桥梁工程复习要点.doc

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第一篇桥梁的基本组成及作用n 桥梁结构一般由四个基本部分组成上部结构 桥跨结构（上部结构） 线路遇到障碍而中断时，跨越这类障碍的主要承载结构。下部结构（桥墩、桥台及基础） 桥墩、桥台（下部结构） 支承桥跨结构并将恒载和车辆等活载传至基础的结构物。 墩台基础 承担了从桥墩和桥台传来的全部荷载。支座附属结构。（桥面系、伸缩缝、桥梁与路堤衔接处的桥头搭板和锥形护坡） n 桥梁的基本附属设施包括 桥面系 伸缩缝 （在桥跨上部结构之间，或桥跨上部结构与桥台端墙之间，设有缝隙保证结构在各种因素作用下的变位。） 桥头搭板 锥形护坡 (路堤与桥台衔接处，在桥台两侧设置的石砌锥形体，保证边坡稳定。) 支座 用于支承上部结构的传力装置，它不仅要传递很大的荷载，并且要保证上部结构按设计要求能产生一定的变位。n 正桥：跨越主要障碍部分，跨度大、高度大、基础深。n 引桥：连接正桥与路堤部分，跨度小、基础较浅。名词含义n 河流中的水位 低水位: 枯水季节河流的最低水位 高水位: 洪峰季节河流的最高水位 设计水位： 按规定的设计洪水频率计算所得的高水位 净跨径: 对于设支座的桥梁为相邻两墩、台身顶内缘之间的水平净距，不设支座的桥梁为上、下部结构相交处内缘间的水平净距。 计算跨径: 对于设支座的桥梁，为相邻支座中心的水平距离，对于不设支座的桥梁 （如拱桥、刚架桥），为上、下部结构的相交面之中心间的水平距离。 标准跨径:对于梁式桥、板式桥，以两桥墩中线之间桥中心线长度或桥墩中线与桥台台背前缘线之间桥中心线长度为准，拱式桥和涵洞以净跨径为准。 总跨径: 各孔净跨径之和(L1) 桥梁全长: 对于有桥台的桥梁为两岸桥台翼墙尾端间的距离,对于无桥台的桥梁为桥面系行车道长度。(L) 桥下净空: 为满足通航（或行车、行人）的需要和保证桥梁安全而对上部结构底缘以下规定的空间界限。 桥面净空: 桥梁行车道、人行道上方应保持的空间界限，公路、铁路、城市桥梁有相应的规 桥梁建筑高度: 上部结构底缘至桥面顶面的垂直距离，h。 容许建筑高度: 线路定线中所确定的桥面高程，与通航（或桥下通车、人）净空界限顶部高程之差。 净矢高：是拱桥从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。 计算矢高：从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离。 矢跨比：是拱桥中拱圈（或拱肋）的计算矢高f与计算跨径l之比（f/l），也称拱矢度。桥梁的分类n 按结构体系分类 梁式桥 在竖向移动式荷载作用下无水平反力的结构体系 拱桥 拱桥的主要承重结构是承受压力的拱圈。 （2）拱桥与梁桥的主要区别在于在竖向移动荷载作用下拱桥墩或桥台要承受水平推力。 刚架桥 梁和墩整体连接，刚性连接的桥梁。刚架桥的主要承重是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性。在竖向移动荷载作用下，梁部主要受弯，柱脚处有水平推力，受力状态介于梁式桥和拱桥之间。 刚架桥的特点是施工比较困难T形刚架桥，便于施加预应力，加挂梁后，跨度很大。连续刚架桥.有较好的抗震性能。斜腿刚架桥。造型轻巧美观。吊桥 传统的吊桥均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。2、在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，这就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。 3、吊桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代的吊桥通常由桥塔、锚碇、缆索、吊杆、加劲梁及索鞍等主要部分组成。 