第12講 橋梁工程

1、第第12講講 橋梁工程橋梁工程第一章：緒論第一節(jié) 橋梁在交通事業(yè)中的作用和橋梁的發(fā)展概況 一、橋梁在交通工程中的作用 1、是交通中的重要組成部分。 2、在經濟上，公路總造價的1020。 3、在國防上，具有非常重要的地位。二、橋梁建筑的發(fā)展簡史 從設計方法上看，古代橋梁是以傳統(tǒng)經驗和技術來建造的。它代表作有：浮橋：架設簡便快速，常被用于軍事。古代的藤、竹吊橋發(fā)展到大跨徑吊橋和斜拉橋。如大渡河鐵索橋(1706年)；安瀾竹索橋(1803年)：石梁橋：福建泉州的萬安橋、漳州的 虎渡橋拱橋：河北省趙縣的趙州橋 近代橋梁是以材料力學、結構力學和彈性力學為基礎的結構設計理論建造的。它的代表作有：國內：195

2、7年，第一座長江大橋武漢長江大橋。1969年，南京長江大橋：南京長江大橋大跨徑拱橋，渡口市6號橋是用鋼拱架施工建成的箱形拱橋，跨徑為146m(1972)。渡口市渡口市6號橋號橋 鋼筋混凝土與預應力混凝土的梁式橋： 公路上很普遍，已建百米以上跨徑的拱橋占世界同類拱橋的三分之一以上。國外：如法國博浪加斯脫橋，南斯拉夫克爾克大橋(l=390m)。 現(xiàn)代橋梁的發(fā)展 (1)設計理論：以極限狀態(tài)設計法代替以彈性理論為基礎的允許應力法，普遍應用結構振動、穩(wěn)定、疲勞和結構的非線性理論。實現(xiàn)的手段：借助計算機 (2)結構施工技術：借助預應力法采用懸臂法、頂推法、和機械化、自動、半自動化施工。它的代表作有：斜拉橋

3、、懸索橋等大跨徑橋梁。 現(xiàn)代斜拉橋。斜拉橋。目前我國成為世界上建造預應力混凝土斜拉橋座數(shù)最多的國家。公路吊橋也有十余座，重慶朝陽大橋。重慶朝陽大橋(1969)4、未來發(fā)展(1)中小跨徑的梁式橋：標準化、整體化(由簡支向連續(xù)化)方向發(fā)展；(2)建筑材料上：采用高強度、輕型材料、預應力鋼材與鋼筋混凝土，增大橋梁的跨越能力；(3)橋梁設計上：更新計算圖式及橋梁設計上：更新計算圖式及計算方法，運用計算機將之一體計算方法，運用計算機將之一體化?；?。(4)施工上：標準化工廠預制，現(xiàn)施工上：標準化工廠預制，現(xiàn)場安裝和無支架施工。場安裝和無支架施工。第二節(jié) 橋梁的基本組成及分類 一、橋梁的基本組成部分 上部結

4、構 也稱橋跨結構，它包括承重結構(如梁、拱等)、橋面、支座等。 下部結構：橋墩和橋臺及墩臺基礎。起支承橋跨作用。 其它結構：導流堤、防洪堤、丁壩和護岸等。它們保護著橋頭路堤或河岸。二、橋梁分類1、按建筑材料分：鋼橋：鋼材為橋跨結構的材料，有板梁和桁梁兩種：鋼板梁，L40m。鋼桁梁：跨度和梁高較大時采用。 上、下平面縱向聯(lián)結系立面圖下承式下承式混凝土橋: 按材料分：普通鋼筋混凝土橋和預應力混凝土橋兩種；型式為梁橋、拱橋和剛架橋。石橋：石拱橋，有實腹式和空腹式。 2、橋面所在位置分：有上承式橋和下承式橋。 3、橋梁軸線與河流(道路等)的交角角度： 有正交橋(交角為直角)和斜交橋(交角為銳角)。立交

