圆、发动机抖动等原因，使桥梁结构引起振动。冲击系数：1+µ88制动力制动力：汽车在桥上刹车时，为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力。1~2车道，按荷载长度内一行汽车车队总重的10%计算。但不小于一辆重车的30%。四车道增加一倍。89离心力曲线桥梁，