[注册结构工程师辅导]桥梁工程讲义PPT

1、结构工程师考试辅导桥梁工程讲义讲授内容第一部分：桥梁基本知识第二部分：桥梁上部结构作用效应(内力)计算第三部分：桥梁上部结构构件(主梁)设计(配筋)第四部分：桥梁下部结构设计计算第一章：桥梁基本知识第一节 桥梁的组成与分类一、桥梁的组成桥梁一般由上部结构、下部结构和附属工程组成。上部结构又称承重结构，是跨越各种障碍的主要承重结构。包括桥面系、承重结构（主梁、桁架或拱圈等）、连接系、支座等部分组成。下部结构是桥梁墩台和基础的总称，支承上部结构并将上部结构的重力、车辆和人群荷载传递给地基。附属工程包括护坡、护岸、桥头搭板、导流构造物等。桥面系包括：桥面铺装和防水层、桥面排水系统、伸缩缝、人行道、栏

2、杆（防撞护拦）等。桥梁常用技术术语：桥梁长度：两端桥台侧墙或八字翼墙后端点之间距离(或桥面长度)，反映桥梁规模大小。净跨径：设计洪水位以上相邻两个桥墩之间净距离。总跨径：各孔净跨径总和，反映桥梁泄洪能力指标。计算跨径： 对于有支座的梁桥，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离。拱式桥是两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。 标准跨径： 梁式桥、板式桥以两桥墩中心线之间距离或桥墩中线与桥台台背前缘间的距离；拱式桥和涵洞则为净跨径。跨径在50m及以下时，宜采用标准跨径。桥涵标准跨径为22种。 建筑高度：指桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构最下缘之间的距离。容许建筑高度：指公路(或铁路)定线中所确定

3、的桥面（或轨顶）标高，对通航净空顶部标高之差。因此桥梁建筑高度必须小于容许建筑高度。二、桥梁分类按照跨越障碍性质划分：跨河桥、跨线桥、高架桥等。按照建筑材料划分：圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、木桥等。按照跨径大小划分：特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞。按照用途划分：公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、人行天桥等桥梁种类单孔跨径（标准跨径）桥梁全长特大桥LK150L1000大桥40LK150100L1000中桥20LK4030L100小桥5LK208L30涵洞LK5（见技术标准说明）5.按照受力特点划分；根据结构构件基本受力方式（拉、压、弯）及其组合，将桥梁分为五种类型，即（1）梁式桥：

4、上部主梁以受弯为主，采用抗弯能力强的钢筋混凝土、预应力混凝土或钢材修建；下部结构主要承受竖向反力。 梁式桥分为简支梁、悬臂梁和连续梁。（2）拱式桥：上部承重结构为主拱圈，主要承受轴向压力，随着跨径增大，弯矩增加。一般采用圬工材料、钢筋混凝土、预应力混凝土或钢材修建。下部结构承受竖向力和水平力，对地基承载力要求较高。（3）刚架桥：界于梁式桥和拱式桥之间，上部梁（板）主要承受弯矩作用，下部结构承受水平力和垂直力。（4）悬索桥（吊桥）：上部主要承重结构为缆索，主要承受拉力，桥两端依靠巨大锚锭装置承受拉力作用。（5）组合体系桥梁：由各种桥梁组合而成。例梁式桥与吊桥组合斜拉桥，拱桥与梁桥组合系杆拱桥，梁

5、式桥与刚架桥合连续刚构桥。其他分类方法：梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥、组合体系桥梁。三、桥梁下部结构（1）桥梁墩台分类：重力式墩台（圬工结构）、轻型墩台（钢筋混凝土、预应力混凝土）（2）桥梁基础分类：浅基础（扩大基础）：刚性基础、柔性基础。刚性基础应满足刚性角的要求： 5号以下砂浆砌筑时，30； 5 号以上砂浆砌筑时，35； 混凝土浇注时，4045 当 max应配筋按照柔性基础设计桩基础：按照受力分为摩擦桩、嵌岩桩（柱桩） 按照施工分为：钻（挖）孔灌注桩、预制沉桩沉井基础：箱形基础（组合基础）：第二节 桥梁总体设计 桥梁设计的总体原则：技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理，同时按照

