橋梁工程-橋梁基本知識

1、學習情境1 橋梁基本知識工作任務任務1.認識橋梁結構；任務2.橋梁設計與建設程序；任務3.橋梁的規(guī)劃與設計；任務4.橋梁設計荷載。學習目標1.敘述橋梁的組成和分類；2.敘述橋梁各組成部分的概念、術語；3.敘述橋梁的結構體系和內容；4.知道橋梁總體規(guī)劃原則、基本設計資料和設計程序；5.敘述橋梁縱、橫斷面設計和平面布置；6.知道橋梁設計的方案比較；7.敘述作用的分類及含義；8.知道作用效應組合。任務描述 本學習情境分解為4個學習任務。每個學生應沿著如下流程進行學習： 認知橋梁的組成和分類敘述橋梁各組成部分的概念和術語 熟悉橋梁的結構體系熟悉橋梁總體規(guī)劃原則和基本建設程序熟悉橋梁縱、橫斷面設計和平面

2、布置敘述作用的分類及含義知道作用效應組合任務一 認識橋梁結構為了滿足各種車輛、行人的順利通行或各種管線工程的布設，建造的跨越河流、山谷跨越河流、山谷或其他交通線路等障礙的工程建筑物，一般或其他交通線路等障礙的工程建筑物，一般統(tǒng)稱為橋梁統(tǒng)稱為橋梁。橋梁是交通工程中的重要組成部分，隨著經濟的發(fā)展、科技的進步和社會生產力的不斷提高，人們對橋梁建筑提出了越來越高的要求。一、橋梁結構的組成及名詞術語一、橋梁結構的組成及名詞術語1橋梁結構的組成1)橋梁上部結構是承擔線路荷載，跨越障礙的主要承重結構。2)橋梁下部結構是橋墩、橋臺及橋梁基礎的總稱，是支承橋跨結構并將荷載傳至地基的建筑物。橋墩和橋臺一般合稱墩臺

3、。3)支座。設于橋(墩)臺頂部，支承上部結構并將荷載傳給下部結構的裝置。它能保證上部結構在荷載、溫度變化或其他因素作用下的位移功能。4)附屬設施。包括橋面系、橋頭搭板、護坡、導流堤等。橋面系一般由橋面鋪裝、欄桿(防撞墻)、人行道、伸縮縫、照明系統(tǒng)等組成。2橋梁結構的名詞術語橋梁結構的名詞術語1)橋梁全長：簡稱橋長，對于有橋臺的橋梁為兩岸橋臺側墻或八字墻尾端之間的距離(對于無橋臺的橋梁為橋面系的行車道長度)。2)凈跨徑：對梁式橋為設計洪水位上相鄰兩橋墩(或橋臺)間的水平凈距。對于拱式橋，是指每孔拱跨兩拱腳截面最低點之間的水平距離。3)計算跨徑：對于設支座的橋梁，為相鄰兩支座中心之間的水平距離，對

4、于不設支座的橋梁，為上下部結構的相交面之中心間的水平距離，用表示。橋梁結構的分析計算以計算跨徑為準。2橋梁結構的名詞術語橋梁結構的名詞術語4)標準跨徑：對梁式橋，是指兩相鄰橋墩中線間水平距離或橋墩中線與臺背前緣之間的水平距離，也稱為單孔跨徑，對于拱式橋和涵洞，則是指凈跨徑。標準跨徑是橋梁劃分大、中、小橋及涵洞的指標之一。5)標準化跨徑：為了便于編制標準設計，增強構件間的互換性，當跨徑在50m及以下時，通常采用標準化跨徑。2橋梁結構的名詞術語橋梁結構的名詞術語8)橋梁建筑高度：橋面路拱中心頂點到橋跨結構最下緣(拱式橋為拱腳線)的高差。9)橋梁高度：橋面路拱中心頂點到低水位或橋下線路路面之間的垂直

5、距離，稱為橋梁高度。10)凈矢高：拱橋從拱頂截面下緣至相鄰兩拱腳截面下緣最低點連線的垂直距離，用f0表示。11)計算矢高：是從拱頂截面形心至相鄰兩拱腳截面形心之連線的垂直距離，用f表示。12)矢跨比：拱橋中拱圈（或拱肋）的計算矢高與計算跨徑之比（f/l），也稱拱矢度。它是反映拱橋受力特性的一個重要指標。二、橋梁的分類二、橋梁的分類1按工程規(guī)模劃分根據(jù)橋梁多孔跨徑總長L和單孔跨徑Lk將橋梁劃分為：特大橋、大橋、中橋、小橋、涵洞，見表l-l-1。這是我國公路和城市橋梁級別劃分的依據(jù)。 2按橋梁的結構體系劃分按橋梁的結構體系劃分根據(jù)結構體系及其受力特點，橋梁可劃分為：梁式橋拱式橋剛架橋懸索橋斜拉橋組

