桥涵工程 第一章 绪论.ppt

新世纪高职生公路桥梁工程类课程计划类教材，新世纪高职生高专教材编辑委员会主编彭彦彬，第一章总论，我国桥梁建设的历史、现状和未来发展趋势国外桥梁的构成桥的分类桥梁设计的基本原则桥梁设计程序桥梁的纵、横断设计和平面配置的内容桥梁设计方案的比较桥梁设计负荷等内容。 第一节国内外桥梁发展概况，一、我国桥梁建筑成果，图1-1赵州桥，图1-2武汉长江桥，一，我国桥梁建筑成果，一，我国桥梁建筑成果，图1-3南京长江桥，一，我国桥梁建筑成果，图1-4杭州湾桥，一，我国桥梁建筑成果，图1-5江阴钢筋混凝土桥预应力混凝土桥，连续钢结构桥，大跨度预应力混凝土斜拉桥，三，桥梁工程前景，桥的跨度代表了一个国家的经济、工业和科学技术的整体水平。 从现代桥梁的发展趋势可以看出，近年来的桥梁结构逐渐减轻、发展得很细，但桥梁的载荷、跨度不断增加。 为了适应社会生产力发展提出的越来越高的要求，需要承受更大的载荷，建设海湾、大江等跨度和全长更大的桥，推动了桥的结构向高、轻、宽的跨度方向发展。 第二节桥梁的构成和分类，桥梁构造的名词用语，桥梁的分类，一，桥梁构造的构成，图1-7梁式桥的概况，二，桥梁构造的名词用语，计算跨度，网跨度，总跨度，标准跨度，跨度，二，桥梁构造的名词用语，6， 由桥全长、桥下空间的高度、建筑高度、拱网高度、矢高、矢高度比、桥结构、桥上部构造、桥下部构造、桥附属构造物：桥台、桥墩、桥基础、桥面系统、主要承重结构和支撑台构成。 例如堤防挡土墙、斜面、堤防、检查设备、自动扶梯、导航装置等。 一、桥梁结构构成，三、桥梁分类，(一)按桥梁结构体系划分，梁式桥拱桥刚桥组合体系桥、桥梁结构，不同结构体系对应不同的力学形式，表现出不同的受力特征。 1、梁式桥梁式桥是古老的结构体系之一。 梁作为承重结构，主要以其弯曲阻力来承受载荷。 由于垂直载荷，其支撑部只产生垂直反作用力，一般来说，梁体的结构只是弯曲而不受到轴向力(图1-8 )。 梁桥包括简单支撑梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。 三、桥的分类，三、桥的分类，图1-8梁式桥，三、桥的分类，2 .拱桥拱桥的主要承重结构是拱桥或拱桥(如图1-9所示)。 这个结构在垂直负荷下桥墩和桥台受到水平推力。 同时，该水平推力通过抵消载荷，明确了力矩作用于拱(或拱)内。 因此，与相同跨度的梁相比，拱的弯曲力矩和变形小得多。 拱桥的承重结构以压迫为主，所以通常用抗压能力强的Wei施工方法材料(砖、混凝土)和钢筋混凝土等来建设。 拱桥横断能力大，外形漂亮，条件允许的情况下，建设拱桥经济合理。 但是，为了拱能安全使用，下部结构和地基必须承受大的水平推力。 三、桥梁分类，图1-9拱桥，三，桥梁分类，3 .悬架桥(也称悬架桥)由桥塔、锚碇、缆索、动臂、加劲梁、鞍座等主要部分组成(图1-10所示)。 活荷载、桥面和加劲梁荷载经动臂传递给索，索经鞍座支撑在桥塔上，两端锚定在锚的结构上。 悬索桥的主要承载结构是主要电缆。 主电缆是用高强度钢丝制成的。 该桥型轻便美观，横断能力最大的桥型，其主要缺点是刚性小，一般不用于铁路桥。图1-10悬索桥，三，桥分类，4 .刚架桥的桥的主要承重结构是梁、板、柱和纵壁结合为一体的刚架结构，梁和柱的连接部分具有较大的刚性(图1-11 )。 由于垂直载荷，梁部主要弯曲，柱脚也有水平反作用力，梁桥和拱桥之间有力。 因此，对于相同的跨度，刚在相同载荷下架桥的正弯矩比通常的梁桥小。 根据这个特征，刚架起桥的建筑物的高度可以变小。 在城市需要横穿线路立体交叉和通航河流时，采用这种桥型，可以尽可能降低线路标高，改善纵向坡度，减少堤防数量。 桥面标高确定时，可以增加桥下的间隙。 刚架桥的缺点是施工困难。 三、桥梁分类，图1-11刚桥，三，桥梁分类，5 .复合体系桥将上述几种结构形式合理地组合应用，形成复合体系桥。 常用的组合方法是梁、拱结构的组合(系杆拱桥，如图1-12a、b所示)和梁、索、塔的组合(斜拉桥，如图1-12c所示)。 斜拉桥由梁、塔和斜索(电缆)组成。 在垂直载荷的作用下，梁以弯曲为主，塔以压迫为主，斜索受到拉力。 梁体被斜索多点拉锁拉着，显示出弹性支撑连续梁的特征。 因此，梁体的负荷力矩变小，梁体的高度变低，结构的自重减轻，材料被节约。 另外，塔和斜索的材料性能也能充分发挥。 因此，斜拉桥是近几十年来迅速发展的桥型。 