搜索
《桥梁工程》第一章：绪论第一节桥梁在交通事业中的作用和桥梁的发展概况一、桥梁在交通工程中的作用1、是交通中的重要组成部分。2、在经济上，公路总造价的10~20％。3、在国防上，具有非常重要的地位。二、桥梁建筑的发展简史从设计方法上看，古代桥梁是以传统经验和技术来建造的。它代表作有：①浮桥：架设简便快速，常被用于军事。②古代的藤、竹吊桥发展到大跨径吊桥和斜拉桥。如大渡河铁索桥(1706年)；安澜竹索桥(1803年)：③石梁桥：福建泉州的万安桥、漳州的虎渡桥④拱桥：河北省赵县的赵州桥近代桥梁是以材料力学、结构力学和弹性力学为基础的结构设计理论建造的。它的代表作有：国内：1957年，第一座长江大桥——武汉长江大桥。1969年，南京长江大桥：南京长江大桥大跨径拱桥，渡口市6号桥是用钢拱架施工建成的箱形拱桥，跨径为146m(1972)。渡口市6号桥钢筋混凝土与预应力混凝土的梁式桥：公路上很普遍，已建百米以上跨径的拱桥占世界同类拱桥的三分之一以上。国外：如法国博浪加斯脱桥，南斯拉夫克尔克大桥(l=390m)。现代桥梁的发展(1)设计理论：以极限状态设计法代替以弹性理论为基础的允许应力法，普遍应用结构振动、稳定、疲劳和结构的非线性理论。实现的手段：借助计算机(2)结构施工技术：借助预应力法采用悬臂法、顶推法、和机械化、自动、半自动化施工。它的代表作有：斜拉桥、悬索桥等大跨径桥梁。现代斜拉桥。目前我国成为世界上建造预应力混凝土斜拉桥座数最多的国家。公路吊桥也有十余座，重庆朝阳大桥。重庆朝阳大桥(1969)施工上：简易支架法：装配式简支梁桥的陆地架设法：装配式简支梁桥的浮吊架设法：浮吊船架梁固定式悬臂浮吊架梁装配式简支梁桥的高空架设法：适合于架设中、小跨径的多跨简支梁桥小跨径桥梁的自行吊车桥上架设悬臂和连续体系的梁桥的支架模板就地浇筑法：T型梁桥的施工法：（如同高空架设法）预应力混凝土悬臂体系梁桥的悬臂法施工挂篮结构简图重庆长江大桥施工中采用的斜拉式挂篮对称浇筑悬臂法建造连续梁桥的体系转换顶推法施工：预应力混凝土连续桥架设。4、未来发展(1)中小跨径的梁式桥：标准化、整体化(由简支向连续化)方向发展；(2)建筑材料上：采用高强度、轻型材料、预应力钢材与钢筋混凝土，增大桥梁的跨越能力；(3)桥梁设计上：更新计算图式及计算方法，运用计算机将之一体化。(4)施工上：标准化工厂预制，现场安装和无支架施工。第二节桥梁的基本组成及分类一、桥梁的基本组成部分•上部结构也称桥跨结构，它包括承重结构(如梁、拱等)、桥面、支座等。•下部结构：桥墩和桥台及墩台基础。起支承桥跨作用。•其它结构：导流堤、防洪堤、丁坝和护岸等。它们保护着桥头路堤或河岸。二、桥梁分类1、按建筑材料分：•钢桥：钢材为桥跨结构的材料，有板梁和桁梁两种：钢板梁，L＜40m。钢桁梁：跨度和梁高较大时采用。上、下平面纵向联结系立面图下承式•混凝土桥:按材料分：普通钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥两种；型式为梁桥、拱桥和刚架桥。•石桥：石拱桥，有实腹式和空腹式。2、桥面所在位置分：有上承式桥和下承式桥。3、桥梁轴线与河流(道路等)的交角角度：有正交桥(交角为直角)和斜交桥(交角为锐角)。立交桥4、按桥梁所跨越障碍物分类：有跨河桥、立交桥等。5、按照桥梁长度分：按桥梁长度：特大桥：L＞500m；大桥：500＞L＞100m；中桥：100＞L＞30m；小桥：L＞30m。6、按结构形式(结构体系)分类分类标准：以力学计算模式为基础，以受力方式明显差异为特征，广泛应用于桥梁的结构分析和设计中。有四种基本结构类型是：梁式桥；拱式桥；刚架桥和悬吊桥。简支梁桥连续梁桥悬臂梁桥(1)梁式桥：(1)梁式桥：承重结构：实体梁或梁式桁架；受力特征：竖直荷载作用下，支座有竖直反力,无水平反力；实体梁只受弯拉和剪应力，不受轴向力；形式分：简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥；建筑材料：钢筋混凝土和预应力混凝土。(2)拱式桥：承重结构：拱(拱圈或拱肋)；受力特征：在竖直荷载作用下，支座有竖直反力和水平反力(推力)；建筑材料用抗压能力强的圬工材料(如砖、石、混疑土)和钢筋混凝土；形式：三铰拱，两铰拱，无铰拱。