6、美观和有利环保的原则进行设计。 （见“设计通用规范“1.总则）一、桥梁设计的一般要求 使用上的要求：满足桥上行车和行人的需要；满足桥下泄洪、通航和行车的要求。 经济上的要求：综合经济效益的合理性。 结构和构造上的要求：整体及各构件具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 施工上的要求：便于制造和安装。 美观上的要求：主要指结构型式与环境的协调。特殊大桥宜进行景观设计；上跨高速公路、一级公路的桥梁应与自然环境和景观相协调。二、桥梁设计程序 设计前期：包括项目可行性研究、编制项目建议书、项目方案设计 设计阶段：包括初步设计和施工图设计（两阶段设计），对于特大桥应增加技术设计阶段（三阶段设计）。 设计

7、后期：包括施工配合、试验、鉴定、设计回访、设计总结。三、桥位的选择 见“公路工程技术标准” 大、中桥桥位原则上服从路线的走向，还应进行综合考虑。特大桥应重点考虑桥位的选择。小桥涵位置的确定应服从路线的走向。大、中桥一般选择23个桥位进行综合比选。四、桥梁净空 见“设计通用规范”3.设计要求 桥面净空：按照公路等级和行人密度确定行车道和人行道宽度。 桥下净空：应满足桥下流水净空、行车净空和通航净空的要求。 桥面标高确定： 桥梁基础埋置深度：无冲刷，河床下至少1米；有冲刷处，在局部冲刷线以下至少1.04.0米以下（与桥梁分类有关）；在冰冻线以下0.25米。五、桥梁纵断面设计与平面布置 桥梁纵断面设

8、计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥面标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等内容。（1）总跨径：桥梁的总跨径一般根据水文计算确定，必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致产生过大的冲刷。但为了使总跨径不致过大而增加桥梁的总长度，同时又要允许有一定的冲刷。（2）桥梁的分孔：最经济的跨径就是要使上部结构和下部结构的总造价最低，因此当桥墩较高或地质不良，基础工程较复杂而造价较高时，桥梁跨径就选得大一些；反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径就可选得小一些。（3）桥面标高：（4）桥上和桥头引道的纵坡：桥上的纵坡不宜大于4，桥头引道的纵坡不宜大于5。位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均

9、不得大于3 （5）基础的埋置深度：第三节 桥梁结构设计方法 一、半概率极限状态设计方法 分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。公路桥涵结构设计基准期为100年。1.承载能力极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到最大承载力或出现不适宜于继续承载的变形或变位的状态。 设计准则：荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值。2.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。 设计方法：以塑性理论或弹塑性理论为基础，进行三项验算：（1）限制应力 （2）短期荷载下变形 （3）裂缝宽度二、容许应力设计方法 设计准则：结构构件任意截面的最大设计计算应力不大于有关规范

10、规定的材料容许应力。 公路桥梁设计中公路桥涵地基基础设计规范、公路桥涵钢结构及木结构设计规范采用容许应力法进行设计。三、公路桥涵的设计状态 公路桥涵应根据不同种类的作用（或荷载）及其对桥涵的影响、桥涵所处的环境条件，考虑以下三种设计状况，并对其进行相应的极限状态设计。1.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态。该状态应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。 公路桥涵结构设计安全等级，按结构破坏可能产生后果的严重程度分为三个设计等级，其规定如下： 一级：特大桥、重要大桥 1.1 (重要指高速、一级公路桥) 二级：大桥、中桥、重要小桥 1.0 三级：小桥、涵洞： 0.9