5、橋 4、按橋梁所跨越障礙物分類： 有跨河橋、立交橋等。 5、按照橋梁長度分： 按橋梁長度：特大橋：L500m；大橋：500L100m；中橋：100L30m；小橋：L30m。 6、按結構形式(結構體系)分類 分類標準：以力學計算模式為基礎，以受力方式明顯差異為特征，廣泛應用于橋梁的結構分析和設計中。 有四種基本結構類型是：梁式橋；拱式橋；剛架橋和懸吊橋。簡支梁橋簡支梁橋 連續(xù)梁橋連續(xù)梁橋懸臂梁橋懸臂梁橋(1)梁式橋： (1)梁式橋：承重結構：實體梁或梁式桁架；受力特征：豎直荷載作用下， 支座有豎直反力, 無水平反力； 實體梁只受彎拉和剪應力，不受軸向力；形式分：簡支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋；建筑

6、材料：鋼筋混凝土和預應力混凝土。 (2)拱式橋：承重結構：拱(拱圈或拱肋)；受力特征：在豎直荷載作用下，支座有豎直反力和水平反力(推力)； 建筑材料用抗壓能力強的圬工材料(如磚、石、混疑土)和鋼筋混凝土；形式：三鉸拱，兩鉸拱，無鉸拱。 橋跨結構受力：橋跨結構受力：與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和變形較小，以受壓為主；(3)剛架橋：顯著特點：是橋跨結構(梁或板)和墩臺連接成一整體；受力特征：在豎直荷載作用下，有豎直反力和水平反力；無鉸剛架還有支承彎矩。橋跨結構：橋跨結構：剛架以受彎拉為主，也有軸向力和剪力，大小但于梁橋與拱橋之間。優(yōu)點：建筑高度小,降低線路標高,改善縱坡，減少路堤土方量，增加橋下凈空

7、。缺點：是粱柱剛結處較易裂縫。 (4)懸吊橋： 承重結構為纜索、橋塔、加勁梁及錨綻。結構自重輕，建筑高度小，跨徑最大，近2000m。缺點是結構剛度差，在車和風荷載作用下，橋有較大的變形和振動。一般只在公路上修建。 (5)組合體系橋 由幾個不同體系的結構組合而成的橋梁。第二章 橋梁規(guī)劃設計及荷載第一節(jié) 橋梁的總體設計 一、橋梁設計的基本原則和要求 (1)使用上的要求 橋梁必須適用。滿足交通安全、通暢、及泄洪、通航或通車等要求，并便于檢查和維修。 (2)經濟上的要求 在經濟上是合理的。在設計、施工及運輸上取得最大經濟效益。(3)設計上的要求 滿足施工和使用中應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，

8、并且要設計思想創(chuàng)新，設計合理。(4)施工上的要求 應便于采用先進技術，加快施工速度，保證工程質量和施工安全。(5)美觀上的要求與周圍環(huán)境相協(xié)調。二、橋梁設計的基本資料 (1)橋梁使用任務：交通種類和其它要求。(2)橋位附近地形：橋位線型、墩臺位置。(3)橋位地質情況：地質不良現(xiàn)象。(4)河流水文情況：特征水位、河道情況。(5)其它資料：建材；施工情況；氣象等。三、設計程序 初步設計： 總體規(guī)劃問題，初步擬定尺寸。它是控制建設項目投資和以后編制施工預算的依據(jù)。編制施工圖： 對技術方案和總投資等具體化。 目前，我國公路大橋的設計工作均采用兩階段設計。對技術簡單的中、小橋可采用一階段設計。四、橋位及

9、橋型的選擇 橋位選擇： 大、中橋的橋位服從路線總方向，路橋綜合考慮，并以橋為主，盡可能建造直交橋。 小橋的橋位是局部問題，完全服從路線走向，以路為主。橋型選擇：橋型選擇： 通常鋼筋混凝土簡支梁橋:L20m；預應力混凝土簡支梁橋：30mL50m；石拱,雙曲拱:30mL50m, 箱拱:L100m,預應力斜拉橋: 100mL400m； 軟基上建簡支、懸臂梁等靜定結構橋，良好地基上建連續(xù)、剛架橋及兩鉸或無鉸拱等超靜定結構橋。五、縱、橫斷面設計 技術術語： 橋梁全長簡稱橋長，橋涵總長所占比例反映在整段線路建設中的重要程度。凈跨徑l0； 總跨徑：l=l1 + l2 + l3 計算跨徑；橋下凈空高度；建筑高