斜拉桥（组合体系桥） 组合体系桥梁、刚架组合 它们是预应力混凝土结构采用悬臂施工发而发展起来的一种新体系。T形刚构、连续刚构。组合体系桥梁拱组合 它们利用梁的受弯与拱的受压特点组成联合结构，对地基要求不高，但是施工比较复杂，一般用于城市跨河桥上。组合体系桥斜拉桥 它是一种自锚体系，不需要昂贵的地锚基础，防腐技术要求比吊桥低，抗风能力也比吊桥好，钢束用量比吊桥少。桥梁的分孔（1）原则1 经济 分孔多少与投资的关系 跨径越大，孔数越少，上部结构造价高，墩台造价低；分孔越多，则跨径小，上部结构造价低，而墩台造价高；最经济的分孔，使上下部结构的总造价最低。（2）原则2 通航 在主航道范围内，布置几个越大的跨径，两侧可按经济跨度分孔。（3）原则3 地形地质条件 平原区：主槽布置跨径大的通航孔 山区深谷：加大跨径，可采用特大单孔跨越，减少中间桥墩 不利地质段：移桥基（桥墩与桥台），加大跨径（4）原则4 充分发挥上部结构材料的力学性能 对连续梁桥，边跨与中跨比值宜使各跨跨中弯矩接近相等。 多孔跨径的比例：钢筋砼三跨连续梁： 中跨/边跨 = 1.00 / 0.80 五跨连续梁:1.00 / 0.90 / 0.65 多孔桥梁：奇数跨（结构对称）（5）原则5 施工条件 是否具备大跨径的施工能力（6）美观.平面布置原则1 尽量设计成直线，如有条件限制必须为曲线时，则各项指标应符合路线布设的规定，避免反向曲线。原则2 尽可能避免设计成斜交桥，斜交角度不大于45。桥梁高程的确定桥梁的作用 1.3.1 桥梁作用的分类与永久作用 1.3.2 可变作用 1.3.3 偶然作用 1.3.4 作用效应组合 1.3.1 桥梁作用的分类与永久作用我国现行的公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中，将作用在桥梁上的作用分为三大类：n 永久作用（恒载）(在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。) 结构物自重，桥面铺装，附属设施，土重，土侧压力，基础变位影响力，水浮力，预加应力，砼收缩徐变影响力。对于大桥，永久荷载一般占50左右，对于特大桥甚至高于75。 可变作用(在结构设计使用期内，荷载的作用位置和大小方向随时间变化，且变化幅度与平均值相比不可忽略)。 这些包括：汽车荷载，汽车荷载的冲击力、离心力、制动力及其引起的土侧压力，人群荷载，风荷载，流水压力，冰压力，温度作用和支座摩阻力。n 偶然作用(在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷载。) 地震力，船只、漂流物的撞击力，施工荷载等。一、汽车荷载车辆荷载 以车轴集中荷载的形式作用。车道荷载 以折算的均布荷载加一个集中力的形式作用。1、汽车荷载是公路桥涵最主要的一种可变荷载，分为公路级，公路级。2、桥梁整体计算采用车道荷载，桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加。3、各级公路桥涵设计的汽车荷载应符合规范规定。4、车道荷载1）公路级：qk=10.5kN/m，计算跨径小于或等于5m,集中荷载Pk=180kN ,计算跨径大于或等于50m,集中荷载Pk=360kN ,计算跨径在550m, Pk直线内查。计算剪力时，上述集中荷载的标准值应乘以1.2的系数。汽车荷载规范中的规定（3334页）汽车冲击力 汽车引起的土侧压力（36页公式）桥面布置与构造 n 1.4.1 桥面构造n 1.4.2 桥面铺装n 1.4.3 桥梁排水系统n 1.4.4 桥梁伸缩缝n 1.4.5 人行道、栏杆、护栏、灯柱伸缩缝的作用 保证桥跨结构在气温变化、活载作用、砼收缩徐变等影响下按净力图式自由变形 把桥面在梁端处断开，使梁的端部约束与铰支相等 使车辆平顺通过，防止雨水、垃圾泥土等阻塞 减小车辆通过的噪音伸缩缝设置的位置第二篇梁式桥按截面，受力特点分类从承重结构截面形式上分类：板桥、肋梁桥和箱形梁桥 从受力特点分类：简支梁（板）桥、连续梁（板）桥和悬臂梁（板）桥从施工方法分类：整体浇筑式梁桥、预制安装式梁桥（纵向竖缝划分、纵向水平缝划分和纵横向竖缝划分）装配式板桥的横向连接方法1）企口混凝土铰联结 2）钢板焊接连接 简支梁桥主梁的间距，横隔梁的布置主梁间距一般在 1.5 2.2 m 之间 横隔梁设置位置：两端 跨内：跨径在13m以上时，设1-3个（间距5-10m）桥面板的横向连接有几种，横隔梁常用的横向连接有哪些桥面板横向联接构造焊接接头：翼板用钢板连接，接缝处铺装混凝土内放置上下两层钢筋网。