11、2.短暂状况： 桥涵施工过程中临时性作用的状态。该状态下桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时作正常使用极限状态设计。3.偶然状况：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状态。 该状态下桥涵仅作承载能力极限状态设计。第四节 桥梁作用（设计荷载）及作用组合 （见“通用规范”4 作用）一、作用分类、代表值（一）作用分类公路桥涵设计采用的作用分为： 永久作用 可变作用 偶然作用编号作 用 分 类作 用 名 称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力

12、14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和梯度温度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船舶或漂流物的撞击作用21汽车撞击作用（二）作用代表值1.永久作用代表值： 结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力均属结构重力，可按照结构构件尺寸与材料的重力密度计算确定。2.可变作用代表值： 可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。 承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值作为可变作用的代表值。 正常使用极限状态按短期效应组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值； 按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。3

13、.偶然作用代表值偶然作用代表值取其标准值作为代表值。 （三）作用标准值1. 永久作用标准值：其标准值对于结构自重为结构构件的设计尺寸与材料的重力密度乘积。2. 可变作用标准值： 按照设计规范取用，见“通用规范”4.3条。可变作用频遇值=标准值频遇值系数1 （1取值：短期效应组合时，汽车=0.7，人群=1.0，风荷载=0.75.）可变作用准永久值=标准值准永久值系数2（2取值：长期效应组合时，汽车=0.4，人群=0.4，风荷载=0.75.）3. 偶然作用标准值：根据调查、实验确定。（四）作用设计值作用设计值=标准值分项系数 分项系数见“通用规范4.1.6条”1.2 1.4 二、永久作用标准值 见

14、“通用规范4.2条”1.结构自重标准值：2.预加力标准值： 在结构进行正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为永久作用计算其主效应和次效应，并计人相应阶段的预应力损失，但不计由于预加力偏心距增大引起的附加效应。 在结构进行承载能力极限状态设计时，预加力不作为作用，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应。3.土重及土侧压力标准值：见“通用规范4.2.3条” 4.水的浮力标准值：见“通用规范4.2.4条” 基础位于透水性地基时,验算稳定时考虑设计水位浮力;验算地基应力时可仅考虑低水位浮力或不考虑。 基础嵌入不透水地基时不考虑水的浮力。

15、作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积；对桩嵌如入不透水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮力，在计算承台底面浮力时应扣除其面积。 不能确定地基是否透水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用组合，取其最不利者。5.混凝土收缩徐变标准值： 外部超静定结构应考虑；混凝土徐变与混凝土应力呈线性关系；计算圬工拱圈的收缩效应时，如考虑徐变影响，作用效应可乘以0.45系数。 超静定结构当考虑由于地基压密等引起长期变形影响时，应根据最终位移量计算构件效应。 三、可变作用标准值可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标

16、准值作为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。1.汽车荷载(见“通用规范4.3.1条”)汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。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。在进行桥梁的整体计算时采用车道荷载；桥梁结构局部加载、涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路级公路级公路级公路级公路级(1)车道荷载纵向布置图式荷载取值标准车道荷载等级均布荷载（kN/

17、m）集 中 力（kN）l5m5ml50ml50m公路级10.5180内差计算360公路级7.9135270注：1. 公路级车道荷载标准按公路级车道荷载标准的0.75倍采用； 2.车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应 影响线中一个最大影响线峰值处。横向布置图示 1.8米 1.3米 1.8米横向折减系数（内力组合折减）横向布置设计车道数2345678横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.50纵向折减系数:计算跨径150L400400L600600L800800L1000L1000纵向折减系数0.970.960.95

18、0.940.93（2）车辆荷载纵向布置图示只用于计算行车道板、涵洞、挡土墙、桥台等局部加载。横向布置图示2.汽车荷载冲击力(见“通用规范4.3.2条”)钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。冲击系数按照下式计算当f1.5Hz时， =0.05当1.5Hzf14Hz时， =0.176lnf-0.0157当f14Hz时， =0.45式中 f结构基频（Hz）。计算方法见“通用规范