6、合體系橋1）梁式橋）梁式橋梁式橋是古老的結構體系之一。梁作為承重結構，主要是以其抗彎能力來承受荷載。在豎向荷載作用下，其支承反力也是豎直的，一般梁體結構只受彎、受剪，不承受軸向力。開封黃河大橋 1989 望城溈江橋 1980 京周公路啞吧河橋 1956云南六庫怒江橋 19912）拱式橋）拱式橋拱式橋的主要承重結構是具有曲線外形的拱(其拱圈的截面形式可以是實體矩形、肋形、箱形、桁架等)。在豎向荷載作用下，拱主要承受軸向壓力，同時也承受彎矩、剪力。支承反力不僅有豎向反力，也承受較大的水平推力。 2）拱橋）拱橋湖南鳳凰縣烏巢河橋1990年貴州劍河橋 1985，無錫 民主橋1969萬縣長江大橋1997

7、上海盧浦大橋2005錢塘江四橋2004年巫山長江大橋2005廣州丫髻沙大橋20003）剛架橋）剛架橋剛架橋(也稱為剛構橋)是指梁與立柱(墩柱)或豎墻整體剛性連接的橋梁其主要特點是：立柱具有相當大的抗彎剛度，故可分擔梁部跨中正彎矩，達到降低梁高、增大橋下凈空的目的。廣東虎門輔航道橋 1999廣東番禺洛溪大橋 1988重慶石板坡長江大橋復線橋2006桂林雉山漓江大橋 19844）懸索橋）懸索橋懸索橋(也稱為吊橋)主要由索(又稱纜索)、塔、錨碇、加勁梁等組成 。青馬大橋1997潤揚長江大橋2005日本明石海峽大橋1998美國金門大橋19375）斜拉橋）斜拉橋斜拉橋是由梁、塔和斜索(拉索)組成，結構形

8、式多樣，造型優(yōu)美壯觀。在豎向荷載作用下，梁以受彎為主，塔以受壓為主，斜索則承受拉力。 法國米約高架橋,2004年法國的諾曼底橋1994南京長江三橋2005蘇通大橋2008)組合體系橋組合體系橋將上述幾種結構形式進行合理的組合應用，即形成組合體系橋梁。常見的組合方式是梁、拱結構的組合，梁、拱、吊組合體系。同時具備梁的受彎和拱的承壓特點，可以是剛性拱及柔性拉桿，也可以是柔性拱及剛性梁。)組合體系橋組合體系橋3橋梁的其他分類橋梁的其他分類1）按橋梁上部結構的建筑材料分橋梁可分為木橋、石橋、混凝土橋、鋼筋混凝土橋、預應力混凝土橋(有時三者統(tǒng)稱混凝土橋)、鋼橋等。2）按用途分橋梁可分為公路橋、鐵路橋、公

9、鐵兩用橋、人行橋、給水橋(渡橋)和供油、供氣、供煤氣的管道橋等。3）按跨越障礙分橋梁可分為跨河橋、跨谷橋、跨線橋和高架線路橋等。4）按橋面位置分按上部結構的行車道位置，分為上承式橋、中承式橋、下承式橋和雙層橋。5）按制造方法分混凝土橋分現(xiàn)場澆筑和裝配式兩類。后者的構件在工廠(場)中預制，運往工地拼裝架設，其優(yōu)點是：可使橋梁制造工業(yè)化、機械化，降低成本，提高速度，而且質量也有保證。也有兩者結合的裝配、現(xiàn)澆式混凝土橋。鋼橋一般都是裝配式的。6）其他特殊橋梁有活動橋、軍用橋、漫水橋等?；顒訕蚴菢蚩缃Y構可以移動或轉動，以擴大或開放橋下自由通道的橋梁，多用于河流下游靠近入海的港口處。1）按橋梁上部結構的

