桥梁工程基础知识.docx

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1、桥梁工程基础知识目录目录11 .基础知识21.1. 桥梁组成及概念21.2. 桥梁分类31.3. 桥梁设计的程序31.4. 桥梁设计荷载32 .混凝土简支梁桥32. 1.先张法预应力33. 2.后张法预应力44. 3.桥面板力学模型45. 4.钢筋混凝土简支梁设计与计算方法46. 5.预应力混凝土简支梁的设计与计算47. 6.支座类型43 .预应力混凝土连续梁桥和刚架桥41. 1.预应力混凝土连续梁桥设计计算内容53. 2.连续梁的施工方法54. 3.温度对结构的影响55. 4.刚架桥特点54 .拱桥64. 1.基本特点65. 2.组成和分类66. 3.钢管混凝土拱桥67. 4.钢管混凝土结构

2、特点64. 5.拱桥施工方法65. 斜拉桥65. 1.组成、特点75. 2.斜拉桥的总体布置75. 3.主梁结构体系与立面布置76.悬索桥76. 1.特点77. 2.受力特点77.桥梁墩台与基础77.1. 墩台类型特点78. 2.基础类型特点88.钢桥89. 1.钢桥的主要特点88.2.发展情况：88. 3.钢板梁的组成91.基础知识1. 1.桥梁组成及概念1）上部结构：指桥跨结构，是横越空间的部分，通常包括桥跨结构和桥面结构，作用是跨越障碍并承受其上的桥面荷载和交通荷载。2）下部结构：桥梁支座一下的支撑结构，包括桥墩、桥台和桥墩台之下的基础，是将上部结构及其承受的交通荷载传入地基的结构物。3

3、）跨度：也叫跨径或者计算跨径。对梁式桥是指俩相邻墩台支座间的距离，是桥梁结构计算分析的必需数据，对于多跨桥梁，最大跨度叫主跨。4）净跨径：对于梁式桥，设计洪水水位线以上相邻俩桥墩间的水平净距，各孔净跨径之和称为总跨径，又称孔径。5）标准跨径：公路桥梁对梁式桥是指俩桥墩中线间距离或者桥墩中线至桥台背前缘的距离。铁路桥梁是指计算跨径。6）桥下净空高度：设计通航水位（桥下线路路面）与桥梁结构最下缘标高之间的垂直距离，其值应根据通航、通车及排洪要求确定。7）桥梁建筑高度：桥面（铁路桥梁的轨底）到桥梁结构下缘底的距离。公路桥面或铁路轨底标高减去设计洪水水位标高，再减去通航或排洪所要求的梁底净空高度为桥梁

4、的容许建筑高度。桥梁建筑高度不得大于桥梁容许建筑高度。8）桥台：位于桥梁两端并与路基相连接的支承上部结构和承受桥头填土侧压力的构造物。在岸边或桥孔始尽端介于桥梁与路基连接处的支撑结构物。它起着支撑上部结构和连接两岸道路同时还要挡住桥台背后填土的作用。桥台具有多种形式，主要分为重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台、承拉桥台等。1.2.桥梁分类1）按工程规模：公路分为特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞；铁路分为特大桥、大桥、中桥、小桥。2）按结构体系划分：最基本的有梁桥、拱桥、索桥。（1）梁式桥包括简支梁、悬臂梁、连续梁。受力特点为在竖向荷载作用下支座处只产生竖向反力，梁部结构只受弯、剪，不受

5、轴向力。（2）拱桥在竖向荷载作用下，支座处产生竖向、水平反力和弯距。（3）悬索桥又称吊桥，其缆索跨过塔顶锚固于河岸上，是桥的承重结构，其桥面系通过吊杆悬挂于缆索上。缆索，塔和锚碇构成桥的受力主体。桥梁设计的内容和基本原则1）桥梁设计的内容包括：选择桥位确定桥梁必须的长度和高度选择合理的桥梁结构形式并拟定桥跨及墩台基础的施工方案对桥跨、墩台、基础进行结构式设计，确定桥梁各部分的合理尺寸，保证桥梁在强度、刚度、稳定性三方面的要求。2）桥梁设计的基本原则：适用、经济、安全、美观3）要求：适用上的要求经济上的要求结构和构造上的要求美观上的要求技术先进环境保护和可持续发展安全上的要求1. 3.桥梁设计的