19、附录条文说明” 简支梁： 汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3（一般用于行车道板计算）。构件单位长度的质量3.汽车荷载离心力(见“通用规范4.3.3条”)当弯道桥的曲率半径等于或小于250m时，应计算汽车荷载引起的离心力。汽车荷载离心力标准值为车辆荷载的标准值乘以离心力系数。汽车荷载离心力系数按下式计算： 4.汽车荷载引起的土侧压力(见“通用规范4.3.4条”)当车辆荷载作用在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上时会引起相应的土侧压力，该土侧压力可按换算成等代均布土层厚度h（m）计算。5.汽车制动力(见“通用规范4.3.6条”) 一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车

20、道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10计算，但公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kn；公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kn。制动力着力点在桥面以上1.2m处，计算墩台时，可移至支座铰中心或支座底面上同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍；同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。设有板式橡胶支座的简支梁、连续桥面简支梁或连续梁排架式柔性墩台，应根据支座与墩台的抗推刚度的刚度集成情况分配和传递制动力。设有板式橡胶支座的 简支梁刚性墩台，按单跨两端的板式橡胶支座的抗推刚度分配制动力。刚性墩台各种支座传递的制

21、动力见表.6.人群荷载作用(见“通用规范4.3.5条”)1 对于设置人行道的桥梁，需根据人群密度选择确定合适的人群荷载标准值。人群荷载标准值按下列规定采用：当桥梁计算跨径小于或等于50 m时，人群荷载标准值为3.0kn/m2; 当桥梁计算跨径等于或大于150 m时，人群荷载标准值为2.5kn/m2; 当桥梁计算跨径在50m150 m之间时，可由线性内差得到人群荷载标准值。对于跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kn/m2。2 人群荷载在横向布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产

22、生最不利荷载区段内。3 人行道板可以一块板为单元，按标准值4.0kn/m2的均布荷载考虑。4 作用在栏杆立柱顶水平推力标准值取0.75kn/m2；作用在栏杆立柱顶竖向力标准值取1.0kn/m2。7.风荷载(见“通用规范4.3.7条”) 公路桥梁抗风设计规范 JTG/T D60-012004 一般来说，风对结构作用的计算有三个不同的方面，对于顺风的平均风压，采用静力计算方法；对于顺风的脉动风或横风向的脉动风，则应按随机振动理论计算；对于横风向的周期性风力，产生了横风向振动，偏心时还产生扭转振动，通常作为确定荷载对结构进行动力计算。 风载阻力系数确定： 桥梁顺桥向可不计桥面系及上承式梁所受的风荷载

23、，下承式桁架顺桥向风荷载标准值按其横桥向风压的40乘以桁架迎风面积计算。 桥墩上的顺桥向风荷载标准值可按横桥向风压的70乘以桁架迎风面积计算。 悬索桥、斜拉桥桥塔顺桥向风荷载标准值按横向风压乘以迎风面积计算。8.流水、流冰压力(见“通用规范4.3.8条”)9.温度作用(见“通用规范4.3.10条”) 温度效应采用温度梯度曲线计算。T1、T2、A内差计算 计算圬工拱圈考虑徐变影响引起的温差作用效应时，计算的温差效应应乘以0.7的折减系数。10.支座摩阻力(见“通用规范4.3.11条”)支座摩阻力标准值按下式计算： 三、偶然作用1.地震作用地震动峰值加速度等于0.10g、0.15g、0.20g、0

24、.30g地区的公路桥涵，应进行抗震设计。地震动峰值加速度大于或等于0.40g地区的公路桥涵，应进行专门的抗震研究和设计。地震动峰值加速度小于或等于0.05g地区的公路桥涵，除有特殊要求者外，可采用简易设防。公路桥梁地震作用的计算及结构的设计，应符合现行公路工程抗震设计规范的规定。2.船只或漂流物撞击力位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台，设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用，其撞击作用标准值可按下列规定采用或计算。漂流物横桥向撞击力标准值按下式计算 3.车辆荷载的撞击力 桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击力。汽车撞击力标准值在车辆行驶方向取1000 KN，在车辆行驶垂直方向取500 KN，两个方