10、度；標準跨徑：凈矢高；計算矢高：矢跨比；梁式橋的縱向布置梁式橋的縱向布置拱式橋拱式橋縱斷面設計 確定橋梁的總跨徑、橋梁的分孔、橋道的標高、標上和橋頭引道的縱坡以及基礎的埋置深度等。 (1)橋梁總跨徑的確定 對于一般跨河橋梁，總跨徑可參對于一般跨河橋梁，總跨徑可參照水文計算來確定。照水文計算來確定。 考慮：排洪、沖刷及河床土壤的性質和基礎的埋置情形，綜合確定。 (2)橋梁的分孔 決定于總造價。使上、下部結構的總造價趨向最低，同時考慮通航、沖刷等問題。 大、中橋梁分孔是相當復雜的問題。 (3)橋道標高的確定 必須根據(jù)設計洪水位、橋下通航(車)凈空等需要，結合橋型、跨徑等考慮，以確定合理的橋道標高。

11、 (4)橋頭縱坡 小橋，可做平坡橋；大、中橋梁，做成雙向縱坡，橋上縱坡不大于4；橋頭引道縱坡不宜大于5。橋梁橫斷面設置 橋梁橫斷面的設置決定于橋面的寬度和橋跨結構橫截面的布置。橋面寬度決定于行車道的凈寬度和人行道的寬度。 橋梁的橫向坡度為1.53。橋梁平面設置 橋梁的線形及橋頭引道要保持平順，使車輛能平穩(wěn)地通過。 大、中橋線形，一般為直線，如必須設成曲線時其各項指標應符合路線布設規(guī)定。 一般小橋，斜度通常不宜大于45，在通航河流上則不宜大于5。第二節(jié) 橋面構造布置及細部 1、橋面構造組成與布置 橋面鋪裝、排水系統(tǒng)、伸縮縫、人行道(安全帶)、緣石、欄桿和燈柱等構造。2、橋面鋪裝、防水排水系統(tǒng)(1

12、)橋面鋪裝 橋面鋪裝也稱行車道鋪裝。作用：防止車輛輪胎(或履帶)的直接磨耗行車道板，防止主粱遭受雨水的侵蝕，并能使車輛輪重的集中荷載起一定的分布作用。型式： 普通水泥混凝土或瀝青混凝土鋪裝 在非嚴寒地區(qū)的小跨徑橋上，不做專門的防水層。 層鋪法施工：單層(58cm)或雙層式的(底層45cm，面層34cm)；水泥混凝土適用于重載交通。 防水混凝土鋪裝 非冰凍地區(qū)需作防水處理時，鋪筑810cm的防水泥混凝土，再鋪磨耗層。防水混凝土鋪裝防水混凝土鋪裝 具有貼式防水層的水泥混凝土或瀝青混凝土鋪裝貼式防水層鋪裝 在防水程度要求高，或在橋面板位于結構受拉區(qū)而可能出現(xiàn)裂紋的橋梁上，需做貼式防水層。該層設在低標

13、號混凝土排水三角墊層上面，再鋪保護層。 裝配式梁式橋，宜在接縫處的混凝土鋪裝層內或保護層內設置一層(36)的鋼筋網。(2)橋面縱橫坡 對于瀝青混凝土或水泥混凝土鋪裝，橫坡為 1.52.0%。行車道路面用拋物線型橫坡，人行道用直線型。(3)橋面排水 原因： 設置： 橋長L100m)，多采用變截面箱形連續(xù)梁。 施工特點：頂推法、懸臂澆筑法和拼裝法等。適用性：跨徑為40160m 3、懸臂梁橋和、懸臂梁橋和T形剛架橋形剛架橋 單懸臂梁和雙懸臂梁。特點：內力分布上，支點處同連續(xù)梁橋，掛梁上同簡支梁橋；掛梁和剪力鉸處是受力薄弱處；接縫多，不利于高速行車。適用性：鋼筋混凝土懸臂梁橋：5080m以下；預應力混