湿接接头：通过一定的措施将翼缘伸出钢筋连成整体，在接缝铺装混凝土再增补适量加强钢筋。横隔梁横向联接构造钢板焊接连接 扣环接头 主梁钢筋的构造与相应作用钢筋一般构造 受力钢筋：根据受力要求，通过计算确定 受力钢筋指沿梁轴方向布置的、承受弯曲拉应力的主筋，以及承受腹板内主应力的斜筋和箍筋。 构造钢筋：根据构造要求布置的钢筋 构造钢筋包括：制造时为便于钢筋骨架绑扎成型和固定主要钢筋位置的架立筋，以及难以通过计算确定而凭经验设置的辅助筋。装配式钢筋混凝土简支梁桥主梁钢筋构造 装配式T形简支梁桥梁的钢筋分为：纵向主钢筋、架立钢筋、斜钢筋、箍筋和分布钢筋、翼缘板的受力钢筋和分布钢筋、梁端底部加强筋。 纵向主钢筋：设置在梁肋的下缘，随着弯矩向支点处减小，主钢筋可在跨间位置处切断或弯起（底层两侧的钢筋不得弯起），为保证主筋在梁端有足够的锚固长度和加强支承部分的强度，至少有两根，并不少于20的主钢筋应伸过支承截面。斜钢筋: 由主钢筋弯起的斜向钢筋用来增强梁体的抗剪强度，当无主钢筋弯起时，尚需配置专门的焊于主筋和架立筋上的斜钢筋。斜钢筋与梁的轴线一般布置成45角。弯起钢筋应该圆弧弯折，圆弧半径(以钢筋轴线计算)不小于10d(d为钢筋直径)。弯起点位置和钢筋混凝土相同。架立钢筋：布置在梁肋的上缘，主要起固定箍筋和斜筋并使梁内全部钢筋形成立体或平面骨架作用。直径10-14mm。箍筋：主要作用是增强主梁的抗剪强度，间距应不大于梁高的3/4和50cm，且梁支点附近的第一个箍筋应设置在距支承边缘5cm处。180度弯钩，通常采用双肢箍，当一排内受拉钢筋多余5根时要用四肢箍。T梁翼缘板内的受力钢筋沿横向布置在板的上缘，以承受悬臂的负弯矩，在顺主梁跨径方向还应设置少量的分布钢筋。梁端底部加强筋 除了应保证梁端混凝土净保护层厚度不大于2.53.0cm外，尚可在梁端底层主筋的上、下侧各设一层办68mm的钢筋网（间距100mm），以增加梁端混凝土的抗裂性能。悬臂体系和连续体系的构造（力学特点）按承重结构的静力体系分类： 简支梁桥静定结构，标准跨径 连续梁桥超静定结构，支点负弯矩可减小跨中正弯矩，建筑高度小，跨径大，要求基础条件好 悬臂梁桥静定结构，悬臂根部负弯矩可减小跨中正弯矩1、悬臂梁桥（1）结构类型不带挂梁的单孔双悬臂梁桥：在桥头两端不设置桥台，仅设置搭板与路堤相衔接。带挂梁的多孔悬臂梁桥2、T形刚构桥 卸载弯矩类似于悬臂梁 适合于悬臂施工、节省支座 静定体系对地基要求不高 跨中的牛腿、伸缩缝，易损坏 行车条件不好 适合于中等以上跨径桥梁（1）分类及力学特点 预应力混凝上T形刚构桥，分为跨中带剪力铰的和跨内设挂梁的两种基本类型。带挂梁的T形刚构桥F 挂孔的T形刚构桥是一种静定结构，与带铰的T形刚构相比，虽然各个T构单元完全独立作用时，其受力与变形情况稍差，但它消除了钢筋混凝土结构的缺点，充分发挥了结构在营运和施工中受力一致的独特优点。F 受力明确，构造简单，特别是挂梁与多孔引桥简支跨尺寸相同时，更能加快全桥施工进度，从而获得更高的经济效益。F 虽增加了牛腿构造，但免去了剪力铰复杂构造。F 主要缺点除桥面伸缩缝多，对高速行车不利外，在施工中还增加预制与安装挂梁的机具设备。带铰的T形刚构桥F 带铰的T形刚构是一种超静定结构，它的上部结构全部是悬臂部分，相邻两悬臂通过剪力铰相连接。剪力铰是一种只传递竖向剪力而不传递纵向水平力和弯矩的连接构造。从结构整体受力和牵制悬臂端变形分析，剪力铰对T形刚构桥的内力起到有利作用。