25、向的撞击力不同时考虑，撞击力作用于行车道以上1.2 m处，直接分布于撞击涉及的构件上。公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02-01-20081 总则1.0.2 本细则主要适用于单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥。 斜拉桥、悬索桥、单跨跨径超过150m的特大跨径梁桥和拱桥，参照执行。1.0.3 抗震类别：A类、B类、C类、D类1.0.4 抗震设防烈度为6度及6度以上地区的公路桥梁，必须进行抗震设计。1.0.5 本细则适用于抗震设防烈度为6度、7度、8度和9度地区公路桥梁抗震设计。大于9度地区的桥梁或有特殊要求大跨径桥梁，专门设计。3 基本要求3.1 桥梁抗震设防目标及设防分类、

26、标准 抗震设防类别 设防目标 E1地震作用 E2地震作用 A类一般不受损坏或不需修复可继续使用可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复可继续使用 B类一般不受损坏或不需修复可继续使用应保证不致倒塌或严重结构损伤，经临时加固后可维持应急交通使用。 C类一般不受损坏或不需修复可继续使用应保证不致倒塌或严重结构损伤，经临时加固后可维持应急交通使用。 D类一般不受损坏或不需修复可继续使用3 基本要求3.1.2 桥梁抗震设防类别使用范围 抗震设防类别 使用范围 A类单跨跨径超过150m的特大桥。 B类单跨跨径不超过150m的高速公路、一级公路上的桥梁，单跨跨径不超过150m的二级公路上的特大桥、大桥。

27、C类二级公路上的中桥、小桥，单跨跨径不超过150m的三、四级公路上的特大桥、大桥。 D类三、四级公路上的中桥、小桥。3.1.3 A类、B类、C类桥梁必须进行E1地震作用和E2地震作用下的抗震设计。 D类桥梁只须进行E1地震作用下的抗震设计。 抗震烈度为6度地区的B类、C类、 D类桥梁只进行抗震措施设计。3 基本要求3.1.4 桥梁抗震设防标准 1 各类桥梁在不同抗震设防烈度下的抗震设防措施等级 6 7 8 9 0.05g 0.1g 0.15g 0.2g 0.3g 0.4g A类更高，专门研究 B类9 C类 6 7 7 8 8 9 D类 6 7 7 8 8 9 2 各类桥梁的抗震重要性系数 桥梁

28、分类 E1地震作用 E2地震作用 A类 1.0 1.7 B类 0.43(0.5) 1.3(1.7) C类 0.34 1.0 D类 0.23 -3.2 基本要求3.2 确定地震作用的基本要求3.2.1 各类公路桥梁抗震设计要考虑的地震作用,应采用所在地区抗震设防烈度相应的设计基本动震动加速度反应谱特征周期抗震重要性系数来表征.3.2.2 抗震设防烈度和水平向设计基本地震动加速度峰值A关系抗震设防烈度 6 7 8 9 A 0.05g 0.10(0.15)g 0.20(0.30)g 0.40g 3.4 作用效应组合 3.4.1 公路桥梁抗震设计应考虑以下作用: 1 永久作用,包括结构重力、预应力、土

29、压力、水压力。 2 地震作用,包括地震动的作用和地震土压力、水压力等。 3.4.2 作用效应组合包括永久作用效应+地震作用效应，组合方式应包括各种效应的最不利组合。4 场地和地基 4.1.2 在抗震不利地段布设桥位时，宜对地基采取适当抗震加固措施。在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层上，不宜修建大跨径超静定桥梁。 4.1.4 对地震时可能发生滑坡、崩塌造成堰塞湖的地段，应合理确定路线高程，选定桥位。 4.1.5 土层剪切波速确定方法 4.2 地基承载力 4.2.1 地基抗震验算时，应采用地震作用效应与永久作用效应组合。 4.2.2 地基抗震承载力容许值： K地基抗震容许承载力调整系数。柱桩

