《橋梁工程B》知識要點分析

1、橋梁工程B知識要點分析第一章 緒論（1）橋梁的組成及各部分作用橋梁的定義：供鐵路、道路、管線、行人等跨越河流、海灣湖泊、山谷或其它交通線路等障礙時使用的建筑結(jié)構(gòu)稱為橋。橋梁由四個基本部分組成：上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、支座和附屬設(shè)施。上部結(jié)構(gòu)：又稱橋跨結(jié)構(gòu)或橋孔結(jié)構(gòu)，是路線遇到障礙而中斷時，跨越障礙并直接承受車輛和其它荷載的結(jié)構(gòu)物，包括承載結(jié)構(gòu)和橋面系。下部結(jié)構(gòu)：通常包括橋墩、橋臺和基礎(chǔ)，亦稱主體工程。橋墩和橋臺是支承橋跨結(jié)構(gòu)并將恒載和車輛荷載等傳至基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)物，基礎(chǔ)是承受橋墩（臺）全部荷載并傳至地基的底部結(jié)構(gòu)部分。支座：為了保證橋跨結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒑奢d傳遞到墩臺，某些橋梁需在橋跨結(jié)構(gòu)與橋墩或橋臺支撐處設(shè)

2、置傳力裝置，即支座。附屬結(jié)構(gòu)：在橋梁主體結(jié)構(gòu)之外，根據(jù)需要修建的其它結(jié)構(gòu)物，包括錐形護坡、護岸、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)物、防撞設(shè)施等附屬工程。相關(guān)常用專業(yè)術(shù)語正橋與引橋：跨越主要障礙物的橋跨稱為正橋，把較高的正橋與較低的路堤以合理的坡度連接起來的這部分橋梁稱為引橋。水位低水位：水位變動的河流，在枯水季節(jié)的最低水位。高水位：在洪峰季節(jié)中的最高水位。設(shè)計洪水位：橋梁設(shè)計中按規(guī)定的設(shè)計洪水頻率計算所得的水位。設(shè)計通航水位：在通航河流，滿足正常通航凈空要求的最高水位?？讖?跨徑凈孔徑：對于梁式橋是指設(shè)計洪水位上相鄰兩個橋墩（臺）之間的凈距；對于拱式橋是每孔拱跨兩個拱腳截面最低點之間的水平距離。總孔徑（L）：各孔凈孔

3、徑的總和，它反映橋下宣泄洪水的能力。計算跨徑：對于設(shè)有支座的梁橋，是指橋跨結(jié)構(gòu)相鄰兩個支座中心之間的距離；對于拱式橋，是指橋跨兩相鄰拱腳截面重心之間的水平距離。橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算是以計算跨徑為基準(zhǔn)的。標(biāo)準(zhǔn)跨徑：對于梁式橋，公路是指兩相鄰橋墩中線之間的距離，或橋墩中線與橋臺背前緣之間的距離；鐵路梁式橋是指梁兩端支座中線之間的距離；對于拱橋、箱涵、圓管涵則是指凈跨徑。橋高橋梁高度：簡稱橋高，是指橋面與低水位之間的高差，或是橋面與橋下線路路面之間的距離。橋下凈空：是指設(shè)計洪水位或設(shè)計通航水位至橋跨結(jié)構(gòu)最下緣之間的距離。建筑高度：是指橋上行車路面（或軌頂）標(biāo)高至橋跨結(jié)構(gòu)最下緣之間的距離。容許建筑高度：

4、是指公路或鐵路定線中所確定的橋面或軌頂標(biāo)高與通航凈空頂部標(biāo)高之差。橋梁分類按橋梁規(guī)模分類我國的規(guī)范公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D602004）：特大橋：多孔跨徑總長 1000m，單孔跨徑150m大橋：1000m 多孔跨徑總長 100m，150m 單孔跨徑40m中橋： 100m 多孔跨徑總長 30m ，40m 單孔跨徑20m小橋： 30m多孔跨徑總長8m ，20m 單孔跨徑5m涵洞：單孔跨徑5m多孔跨徑總長梁式橋、板式橋系指多孔標(biāo)準(zhǔn)跨度的總長；拱式橋為兩岸橋臺內(nèi)起拱線間的距離；其他形式橋梁為橋面系行車道長度。按橋梁規(guī)模分類鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范（TB10002.12005）：特大橋：橋長500m

