橋梁概念設計重點整理(同濟大學)

1、結(jié)構(gòu)效率：有受拉為主的結(jié)構(gòu)最高，以受彎為主的結(jié)構(gòu)效率最低。梁式橋的受力特點 增大梁抗彎能力的途徑 提高材料的抗拉與抗壓能力 增大上下翼緣的面積 增大梁高，增加力臂 梁橋跨越能力的制約因素 增大面積、增大梁高會大大增加自重 鋼、混凝土梁（簡支、連續(xù)）的最大跨徑 解決辦法 盡量將面積集中在上下緣，桁架梁。 魁北克橋的最大梁高140m（落實） 由于拱的形狀，拱圈只承擔壓力 拱頂推力產(chǎn)生的彎矩抵抗外荷載彎矩 拱的矢高越大，拱內(nèi)的壓力越小 地基必須抵抗拱圈傳來的水平力 細長的拱軸受壓有失穩(wěn)的可能，控制拱圈截面尺寸拱橋的受力特點 拱圈全部受壓的條件 合理拱軸線，與外荷載有關(guān) 不滿足合理拱軸線條件時，拱圈受

2、一定的彎矩 拱使用的不方便無法直接在拱上行車 必須建造拱上建筑（計算合理拱軸線時必須計入）懸索橋的受力特點 由于懸索的形狀，懸索只受拉 懸索拉力產(chǎn)生的力矩抵抗外荷載彎矩 矢高越大，主纜內(nèi)的拉力越小 地基必須能抵抗水平拉力 由于主纜受力后自由改變形狀，纜繩只受拉 沒有細長構(gòu)件失穩(wěn)的問題 懸索使用的不方便 無法直接在纜繩上行車，必須采用吊索將橋面 由于纜繩太細，變形非常大，限制跨徑的增大組合體系橋梁的受力特點 拉壓構(gòu)件組成力矩承擔外荷載 拉壓力自平衡 其中一個構(gòu)件同時起橋面的作用 問題 如何形成自平衡體系？ 先形成撐或拉的橋面很困難，需要付出代價 按橋面的位置劃分 上承式視野好、建筑高度大 下承式

3、建筑高度小、視野差 中承式兼有兩者的特點 按橋梁用途來劃分 公路橋、鐵路橋、公路鐵路兩用橋、人行橋、運水橋(渡槽)、 其它專用橋梁(如通過管路、電纜等)傳遞荷載功能的主要構(gòu)件： 橋跨結(jié)構(gòu)（上部結(jié)構(gòu)） 直接承擔使用荷載 橋墩、橋臺、支座（下部結(jié)構(gòu)） 將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到基礎(chǔ)中去 擋住路堤的土 保證橋梁的溫差伸縮 基礎(chǔ) 將橋梁結(jié)構(gòu)的反力傳遞到地基橋梁附屬設施1）橋面鋪裝(或稱行車道鋪裝) 2）排水防水系統(tǒng)3）欄桿(或防撞欄桿) 4）伸縮縫5）燈光照明梁式橋的類型 按受力體系劃分 簡支梁、懸臂梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu) 按材料劃分 混凝土梁橋、鋼梁橋、鋼混結(jié)合梁橋 按截面形式劃分 板梁、肋梁、箱梁 按腹

4、板是否挖空劃分 實腹梁、桁架梁1、 簡支梁 施工方便 靜定體系對地基要求不高 彎矩最大 適合于小跨徑橋梁2、懸臂梁橋 單懸臂、雙懸臂 卸載彎矩使跨中彎矩大大減小 靜定體系對地基要求不高 跨中有接縫，行車條件不好 跨中的牛腿、伸縮縫，易損壞 適合于中等以上跨徑橋梁 施工不方便3、連續(xù)梁橋 恒載、活載均有卸載彎矩 行車條件好 次內(nèi)力影響大，計算復雜 超靜定體系對地基要求高 跨徑應用范圍越來越大 小跨徑采用支架施工方法，大跨徑采用懸臂施工方法 跨徑增大受支座噸位的限制4、T形剛構(gòu)橋 卸載彎矩類似于懸臂梁 適合于懸臂施工、節(jié)省支座 靜定體系對地基要求不高 跨中的牛腿、伸縮縫，易損壞 行車條件不好 適合