30、取1.5，摩擦桩根据地基土类取值。 4.3 地基的液化和软土地基 5 地震作用 5.1 一般规定 5.1.1 取值原则 1 一般情况下，公路桥梁可只考虑水平向地震作用，直线桥可分别考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用。 2 抗震设防烈度为8度和9度的拱式结构、长悬臂桥梁结构和大跨度结构，以及竖向作用引起的地震作用很重要时，应同时考虑顺桥向X、横桥向Y和竖向Z的地震作用。 3 地震作用分量组合 4 当采用时程分析法时，应同时输入三个方向分量的一组地震时程计算地震作用效应。 5.1.2 地震作用可用设计加速度反应谱、设计地震动时程和设计地震动功率谱表征。 5 地震作用 5.2.1 水平设计加速度反应谱

31、 阻尼比0.05S=T0.1S0.1STTgT Tg 5.2.2 水平设计加速度反应谱最大值重要性系数、场地系数、阻尼调整系数、加速度峰值 5 地震作用 5.2.5 竖向设计加速度反应谱土层场地 R=T0.1S0.1ST0.3ST 0.3S基岩场地R=0.655.3 设计地震动时程 根据地震安全性评价结果确定，或根据实测记录确定。5.4 设计地震动功率谱 根据地震安全性评价结果确定，或根据设计加速度反应谱估算。 6 抗震分析 6.1 一般规定 6.1.1 适用于单跨跨径不超过150m的混凝土桥梁、圬工或混凝土拱桥等常规桥梁的抗震分析；对于墩高超过40m，墩身第一阶振型有效质量低于60，且结构进

32、入塑性的高墩桥梁应做专项研究。 6.1.3 规则桥梁与非规则桥梁定义 6.1.4 抗震计算分析方法 TH线性或非线性时程计算方法 SM单振型反应谱或功率谱方法 MM多振型反应谱或功率谱方法 6.1.5 地震作用下，桥台台身地震惯性力可按静力法计算。 6.1.6 E1作用下，常规桥梁构件抗弯刚度按毛截面计算；E2作用下，延性构件有效截面抗弯刚度按式6.1.6计算，其他按毛截面计算。 6 抗震分析 6.1.7 D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台，可只进行E1地震作用下结构的地震反应分析。 6.1.8 对于上部结构连续的桥梁，各桥墩高度宜尽量相近。相邻桥墩高度相差较大导致刚度相差较大的情况，宜在刚

33、度较大的桥墩处设置活动支座或板式橡胶支座。 6.1.9 不宜在梁桥的矮墩设置固定支座，矮蹲宜设置活动支座或板式橡胶支座。 6.2 梁桥延性抗震设计 6.2.1 钢筋混凝土墩柱桥梁，抗震设计时，墩柱宜作为延性构件设计。桥梁基础、梁体和结点宜作为能力保护构件。墩柱的抗剪强度宜按能力保护原则设计。 7 抗震强度与变形验算 7.1 一般规定 7.1.1 在E1地震作用下，结构在弹性范围内工作，基本不损伤；在E2作用下，延性构件可发生损伤，产生弹塑性变形，耗散地震能量，但延性构件塑性铰区域应具有足够的塑性变形能力。 7.1.2 梁桥基础、盖梁、梁体及墩柱的抗剪按能力保护原则设计，在E2作用下基本不发生损

