橋梁施工技術講義全套

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(nèi)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、山谷或其他交通線路等障礙的工程建筑物，一般統(tǒng)稱為橋梁。橋梁是交通工程中的重要組成部分，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、科技的進步和社會生產(chǎn)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)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1)橋梁全長：簡稱橋長，對于有橋臺的橋梁為兩岸橋臺側(cè)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、橋梁的分分類1．按工程規(guī)模模劃分根據(jù)橋梁多孔孔跨徑總長L和單孔跨徑Lk將橋梁劃分為為：特大橋、、大橋、中橋橋、小橋、涵涵洞，見表l-l-1。這是我國公公路和城市橋橋梁級別劃分分的依據(jù)。2．按橋梁的結結構體系劃分分根據(jù)結構體系系及其受力特特點，橋梁可可劃分為：梁式橋拱式橋剛架橋懸索橋斜拉橋組合體系橋1）梁式橋梁式橋是古老老的結構體系系之一。梁作作為承重結構構，主要是以以其抗彎能力力來承受荷載載。在豎向荷荷載作用下，，其支承反力力也是豎直的的，一般梁體體結構只受彎彎、受剪，不不承受軸向力力。開封黃河大橋橋1989望城溈江橋1980京周公路啞吧吧河橋1956云南六庫怒江江橋19912）拱式橋拱式橋的主要要承重結構是是具有曲線外外形的拱(其拱圈的截面面形式可以是是實體矩形、、肋形、箱形形、桁架等)。在豎向荷載載作用下，拱拱主要承受軸軸向壓力，同同時也承受彎彎矩、剪力。。支承反力不不僅有豎向反反力，也承受受較大的水平平推力。2）拱橋湖南鳳凰縣烏烏巢河橋1990年貴州劍河橋1985，無錫民主橋橋1969萬縣長江大橋橋1997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(也稱為剛構橋)是指梁與立柱(墩柱)或豎墻整體剛性連連接的橋梁其主要要特點是：立柱具具有相當大的抗彎彎剛度，故可分擔擔梁部跨中正彎矩矩，達到降低梁高高、增大橋下凈空空的目的。廣東虎門輔航道橋橋1999廣東番禺洛溪大橋橋1988重慶石板坡長江大大橋復線橋2006桂林雉山漓江大橋橋19844）懸索橋懸索橋(也稱為吊橋)主要由索(又稱纜索)、塔、錨碇、加勁勁梁等組成。青馬大橋1997潤揚長江大橋2005日本明石海峽大橋橋1998美國金門大橋19375）斜拉橋斜拉橋是由梁、塔塔和斜索(拉索)組成，結構形式多多樣，造型優(yōu)美壯壯觀。在豎向荷載載作用下，梁以受受彎為主，塔以受受壓為主，斜索則則承受拉力。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2008６)組合體系橋?qū)⑸鲜鰩追N結構形形式進行合理的組組合應用，即形成成組合體系橋梁。。常見的組合方式式是梁、拱結構的的組合，梁、拱、、吊組合體系。同同時具備梁的受彎彎和拱的承壓特點點，可以是剛性拱拱及柔性拉桿，也也可以是柔性拱及及剛性梁。６)組合體系橋3．橋梁的其他分類類1）按橋梁上部結構構的建筑材料分橋梁可分為木橋、、石橋、混凝土橋橋、鋼筋混凝土橋橋、預應力混凝土土橋(有時三者統(tǒng)稱混凝凝土橋)、鋼橋等。2）按用途分橋梁可分為公路橋橋、鐵路橋、公鐵鐵兩用橋、人行橋橋、給水橋(渡橋)和供油、供氣、供供煤氣的管道橋等等。3）按跨越障礙分橋梁可分為跨河橋橋、跨谷橋、跨線線橋和高架線路橋橋等。4）按橋面位置分按上部結構的行車車道位置，分為上上承式橋、中承式式橋、下承式橋和和雙層橋。5）按制造方法分混凝土橋分現(xiàn)場澆澆筑和裝配式兩類類。后者的構件在在工廠(場)中預制，運往工地地拼裝架設，其優(yōu)優(yōu)點是：可使橋梁梁制造工業(yè)化、機機械化，降低成本本，提高速度，而而且質(zhì)量也有保證證。也有兩者結合合的裝配、現(xiàn)澆式式混凝土橋。鋼橋橋一般都是裝配式式的。6）其他特殊橋梁有活動橋、軍用橋橋、漫水橋等?