桥梁的基础知识-2013

主讲:张治成浙江大学交通工程研究所浙江大学土木工程测试中心2013.11.04联系方式E-mail:[e-mail]手机:[phone]电话:[phone]QQ:562546008办公室：浙大紫金港校区安中大楼B幢717主要内容第一章桥梁的组成、分类和结构体系第二章桥梁的设计荷载第三章混凝土梁桥分类及受力特点第四章拱桥的受力特点及分类第五章斜拉桥受力特点及分类第六章桥梁墩台受力特点及分类主要参考书[1]交通部颁：公路桥涵通用设计规范，人民交通出版社，2004年[2]交通部颁：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，人民交通出版社，2004年[3]中华人民共和国行业标准《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77－98)[4]中华人民共和国行业标准《城市桥梁设计规范》(CJJ11－2011)[5]邵旭东主编《桥梁工程》（第二版），人民交通出版社，2007年[6]范立础主编《桥梁工程》（第二版），人民交通出版社，2012年第一章桥梁的组成、分类和结构体系1-1桥梁的组成从传递荷载功能划分：桥跨结构（上部结构）直接承担使用荷载桥墩、桥台、支座（下部结构）将上部结构的荷载传递到基础中去挡住路堤的土保证桥梁的温差伸缩基础将桥梁结构的反力传递到地基常用名词：桥长L计算跨径跨径l总跨径L1净跨径L0建筑高度h桥下净空H桥梁附属设施：（1）桥面铺装(或称行车道铺装)（2）排水防水系统（3）栏杆(或防撞栏杆)（4）伸缩缝（5）灯光照明1-2桥梁的分类1、按跨径大小分类我国公路工程技术标准桥梁分类桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径L0(m)特大桥L≥1000L0≥150大桥100≤L＜100040≤L0＜150中桥30＜L＜10020≤L0＜40小桥8≤L≤305≤L0＜20涵洞L0＜52、按桥面的位置划分上承式——视野好、建筑高度大下承式——建筑高度小、视野差中承式——兼有两者的特点上承式下承式中承式3、按桥梁用途来划分城市桥、公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥农桥、人行桥、运水桥(渡槽)、其它专用桥梁(如通过管路、电缆等)4、按材料来划分木桥、钢桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)、钢筋混凝土桥、预应力钢筋混凝土桥钢砼组合结构桥铝合金桥梁5、按跨越方式固定式的桥梁开启桥浮桥漫水桥6、按施工方法整体施工桥梁——上部结构一次浇筑而成节段施工桥梁——上部结构分节段组拼而成顶推或转体施工桥梁7、按结构体系划分梁式桥——主梁受弯拱桥——主拱受压弯刚架桥——构件受弯压缆索承重——缆索受拉组合体系——几种受力的组合第二章桥梁的设计荷载2-1桥梁荷载分类根据荷载出现的概率划分主要作用、次要作用及特殊作用我国目前的桥梁设计规范划分永久作用、可变作用、偶然作用作用的分类表车道荷载城-A级城-B级（一）汽车活载城-A级（CJ11-2011）城-B级城－Ａ级车道荷载城－B级车道荷载=140KN=22.5KN/m=37.5KN/mMQ图1-4-6城—A级车道荷载=130KN=19.0KN/m=25.0KN/mMQ图1-4-7城—B级车道荷载•跨径2-２０m均布荷载和集中荷载的标准值应按桥梁的跨径确定。城-A级（CJ77-98）城－Ａ级车道荷载城－B级车道荷载图1-4-8城—A级车道荷载=300KN=10.0KN/m=15.0KN/mMQ图1-4-9城—B级车道荷载=160KN=9.5KN/m=11.0KN/mMQ•跨径２０m-150m车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数。计算剪力乘增长系数1.25。车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数。计算剪力乘增长系数1.30。