34、伤。 7.1.3 在E2作用下，混凝土拱桥的主拱圈和基础基本不发生损伤；对系杆拱桥，其桥墩、支座和基础的抗震按梁桥设计。 7.1.4 对D类桥梁、圬工拱桥、重力式桥墩和桥台，可只进行E1地震作用下结构的强度验算。 8 延性构件细节构造 10 桥梁减隔震设计 11 抗震措施四、作用效应组合（一）有关作用效应的规定 1.只有在结构上可能同时出现的作用才能进行其效应组合；当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。 2.当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不参与组合。可变作用不能同时组合见下表： 3.施工阶段作用效应的组合，根据实际加载条件考

35、虑。 4.多个偶然作用不同时参与组合。汽车制动力流水压力、冰压力、支座摩阻力流水压力汽车制动力、冰压力冰压力汽车制动力、流水压力支座摩阻力汽车制动力（二）作用效应组合见“通用规范4.1.6条” 1.承载能力极限状态设计时，按照两种方式组合。 （1）基本组合 永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合按下式计算示例：某高速公路上钢筋混凝土简支梁桥，L=13米，结构自重产生跨中弯矩150Kn-m，车辆荷载产生跨中弯矩200Kn-m，人群荷载产生跨中弯矩50Kn-m，则其基本组合为：0=1.1 1.0 0.9G-=1.2Q-=1.4c=0.8（2）偶然组合 永久作用标准值效应与可变作

36、用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。2. 正常使用极限状态设计时，按照两种方式组合。 见“通用规范4.1.7条”（1）作用短期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相结合，其效应组合表达式为 （2）作用长期效应组合永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为第二章 桥梁上部结构作用效应（内力）计算第一节 主梁计算（简支梁）一、永久作用（自重）效应计算 各片主梁承受的结构自重包括：主梁自重、桥面铺装、人行道、栏杆等。一般将桥面铺装、人行道、栏杆等的重

37、量平均分摊给各片主梁承受，将恒载转化为均布荷载。 计算图式：按照均布荷载作用下计算内力 例2-9-4一座五梁式装配式钢筋混凝土简支梁桥的主梁和横隔梁如图所示，其基本设计指标如下：设计荷载 公路级，人群荷载： 3.0KN/M2标准跨径 计算跨径 材料 混凝土：C25号； 钢 筋：主钢筋、弯起钢筋和架立钢为II级，其它的为I级。结构重要性系数：1.0计算方法: 极限状态法设计依据 公路桥涵设计通用规范简称桥规公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范简称公桥规。 已知每侧栏杆以及人行道的构件重量作用力为4.95kN/m。试求边主梁的结构自重产生的内力； 主梁横隔梁对于边主梁对于中主梁桥面铺装栏杆人行

38、道合计边主梁中主梁内力截面位置剪力（KN）弯矩(KNM)X=0156.29（162.34）0X=L/478.14（81.17）571.08（596.56）X=L/20（0）760.48（791.42）二、汽车荷载效应计算（一）汽车荷载横向分布计算 1.基本概念： 汽车荷载横向分布系数：表示某片主梁所分配到的最大荷载占车辆荷载轴重的倍数。一般小于1 2.计算方法： 共5种 （1）杠杆原理法： 适用范围：汽车荷载位于桥梁支点处。 计算原理：假设行车道板在各片主梁上断开而简支在其上的简支板或悬臂板。 计算步骤：（1）绘制各主梁荷载横向分布影响线；（注：各主梁荷载横向分布影响线成三角形）（2）在横向分

39、布影响线进行横向最不利布载；（注：车轮离开人行道至少50cm）（3）计算汽车横向分布系数：1121314511001501501号梁2号梁3号梁例1图为一四梁式钢筋混凝土简支T梁，主梁间距2.5m，桥面宽度为净11+21.5米。计算支点处汽车荷载和人群荷载的横向分布系数。考试题型：间距变化（2）偏心压力法： 适用范围：（1）汽车荷载位于桥梁跨中；（2）横向抗弯刚度无穷大的窄桥（B/L0.5）。 计算原理：中间横隔梁受力接近偏心受压构件。 计算步骤：（1）绘制各主梁荷载横向分布影响线； （2）在横向分布影响线进行横向最不利布载；（3）计算汽车横向分布系数：例2图为一五梁式钢筋混凝土简支T梁，计算