5、于中等以上跨徑橋梁，直接應用越來越少5、連續(xù)剛構(gòu)橋 去除了支座，使構(gòu)造施工更加簡單 超靜定次數(shù)更加高，除對地基變形敏感外，對溫度變形也很敏感 適合于高墩橋梁，應用得越來越多 整體式橋梁是中小跨徑橋梁研究的熱點預應力 在受拉區(qū)先加預壓力，使受拉區(qū)轉(zhuǎn)化為壓力釋放的過程 1、板梁橋 一般為鋼筋混凝土和預應力混凝土梁，施工方便 整體現(xiàn)澆、預制現(xiàn)澆 自重大、大跨徑時有效承載能力低 空心板、實心板 適合于小跨徑橋梁 2、肋板式截面 混凝土梁、鋼梁、鋼混結(jié)合梁均可采用 P形、I形、T形 截面效率指標 多用于縱向分縫裝配式橋梁 適合于中等跨徑簡支橋梁，也用在小跨徑連續(xù)梁 3、箱形截面 整體性能好，抗扭慣矩大

6、上下緣均可受壓、適合于連續(xù)橋梁 適合中等以上跨徑橋梁 單箱單室適合于大跨徑橋梁 單箱多室適合于小跨徑橋梁 分離多箱適合于吊裝的小跨徑橋梁 混凝土、鋼、鋼混組合梁，均有箱型截面 施工復雜實腹梁與桁架梁 由于從一側(cè)受壓過渡到另一側(cè)受拉，梁中心線附近應力比較小，可以減小面積 挖空腹板的好處 增加梁高時較少增加重量 提高跨越能力 建造桁梁的材料 桁架梁大部分采用鋼梁 目前有采用鋼混組合梁的趨勢 很少采用混凝土梁 原因：腹桿有拉有壓，混凝土容易開裂各種梁橋的實用范圍 影響使用范圍的因素 材料因素 鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼、鋼混組合 截面形式 挖空率越高跨越能力越大 施工可操作性、經(jīng)濟性 與支架、起吊

7、能力有關(guān) 簡單截面受力效率低，但是施工方便 力學控制指標 強度 剛度、抗裂性簡支梁橋施工方法及適用的環(huán)境¡ 簡支梁橋最直接的想象到的施工方法§ 建造橋墩§ 吊裝大梁¡ 困難§ 對于全部寬度的橋梁，自重大、體積大，整體吊裝很困難¡ 解決的途徑§ 發(fā)展超大型設備§ 分塊吊裝§ 滿堂支架現(xiàn)場制作整體吊裝¡ 優(yōu)點§ 主梁一次形成，速度快¡ 需要的條件§ 預制場§ 大型運輸設備§ 大型吊機¡ 適宜的應用環(huán)境多跨長橋§ 提高建設速度的需求

8、§ 大型設備的攤銷分塊吊裝¡ 優(yōu)點§ 化整為零，不需要很大的運輸、起吊能力¡ 需要關(guān)注的問題§ 橫向連接的可靠性§ 施工中的穩(wěn)定性§ 預制的場地及工期¡ 適用環(huán)境§ 大部分中、小跨徑橋梁滿堂支架制作¡ 優(yōu)點§ 原位施工，幾乎不需要大型設備§ 橋梁形狀不受限制¡ 缺點§ 需要的人工多§ 單位工程量需要的工期長§ 改善辦法移動模架¡ 適用的環(huán)境§ 有條件搭設支架§ 異型梁橋整體施工簡支梁¡ 方法