三、桥梁分类、梁、拱、吊的组合体系具有梁的弯曲和拱的受压特性，可以是刚性拱和柔性杆，也可以是柔性拱和刚性梁。 这种结构的主要优点是，梁部被拉伸，拱桥受到垂直载荷产生的水平推力而抵消，桥梁结构具有拱桥的外形和受压特征，不存在大的水平推力，可以在一般的地基条件下建设。 相对来说，这种组合体系的施工很复杂。 三、桥梁分类，图1-12的组合体系桥，三，桥梁分类，表1-1桥链按跨距分类，(二)按桥的多孔跨距全长Lz和单孔跨距k划分桥：特桥、桥、中桥、小桥、涵洞，见表1-1。 这是我国道路和城市桥梁水平划分的依据。 三、桥梁分类，(三)桥梁的其他分类概要1 .按用途分类，有公路桥、铁路桥、道路铁路两用桥、农桥、横断桥、运河桥(渡口)和其他专用桥。 2 .根据主要承重结构使用的材料分为圩工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。 根据跨越障碍的性质，可分为河桥、架线桥(立体交叉)、高架桥和栈桥。 4 .根据上部结构的车道位置，分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。 桥面配置在主要承重结构上的称为上承式桥。 桥面配置在承重结构下的叫做下承式桥。 桥面被称为布置在桥梁结构高度中间的中承式桥。 5 .根据桥的平面形状有正交桥、斜桥和弯曲桥。 第三节桥梁整体规划和设计要点，桥梁整体规划原则和基本设计资料，桥梁纵、横截面设计和平面配置，一，桥梁整体规划原则和基本设计资料，(一)桥梁设计的基本原则，(二)设计资料调查一般桥梁设计所需的资料调查工作包括以下几点。 2 .测量桥位附近地形，绘制地形图应用于设计和施工。 3 .探测桥位地质情况4 .调查测定河流水文情况，为确定桥面水平跨度基础埋设深度提供依据。 5、调查当地建筑材料(砂、石材等)的来源、水泥钢材的供应情况及水陆交通的运输情况。 6、调查掌握施工单位的技术水平、施工机械等的装备情况，以及施工现场的动力设备和电力供应情况。7 .调查收集气温、雨量和风速(或台风的影响)等气象资料。 8 .调查新建桥上下游有无旧桥、桥型的配置和使用情况等。 一、桥梁整体规划原则和基本设计资料，(三)设计过程的一阶段设计：设计图设计的两阶段设计：初步设计、设计图设计的三阶段设计：初步设计、技术设计、设计图设计、一、桥梁整体规划原则和基本设计资料，二、桥梁纵向、横断面设计和平面配置，(一)桥梁整体路径的确定(桥梁整体路径一般用于水文计算) 2 .桥梁分孔(最经济的分孔方式是降低上下结构的总成本。 )3.确定桥道高程(1)流水顶室的要求(2)通航顶室的要求(3)桥上和桥头导轨的纵截面5 .基础埋入深度，二、桥纵、横截面设计和平面配置，(二)桥横截面设计桥横截面的设计，主要确定桥面的宽度和桥横截面的配置。 桥面的宽度取决于行驶和行人的交通需求。 我国交通部公布的公路工程技术标准 (JTGB012003 )，规定了各级道路桥面间隙的界限，在建筑界限内不得具有任何结构部件。 (3)平面布置桥梁线状和桥头诱导路，使车辆能顺利通过。 高速公路和一级道路上的大、中桥，以及各级道路上小桥的线性和道路的连接，必须符合路线布局的规定。 第四节桥梁设计载荷、道路桥梁设计载荷、铁桥设计载荷、第一、道路桥梁设计载荷、作用：我国公路桥涵设计通用规范 (JTP602004 ) (以下简称桥规 )将桥梁结构所承受的各种载荷和外力统称为作用。 作用效果：作用使桥梁结构产生内力和变形或裂缝，这些内力、变形、裂缝统称为作用效果。 桥梁作用，永久作用可变作用偶然作用，表1-3道路，城市桥梁作用分类表，一，也称为道路桥梁设计载荷，在设计使用期间，其作用位置和大小、方向不随时间变化，或者其变化与平均值相比可以忽略。 永久作用包括结构的自重、桥面铺装和附属设备的重量、作用于结构的土重和土侧压力、基础位移作用、水浮力、长期作用于结构的预应力、混凝土收缩和徐变作用。 在道路桥上，建筑物的自重往往占设计负荷的大部分。 (二)可变作用可变作用是设计使用期间其作用位置和大小、方向随时间变化，其变化与平均值相比是不可忽视的作用。 桥梁设计考虑的可变作用是汽车负荷和人群负荷。 一、道路桥梁设计负荷，一.汽车负荷1 )汽车负荷分为道路-级和道路-级两个等级。 2 )汽车负荷由车道负荷和车辆负荷组成。 车道载荷由平均布载荷和集中载荷组成。 (桥梁结构的整体计算采用车道负荷，桥梁结构的局部负荷、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆负荷。 )车辆负荷和车道负荷的作用不能重叠。 3 )各级公路桥段设计的汽车负荷等级必须符合表1-5的规定。 一、道路桥梁设计负荷，表1-5各级道路桥路段设计的汽车负荷等级，4 )车道负荷的计算图图为图1-13、图1-13车道负荷，一、道路桥设计负荷，(1)道路-i级车道负荷的平均分布负荷基准值qK=10.5kN/m集中负荷基准值按以下规定选择： L5m时，PK=。 L50m时，PK=360kN； 桥梁的计算跨度在550m之间时，PK值通过直线插值求出。 在计算剪切力效果时，上述集中载荷基准值PK乘以1.2的系数。 (2)道路-级车道负荷=0.75道路-级车道负荷。 (3)车道载荷的平均分布载荷基准值应满足对结构最不利的该号影响线，集中载荷基准值仅作用于影响线中的最大影响线峰值。5 )道路-I级和道路-ii级的汽车负荷采用相同的车辆负荷基准值。 车辆载荷的立面、平面尺寸如图1-14所示。 6 )车道负荷的横向分布系数必须如图1-15所示，配置车辆负荷来计算。 一、道路桥梁设计载荷，图1-14车辆载荷立面图，平面尺寸(载荷单位为kN； 尺寸单位为m )，图1-15的车辆载荷横向分布(尺寸单位为m )，一，道路桥梁设计载荷，7 )桥段设计车道数必须符合表1-6的规定。 多车道桥的汽车负荷必须考虑多车道的减少。 桥梁设计车道数在2以上时，汽车载荷的效果应按表1-7规定的多车道减率减率，减率后的效果不得小于两设计车道的载荷效果。 一、道路桥设计负荷、表1-6桥段设计车道数、一、道路桥设计负荷、表1-7横向减少系数、8 )大跨度桥上的汽车负荷应考虑纵向减少。 桥梁计算跨度超过150m时，以表1-8中规定的纵向减少系数减少。 在多跨度连续结构的情况下，整个结构必须考虑最大计算跨度下汽车负荷效果的纵向减少。 一、道路桥梁设计负荷，表18的纵向减少系数，一、道路桥梁设计负荷，二.车辆负荷的影响力1 )汽车负荷的冲击力桥规，f14HZ时，=0.1767lnf-0.0157 汽车负荷的制动力桥规规定，设计车道的制动力的基准值按配置在负荷长度内的车道负荷的10%计算，道路-I级汽车负荷的制动力必须在165kN以下，道路-ii级汽车负荷的制动力必须在90kN以下。 同向行驶双车道的制动力是一个设计车道的制动力的2倍，同向行驶三车道是一个设计车道的2.34倍，同向行驶四车道是一个设计车道的2.68倍。 一、道路桥的设计载荷，三)汽车离心力汽车行驶在弯道桥上时产生离心力，曲线半径越小离心力越大，弯道桥的曲线半径在250m以下时，必须计算汽车载荷引起的离心力。 离心力基准值是车辆负荷(冲击力除外)基准值乘以离心力系数c后的值。 离心力系数按下式计算：式中V的设计速度(采用有桥梁的路线的设计速度)，按km/h计算的R曲线半径，m计算。 离心力的着力点位于桥面以上的1.2m处(由于计算简单，也可以移动到桥面上，因此没有作用效果)。 在多车道的情况下，车辆负荷基准值也乘以表1-7中规定的横向的减少系数。 一、公路桥梁设计载荷，四)汽车产生的土侧压力汽车载荷作用于桥台或挡土墙后填土，引起填土破坏的棱体相对于桥台或挡土墙的土侧压力，土侧压力可由下式换算为等代平均布土层厚度h(m )来计算：式中：土的容积重(kN/m3 B桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度(m) lo桥台或挡土墙后填土的破坏棱长(m) G是配置在Blo面积内的车辆车轮的重力(kN )。 如果涉及多车道负荷，车轮的总重力必须按照表1-7减少。 一、公路桥的设计荷载，三.人群荷载有人行道桥，在用汽车荷载计算内力时，也要考虑人行道人荷载产生的内力。 一般道路桥梁的拥挤负荷基准值采用以下规定：3.0 kn/m (l 88850m ) 2.5 kn/m (l 88850m )，1 )拥挤负荷基准值；2 )城市、郊区的拥挤地区的道路桥梁、拥挤负荷基准值为上述规定值的1.15倍。 专用人行横道，拥挤负荷基准值为3.5kN/m2。 3 )人群负荷应横向放置在人行道网宽内，纵向施加在对结构最不利的负荷效果区域。 4 )人行道板(部分部件)以一张板为单元，可以用标准值4.0kN/m2的平均布载荷计算。 在计算人