14、凝土懸臂梁橋：100m以下；鋼筋混凝土T形剛架橋：50m以下；預應力混凝土T形剛架橋：60200m。三、截面類型 (一)板橋 承重結構： 特點：建筑高度較小，構造簡單，施工方便。 預制施工時，重量小，架設方便。 形式：整體式實心矩形板：剛度大，現(xiàn)澆，受季節(jié)性影響大，需模板、支架。 受力方面：截面材料不經濟，自重大，僅適用于小跨徑6m。改進是矮肋式板，空心式。 裝配式板橋：實心板(l8m)、空心板(l=613m)、預應力混凝土板(l=816m)。異形板截面：現(xiàn)代高架橋中用。有單波式和雙波式。 異形板特點：橋下凈空大，可布置與橋梁同向的線路，造型美觀，但現(xiàn)澆，施工較為復雜。(二)肋板式梁橋 現(xiàn)澆混

15、凝土肋梁橋有雙T形，一般由工廠或現(xiàn)場預制T形，形構件，然后工地裝配施工。顯著減輕了結構自重。增大了跨越能力。 適合于預制、安裝，控制主梁質量，加快施工速度。預應力或受拉區(qū)布筋，將肋下緣做成馬蹄形。一般特點： 肋與肋之間處于受拉區(qū)域的混凝土挖空后，形梁橋：塊件之間用穿過腹板的螺栓連結，以使施工簡化。 形構件的特點是：截面形狀穩(wěn)定，橫向抗彎剛度大，塊件堆放、裝卸和安裝都方便。形梁橋：形梁橋：但構件制造較復雜；梁肋以只配鋼筋網，剛度小。適用性：形梁橋一般只用l=612m的小跨徑橋梁。T形梁：形梁：裝配式橋梁工程中最普遍； 優(yōu)點：以T形梁的翼構成行車道板；制造簡單，肋內配筋可做成剛勁的鋼筋骨架，主梁之

16、間借助間距為46m的橫用梁來連結，整體性好，接頭也較方便。b)a)缺點：截面形狀不穩(wěn)定，運輸和安裝復雜；構件在橋面板跨中有接頭，對板的受力不利。c) d)e) f) (三)箱形梁橋 跨徑(L050m)預應力混凝土、彎橋、斜交橋普遍采用。形式及適用性： T形梁：裝配式簡支梁常用；鋼筋混凝土梁橋，L0=7.520m；預應力混凝土梁橋，L0=2040m。特點：(與T形梁相比)較大的抗正、負彎矩能力，底板受壓區(qū)?？古つ芰Υ?，故適用于偏心荷載作用下的寬橋。如大跨徑預應力梁橋。橫向剛度大，對抗彎、運輸、安裝階段的穩(wěn)定性好。缺點：箱形薄壁構件的預制、安裝施工復雜，單根箱梁的安裝重量大，只適用于較大跨徑。適用

17、：中等寬度橋梁：單箱單室、單箱雙室一般寬度橋梁：單箱多室、雙箱單室現(xiàn)代城市高架道路：長懸臂斜腹形。第二節(jié)第二節(jié) 簡支梁式橋的設計與構造簡支梁式橋的設計與構造 簡支板橋,梁橋,箱形梁橋。 一、簡支板橋設計與構造 一般應用于小跨徑橋梁中。 由施工方式分，整體式板橋和裝配式板橋。 由跨越河流的角度分，正交板橋和斜交板橋。正交橋： 荷載作用后：雙向受力；由彈性薄板小撓度彎曲理論計算應力應變。特點：均布荷載作用： 單向受力狀態(tài)；車輪荷載作用于板中：雙向受力狀態(tài)，近似單向計算；車輪荷載作用于板自由邊： 雙向受力狀態(tài),同上；總結：設計按單向板計算，簡化方法有折算法；簡化剛接板法。 配筋：縱向受力鋼筋：由計算

