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二〇一〇级土木工程（交通土建）专业《桥梁工程》（Ⅰ）教案教师：文国华班级:1003307、308班课时:64学时湖南城市学院土木工程学院二〇一三年二月1课程名称桥梁工程（Ⅰ）使用教材桥梁工程主编邵旭东出版社人民交通出版（修订）时间2007专业班级1003307、3308授课时数总64课时；理论：64课时；实践：0课时；其他：0课时授课教师文国华授课时间2013年上学期成绩的考核为考试科，成绩按：作业（含平时）30分，考试70分计主要参考文献：1、高等院校土木工程专业系列教材《桥梁工程》主编王丽荣，2005年9月；2、高等学校教材《桥梁工程》主编范立础，1993年7月；3、高等学校教材《桥梁工程》主编姚玲森，1999年4月；4、国标《公路桥涵设计通用规范》2004年10月；5、国标《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》2004年10月；6、国标《公路圬工桥涵设计规范》2005年11月；7、自编教学讲议《桥梁工程习题集》2012年1月等。1第一篇总论第一章概述目的要求：了解桥梁在交通中的地位、桥梁的发展概况；掌握桥梁的组成和分类教学重点：桥梁的组成和分类教学难点：各类桥梁的受力特点教学课时：4课时教学方法：课堂教学教学内容与步骤：先导概念1、桥梁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。2⑵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1-1-3⑵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）3⑴结构：如图1-1-4⑵特点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。⑶建材：抗弯压能力强的材料，如钢材、钢筋砼、砼、石料。３、刚构桥⑴结构：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）⑵特点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。⑶建材：抗弯拉能力强的材料，如钢材、钢筋砼、预应力砼。４、斜拉桥⑴结构：如图1-1-6、1-1-7⑵特点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。⑶建材：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）⑴结构：如图1-1-8⑵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。⑶建材：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⑴结构：如图1-1-4a⑵特点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。4２、下承式桥梁⑴结构：如图1-1-4d⑵特点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⑴结构：一般多为拱桥所采用，如图1-1-4c。⑵特点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”。5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、6第二章桥梁的总体规划设计目的要求：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；方案比较教学重点：桥梁设计基本原则，平纵横断面设计方法与步骤教学难点：平纵横断面设计方法教学课时：4课时教学方法：课堂教学教学内容与步骤：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。7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。8㈣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