5、以上大橋：橋長100m以上至500m中橋：橋長20m以上至100m小橋：橋長20m及以下橋長梁橋系指橋臺擋砟前墻之間的長度；拱橋系指拱上側(cè)墻與橋臺側(cè)墻間兩伸縮縫外端之間的長度；剛架橋系指剛架順跨度方向外側(cè)間的長度。按結(jié)構(gòu)體系分類梁式橋：簡支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋拱式橋：鉸拱、雙鉸拱、三鉸拱和無鉸拱、鋼管混凝土拱、勁性剛架拱剛架橋：門式剛架、斜腿剛構(gòu)懸索橋組合體系橋：系桿拱、梁拱組合體系、斜拉橋、部分斜拉橋梁式橋：在豎向荷載作用下支座只產(chǎn)生豎向反力，梁部結(jié)構(gòu)只受彎、剪，不承受軸向力。拱式橋：在豎向荷載作用下，支座處產(chǎn)生豎向、水平反力和彎矩。拱主要承受壓力，適用鋼筋混凝土材料。剛架橋：在豎向荷載

6、作用下，墩頂有豎向反力和水平反力，無鉸剛架還有支撐彎矩。剛架以承受彎矩為主，兼受軸力和剪力。懸索橋：在豎向荷載作用下，纜索主要承受拉力，再通過錨碇和索塔傳給地基。組合橋1-斜拉橋主要由梁、塔、和斜拉索組成的組合體系橋梁 斜拉橋 它的基本受力特點是：受拉的斜索將主梁多點吊起，并將主梁的恒載和車輛等其它荷載傳至塔柱，再通過塔柱基礎(chǔ)傳至地基。塔柱基本上以受壓為主。 跨度較大的主梁就像一條多點彈性支承(吊起)的連續(xù)梁一樣工作，從而使主梁內(nèi)的彎矩大大減小。由于同時受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受壓構(gòu)件。 斜拉橋?qū)俑叽纬o定結(jié)構(gòu)。主梁所受彎矩大小與斜拉索的初張力密切相關(guān)。存在著一定

7、的最優(yōu)索力分布，使主梁在各種狀態(tài)下的彎矩(或應(yīng)力)最小。 在豎向荷載作用下，主梁以受壓為主，塔以受壓為主，斜索承受拉力。 梁體被斜索多點吊起，結(jié)構(gòu)行為和多點彈性支承連續(xù)梁類似，因此，梁體荷載彎矩減小，梁體高度降低，減輕了結(jié)構(gòu)自重節(jié)省了材料。 塔和索的材料性能也能得到較充分的發(fā)揮。組合橋2梁拱組合 系桿拱有三種形式：柔性系桿和剛性拱（圖4a）、剛性系桿（或撐剛性梁）和柔性拱（圖b）、剛性系桿（梁）和剛性拱（圖c）。拱肋吊桿系桿組合橋3系桿拱橋成為外部靜定體系系桿/梁平衡了拱的水平推力組合橋系桿拱橋 系桿拱橋一般由拱肋、吊桿或立柱、系桿、行車道梁（板）及橋面系等組成。（一）高速鐵路特點（1）行車速

8、度快（2）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高（3）站間距離長（4）參數(shù)限制嚴(yán)格（5）曲線半徑大（二）高速鐵路橋梁特點（1）橋梁數(shù)量多（2）混凝土橋梁多（3）結(jié)構(gòu)耐久性好，橋梁便于檢查、維修（4）限制縱向力作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移，避免橋上無縫線路出現(xiàn)過大的附加應(yīng)力（5）結(jié)構(gòu)要有足夠大的剛度（6）高架車站橋較多（7）全面采用無砟軌道是客運專線發(fā)展趨勢使用上的要求經(jīng)濟上的要求安全上的要求美觀上的要求環(huán)保上的要求 在滿足功能的前提下，做到結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟上合理、具有一定的審美價值、與環(huán)境協(xié)調(diào)。（1）橋梁設(shè)計的基本原則橋位選擇確定橋梁必需的長度和高度選擇合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式并擬定橋跨及墩臺基礎(chǔ)方案，即選擇橋式及初擬結(jié)構(gòu)尺寸對橋跨、墩

9、臺、基礎(chǔ)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定橋梁各部分的合理尺寸，保證橋梁在強度、剛度及穩(wěn)定性方面的要求施工圖設(shè)計（2）橋梁設(shè)計的主要內(nèi)容前期工作：預(yù)可行性研究報告與可行性研究報告的編制初步設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工圖設(shè)計（3）橋梁設(shè)計的基本程序（大橋）我國鐵路橋梁規(guī)范鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范（TB1002.12005）鐵路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB1002.22005）鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB1002.32005）鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB1002.42005）鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（TB1002.52005）鐵路橋涵施工規(guī)范（TB 102032002）幾種代表的橋梁設(shè)計規(guī)范我國公路

10、橋梁規(guī)范公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D06-2004）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D06-2004）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTJ 024-85）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（JTJ 025-86）公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）國外規(guī)范英國橋規(guī)BS5400（BSBritish Standard,鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋）美國公路橋規(guī)(AASHTOAmerican Association of State Highway and Transportation Officials）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2004) 規(guī)定：永久作用可變作用

