桥梁设计大纲答案《路桥专业高级专业技术资格考试大纲》.doc

第二部分 桥 涵 工 程一、桥梁设计（一）、 掌握桥涵的构造和分类及桥涵全长、标准跨径和桥梁高度等概念。桥涵的构造：桥跨结构；桥墩、桥台和基础；支座；附属设计。梁式桥分类：简支梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥、T形刚构梁桥、连续刚构桥。净跨径：相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距。对于拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。标准跨径：50m以下宜采用标准跨径：0.75m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、8.0m、10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m桥涵全长：两个桥台侧墙或八字墙尾端的距离称为桥梁全长（无桥台的为桥面系行车道长度）。桥梁建筑高度：桥面与桥跨结构最低边缘的高度h。桥下净空高度：设计洪水位、计算通航水位或桥下线路路面至桥跨结构最下缘之间的距离。（二）、 掌握桥涵设计应遵循的基本原则和应考虑的主要因素；掌握桥涵设计依据、桥涵布置及其与路线的关系。1.设计基本原则：实用、经济、安全、美观。（技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、美观、环境保护和可持续发展）2.设计考虑主要因素：1）桥梁任务；2）桥位选择；3）桥位附近地形；4）桥位的地质状况；5）调查何测量河流水文状况，为确定桥梁的桥面标高、跨径基础埋深提供依据；6）对大桥，应调查桥址附近风向、风速及桥址附近的有关地震资料；7）调查了解其他与建桥有关的情况，如当地建筑材料的来源，水泥、钢材的供应情况。3.设计的依据：野外勘测资料（地质，桥梁的任务、桥位）4、桥涵布置：应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求，结合水文、地质、通航、环境等条件进行综合设计。特大、大桥桥位应选择河道顺直稳定、河床地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段。桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区及易形成流冰、流木阻塞的河段及断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质的河段。当桥址处有二个及二个以上的稳定河槽，或滩地流量占设计流量比例较大，且水流不易引入同一座桥时，可在各河槽、滩地、河汊上分别设桥，不宜用长大倒流堤强行集中水流。平坦、草原、漫流地区，可按分片泄洪布置桥涵。天然河道不宜改移或裁弯取直。桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交。对通航河流上的桥，其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致。当斜交不能避免时，交角不宜大于50；当角大于50时，宜增加通航孔净宽。（三）、 掌握公路桥梁的设计荷载；公路桥梁的设计荷载：公路桥涵设计采用的作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用三类 （四）、 掌握公路桥梁设计技术标准，包括环境类别、设计基准期、桥下净高、设计洪水频率、抗震标准等。环境类别：类环境：温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境类环境：严寒地区的大气环境、使用除冰盐环境、滨海环境类环境：海水环境类环境：受侵蚀性物质影响的环境设计基准期：100年桥下净高：高速公路和一级、二级公路上的桥梁应为 5.0m ，三、四级公路上的桥梁应为 4.5m ；设计洪水频率：见通用规范P7。抗震标准等：A类桥梁的抗震设防目标是中震(El地震作用，重现期约为475年)不坏，大震(E2地震作用，重现期约为2000年)可修；B、C类桥梁的抗震设防目标是小震(El地震作用，重现期约为50100年)不坏，中震(重现期约为475年)可修，大震(E2地震作用，重现期约为2000年)不倒；D类桥梁的抗震设防目标是小震(重现期约为25年)不坏。