9、67; 滿堂支架§ 整體吊裝¡ 截面形式§ 實心截面小跨徑§ 箱形截面 單箱單室、雙室吊裝 單箱多室滿堂支架§ 槽型截面1、 整體吊裝¡ 場地需求§ 預制場§ 存梁場¡ 主梁的運輸§ 從地面便道或者水上浮運§ 梁上運梁已架梁的驗算§ 減少集中力的方法多輪¡ 吊機§ 起吊主梁沿吊機渡過橋孔§ 行走吊機跨過待架設橋孔¡ 容易出現(xiàn)的問題§ 支座不平整§ 解決的辦法2、 支架現(xiàn)澆¡ 滿堂支架§ 速度慢&#

10、161; 移動模架§ 將支架與模板一體化§ 支架支承在橋墩上、且可以逐跨移動¡ 常用截面形式§ 板式（實心、空心）截面、矮肋截面§ 箱形截面§ 肋板式截面用在滿堂支架現(xiàn)澆施工上不方便§ 槽形截面特別適合于鐵路橋，建筑高度小甬臺溫客運專線的移動模架澆筑簡支梁¡ 決定因素§ 山區(qū)未通隧道的阻隔，無法將預制梁運到現(xiàn)場§ 土地價錢高，建預制場代價大3、 預制拼裝施工簡支梁¡ 簡支梁橋使用最多的施工方法¡ 分塊方法§ 縱向切塊 梁片可以單獨架設在橋位上，不需要支架 橫向連接很

11、關(guān)鍵§ 橫向切塊 需要支架，簡支梁橋很少應用¡ 截面形式§ 縱向切塊 板式空心板、矮肋板 肋式T形截面、I形截面（混凝土或鋼）+現(xiàn)澆橋面板 多箱施工過程¡ 分片吊裝單梁¡ 橫向連接¡ 澆筑橋面高頻振動模板¡ 防撞欄桿采用高頻振動模板澆筑，混凝土澆筑后模板可以立即前移¡ 簡支梁橋的適用范圍板式截面肋板式截面箱形截面槽形梁桁架實心板空心板T型I形單箱多箱鋼筋混凝土<6m材料使用效率控制<8m裂縫控制公路<20m鐵路<16m裂縫控制預應力混凝土<8m材料使用效率控制鐵路10m公路<20

12、m裝配式受鉸縫控制鐵路32m運輸條件控制公路<50m吊裝重量控制預制I梁，后現(xiàn)澆或安裝橋面板，主要用于公路<32m整孔<64m節(jié)段吊裝主要用于鐵路<40m控制主要用于公路，吊裝重量控制2025m主要用于鐵路或輕軌鋼<40m材料使用效率控制48128m主要用于鐵路鋼混40m50m國外有裝配式簡支板的預制方法¡ 配筋特點§ 主要配置縱向抗彎鋼筋§ 抗剪不控制，一般只設箍筋§ 鋼筋砼梁設可設彎起鋼筋§ 預應力筋在底板直線布置，也可以彎起布置§ 先張法梁端減小預應力的措施§ 梁端頂板設抗拉鋼筋先張法梁減

13、小梁端預應力的措施¡ 出現(xiàn)的病害：預應力有效的起點不明確裝配式混凝土簡支肋梁橋構(gòu)造特點¡ 截面形式§ T形、I形、槽形¡ 塊件劃分§ 縱向豎縫§ 縱向水平縫§ 橫向豎縫§ 縱橫向同時分縫¡ 劃分原則：§ 起吊能力§ 接縫在應力最小處§ 接頭少、施工方便§ 便于安裝§ 標準化裝配式鋼筋混凝土簡支T梁橋¡ 構(gòu)造布置§ 常用跨徑8.020m 抗裂控制跨徑增大§ 主梁布置 梁距通常在1.52.2米之間，鐵路1.8米§ 橫梁布