F 优点：剪力铰是一种只传递竖向剪力而不传递纵向水平力和弯矩的连接构造。当在一个T构结构单元上作用有竖向荷载时，相邻的T构单元通过剪力铰共同参与受力。从结构整体受力和牵制悬臂端的变形分析，剪力铰对T形刚构桥的内力起到有利作用。F 缺点：带铰的T形刚构桥由于温度变化，混凝土收缩徐变和基础不均匀沉陷等因素的作用会使结构内产生很难准确计算的附加内力，而且悬臂端因塑性变形产生挠度不易调整以致带来行车不平顺以及有时施工中还要强迫合拢等许多不足。其次，剪力铰不仅结构复杂、用钢量多，造成费用增加，而且铰和梁的刚度差异引起结构变形不协调，致使桥面不平顺，导致行车不舒适。上述种种缺点限制了带铰T形刚构桥的应用范围。二、连续体系梁桥1、预应力混凝土连续梁桥（1）等截面连续梁力学特点：支点截面负弯矩一般比跨中正截面弯矩大，但跨径不大时这个差值不是很大，可以考虑采用等截面形式，采取一定的构造措施予以调节，简化主梁的构造。（2)变截面连续梁F 力学特点：桥跨增大时，支座截面的负弯矩远大于跨中正弯矩，把支座截面高度增大可适应结构的内力分布规律，所以，L100m公路混凝土连续梁桥绝大多数采用变截面连续梁。2、连续刚构桥（1）力学特点：受力主要为梁体连续，墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力。桥面板常用的力学模型，车轮荷载在板上按什么规律传递，板的有效工作宽度的定义及计算 混凝土梁桥的行车道板（也称桥面板）：直接承受车辆轮压，与主梁梁肋和横隔梁（或横隔板）联结，保证梁的整体作用并将活载传给主梁。 桥面板一般为钢筋混凝土板，对于跨度较大的桥面板也可施加横向预应力，做成预应力混凝土板。 整体现浇的的T梁桥，梁肋和横（隔）梁之间的桥面板，从结构形式上看都是周边支承的板。周边支承的板，如果板的长边与短边之比不同，传力情况也不同，可分为单向板和双向板。 单向板：把边长比或长宽比大于等于2的周边支承板看作单由短跨承受荷载的单向受力板来设计，在长跨方向仅布置分布钢筋。 双向板：边长比或长宽比小于2的周边支承板，需按两个方向的内力分别配置受力钢筋。注：整体式肋梁桥以及装配式肋梁桥的桥面相互刚接，行车道板的中央区格实际上都是周边支承的板（支承在梁肋和横隔梁上）且横隔梁间距大于主梁间距，所以桥面板一般属于连续单向板。装配式T形梁桥，其桥面板也存在边长比大于或等于2，如果在两主梁的翼板之间：1、采用钢板联结时，则桥面板可简化为悬臂板； 2、采用不承担弯矩的铰接缝联结时，则可简化为铰接悬臂板。F 工程实践中最常见的行车道板受力图式：单向板，悬臂板，铰接悬臂板F 悬臂板：T型梁桥的边区格或装配式梁桥的翼板采用钢板联结，可以作为沿短跨方向的悬臂板来分析。F 铰接悬臂板：相邻翼缘板在端部互相做成铰接接缝，行车道板按一端嵌固一端铰接悬臂板进行计算。1、车轮荷载在板上分布F 车轮荷载不是集中力，而是局部荷载（作用于局部面积）。作用在桥面上的车轮压力，通过桥面铺装层扩散分布在钢筋混凝土板面上，计算时应较精确地将轮压作为分布荷载来处理，既避免了较大的计算误差，又能节约桥面板的材料用量。 F 车轮与桥面的接触面实际上接近于椭圆，而且荷载又要通过铺装层扩散分布，故车轮压力在桥面板上的实际分布形状是很复杂的。为了计算方便起见，通常可近似地把车轮与桥面的接触面看作是a2xb2的矩形面积，此处a2是车轮沿行车方向的着地长度， b2为车轮的宽度，a2和b2值可从我国桥规中查得。至于荷载在铺装层内的扩散程度，根据试验研究，对于混凝土或沥青面层，荷载可以偏安全地假定呈45角扩散。F 将轮压作为均布荷载车轮均布荷载a2b2(纵、横) a2车轮沿行车方向的着地长度 b2车轮的宽度F 矩形荷载压力面的边长 沿纵向a1=a2+2H 沿横向b1=b2+2H H 为铺装层的厚度F 一个车轮（轴重为P由于车辆荷载的一个车轴有两个车轮，一个车轮重为p/2）作用于桥面板上的局部分布荷载强度为桥面板的有效工作宽度板在局部分布荷载p的作用下，不仅直接承压部分（例如宽度为a1）的板带参加工作，与其相邻的部分板带也会分担一部分荷载共同参与工作。