公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008)3中桥梁的分类情况如表1所示：（五）、 了解钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的一般特点；了解公路桥涵结构两种设计极限状态和三种状况1、钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的一般特点：钢筋混凝土梁桥通常跨径不大，经济合理跨径25米(T梁)以下；优点材料、理论、技术等简单、成熟，缺点自重大预应力混凝土梁桥：可利用高强材料，减少截面，减少自重，增大跨径；节省钢材；主梁刚度大，建筑高度低，提高耐久性；需要先进、复杂的施工技术；2、两种设计极限状态：承载能力极限状态：对应于桥涵结构或其构件大道最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。正常使用极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。3、三种设计状况：持久状况：桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况，该状况下应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计。短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性作用的状况，该状况下的桥涵仅做承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。偶然状况：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况，该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计。（六）、 了解桥上线形和桥头引道与路线的衔接关系。桥上及桥头引道的线形应与路线布设相互协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。桥上纵坡不宜大于4，桥头引道纵坡不宜大于5；位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。洪水泛滥区域以内，特大、大、中桥桥头引道的路肩高程应高出桥梁设计洪水频率的水位加壅水高、波浪爬高、河湾超高、河床淤积等影响0.5m以上。小桥涵引道路肩高程，宜高出桥涵前壅水水位(不计浪高)0.5m以上。（七）、 掌握桥涵净空规定及要求。桥下净空至设计水位或计算通航水位至桥墩结构最下缘之间的距离。（八）、 了解位处于不同环境条件的桥涵结构耐久性设计基本要求。（九）、 了解桥涵结构计算所采用的作用分类，可变作用中汽车荷载等级及组成形式；公路桥涵设计采用的作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用三类， 汽车荷载分为公路级、公路级别两个等级汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成，桥梁整体计算采用车道荷载；结构局部加载、涵洞、桥台、挡土墙压力等采用车辆荷载，车辆荷载与车道荷载不得叠加。（十）、 熟悉桥涵受力构件的混凝土、普通钢筋及预应力钢筋强度的设计值和标准值。（十一）、熟悉板桥的类型和特点；掌握简支板桥的构造。1、板桥的分类 （一）简支板桥 1.整体式简支板桥： 适用范围常用在 48m 跨径，不规则桥梁； 截面形式实心板、矮肋板、空心板； 施工方法整体现浇（二）悬臂板桥（三）连续板桥2、板桥的特点：外形简单、制作方便、建筑高度小、可成批生产 、施工方便等优点，但是 跨径不宜过大。 一般做成等厚度。适用于小跨径桥梁。3、整体式简支板桥的构造 a）.截面形式： 主要是整体式矩形实心板、矮肋板。 1）整体式矩形实心板： 具有形状简单、施工方便、建筑高度小、结构整体刚度大等优点；但施工时需现浇混凝 土，受季节气候影响，又需模板与支架。从受力要求看，截面材料不经济、自重大，所以只 在小跨板桥使用。 2）矮肋板： 有时为了减轻自重，也可将截面受拉区稍加挖空做成矮肋式的板截面。 b）.配筋特点： 主要配置纵向主钢筋； 在垂直于主钢筋的方向，还要布置一定数量的分布钢筋； 板内主拉应力较小，抗剪不控制，一般只设箍筋； 很少采用整体式预应力混凝土板桥。 1）主钢筋： 即纵向受力钢筋，一般布置在截面受拉区， 主要作用是承受荷载引起的拉应力。 在整体式钢筋混凝土简支板中，靠两侧边 缘约 1/6 板宽的范围内的主钢筋， 通常要比中 间板带部分密一些，一般增加 15%。这是因为 当车辆荷载偏近板边时，参与受力的板宽（荷载有效分布宽度）要小一些，板边受力要比中 间板带受力不利一些。 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定，钢筋混凝土板的主筋直径不 应小于 10mm，主筋间距不大于 20cm。 2）横向钢筋： 对于承受重荷的宽桥。当荷载作用在板的两侧边缘时，板中部将产生负弯矩，因此还必须 在板的顶部配置适量的横向钢筋。 