14、置 橫梁幫助橫向分布，但是使模板復雜 端橫梁 中橫梁布置在跨中及4分點¡ 主要構(gòu)造§ 主梁高1/111/18L，寬1518cm（公路），1/71/9L，寬30cm（鐵路）§ 橫梁中橫梁3/4h，端橫梁與主梁同高，寬1216cm，可挖空§ 翼板1/12h，一般為變厚度主要鋼筋構(gòu)造¡ 主鋼筋¡ 斜筋¡ 箍筋¡ 翼板橫向鋼筋¡ 橫梁鋼筋¡ 架立鋼筋¡ 分布鋼筋¡ 支座下局部加強鋼筋橫向連接¡ 翼板連接§ 現(xiàn)澆接縫剛性連接 扣環(huán)式接頭§ 拼接縫鉸接 企口

15、鉸，很少采用 鋼板連接¡ 橫梁連接§ 現(xiàn)澆接縫§ 鋼板連接裝配式預應力混凝土簡支T梁橋¡ 構(gòu)造布置§ 常用跨徑2050m 吊裝重量控制§ 主梁布置 梁距通常在1.52.2米之間 大跨度盡量增大梁距，橫向與縱向材料的平衡裝配式預應力混凝土簡支T梁橋¡ 主要鋼筋§ 主梁受力鋼筋為預應力筋§ 箍筋§ 錨下局部加強鋼筋§ 翼板橫向鋼筋§ 架立鋼筋§ 分布鋼筋§ 一般不設斜筋減余剪力圖預應力混凝土小箱梁¡ 優(yōu)點：§ 截面核心矩大，梁高較T梁小&#

16、167; 運輸安裝方便§ 抗扭剛度大不需要橫梁，模板比較簡單§ 斜腹板減小底板的混凝土用量§ 外形比較美觀¡ 常用跨徑§ 20，25，30，35，40m§ 梁高：1.2，1.4，1.6，1.8，2.0m簡支鋼橋1、簡支鋼橋常用結(jié)構(gòu)形式§ 鋼板梁¡ 材料使用效率比較低，用于較小跨度（<40m）¡ 制造比較簡單§ 鋼桁梁¡ 材料使用效率高¡ 制造復雜，一般用于跨度比較大的情況（>50m）§ 小跨度鋼橋很少采用箱梁¡ 為什么？2、鋼橋需要關(guān)注的特殊問

17、題§ 材料強度高尺寸小穩(wěn)定問題§ 自重小活載比例高疲勞問題，特別是焊縫疲勞§ 連接方式：¡ 拴接¡ 焊接¡ 高強螺栓3、鋼板梁§ 三塊主鋼板¡ 上、下翼板¡ 腹板帶加勁肋多板交叉時要避免焊接應力§ 橫撐、橫聯(lián)、平聯(lián)§ 節(jié)省材料的辦法簡支梁跨中彎矩大¡ 三塊板縱向變厚度，翼板變寬度¡ 多層蓋板¡ 變厚板¡ 不等強度板鐵路下承式鋼板梁¡ 通過小縱梁將活載傳遞到橫梁¡ 通過橫梁傳遞到縱梁¡ 肱板¡ 幫助上翼板穩(wěn)定

18、鋼桁梁§ 桁架的形式¡ 傳力¡ 穩(wěn)定§ 要求¡ 傳力直接¡ 穩(wěn)定性好¡ 桿件種類少¡ 節(jié)點簡單¡ 安裝方便梁高¡ 變高度桁梁¡ 弦桿等應力，節(jié)約腹桿材料¡ 制造復雜¡ 等高度¡ 制造簡單¡ 弦桿與腹桿材料用量的平衡¡ 使用要求¡ 上承式？¡ 下承式？節(jié)間長度¡ 腹桿材料用量的平衡¡ 斜桿傾斜度：¡ 3050度，便于安裝¡ 我國三角下承式標準梁36度 公路橋使用荷載位置不固定 鐵