6、程序前期工作包括编制预可行性研究报告和可行性研究报告，设计阶段包括初步设计，技术设计和施工图设计。1.4.桥梁设计荷载1）铁路桥梁设计荷载：按其性质和发生的几率分为主力、附加力和特殊荷载。组合时应进行“最不利荷载组合” o仅考虑主力与一个方向的附加力组合；根据各种结构的不同组合，应将材料基本容许应力和地基容许承载力乘以不同的提高系数。对预应力混凝土结构中的强度和抗裂性计算，应采用不同的安全系数。2）公路桥梁设计荷载：分为永久作用、可变作用和偶然作用。公路桥涵结构设计应考虑结结构可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合设计。2.混凝土简支梁桥2

7、.1. 先张法预应力混凝土是指在灌注混凝土前利用张拉台座等设备先张拉预应力钢筋使其达到设计应力后，临时锚固在台座上，随后灌注混凝土，待混凝土达到一定强度后，放松预应力钢筋，通过钢筋与混凝土之间的粘结力将预应力传给混凝土。2. 2.后张法预应力混凝土是指先灌筑梁体混凝土，并在混凝土中预留管道，待混凝土达到一定强度后，在管道中穿进预应力钢筋进行张拉，张拉至设计应力后，在钢筋俩端用锚具锚固，阻止预应力钢筋回缩，然后撤去张拉设备，在孔道内压浆，封xMj病2. 3.桥面板力学模型在实践中常见的桥面板受力图式：单向板、悬臂板和绞接悬臂板三种。2. 4.钢筋混凝土简支梁设计与计算方法1）结构尺寸的拟定主梁高

8、度梁肋厚度梁肋间距道酢槽板2）道祚槽板的计算计算荷载内力计算荷载组合钢筋配置3）主梁的计算荷载及荷载组合内力计算及配筋2. 5.预应力混凝土简支梁的设计与计算2.1） 截面尺寸，初估预应力钢筋的数量并布置预应力钢筋。2.2） 定检算其强度、抗裂性、应力、裂缝宽度及变形。2.3） 按破坏阶段法检算构件截面的强度。2.4） 对于不允许出现拉应力的预应力混凝土结构，应按弹性阶段检算截面抗裂性，其在运营阶段正截面抗裂性检算中，应计入混凝土受拉变形的影响。2.5） 按弹性阶段检算预加应力、运送、安装和运营阶段构件内的应力，对允许开裂的预应力混凝土结构，检算运营阶段应力时不应计入开裂截面受拉区混凝土的作用

9、。24）运营阶段正截面混凝土拉应力超过0.7Fct时，应按开裂面计算。2.6） 按弹性阶段计算梁的变形。2. 6.支座类型1）按其容许变形的可能性分为：固定支座、单向活动支座、多向活动支座；2）按材料分为简易支座、钢支座、橡胶支座、混凝土支座。3 .预应力混凝土连续梁桥和刚架桥4 .1.预应力混凝土连续梁桥设计计算内容1）拟定截面尺寸2）计算恒、活载作用下的主梁内力3）计算主梁次内力4）估算与布置预应力钢筋：原则为要求预应力混凝土梁在预加力合使用荷载作用下的应力状态应保证截面上下缘均不出现拉应力，且上下缘的混凝土均不被压碎，同时还要满足承载能力极限状态下的正截面强度要求5）计算预应力损失及有效

10、预应力6）截面校核：包括正截面强度验算、抗裂性验算，正常使用条件下正应力、剪应力和主拉应力的验、变形验算。3. 2.连续梁的施工方法就地浇筑施工、悬臂对称施工、顶推法施工、还有逐孔施工法、移动模架法等。悬臂施工法：是从已建桥墩开始，对称逐段地沿桥跨方向向俩边延伸施工，并通过预应力筋的张拉将新建阶段与已有的阶段集成为整体。示意图见128页。挂篮施工：用挂篮悬臂浇筑施工又称为迪维克施工法，施工前需要首先将梁体进行施工实际分段，然后依照设计阶段长度在桥墩俩侧以挂篮为极具对称悬臂施工。菱形挂篮主要由承重系统、走行系统、模板系统、悬吊系统、锚固系统和张拉操作平台组成。顶推施工法特点是在沿桥轴方向的台后设