10、建筑材料分木橋漳州虎渡橋，石梁橋丹河特大橋，石拱橋無錫衛(wèi)東橋，雙曲拱橋1）按橋梁上部結構的建筑材料分廈門鐘宅灣橋，鋼拱橋巫山長江大橋，鋼管拱昭化嘉陵江大橋，昭化嘉陵江大橋，鋼筋混凝土拱橋重慶長江大橋，預應力混凝土 1）按橋梁上部結構的建筑材料分南京長江三橋，鋼箱梁，鋼塔柱九江長江大橋南京長江大橋鋼梁施工日本大阪港大橋日本大阪港大橋2）按用途分）按用途分公路橋鐵路橋公鐵兩用橋2）按用途分）按用途分人行橋渡槽（水橋）管橋3）按跨越障礙分）按跨越障礙分立交橋跨河橋跨谷橋跨線橋4）按橋面位置分）按橋面位置分4）按橋面位置分）按橋面位置分雙層橋5）按制造方法分）按制造方法分現(xiàn)場澆筑5）按制造方法分）按制

11、造方法分裝配式梁橋6）其他特殊橋梁）其他特殊橋梁開啟橋6）其他特殊橋梁）其他特殊橋梁三、橋梁的建設與發(fā)展概況三、橋梁的建設與發(fā)展概況橋梁是道路的組成部分。 從工程技術的角度來看，橋梁發(fā)展可分為古代、近代和現(xiàn)代三個時期。20世紀30年代之后19世紀之前現(xiàn)代橋梁現(xiàn)代橋梁近代橋梁近代橋梁古代橋梁古代橋梁19世紀到20世紀30年代木橋、石橋鋼橋預應力混凝土橋梁任務任務2 橋梁設計與建設程序橋梁設計與建設程序橋梁的規(guī)劃設計需考慮的因素很多，涉及工程地區(qū)的政治、經濟、文化以及人文環(huán)境，特別是對于工程比較復雜的大、中橋梁，是一個綜合性的系統(tǒng)工程。因此必須建立一套嚴格的管理體制和有序的工作程序。 基本建設程序

12、分為前期工作和正式設計基本建設程序分為前期工作和正式設計 圖1-2-1設計階段與建設程序關系圖任務任務3 橋梁的規(guī)劃與設計橋梁的規(guī)劃與設計一、橋梁設計的基本原則1安全2適用3經濟4美觀5技術先進6環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展二、橋梁布置及凈空要求二、橋梁布置及凈空要求1橋梁平面布置。橋梁設計首先要確定橋位，按照公路工程技術標準(JTG B01-2003)的規(guī)定，小橋和涵洞的位置與線形一般應符合路線的總走向。 2橋跨和孔徑。橋梁縱斷面設計包括確定橋梁的總跨徑、橋梁的分孔、橋面的標高、橋上和橋頭引道的縱坡以及基礎的埋置深度等。 二、橋梁布置及凈空要求二、橋梁布置及凈空要求3橋下凈空。合理的橋面標高必須根據(jù)

13、設計洪水水位、橋下通航(通車)凈空的需要，并結合橋型、跨徑等一起考慮。 二、橋梁布置及凈空要求二、橋梁布置及凈空要求4橋涵凈空公路橋梁橫斷面的設計，主要取決于橋面的寬度和不同橋跨結構橫斷面的形式。橋面寬度取決于行車和行人的交通需要。三、橋梁設計方案的比選三、橋梁設計方案的比選 作出一個經濟、適用和美觀的橋梁設計方案，設計者必須根據(jù)當?shù)氐男枰图夹g條件，因地制宜，掌握國內外新技術、新材料、新工藝，才能科學地得出最優(yōu)的設計方案。橋梁設計方案的比選和確定可按下列步驟進行：1)明確各種標高的要求2)橋梁分孔和初擬橋型方案草圖3)方案初步比選4)詳繪橋型方案圖6)方案選定和文件匯總5)編制估算或概算任務

14、任務4 橋梁設計荷載橋梁設計荷載橋梁結構設計的主要內容之一就是荷載的選定和計算。根據(jù)它們作用的性質和影響程度的不同，將橋梁作用歸納為永永久作用、可變作用和偶然久作用、可變作用和偶然作用三類。一、永久作用一、永久作用永久作用亦稱恒載，它是在設計使用期內，其作用位置和大小、方向不隨時間變化或其變化與平均值相比可忽略不計。永久作用包括結構物自重、橋面鋪裝和附屬設備的重量、永久作用包括結構物自重、橋面鋪裝和附屬設備的重量、作用于結構上的土重及土側壓力、基礎變位作用、水浮力、作用于結構上的土重及土側壓力、基礎變位作用、水浮力、長期作用于結構上的預應力以及混凝土收縮和徐變作用。長期作用于結構上的預應力以及