11、偶然作用公路作用/荷載分類（1）荷載分類永久荷載：亦稱恒載，在設(shè)計使用期內(nèi)其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比忽略不計。 包括：結(jié)構(gòu)自重、橋上附加恒載（橋面、人行道及附屬設(shè)備）、作用于結(jié)構(gòu)上的土重及土側(cè)壓力、基礎(chǔ)變位影響力、水浮力、混凝土收縮和徐變的影響力等。 對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)： 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時：預(yù)加應(yīng)力屬永久荷載； 按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時：預(yù)加應(yīng)力不作為荷載，而將預(yù)應(yīng)力筋作為結(jié)構(gòu)抗力的一部分。 但在超靜定結(jié)構(gòu)中，仍需考慮預(yù)加力引起的次次效應(yīng)。 各種永久荷載的取值與計算，詳見規(guī)范條文?？勺兒奢d ：設(shè)計使用期內(nèi)其值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的荷載。 包括：汽車（含沖擊力

12、、離心力），平板掛車，履帶車，汽車引起的土側(cè)壓力，制動力或牽引力；人群荷載；風(fēng)力、溫度力、流水壓力、水壓力和施工荷載等。偶然荷載 ：在設(shè)計使用期間出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值將很大且持續(xù)時間很短的荷載。 包括：船只或漂流物（排筏等）撞擊力，地震荷載和汽車撞擊作用。公路橋梁荷載分類鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范（TB10002.1-2005）規(guī)定：主力恒載活載附加力特殊荷載鐵路荷載分類鐵路橋梁荷載分類城市橋梁規(guī)范永久荷載可變荷載基本可變荷載其它可變荷載偶然荷載城市橋梁荷載分類城市橋梁荷載分類汽車荷載分為公路-I級和公路-級兩個等級，各級公路橋涵設(shè)計的汽車荷載等級應(yīng)符合下表的規(guī)定。汽車荷載由車道荷載和車輛

13、荷載組成，橋梁結(jié)構(gòu)的整體計算采用車道荷載；橋梁結(jié)構(gòu)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。公路橋梁規(guī)范關(guān)于車輛荷載的規(guī)定公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路汽車荷載等級公路-I級公路-I級公路- 級公路-級公路- 級車道荷載由均布荷載和集中荷載組成，見下圖。 車道荷載加載規(guī)定： 公路-I級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為10.5kN/m；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按以下規(guī)定選?。簶蛄河嬎憧鐝叫∮诨虻扔?m時取180kN；橋梁計算跨徑等于或大于50m時取360kN；橋梁計算跨徑在550m之間時，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值采用直線內(nèi)插求得。計算剪力效應(yīng)時，上述集中

14、荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。 公路-II級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路-I級車道荷載的0.75倍采用。 車輛荷載橫向布置圖 橋梁設(shè)計時，為取得主梁的最大受力，汽車荷載在橋面上需要偏心加載，其方法可按下圖所示的車輛荷載橫向布置偏心加載確定。 對平面問題的荷載橫向分布系數(shù)的詳細計算方法，后面會講授的，如果按空間問題考慮汽車荷載的效應(yīng)，就沒有必要計算荷載橫向分布系數(shù)。 鐵路列車引起的活載包括列車(機車和車輛)重量、沖擊力、離心力、列車活載引起的土壓力、列車引起橫向搖擺力等。 列車豎向靜活載 我國現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載稱“中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載”，簡稱“中-活載”，其計算圖式為：鐵路

15、列車荷載特種活載 普通活載(4) 列車標(biāo)準(zhǔn)荷載 我國新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定中規(guī)定：列車豎向靜活載采用中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載，即“中-活載”。 高速鐵路采用ZK活載，見下面兩圖的圖示： ZK特種活載圖式 (5) 動力系數(shù) 動力系數(shù)是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件最大的動力響應(yīng)與最大靜力響應(yīng)之比，其數(shù)值大小是列車軌道橋梁三者的動力特性和動力相互作用狀態(tài)的綜合反映。各國根據(jù)其橋梁試驗資料和采用的理論分析方法，得出了各自的沖擊系數(shù)值。 公路關(guān)于人群荷載的規(guī)定設(shè)有人行道的橋梁，在以汽車荷載計算內(nèi)力時，應(yīng)同時考慮人行道上人群荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力。一般公路橋梁的人群荷載規(guī)定為：50m及以下3kN/m2， 1