公路的车辆荷载城－Ａ级车辆荷载：标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重700kN3.6m6.0m7.2m18.0m3.0m车轴编号12345轴重（KN）轮重（KN）总重（700KN）60301407020010016080140701.2m0.6m1.8m0.25m0.25m0.6m0.6m0.6m图1-4-4城A—级标准车辆纵、平面布置城－Ｂ级车辆荷载：标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重300kN车轴编号123轴重（KN）轮重（KN）总重（300KN）603012060120601.2m0.6m1.8m0.25m0.6m0.6m图1-4-5城—B级标准车辆纵、平面布置3.6m4.8m0.25m0.25m注意：车道荷载与车辆荷载的应用范围主体构件（像主梁、主拱肋、缆索、桥墩基础等）设计分析时采用车道荷载；细部结构（像横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力、防撞护栏等）设计分析时、主体结构局部分析（像横向分布系数）采用车辆荷载。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。车道横向折减系数车道纵向折减系数①当桥梁的计算跨径小于或等于50m时，取3.0千牛/平方米，当桥梁的计算跨径大于150m时，取2.5千牛/平方米，当桥梁的计算跨径在50m-150m之间时，线性内插计算。对跨径不等的连续结构，以最大计算跨为准城市郊区行人密集区一般取上述值得1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5千牛/平方米②人行道板（钢筋混凝土）可以一块板为单元，按标准值4.0千牛/平方米。③计算栏杆时人群作用于栏杆上的水平推力按0.75kN/m考虑，作用于立柱和扶手的竖向力按1.0kN/m来考虑。公路桥梁的人群荷载（二）人群活载1标准值97标准：3.5千牛/平方米新标准：3.0千牛/平方米2纵向折减L=50米：3.0千牛/平方米L=150米：2.5千牛/平方米L=50-150米：线性内插城市人群荷载当竖向活载包括冲击力时，将静活载乘以冲击系数。冲击系数的一般形式是：Lba11+μ=1+式中：L——桥跨长度或（局部）构件的影响线加载长度；a,b——常数，随结构体系或构件的不同而不同。通常的做法是：在桥梁动载试验的基础上提出近似计算公式，把动力问题简化为静力问题来处理。引入冲击系数（1+μ）。（三）汽车冲击力的计算公路桥梁冲击系数μ可按下式计算：当时，μ=0.05当时，当时，μ=0.45Hzf5.1HzfHz145.10157.0ln1767.0fHzf1420=80L城市桥梁的冲击系数温度的变化可分为（年平均）气温变化和温差两种情况，前者可说明结构在一年中的温度变化，后者则可解释为结构截面上的不同点或不同构件之间的温差。对静定结构，气温的变化通常只会导致结构的伸长或缩短；在超静定结构中，由于气温的变化引起的变形受到约束，导致结构产生相应的附加力。由于日照、骤冷等天气情况引起的温差对静定结构或超静定结构均可能产生附加力。气温变化的幅度，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定。气温变化值，应自结构合龙时的温度算起。（四）温度影响力表4.3.10-2公路桥梁结构的有效温度标准值（℃）气温分区钢桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土、石桥最高最低最高最低最高最低严寒地区46-4339-3234-23寒冷地区46-2139-1534-10温热地区46-9(-3)39-6(-1)34-3（0）T1（℃）T2（℃）混凝土铺装256.750mm沥青混凝土铺装层206.7100mm沥青混凝土铺装层145.5局部温度场具体参照《公路桥涵通用设计规范》P351）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时（1）基本组合（2）偶然组合2-2桥梁荷载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，其效应组合表达式为：)(2111QjknjQjcKQQGiKmiGioudSSSS)(211njQjdcdQmiGidoudSSSS2