桥跨结构受力：与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形较小，以受压为主；(3)刚架桥：显著特点：是桥跨结构(梁或板)和墩台连接成一整体；受力特征：在竖直荷载作用下，有竖直反力和水平反力；无铰刚架还有支承弯矩。桥跨结构：刚架以受弯拉为主，也有轴向力和剪力，大小但于梁桥与拱桥之间。优点：建筑高度小,降低线路标高,改善纵坡，减少路堤土方量，增加桥下净空。缺点：是粱柱刚结处较易裂缝。(4)悬吊桥：承重结构为缆索、桥塔、加劲梁及锚绽。结构自重轻，建筑高度小，跨径最大，近2000m。缺点是结构刚度差，在车和风荷载作用下，桥有较大的变形和振动。一般只在公路上修建。(5)组合体系桥由几个不同体系的结构组合而成的桥梁。第二章桥梁规划设计及荷载第一节桥梁的总体设计一、桥梁设计的基本原则和要求(1)使用上的要求桥梁必须适用。满足交通安全、通畅、及泄洪、通航或通车等要求，并便于检查和维修。(2)经济上的要求在经济上是合理的。在设计、施工及运输上取得最大经济效益。(3)设计上的要求满足施工和使用中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并且要设计思想创新，设计合理。(4)施工上的要求应便于采用先进技术，加快施工速度，保证工程质量和施工安全。(5)美观上的要求与周围环境相协调。二、桥梁设计的基本资料(1)桥梁使用任务：交通种类和其它要求。(2)桥位附近地形：桥位线型、墩台位置。(3)桥位地质情况：地质不良现象。(4)河流水文情况：特征水位、河道情况。(5)其它资料：建材；施工情况；气象等。三、设计程序•初步设计：总体规划问题，初步拟定尺寸。它是控制建设项目投资和以后编制施工预算的依据。•编制施工图：对技术方案和总投资等具体化。目前，我国公路大桥的设计工作均采用两阶段设计。对技术简单的中、小桥可采用一阶段设计。四、桥位及桥型的选择•桥位选择：大、中桥的桥位服从路线总方向，路桥综合考虑，并以桥为主，尽可能建造直交桥。小桥的桥位是局部问题，完全服从路线走向，以路为主。•桥型选择：通常钢筋混凝土简支梁桥:L20m；预应力混凝土简支梁桥：30m＜L50m；石拱,双曲拱:30m＜L50m,箱拱:L＞100m,预应力斜拉桥:100m＜L400m；软基上建简支、悬臂梁等静定结构桥，良好地基上建连续、刚架桥及两铰或无铰拱等超静定结构桥。五、纵、横断面设计•技术术语：•桥梁全长简称桥长，桥涵总长所占比例反映在整段线路建设中的重要程度。•净跨径l0；•总跨径：l=l1+l2+l3•计算跨径；•桥下净空高度；•建筑高度；•标准跨径：•净矢高；•计算矢高：•矢跨比；梁式桥的纵向布置拱式桥•纵断面设计确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥道的标高、标上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。(1)桥梁总跨径的确定对于一般跨河桥梁，总跨径可参照水文计算来确定。考虑：排洪、冲刷及河床土壤的性质和基础的埋置情形，综合确定。(2)桥梁的分孔决定于总造价。使上、下部结构的总造价趋向最低，同时考虑通航、冲刷等问题。大、中桥梁分孔是相当复杂的问题。(3)桥道标高的确定必须根据设计洪水位、桥下通航(车)净空等需要，结合桥型、跨径等考虑，以确定合理的桥道标高。(4)桥头纵坡小桥，可做平坡桥；大、中桥梁，做成双向纵坡，桥上纵坡不大于4％；桥头引道纵坡不宜大于5％。•桥梁横断面设置桥梁横断面的设置决定于桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面宽度决定于行车道的净宽度和人行道的宽度。桥梁的横向坡度为1.5％~3％。•桥梁平面设置桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。大、中桥线形，一般为直线，如必须设成曲线时．其各项指标应符合路线布设规定。一般小桥，斜度通常不宜大于45°，在通航河流上则不宜大于5°。第二节桥面构造布置及细部1、桥面构造组成与布置桥面铺装、排水系统、伸缩缝、人行道(安全带)、缘石、栏杆和灯柱等构造。