3）分布钢筋： 在垂直于主筋方向，还布置有一定数量的分布钢筋。这是因为板在车辆荷载作用下垂直主 跨方向将产生弯曲（双向受力） 。 主筋与分布钢筋构成的纵横钢筋网尚可防止由于混凝土收缩、温度变化等引起的裂纹。 对于分布钢筋，应采用直径不小于 6mm，且间距不大于 25cm，同时分布钢筋在单位长度板 内的截面积应不少于主筋截面积的 15%。 4）弯起钢筋： 板内主筋一部分可以弯起外，通过支点的主筋每米板宽内不少于 3 根，截面积不少于主筋 截面积的 1/4。 整体式板内主拉应力较小，按计算不须设置弯起的斜钢筋，但习惯上还是将一部分主筋按 30或 45方向，在跨径 1/41/6 处弯起(十二)、熟悉装配式简支梁桥的分类；掌握装配式简支梁桥的构造。1、 装配式简支板桥： 适用范围20m 跨径以下桥梁； 截面形式实心板、空心板（单孔、双孔）； 施工方法先张法（长线预制）、后张法（扁锚）。2、简支板桥的构造装配式简支板桥的构造： 按截面形式分为实心板和空心板 1.构造布置： 板厚采用低预应力钢筋或钢铰线的装配式板桥，板厚可取(1/161/22) l ； 梁高与跨径比值随结构类型、截面形式的不同而不同。 2.立面布置尺寸： 装配式板桥梁高与跨径比值 结 构 类 型 钢筋混凝土 空 实 预应力混凝土 空 3.截面形式： 1）装配式实心板截面（如右图 a)： 为了避免现场浇筑混凝土的缺点，我国交通部制定的跨 径从 1.58.0m 八种跨径的钢筋混凝土板桥标准图中，采 用装配式实心板截面，每块预制板的宽度为 1m，板厚为 0.160.36m。 2）装配式空心板截面（如右图 b)： 为减轻自重，在跨径 613m 三种钢筋混凝土板桥标准图中，采用空心板截面，相应板厚 为 0.40.8m。在跨径 816m 四种预应力混凝土板桥（先张法）标准图中，也采用空心板截 面，相应板厚为 0.40.7m。 装配式预制空心板截面中间挖空型式很多， 挖成单个较宽的孔洞， 其挖空体积最大，块件重量也最轻，但在顶板内要布置一 定数量的横向受力钢筋。4.配筋特点： 1）装配式钢筋混凝土简支板桥： 主要配置纵向抗弯钢筋； 抗剪不控制，一般只设箍筋； 钢筋混凝土梁可设弯起钢筋。 2）装配式预应力混凝土简支板桥： 预应力筋在底板直线布置； 梁端顶板设抗拉钢筋。 支点附近剪力较大，箍筋须加密加粗。 5.横向联接：是薄弱环节，必须设置强度足够的横向联结。 1）企口混凝土铰联结: 两种铰形式圆形、棱形； 现场浇筑混凝土，进度慢。 2）钢板焊接联结： 用钢盖板焊在相邻两块板的预埋钢板上。 可加快工程进度。 13、了解斜拉桥、悬索桥等新型桥梁的构造；熟悉连续梁桥、连续刚构桥与组合结构桥梁的类型和特点；斜拉桥主要由：主梁、索塔、和斜拉索三大部分组成。分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系、刚构体系。悬索桥组成：桥塔：支承主缆，上部荷载通过主缆传递给桥塔；桥塔还要经受风力和地震力锚锭：是主缆的锚固体，将主缆拉力传递给地基基础主缆：主要承重构件，承受上部荷载吊索：将活载和加劲梁恒载传递到主缆的构件加劲梁：提供桥面和防止桥面发生大的局部挠曲和扭曲 鞍座：支承主缆，通过鞍座可使主缆拉力传递到塔顶或锚锭的支架处，可设置再桥塔顶部的塔顶鞍座和设置再锚锭支架前方的散索鞍座连续梁：将简支梁在支点上连接，优点平顺；为超静定结构。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小，由此可以增大桥下净空，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少，并且因为跨中截面的弯矩减小，使得桥跨可以增大。连续刚构：连续刚构体系从结构上又可分为连续刚构一铰接体系和连续刚构一连续体系两种类型。均采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩采用墩梁固结，具有T形刚构桥的优点。但与同类桥（如连续梁桥、T形刚构桥）相比：多跨刚构桥保持了上部构造连续梁的属性，跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，造价较低。组合结构：由梁式桥，拱桥，刚架桥，吊桥等四种基本结构体系组合而成的新的结构体系桥。各种组合结构桥一般同时包含组成其的各基本体系的一些特点。组合结构桥主要包括T型刚架，连续刚架，梁拱组合体系，斜拉桥等（十四）、了解拱桥的组成和类型；了解主拱圈的构造；了解拱上建筑的构造。1、拱桥：组成和类型类型：组成：拱桥与其它桥梁一样，也是由桥跨结构（上部结构）及下部结构两大部分组成。图3-1-1表示拱桥各主要组成部分名称。拱桥的上部结构包括拱圈（主要承重结构）和拱上建筑（桥面系、传力构件或填充物）。下部结构包括墩台、基础、拱铰（有铰拱，主拱圈与墩帽或台帽间设置能传递荷载，又允许结构变形的拱铰）。