11、置预制场地，分阶段预制梁体，并用纵向预应力筋将预制阶段与已完成的两端连成整体，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前顶推处预制场地，之后继续在预制场进行下一节段梁的预制，直至全桥完成。3. 3.温度对结构的影响混凝土桥梁在施工和使用期间会由于各种原因产生裂缝。由于温度变化产生的温度应力是使混凝土开裂的主要原因之一，尤其对于大跨度箱型截面桥梁，温度应力几乎成为产生应力的主要原因，温度梯度模式分为线性梯度模式与非线性梯度模式。3.4. 刚架桥特点桥跨结构和墩台整体相连的桥梁称为刚架桥。在竖向荷载作用下，主梁端部将产生负弯距，从而减小了主梁跨中的正弯距，跨中截面尺寸可相应减少，支柱在竖向荷载作用下，除承

12、受压力外还承受弯距，柱脚处一般存在水平推力。主要类型有门式、斜腿、V型墩、带钱的T形钢构桥、带挂梁的T形钢构桥、连续钢构桥还有分离式连续钢构桥。4 ,拱桥4. 1.基本特点在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力而且产生水平推力，跨越能力较大。4. 2.组成和分类3）由桥跨结构和下部结构组成。桥跨结构由主拱圈和拱上结构组成，下部结构包括桥墩、桥台和基础。4）分类按结构体系分类分为简单体系拱桥（三钱拱、俩钱拱、无钱拱）组合式体系拱桥（梁拱体系、钢架拱、桁架拱）；按主拱截面形式分为板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱型拱桥。5. 3.钢管混凝土拱桥1）构造一种是直接用做主拱结构；一种是利用钢管混凝土作为劲

13、性骨架。2）结构由钢管混凝土拱肋、立柱或吊杆、横撑、行车道系、下部构造等组成。分为上承式、中承式、下乘式。4. 4.钢管混凝土结构特点1）承载能力大大提高2）具有良好的塑性和韧性3）结构自重和造价均降低4）施工简单，缩短工期5）防腐、防火性能好6）结构造型美观。4. 5.拱桥施工方法分为有支架施工（满布式拱架、墩架式拱架、钢拱架、桁架式）、无支架施工（缆索吊装施工、悬臂施工法、转体施工法、劲性骨架施工）。5.斜拉桥5. 1.组成、特点又称斜张桥，属组合体系桥梁，它的上部结构由主梁、拉索和索塔组成。是一种桥面体系以主梁承受轴向力或承受弯距为主，支撑体系以拉索受拉和索塔受压为主的桥梁。5. 2.斜

14、拉桥的总体布置1）孔跨布置（双塔三跨式、独塔双跨式、多塔多跨式）2）斜拉锁的布置（横向布置包括单索面、平行双索面、双斜索面；纵向布置包括竖琴形索、辐射形索、扇形索、非对称形索5. 3.主梁结构体系与立面布置1）分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系、钢构体系，二主梁按支撑方式不同分为跨内由多点弹性支撑的单跨梁、连续梁、悬臂梁、T形钢构和连续钢构。2）索塔的布置顺桥向有（单柱形、A形以及倒Y形等几种）横桥向有（单柱形、双柱形、门形、体形、倒V形、破石形、A形、倒V形）。6.悬索桥6. 1.特点悬索桥是以主缆为主要承重结构的桥梁结构，行车的桥道梁是用从主缆上垂吊下来的吊索扣系固定的。主要构造包括主

15、缆、桥塔、锚碇、吊索、加劲梁及桥面。7. 2.受力特点悬索桥主缆所受的力是通过锚定和桥塔传给地基的，主缆、塔和锚定三者是构成悬索桥受力的主体。7.桥梁墩台与基础7.1. 墩台类型特点1）重力式墩台：主要特点是依靠自身巨大的重量和材料的受压性能来抵抗外荷载，维持自身的稳定性。2）轻型式墩台（通过对重力式墩台改变建筑材料、采用杆系结构、改变结构的受力体系）。7. 2.基础类型特点1）扩大基础：是直接在墩台下开挖基坑修建而成的实体基础适合于在岸上或水流冲刷影响不大的浅水处，且浅表地基承载力合适的地层。特点是稳定性好，施工方便、取材容易、能承受较大的荷载，缺点是自重大需要对地基进行处理或加固后才能用。2）管桩基础：桩基础是由若干根桩和承台