2、桥面铺装、防水排水系统(1)桥面铺装桥面铺装也称行车道铺装。作用：防止车辆轮胎(或履带)的直接磨耗行车道板，防止主粱遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。型式：①普通水泥混凝土或沥青混凝土铺装在非严寒地区的小跨径桥上，不做专门的防水层。层铺法施工：单层(5~8cm)或双层式的(底层4~5cm，面层3~4cm)；水泥混凝土适用于重载交通。②防水混凝土铺装非冰冻地区需作防水处理时，铺筑8~10cm的防水泥混凝土，再铺磨耗层。防水混凝土铺装③具有贴式防水层的水泥混凝土或沥青混凝土铺装贴式防水层铺装在防水程度要求高，或在桥面板位于结构受拉区而可能出现裂纹的桥梁上，需做贴式防水层。该层设在低标号混凝土排水三角垫层上面，再铺保护层。装配式梁式桥，宜在接缝处的混凝土铺装层内或保护层内设置一层(3~6)的钢筋网。(2)桥面纵横坡对于沥青混凝土或水泥混凝土铺装，横坡为1.5~2.0%。行车道路面用抛物线型横坡，人行道用直线型。(3)桥面排水原因：设置：桥长L50m，纵坡ih＞2％时，雨水可流至桥头从引道上排除，在桥头引道的两则设置流水槽。当L＞50m，ih＞2％时，在桥上每隔12~15m设置一个泄水管。如桥面ih＜2％,则宜每隔6~8m设置一个泄水管。常用泄水管的型式：①金属泄水管：适用于具有贴式防水层的铺装结构。②钢筋混凝土泄水管：适用于不设专门防水层而采用防水混凝土的铺装构造上。金属泄水管钢筋混凝土泄水管3、桥面伸缩缝(1)原因：(2)设置：两梁端间以及梁端与桥台背墙间设置。(3)作用：保证梁能自由变形；车辆在设缝处能平顺地通过；防止雨水、垃圾泥土等渗入而阻塞。(4)变量：以安装伸缩缝结构时为基准的温度伸长量lt+和收缩量lt-；收缩和徐变量ls以及计入梁的制造与安装误差的富裕量lE。lE可按计算变形量的30%估算。总变形量为：Esttlllll(5)常用伸缩缝构造•U形锌铁皮式伸缩缝中小路径的桥梁，当变形量在2~4cm以内时，常采用。•跨搭钢板式伸缩缝:梁端变形量4~6cm以上的情况，最大可达40cm以上。•橡胶伸缩缝:橡胶伸缩缝适用于梁端变形量4~6cm以上，最大可达150cm，3、人行道、栏杆、灯柱3、人行道、栏杆、灯柱•人行道及安全带：城镇和近郊的桥梁均应设置人行道，宽度可选用0.75cm，1m，大于1m按0.5m的倍数递增。行人稀少地区可改用安全带。安全带，宽度不小于25cm，与人行道相同，高出行车道25cm~35cm。•栏杆和灯柱第三节桥梁的设计荷载1、永久荷载永久荷载亦称恒载，它是在设计使用期内，其作用位置和大小，不随时间变化或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。例如当路径为30~150m时，结构自重约占30~60%，对于特大跨度的圬工桥、钢筋混凝土桥，或预应力混凝土桥，活载居于次要地位。故宜用轻质、高强材料。2、可变荷载可变荷载为在设计使用期内，其作用位置和大小、方向随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。(1)车辆荷载标准中把大量、经常出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载；把偶然、出现的平板挂车或履带车作为验算荷载。重量单位：吨；长度单位：米。汽车车队纵向排列10t,15t,20t汽车平面尺寸30t汽车平面尺寸55t汽车平面尺寸汽车横向布置履带车－50履带车横向布置挂车－80、100、200挂车横向布置(2)车辆荷载的影响力•汽车荷载的冲击力：目前将荷载增大乘以冲击系数而得。•汽车荷载的制动力：•离心力：位于曲线上的桥梁，当R250m时，须考虑车辆离心力的作用，由车辆荷载(不计冲击力)乘以离心力系数。•车辆荷载引起的土侧压力：(3)人群荷载：公路桥梁的人群荷强规定为300kg/m。3、偶然荷载偶然荷载包括地震力和船只或漂流物的撞击力。这种荷载在设计使用期内不一定出现，但一旦出现，其持续时间较短而数值很大。第三章钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥第一节概述一、分类及特点采用抗压性能好的混凝土和抗拉能力强的钢筋结合