拱圈的上曲面称为拱背，下曲面称为拱腹。类型：（1）简单体系拱桥：按静力体系分为：三铰拱、两铰拱和无铰拱 （2）组合体系拱桥：按对桥梁墩台有无推力可分：无推力组合体系拱和有推力的组合体系拱 (3)拱片桥：由若干拱片、横隔板和行车道板组成，共同承受荷载，其中拱片由拱肋、立柱和上缘水平梁组成。 按桥面所处空间位置，又分：上承式、中承式、下承式。2、主拱圈的构造：主要有四种类型： （1）板式截面：为实体矩形截面，构造简单，抗弯刚度小，需支架施工。（2）拱肋式截面：抵抗矩大，需隔一定距离设横系梁，以提高整体性和稳定性。（3）双曲拱截面：由拱肋、拱波和横向联系几部分组成，将主拱圈先预制，在吊装施工，避免了搭设支架和中断行道，但施工复杂，整体性差。3、拱上建筑：有两大类：实腹式：由侧墙、拱腹填料。护拱、变形缝、防水层、泻水管和桥面系等几部分。空腹式：除了与实腹式拱上建筑相同外，还有腹孔和腹孔墩。其中腹孔又可做成拱式腹孔和梁式腹孔两种，腹孔墩又可做成横墙式和立柱式两种。拱式拱上结构一般为圬工结构，而梁式拱上一般为钢筋砼结构。（十五）、掌握桥涵基础的形式与分类、明挖式基础埋深要求；掌握桥梁墩、台的分类和构造。桩基础按受力条件分为：柱桩和摩擦桩、竖直桩与斜桩、桩墩。按施工方法分：沉桩：分为打入桩、振动下沉桩、静力压桩灌注桩：分为钻挖孔灌注桩、沉管灌注桩、暴扩桩管柱基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。埋深要求：小桥涵基础底面应设在设计洪水冲刷线一下不小于1m最小埋深03381520一般桥梁11.522.533.5技术复杂困难特大桥或及重要大桥1.52.02.53.03.54.0桥墩及桥台的分类桥墩类型 按力学特点分类 1、重力式墩台 （1）梁桥重力式墩：矩形墩、圆端形墩、圆形墩、尖端形桥墩 （2）拱桥重力式墩：普通墩、单向推力墩 2、轻型墩台 空心墩、桩柱式桥墩及双柱式桥墩、各式柔性墩 桥台类型 1、重力式桥台：按形状矩形桥台、U 形桥台、T 形桥台、耳墙式桥台、矩形埋式及 十字埋式等 2、轻型桥台： （梁式）桩柱式、锚定板式桥台 （拱式）八字形、U 形桥台、形、E 形、靠背式框架桥台、组合式、空 腹式、齿槛式、拼装式墩台。（十六）、熟悉桥梁支座的类型和构造；掌握支座安装原则；掌握橡胶支座型号代表意义及有关计算。支座类型和构造： (一) 垫层支座 由油毡、石棉泥或水泥沙浆垫层做成的简单的支座，10m 以下的跨径简支板、梁桥，可不设专门的支座，而将板或梁直接 放在上述垫层上。变形性能较差，固定支座除了设垫层外，还应用锚栓将上下部结构相连。 (二) 铸钢支座 1、 弧形钢板支座 又称切线式支座或线支座。 上支座为平板， 下支座为弧形钢板， 二者彼此相切而成线接触的支座。 钢板采用约 4050mm 的铸钢板或热扎钢板，缺点是移动时要克服较大的摩阻力，用钢量大，加工麻烦，一般用于中小桥梁中。 2、 铸钢支座 采用碳素钢或优质钢，经过制模、翻砂、铸造、机械加工和热处理等工艺制成的支座。有尺寸大、耗钢量大，容易锈 蚀和养护费用高等缺点。 (三) 新型钢支座 1、 不锈钢或合金钢支座 2、 滑板钢支座 3、 球面支座 又称点支座，为适应桥梁多方面转动的要求，将支座上、下两部分的接触面分别做成曲率半径相同的凸、凹的球面支 座。 (四) 钢筋混凝土支座 1、 摆柱式支座 活动部分由钢筋混凝土摆柱构成的活动支座。外形和活动机理与割边的单辊轴钢支座相同，但在构造上则用矩形截面 的钢筋混凝土短柱来代替辊轴的中间部分，辊轴的顶部和底部为弧形钢板，常用于跨径大于 20m 的钢筋混凝土或预应 力混凝土梁桥。 2、 混凝土铰 通过缩小混凝土截面来降低截面刚度，因此能产生少量转动而能承受足够的轴力的一种简化支座。 (五) 板式橡胶支座 由几层橡胶片和嵌在其间的各类加劲物构成或仅由一块橡胶板构成的支座。外形有长方形、梯形、圆形等。 (六) 盆式橡胶支座 橡胶块紧密地放置在钢盆里的大吨位橡胶支座。由于橡胶块受到三向压力作用，因此使支座的极限承载能力有所加强。 (七) 拉力支座 又称负反力支座，可以同时承受正负反力的支座。分为拉力铰支座和拉力连杆支座两类，前者又分为固定式和活动式。 固定式铰支的上摇座锚于梁端，下摇座锚于墩顶或桥台，之间用钢销连接而成；活动式的下摇座锚于墩顶或台顶的防拔 块间，并在座下加辊轴，使其即能受拉，又能沿纵向移动。 (八) 减震支座 附设有减震器而具有减震和抗震功能的支座。减震器分为油压减振器和橡胶减振器，减震器的机理主要是利用液体介质 的粘滞性或橡胶的弹性所产生的阻尼力来减小地震力的影响。安装原则：根据桥梁的结构体系以及桥宽，支座是纵横向的布置方式主要有以下几种：1） 对简直装配式空心板和T梁，现通常选用板式橡胶支座形成“浮动结构”体系。2）对连续梁桥，一般在每一联的一个墩或台山设置一个固定支座，其它墩台均设置活动支座。3）悬臂梁桥的锚固孔一侧设置固定支座，一侧设置活动