19、路橋活荷載比例大，剛度要求高 公路鐵路兩用橋 人行橋活荷載小，可以設計美妙的造型橋梁的地位 各種道路工程的關(guān)鍵節(jié)點 里程不長、難度高、造價大、工期長 道路中橋梁的里程一般不超過10% 有倒塌的危險，橋梁的發(fā)展一直與倒塌斗爭 橋梁造價是同樣通行能力道路的5倍以上 最便宜的橋每平方造價3000元以上 橋梁在豎直方向上工序不能同時開展新材料的應用 高性能混凝土 高強度C100以上，高工作性能，耐久性高性能鋼材 高強度Q750以上，高可焊性、耐久性 纖維加勁材料 玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維 高強、輕質(zhì)、耐腐蝕 有些力學指標尚待改進世界最大跨度斜拉橋1 Russky 1104 Vladivostok R

20、ussia 20122 Sutong 1088 Suzhou-Nantong China 20083 Stonecutters 1018 Hong Kong China 20094 Edong 926 Hubei China 20095 Tatara 890 Onomichi-Imabari Japan 19996 Pont de Normandie 856 Le Havre France 1995世界最大跨度鋼拱橋1 Chaotianmen 552 Chongqing China 20092 Lupu 550 Shanghai China 2003世界最大跨度鋼桁梁橋1 Pont de Qu

21、ebec 549 Quebec City Canada 19172 Firth of Forth 521 Edinburgh UK 1890 2 spans世界最大跨度混凝土拱橋1 Wanxian 425 Wanzhou China 19972 Krk-1 (east span) 390 Krk Island Croatia 19803 Jialing 364 Sichuan China 2012世界最大跨度混凝土梁橋1 Shibanpo 330 Chongqing China 2006 1)2 Stolmasundet 301 Austevoll Norway 1998世界最大跨度鋼梁橋n

22、Country Year Notes1 Ponte Costa e Silva 300 Rio de Janeiro Brazil 19742 Neckartalbrücke-1 263 Weitingen Germany 1978 1)橋梁工程技術(shù)發(fā)展的目的 在更加困難的地方建造橋梁 跨度更大的橋梁 建設條件更復雜 更加堅固的橋梁 更加耐久的橋梁 更加經(jīng)濟的橋梁古代橋梁的特點 保留到今天的以石拱橋居多 由于耐久性問題，古代遺留木橋，索橋很少 由于統(tǒng)治階層建造 橋梁一般有很華麗的裝飾 中國古橋的橋名很多帶有：濟、安、平、定等施舍與安定的詞匯 建造者很多為工匠 沒有理論體系 結(jié)構(gòu)不很合

23、理法國橋路大學第一任校長JeanRodolphe Perronet最早系統(tǒng)研究了合理拱軸線火車的發(fā)明使鐵路橋成為建橋的主要需求之一 跨越越來越偏遠的地區(qū) 火車爬坡不能用太大的坡度 火車的荷載大，且振動作用大 火車對橋梁的剛度要求高/html/bbs/常規(guī)懸索橋 優(yōu)點：通過主纜安裝主梁，主纜通過空中紡絲進行，可以不在水中建橋墩建設大跨度橋梁。 缺點：巨大的錨錠造價很高，占到全橋造價的近20% 自錨式懸索橋 優(yōu)點：避免了巨大的錨錠 缺點：主梁必須先架設，在跨闊水面上先架設主梁增加了很大造價。 自錨懸索橋由于主梁有失穩(wěn)可能，不能應用于超大跨度非保向力拱圈的架設方法 勁性骨架分層澆筑拱圈 鋼管混凝土拱 減少拱架的造價 拱圈各部分受力不均勻散索鞍懸索的線型 由荷載自動形成 空纜懸鏈線，均布荷載拋物線 實際線形介于懸鏈線與拋物線之間 提高剛度的辦法 提高加勁梁的剛度 設斜拉索 重力剛度的認識 斜吊桿 雙鏈懸索橋 中