18、確定。橫向分布鋼筋：垂直于主鋼筋，15，S 25cm。板中間2/3處按計算配筋；板邊兩端1/6處增加15。 整體正交現(xiàn)澆板橋 橫截面為等厚度矩形，或矮肋式板橋。 裝配式板橋 橫截面有實心板和空心板兩種。 矩形實心板橋：施工方便，建筑高度小等優(yōu)點，應用最廣泛，跨徑8m。 空心矩形板橋：自重小，可充分利用材料?？鐝?13m，預應力混凝土空心板橋在816m。目前使用較多。裝配式板的橫向聯(lián)結 有企口混凝土鉸聯(lián)結和鋼板焊接聯(lián)結。 企口混凝土鉸聯(lián)結：用C25C30以上的細骨料混凝土填實，或將鋼筋綁扎后，再澆筑。 鋼板聯(lián)結：兩構件的預埋鋼板焊接?？v向中距通常為 80150cm。斜交橋的特點： 理論和試驗表明

19、，在垂直荷載作用下： 斜交角15，正交板橋設計。 荷載有向兩支承邊之間最短距離方向傳遞的趨勢。斜板橋的最大主彎矩方向各角點受力情況可以用比擬連續(xù)梁的工作來描述。 整體式斜板橋：由于l/b一般均小于1.3，主鋼筋的配置有兩種方案。 A方案：按主彎矩方向的變化配置主筋，其分布鋼筋與支承邊平行。 底層鋼筋上層鋼筋 B方案：在兩鈍角角點之間的范圍內，主鋼筋方向與支承邊垂直。 底層鋼筋上層鋼筋 裝配式斜板橋：跨寬比(l/b)一般均大于1.3，主鋼筋沿斜跨徑方向配置，分布鋼筋在鈍角角點處與主鋼筋垂直，在支承邊附近，與支承力平行。二、簡支梁橋設計與構造 中小跨徑橋梁中應用最廣的橋型。 簡支梁橋按施工方式分有

20、整體式和裝配式簡支梁橋。截面形式分：T形、工形、 形肋梁和箱形。 (1)整體式簡支梁橋： 優(yōu)點： 現(xiàn)場澆筑，結構整體性好，剛度大； 缺點： 工期長，施工費用高，材料消耗大。 應用：斜線橋，彎橋，一般用截面為雙T形主梁。 (2)裝配式簡支梁橋 特點：用合理的構造類型。 構造類型：涉及裝配式主梁的橫截面型式、沿縱截面上的橫隔梁布置、塊件的劃分方式以及塊件的連結集整等幾方面的問題。它是直接影響橋跨結構的受力狀態(tài)及其內力計算的方法。 (3)(3)構造類型構造類型主梁的橫截面型式 主梁的橫截面型式有三種基本類型：形，T形和箱形梁橋。預制裝配單元的劃分裝配式梁橋設計中塊件劃分的原則是：現(xiàn)場實際的預制、運輸

21、和起重等條件，確定拼裝單元的最大尺寸和重量；塊件的劃分應滿足受力要求，拼裝接頭應盡量設置在內力較小處；拼裝接頭的數(shù)量要少，接頭型式要牢固可靠，施工要方便；構件要便于預制、運輸和安裝；構件的形狀和尺寸應力求標準化，增強互換性，構件的種類應盡量減少。 目前，鋼筋混凝土與預應力混凝土梁橋常用的塊件劃分方式有： 縱向豎縫劃分； 縱向水平縫劃分；縱、橫向豎縫劃分。縱向豎縫劃分 簡支梁橋中應用最普遍。單元體：各主梁整體，如形梁和T形梁；優(yōu)點：接頭和接縫橫隔梁和行車道板內，或直接用螺栓連結； 結構部分為預制拼裝。 故主梁受力可靠，施工也方便。 應用：裝配式鋼筋混凝土和預應力混凝土T形簡支梁橋。 缺點：構件的

22、尺寸和重量都很大，增加運輸與安裝上的困難。 改進：預制矩翼T形梁，并現(xiàn)澆部分翼板和橫隔梁?？v向水平縫劃分組合式梁T形組合梁橋： 鋼筋混凝土和預應力混凝土簡支梁橋箱形組合梁橋：預應力混凝土梁橋。優(yōu)點：安裝單元尺寸小，重量輕。缺點：主梁的梁肋與翼板之間存在混凝土施工接縫。改進：加大肋頂寬度和伸出肋內鋼筋。 縱、橫向豎縫劃分 優(yōu)點：塊件尺寸小，重量輕，可以工廠化成批預制后，方便運輸。橫向分段裝配式梁或稱串連梁 缺點：塊件的預制精度要求很高。預制時，采用全梁預制的方法。國內應用很少。 構造布置 定義：對于設計給定的橋面寬度，如何選定主梁的間距(或片數(shù))。 鋼筋混凝土簡支梁橋，T形最普遍。標準跨徑為10