；罨顒訕蚴菢蚩缃Y構構可以移動或轉(zhuǎn)動動，以擴大或開放放橋下自由通道的的橋梁，多用于河河流下游靠近入海海的港口處。1）按橋梁上部結構構的建筑材料分木橋漳州虎渡橋，石梁梁橋丹河特大橋，石拱拱橋無錫衛(wèi)東橋，雙曲曲拱橋1）按橋梁上部結構構的建筑材料分廈門鐘宅灣橋，鋼鋼拱橋巫山長江大橋，鋼管拱昭化嘉陵江大橋，，鋼筋混凝土拱橋重慶長江大橋，預預應力混凝土1）按橋梁上部結構構的建筑材料分南京長江三橋，鋼鋼箱梁，鋼塔柱九江長江大橋南京長江大橋鋼梁梁施工日本大阪港大橋2）按用途分公路橋鐵路橋公鐵兩用橋2）按用途分人行橋渡槽（水橋）管橋3）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4）按橋面位置分雙層橋5）按制造方法分現(xiàn)場澆筑5）按制造方法分裝配式梁橋6）其他特殊橋梁開啟橋6）其他特殊橋梁三、橋梁的建設與與發(fā)展概況橋梁是道路的組成成部分。從工程技術的角度度來看，橋梁發(fā)展展可分為古代、近近代和現(xiàn)代三個時時期。20世紀30年代之后19世紀之前現(xiàn)代橋梁近代橋梁古代橋梁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2橋梁設計與建設程程序橋梁的規(guī)劃設計需需考慮的因素很多多，涉及工程地區(qū)區(qū)的政治、經(jīng)濟、、文化以及人文環(huán)環(huán)境，特別是對于于工程比較復雜的的大、中橋梁，是是一個綜合性的系系統(tǒng)工程。因此必必須建立一套嚴格格的管理體制和有有序的工作程序。?；窘ㄔO程序分為為前期工作和正式式設計圖1-2-1設計階段與建設程程序關系圖任務3橋梁的規(guī)劃與設計計一、橋梁設計的基基本原則1．安全2．適用3．經(jīng)濟4．美觀5．技術先進6．環(huán)境保護和可持持續(xù)發(fā)展二、橋梁布置及凈凈空要求1．橋梁平面布置。。橋梁設計首先要要確定橋位，按照照《公路工程技術標準準》(JTGB01-2003)的規(guī)定，小橋和涵涵洞的位置與線形形一般應符合路線線的總走向。2．橋跨和孔徑。橋橋梁縱斷面設計包包括確定橋梁的總總跨徑、橋梁的分分孔、橋面的標高高、橋上和橋頭引引道的縱坡以及基基礎的埋置深度等等。二、橋梁布置及凈凈空要求3．橋下凈空。合理理的橋面標高必須須根據(jù)設計洪水水水位、橋下通航(通車)凈空的需要，并結結合橋型、跨徑等等一起考慮。二、橋梁布置及凈凈空要求4．橋涵凈空公路橋梁橫斷面的的設計，主要取決決于橋面的寬度和和不同橋跨結構橫橫斷面的形式。橋橋面寬度取決于行行車和行人的交通通需要。三、橋梁設計方案案的比選作出一個經(jīng)濟、適適用和美觀的橋梁梁設計方案，設計計者必須根據(jù)當?shù)氐氐男枰图夹g條條件，因地制宜，，掌握國內(nèi)外新技技術、新材料、新新工藝，才能科學學地得出最優(yōu)的設設計方案。橋梁設設計方案的比選和和確定可按下列步步驟進行：1)明確各種標高的要要求2)橋梁分孔和初擬橋橋型方案草圖3)方案初步比選4)詳繪橋型方案圖6)方案選定和文件匯匯總5)編制估算或概算任務4橋梁設計荷載橋梁結構設計的主主要內(nèi)容之一就是是荷載的選定和計計算。根據(jù)它們作作用的性質(zhì)和影響響程度的不同，將將橋梁作用歸納為為永久作用、可變作作用和偶然作用三類。一、永久作用永久作用亦稱恒載載，它是在設計使使用期內(nèi)，其作用用位置和大小、方方向不隨時間變化化或其變化與平均均值相比可忽略不不計。永久作用包括結構構物自重、橋面鋪鋪裝和附屬設備的的重量、作用于結結構上的土重及土土側(cè)壓力、基礎變變位作用、水浮力力、長期作用于結結構上的預應力以以及混凝土收縮和和徐變作用。結構自重、橋面鋪鋪裝及附屬設備等等附加重力均屬結結構重力，結構重重力標準值可按常常用材料的重度計計算。對于公路橋橋梁，結構物的自自重往往占全部設設計荷載的很大部部分，例如當跨徑徑為20～150m時，結構自重約占占30％～60％以上，跨徑愈大大所占比例愈高。。因此，采用輕質(zhì)質(zhì)、高強材料來減減小橋梁結構的自自重，應是橋梁建建設研發(fā)的方向。。二、可變作用可變作用是在設計計使用期內(nèi)，其作作用位置和大小、、方向隨時間變化化，且其變化與平平均值相比不可忽忽略的作用。