16、50m及以上3.5kN/m2 ，中間內(nèi)插，對于跨徑不等的連續(xù)結(jié)構(gòu)按最大跨計。 城市郊區(qū)行人密集地區(qū)一般為:1.15倍 可根據(jù)實際情況或參照所在地城市橋梁設(shè)計的規(guī)定予以確定。 鐵路關(guān)于人群荷載的規(guī)定設(shè)計人行道道砟橋面和明橋面4.0kN/m2。 設(shè)計主梁時，不同時計，特殊時計及。人行道板還應(yīng)按豎向集中荷載1.5kN檢算。 主要內(nèi)容橋面構(gòu)造橋面布置橋面鋪裝和橫坡橋面防水層排水系統(tǒng)橋梁伸縮縫人行道、欄桿、護欄、燈柱（1） 橋面構(gòu)造橋面構(gòu)造行車道鋪裝排水防水系統(tǒng)人行道（或安全帶）欄桿護欄緣石照明燈具伸縮縫 公路橋面構(gòu)造橋面構(gòu)造直接與車輛、行人接觸，對橋梁的主要結(jié)構(gòu)既能傳力又能起保護作用其構(gòu)造合理性、施工

17、質(zhì)量和養(yǎng)護質(zhì)量，直接影響到橋梁的使用功能。橋面的布置應(yīng)在橋梁的總體設(shè)計中考慮，根據(jù)道路的等級、橋梁的寬度、行車要求等條件確定。 橋面構(gòu)造的基本要求1 普通鐵路有砟橋面 普通鐵路混凝土梁橋面包括道床、排水防水系統(tǒng)、人行道、欄桿和伸縮縫等； 普通鐵路的道床如下圖所示，道床由道砟槽板（橋面板）、擋砟墻、內(nèi)邊墻和端邊墻組成。（2）橋面布置 道床的作用為：減弱列車對橋梁的沖擊作用；緩和列車的振動；防止枕木位移；將車輪集中荷載分布到梁頂面；調(diào)整軌底的標(biāo)高。擋碴墻的作用是擋住道碴。 防水層的設(shè)置：為防止雨水滲入梁體引起鋼筋銹蝕和混凝土凍脹開裂或侵蝕，損害梁的耐久性，橋面板頂面做成排水坡，并在其上鋪設(shè)防水層。

18、 橫向排水坡有兩種設(shè)置形式：一種是在道碴槽頂面鋪墊三角墊層，形成橫坡；另外一種是將橋面板做成傾斜面，形成橫坡以省去墊層。 梁縫處理梁縫包括梁與梁、梁與臺之間的橫向伸縮縫及兩片梁之間的縱向構(gòu)造縫。鐵路橋梁縫處理比較簡單，是縱橫向梁縫處理構(gòu)造：在梁縫上設(shè)置鐵蓋板或鋼筋混凝土蓋板，板下隔一定距離焊有短鋼筋，以防止蓋板移位。如梁縫較寬，可以焊兩排鋼筋。3 高速鐵路無砟橋面布置圖行車道雙向車道布置交通量不大的橋梁單向車道布置交通量大的橋梁，上下行橋梁分離、分隔帶多層橋面布置充分利用橋梁的承載能力人行道城市附近的橋梁檢修道、安全帶郊區(qū)或高速公路5.橋面布置與構(gòu)造3 公路橋面（3）橋面鋪裝5.橋面布置與構(gòu)造

19、公路橋面鋪裝的作用：保護屬于主梁整體部分的行車道板不受車輛輪胎或履帶的直接磨耗防止主梁遭受雨水的侵蝕對車輛輪重的集中荷載起一定的分布作用鐵路橋面鋪裝（又稱道床）的作用：減弱列車對橋梁的沖擊作用緩和列車的震動防止枕木位移將車輪集中荷載分不到梁頂面調(diào)整軌底的標(biāo)高（6）橋梁伸縮縫使用要求在平行、垂直于橋梁軸線的兩個方向，均能自有伸縮變形施工和安裝方便，其部件要有足夠的強度，且應(yīng)與橋梁結(jié)構(gòu)連為整體，牢固可靠車輛行駛應(yīng)平順，無突跳與噪音具有能夠安全排水和放水的構(gòu)造，能防止雨水和垃圾泥土等雜物深入阻塞養(yǎng)護、檢查、修理、清除污物都要簡易方便（6）橋梁伸縮縫使用要求在平行、垂直于橋梁軸線的兩個方向，均能自有伸縮變形施工和安裝方便，其部件要有足夠的強度，且應(yīng)與橋梁結(jié)構(gòu)連為整體，牢固可靠車輛行駛應(yīng)平順，無突跳與噪音具有能夠安全排水和放水的構(gòu)造，能防止雨水和垃圾泥土等雜物深入阻塞養(yǎng)護、檢查、修理、清除污物都要簡易方便伸縮縫類型：對接式伸縮縫鋼制支承式伸縮縫組合剪切式（板式）橡膠伸縮縫模數(shù)支承式伸縮縫無縫式（