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时（1）作用短期效应组合——桥梁静载试验采用的组合（2）作用长期效应组合永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：QjknjjmiGiksdSSS111永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：QjknjjmiGikldSSS121第三章混凝土梁桥分类及受力特点MM/0梁桥定义：指结构在垂直荷载作用下，支座只产生垂直反力而无推力的梁式体系桥的总称混凝土梁桥：凡是采用抗压性能好混凝土和抗拉能力强的钢筋结合在一起所建成的梁式体系桥统称为钢筋混凝土梁桥，简称混凝土梁桥。预应力度：由预加应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩M的比值MM/01-1混凝土桥梁的分类（一）按是否施加预应力0/MM1.钢筋混凝土桥梁：完全没有施加预应力()2.全预应力混凝土:短期效应荷载组合下正截面不容许出现拉应力（）。013.部分预应力桥梁：短期效应荷载组合下正截面容许出现拉应力（），又可分为A类和B类。A类：拉应力不超过规定的限值，对于受弯构件，短期效应组合为0.7,长期效应组合为0。B类：拉应力超过超过A类构件规定的限值，但裂缝宽度不得超过规定允许限值。MM/001tkf1.整体式梁桥：将桥梁上部结构在桥位上整体现场浇筑或整体预制安装就位，施工工期长，占用支架和模板多，而且施工受季节的影响很大，造价高，只适用于特殊情况。2.节段装配式梁桥：将桥梁上部结构分成若干节段，在桥位上分段现浇或分段预制装配联结而成，采用预制装配而成的梁桥又称装配式梁桥，应用比较广泛。（二）按施工方法整体式浇注法——满堂支架施工杭州湾跨海大桥－整体装配式北岸70米整体吊装——船吊节段施工法示意——横向断开沪闵高架二期工程——纵向节段施工法示意整体式的板式结构装备式的板式结构（三）按横截面形式1.板式截面梁桥：实心板、空心板、异形板2.肋式截面梁桥：II形、I字形、T形、马蹄形T梁、开口槽形3.箱形截面梁桥：单箱单室、单箱多室、多箱单室、多箱多室等。（形式与桥面宽度、墩台构造形式、施工要求等因素有关）简支梁桥、悬臂梁桥（单悬臂和双悬臂）、连续梁桥、T形刚构桥、连续一刚构桥等五种体系。（四）按静力体系MM/0简支梁单悬臂梁双悬臂梁连续梁Ｔ形刚构连续刚构连续刚构连续刚构MM/01-2各体系梁桥的受力特点（一）简支梁桥简支梁桥均布荷载q281qlMMM/0简支梁桥的特点：①构造简单，设计计算方便，易设计为各种标准跨径的装备式结构；②在多孔简支梁桥中，相邻桥孔各自单独受力，便于预制、架设，简化施工管理，施工费用低；③静定结构，结构内力不受地基变形的影响，对基础要求较低，能适用于地基较差的桥址上建桥。④截面的设计主要受跨中正弯矩的控制，当跨径增大时，跨中恒载和活载弯矩将急剧增加，当恒载弯矩所占的比例相当大时，结构能承受活载的能力就减小，因此钢筋混凝土简支梁桥经济跨径为20米，我国预应力混凝土简支梁的标准跨径在40m以下，世界最大跨径为76米，我国最大为70米。跨径大于50米后，安装极为困难。⑤为减少伸缩缝装置，改善行车平整舒适，国内常采用桥面连续的预应力混凝土简支梁桥，现在都采用先简支后连续体系。（二）悬臂梁桥双悬臂梁桥均布荷载q单悬臂梁桥均布荷载q①力学性能优于简支梁——悬臂根部产生负弯矩，减小了锚跨跨中恒载正弯矩，从而节省材料。②节省材料——不仅钢筋少用了，而且多孔桥中，墩上均只需设置一个支座，减小了桥墩尺寸，也节省了基础工程的材料用量。③属于静定结构，墩台的不均匀沉降不会产生附加内力，适用于地基较差的条件。④悬臂梁将结构的伸缩缝移至跨内，其变形挠曲线的转折角比简支梁变形挠曲线在支点上的转折角小，对行车的平顺较有利。1.悬臂梁的优点：MM/0①对钢筋混凝土悬臂梁，施工极为不便。②对钢筋混凝土悬臂梁，因在支点存在负弯矩区段，因此桥面易开裂，影响结构的使用寿命；③对预应力混凝土悬臂梁桥，虽无此患，并可采用节段悬臂施工，但施工时支点必须采用临时固定措施，而且悬臂与挂梁间的牛腿、伸缩缝构造比较复杂；④在使用时，行车容易跳车，伸缩缝易破坏。实际中悬臂梁桥不太采用国内最大跨径的钢砼悬臂梁桥为55m，国外在70~80m以下，世界上最大