15、混凝土收縮和徐變作用。結構自重、橋面鋪裝及附屬設備等附加重力均屬結構重力，結構重力標準值可按常用材料的重度計算。對于公路橋梁，結構物的自重往往占全部設計荷載的很大部分，例如當跨徑為20150m時，結構自重約占3060以上，跨徑愈大所占比例愈高。因此，采用輕質、高強材料來減小橋梁結構的自重，應是橋梁建設研發(fā)的方向。二、可變作用二、可變作用可變作用是在設計使用期內，其作用位置和大小、方向隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。如各種車輛荷載等。橋梁設計中考慮的可變作用有汽車荷載和人群荷可變作用有汽車荷載和人群荷載載。同時，對于汽車荷載應計及其沖擊力、制動力和離心力。對于所有車輛荷載，尚應計

16、算其所引起的土側壓力。此外，可變作用還包括支座摩阻力、溫度(均勻溫度和梯度溫度)作用、風荷載、流水壓力和冰壓力等。1汽車荷載汽車荷載公路橋涵設計時，汽車荷載的計算圖式、荷載等級及其標準值、加載方法和縱橫向折減等應符合下列規(guī)定：1)汽車荷載分為公路-I級和公路-級兩個等級。2)汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁結構的整體計算采用車道荷載，橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算采用車輛荷載。車輛荷載與車道荷載的作用不得疊加。3)各級公路橋涵設計的汽車荷載等級應符合表中的規(guī)定。4)車道荷載的計算圖式如圖所示。1汽車荷載汽車荷載5)公路-I級和公路-

17、汽車荷載采用相同的車輛荷載標準值1汽車荷載汽車荷載主要技術指標。車輛荷載的立面、平面布置6)車道荷載橫向分布系數(shù)應按設計車道數(shù)如圖所示布置車輛荷載進行計算。1汽車荷載汽車荷載7)橋涵設計車道數(shù)應符合表的規(guī) 定。多車道橋梁上的汽車荷載應考慮多車道橫向折減。1汽車荷載汽車荷載8)大跨徑橋梁應考慮車道荷載縱向折減。當橋梁計算跨徑大于150m時，應按表1-4-6規(guī)定的縱向折減系數(shù)進行折減。當橋梁為多跨連續(xù)結構時，整個結構應按其最大計算跨徑的縱向折減系數(shù)進行折減。1汽車荷載汽車荷載2汽車荷載沖擊力汽車荷載沖擊力車輛行駛過程中，由于橋面不平整、車輪不圓及發(fā)動機振動等原因，會使橋梁結構引起振動，從而使橋梁結

18、構承受比靜荷載要大的豎向荷載作用，這種動力效應稱為車輛荷載沖擊力。 3汽車離心力汽車離心力車輛在彎道橋梁上行駛時會產生離心力，曲線半徑越小，離心力越大，當彎橋的曲線半徑小于或等于250m時，應計算汽車荷載引起的離心力。離心力標準值為車輛荷載(不計沖擊力)標準值乘以離心力系數(shù)C。離心力系數(shù)按下式計算4汽車引起的土側壓力汽車引起的土側壓力汽車荷載作用在橋臺或擋土墻后填土上，將引起填土的破壞棱體對橋臺或擋土墻的土側壓力，土側壓力可按下式換算成等代均布土層厚度(m)計算，公式如下：5人群荷載人群荷載設計有人行道的橋梁結構，人群荷載的取值規(guī)定如下：當橋梁計算跨徑L50m時，人群荷載標準值取3.0kN；當橋梁計算跨徑L150m時，人群荷載標準值取2.5kN；當橋梁計算跨徑在50及150m之間時，人群荷載標準值可由線性內插法求得。6汽車制動力汽車制動力橋上汽車制動力是車輛在剎車時為克服車輛的慣性力而在路面與車輛之間發(fā)生的滑動摩阻力。制動力大小與車輛和路面間的摩阻系數(shù)及汽車荷載大小有關，考慮到剎車常常只出現(xiàn)在一部分車輛上，且制動力只有同向行