23、、13、16和20m的四種。 主梁布置：間距為1.52.2m，四梁式或五梁式橋，常用1.6m。 T形梁的橫隔梁布置： 作用：將各主梁連結成整體。 無橫隔梁時：翼板接縫處易產生縱向裂縫，且橋梁整體性不好。 橫隔梁布置：兩梁端必須設置端橫隔梁，中橫隔梁：當跨徑13m，在跨內的跨中、距支座l/4或l/3處設中間橫隔梁13道，間距46m。主梁的設計與構造： 主梁尺寸：鋼筋混凝土橋，l/11l/16，標準跨徑為10、13、16和20m，這時主梁間距2.2m，相應梁高0.9、1.1、1.3和1.5m；預應力混凝土橋，l/14l/25，標準跨徑為 25、30、35和40m，這時主梁間距2.2m，相應梁高1.

24、75、2.0、2.25和2.5m。梁肋寬常用1518cm。 橫隔梁尺寸：跨中橫隔梁的高度為主梁高度的3/4，端橫隔梁與主梁近同高。橫隔梁的肋寬常為1216cm，且上寬下窄和內寬外窄的楔形。 橫隔梁配筋與連接：以中橫隔梁為設計計算對象； 配筋：受力鋼筋與構造鋼筋，均由計算所得。 連接有兩種：鋼板接縫：先預埋鋼板，再在預埋鋼板上加焊蓋按鋼板或用螺栓與預埋鋼板連接。 濕接縫：翼板懸臂邊做成企口形，將伸出鋼筋連接，或放置鋼筋網，澆筑混凝土。 不等截面梁： 簡支梁橋在橫截面上可采用不等截面梁，具體變化為： (1) 變截面等高梁：沿縱向腹板厚度發(fā)生變化、馬蹄部分也逐漸加高的變截面T梁。 (2) 變截面不等

25、高梁：橫截面由跨中向支點減小的魚腹形變高度梁。實例：(1)鋼筋混凝土橋：跨徑為20m。實例2：預應力混凝土橋，跨徑為30m。第三節(jié) 支座 一、概述 鋼筋混凝土和預應力混凝土梁式橋在橋跨結構和墩臺之間均須設置支座。 1、作用： (1)傳遞上部結構的支承反力，有豎向力和水平力； (2)保證結構在活載、溫度變化、混凝土收縮和徐變等因素作用下的自由變形，以使上、下部結構的實際受力情況符合結構的靜力圖式。 2 2、分類：、分類：傳遞荷載種類位移梁式橋的支座固定支座活動支座豎向壓力和水平力只有豎向壓力自由轉動自由轉動且能水平移動 3、設置： 簡支梁橋每跨： 一端設置固定支座，另一端設置活動支座。 懸臂梁橋

26、錨固跨： 一側設置固定支座，另一側設置活動支座。 多孔懸臂梁橋掛梁：支座布置與簡支梁同。 連續(xù)梁橋：每聯(lián)中只要一個橋墩(或橋臺)上設置固定支座，其余墩臺上均應設置活動支座。注意： (1)懸臂梁橋和連續(xù)梁橋在某些特殊情況下支座需要傳遞豎向拉力時，尚應設置能承受拉力的支座。 (2)相鄰兩跨簡支梁的固定支座，不宜集中布置在一個橋墩上。 (3)坡橋：應將固定支座布置在標高低的墩臺上。 (4)連續(xù)梁橋，為使全梁的縱向變形分散在梁的兩端，應將固定支座設置在靠中間的支點處；但若中間支點的橋墩較高或因地基受力等原因，對承受水平力十分不利時，可根據(jù)具體情況將固定支座布置在靠邊的其它墩臺上。 (5)特別寬的梁橋，尚應設置沿縱向和橫向均能移動的活動支座。 (6)對于彎橋，應考慮活動支座沿弧線方向移動