因此，在桥面板的计算中，就需要确定所谓板的有效工作宽度，或称荷载的有效分布宽度（a）荷载在跨径中间（板的中央地带）n 单独一个荷载 n 几个相邻荷载（d为最外两个荷载的中心距离）（b）荷载在板的支承处（t为板的厚度）（c）荷载靠近板的支承处（x为荷载支承边缘的距离）n 荷载由支承处向板的跨中方向移动时，相应的有效分布宽度可近似地按450线过渡。对于不同位置时的单向板有效分布宽度图形如图C所示。由图可知，荷载愈靠近跨中，板的有效分布宽度愈来愈宽，荷载的作用影响范围愈大。悬臂板受力状态 悬臂板在荷载作用下，除了直接承受荷载的板条（宽度为a1）外，相邻板条也发生挠曲变形而分担部分弯矩。根据弹性板理论分析，当板端作用集中力P时，单宽板条的最大负弯矩mxmin -0.465P，而荷载引起的总弯矩M0=-PL0，因此，按最大负弯矩值换算的有效工作宽度。n 悬臂板有效工作宽度n 可见，悬臂板的有效工作宽度接近于二倍悬臂长度，荷载可近似按450角向悬臂板支承处分布。n 桥规对悬臂板的活载有效工作宽度的规定：n b-承重板上的荷载压力面外侧边缘至悬臂板根部的距离。n 特例：分布荷载靠近板边为最不利，故b悬臂板的跨径l0 a=a1+2l。n 履带荷载，跨中和支点均取一米板宽板条按实际荷载强度 p 进行计算。荷载横向分布系数的定义，横向刚度与荷载分布关系荷载横向分布系数 m 如果某梁的结构一定，轮重在桥上的位置也确定，则分布给某根梁的荷载也是定值。在桥梁设计中，常用一个表征荷载分布程度的系数m与轴重的乘积来表示该定值。m 即为荷载横向分布系数，它表示某根梁所承担的最大荷载是各个轴重的倍数。 m=p/p p某指定梁分配到的荷载F 横向分布系数与哪些因素有关（1）梁位 不同位置上的梁，其横向分布系数m值不同（2）荷载形式 不同类型的活载（如汽车、人群荷载）m值不同（3）荷载在梁上的纵向位置 荷载在梁的跨中或靠近支座处其m值不同（4）桥梁的横向刚度不同横向连结刚度对m的影响n 主梁间无联系结构（横向刚度趋于0，各个梁单独受力） m=1，整体性差，不经济n 主梁间横隔梁刚度无穷大 各主梁均匀分担荷载， m=1/Nn 实际构造 横隔梁并非无穷大，各主梁变形复杂，故横向连结刚度越大，荷载横向分布作用越显著，0横向刚度，m在1与1/N之间常用几种荷载横向分布计算方法 杠杆原理法把横向结构（桥面板和横隔梁）视作在主梁上断开而简支在其上的简支梁。 刚性横梁法把横隔梁视作刚度极大的梁，也称偏心压力法。当计及主梁抗扭刚度影响时，此法又称为修正刚性横梁法（修正偏心压力法）。 铰接板(梁)法把相邻板（梁）之间视为铰接，只传递剪力。 刚接梁法把相邻主梁之间视为刚性连接，即传递剪力和弯矩。 比拟正交异性板法将主梁和横隔梁的刚度换算成两向刚度不同的比拟弹性平板来求解，并由实用的曲线图表进行荷载横向分布计算。杠杆原理法和偏心压力法的适用范围及计算F 杠杆原理法F 1）、计算原理 忽略主梁之间横向结构的联系，假设桥面板在主梁上断开，当作横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁。（基本假定） 计算主梁的最大荷载用反力影响线，即为计算m的横向影响线 根据各种活载的最不利位置计算相应的mF 2）、适用范围(1)双主梁桥(2)多梁桥的荷载作用在靠近支点处（如求剪力、支点负弯矩等）(3)箱形梁桥的m=1F 3）、影响主梁受力的荷载分布范围 荷载分布在该梁所支承的板跨内F 4）、利用横向分布影响线求横向分布系数（1）画出某指定梁的横向分布影响线 即单位力P=1沿横向移动时，某指定梁分配到的荷载与荷载横向位置的关系曲线。对杠杆原理法，该影响线就是桥的反力影响线。（支座反力）（2）确定各类荷载沿横向的最不利位置 某个集中力移到影响线顶点或对称于影响线顶点（3）横向分布系数计算（a）汽车荷载 设左右轮重在影响线的竖标为qi（i=1，2），则