如各各種車輛荷載等。。橋梁設計中考慮的的可變作用有汽車荷荷載和人群荷載。同時，對于汽車車荷載應計及其沖沖擊力、制動力和和離心力。對于所所有車輛荷載，尚尚應計算其所引起起的土側(cè)壓力。此外，可變作用還還包括支座摩阻力力、溫度(均勻溫度和梯度溫溫度)作用、風荷載、流流水壓力和冰壓力力等。1．汽車荷載公路橋涵設計時，，汽車荷載的計算算圖式、荷載等級級及其標準值、加加載方法和縱橫向向折減等應符合下下列規(guī)定：1)汽車荷載分為公路路-I級和公路-Ⅱ級兩個等級。2)汽車荷載由車道荷荷載和車輛荷載組組成。車道荷載由由均布荷載和集中中荷載組成。橋梁梁結構的整體計算算采用車道荷載，，橋梁結構的局部部加載、涵洞、橋橋臺和擋土墻土壓壓力等的計算采用用車輛荷載。車輛輛荷載與車道荷載載的作用不得疊加加。3)各級公路橋涵設計計的汽車荷載等級級應符合表中的規(guī)規(guī)定。4)車道荷載的計算圖圖式如圖所示。1．汽車荷載5)公路-I級和公路-Ⅱ汽車荷載采用相同同的車輛荷載標準準值1．汽車荷載主要技術指標。車輛荷載的立面、、平面布置6)車道荷載橫向分布布系數(shù)應按設計車車道數(shù)如圖所示布布置車輛荷載進行行計算。1．汽車荷載7)橋涵設計車道數(shù)應應符合表的規(guī)定定。多車道橋梁上上的汽車荷載應考考慮多車道橫向折折減。1．汽車荷載8)大跨徑橋梁應考慮慮車道荷載縱向折折減。當橋梁計算算跨徑大于150m時，應按表1-4-6規(guī)定的縱向折減系系數(shù)進行折減。當當橋梁為多跨連續(xù)續(xù)結構時，整個結結構應按其最大計計算跨徑的縱向折折減系數(shù)進行折減減。1．汽車荷載2．汽車荷載沖擊力力車輛行駛過程中，，由于橋面不平整整、車輪不圓及發(fā)發(fā)動機振動等原因因，會使橋梁結構構引起振動，從而而使橋梁結構承受受比靜荷載要大的的豎向荷載作用，，這種動力效應稱稱為車輛荷載沖擊擊力。3．汽車離心力車輛在彎道橋梁上上行駛時會產(chǎn)生離離心力，曲線半徑徑越小，離心力越越大，當彎橋的曲曲線半徑小于或等等于250m時，應計算汽車荷荷載引起的離心力力。離心力標準值值為車輛荷載(不計沖擊力)標準值乘以離心力力系數(shù)C。離心力系數(shù)按下下式計算4．汽車引起的土側(cè)側(cè)壓力汽車荷載作用在橋橋臺或擋土墻后填填土上，將引起填填土的破壞棱體對對橋臺或擋土墻的的土側(cè)壓力，土側(cè)側(cè)壓力可按下式換換算成等代均布土土層厚度(m)計算，公公式如下下：5．人群荷荷載設計有人人行道的的橋梁結結構，人人群荷載載的取值值規(guī)定如如下：當橋梁計計算跨徑徑L≤50m時，人群群荷載標標準值取取3.0kN／；當橋梁計計算跨徑徑L≥150m時，人群群荷載標標準值取取2.5kN／；當橋梁計計算跨徑徑在50及150m之間時，，人群荷荷載標準準值可由由線性內(nèi)內(nèi)插法求求得。6．汽車制制動力橋上汽車車制動力力是車輛輛在剎車車時為克克服車輛輛的慣性性力而在在路面與與車輛之之間發(fā)生生的滑動動摩阻力力。制動動力大小小與車輛輛和路面面間的摩摩阻系數(shù)數(shù)及汽車車荷載大大小有關關，考慮慮到剎車車常常只只出現(xiàn)在在一部分分車輛上上，且制制動力只只有同向向行駛的的汽車才才能疊加加，《橋規(guī)》規(guī)定：：一個個設計計車道道的制制動力力標準準值按按布置置在加加載長長度內(nèi)內(nèi)車道道荷載載的10％計，，但公公路-I級汽車車荷載載的制制動力力不得得小于于165kN，公路路-Ⅱ級汽車車荷載載的制制動力力不得得小于于90kN。制動力力的著著力點點在橋橋面以以上1.2m處，計計算墩墩臺時時，可可移至至支座座中心心線或或支座座底座座面上上。計計算剛剛構橋橋、拱拱橋時時，制制動力力的著著力點點可移移至橋橋面上上，但但不計計因此此而產(chǎn)產(chǎn)生的的豎向向力和和力矩矩。三、偶偶然作作用偶然作作用是是指橋橋梁結結構設設計基基準期期內(nèi)不不一定定出現(xiàn)現(xiàn)，而而一旦旦出現(xiàn)現(xiàn)其量量值很很大且且持續(xù)續(xù)時間間較短短的作作用。。橋梁梁設計計考慮慮的偶偶然作作用有有地震震作用用、船船舶或或漂流流物的的撞擊擊作用用和汽汽車的的撞擊擊作用用。1．地震震作用用2．船舶