40、跨径24.5m，主梁间距2.0m，桥面宽度为净9+21.5米，各主梁截面尺寸相同。计算跨中汽车荷载和人群荷载的横向分布系数。解 a1=4.0 a2=2.0 a3=0 a4=2.0 a5=4.0（1）绘制各主梁荷载横向分布影响线，1号主梁 2号主梁 3号主梁 112131459001501501号梁2号梁3号梁（2）在各主梁荷载横向分布影响线进行最不利布载。要求最边车轮需离开人行道50cm。（3）计算各车轮所对应荷载横向分布影响线竖坐标，即1号主梁2号主梁3号主梁： （4）计算各主梁荷载横向分布系数1号主梁：汽车荷载人群荷载2号主梁：汽车荷载 人群荷载（3）铰接板梁法： 适用范围：（1）汽车荷载

41、位于桥梁跨中；（2）横向铰接结构。 计算原理：各（板）梁体铰接缝只传递竖向剪力，不传递横向弯矩，利用铰接缝处相对竖向变位为零的变形协调条件求解。 计算方法：（1）实用查表计算；（2）程序计算 （1）计算各块板的抗弯惯性矩I和抗扭惯性矩IT；（2）计算刚度参数（3）利用刚度参数，查设计手册铰接板（梁）桥荷载横向分布影响线表，得横向影响线竖标值。（4）利用查出的各板块的横向影响线的竖标值，绘制各板块的荷载横向分布影响线，（5）在影响线上进行最不利布载，求荷载横向分布系数m。 （4）横向刚接梁法： 适用范围：（1）汽车荷载位于桥梁跨中；（2）横向刚性联结结构。 计算原理：各（板）梁体横向除传递竖向剪

42、力外，还传递横向弯矩，利用铰接缝处相对竖向变位为零的变形协调条件求解。 计算方法：（1）实用查表计算；（2）程序计算（5）比拟正交异性板法（G-M法）： 适用范围：（1）汽车荷载位于桥梁跨中；（2）各类桥梁结构。 计算原理：一般将空间梁隔系转化为正交异性板，按照弹性薄板理论计算。 计算方法：（1）查表计算；（2）程序计算3.荷载横向分布系数沿桥跨范围的变化规律 情况一：沿桥跨纵向无中间横隔梁或仅设一道中间横隔梁，跨中为mc,支点为 m0，在1/4截面处按照折线规律变化。 情况二：沿桥跨纵向设置多道中间横隔梁，跨中为mc,支点为 m0，在第一道横隔梁处按照折线规律变化。（二）汽车荷载效应计算 主

43、要计算汽车荷载作用下，各截面产生的弯矩和剪力。 计算步骤：（1）绘制简支梁各截面内力（弯矩、剪力）影响线；（2）绘制荷载横向分布系数沿桥跨分布图（3）在内力影响线上进行最不利布载（4）计算内力值。 1.车道荷载跨中弯矩影响线支点剪力影响线横向分布系数变化规律跨中弯矩：式中：（1+）汽车冲击力系数；横向折减系数；纵向折减系数；m0跨中横向分布系数 PK集中力，由荷载等级和跨径确定；yK集中力对应影响线竖坐标，跨中弯矩影响线面积，q均布荷载集度，由荷载等级确定；，1/4截面弯矩：计算方法同上，注意弯矩图的变化和荷载布置在正（或负）弯矩取段。支点剪力：2.车辆荷载 由于车辆荷载一般用于局部加载和涵洞

44、设计等，其计算方法同上，即将车辆荷载在内力影响线上进行最不利布载后计算最大内力值。 重点考虑行车道板计算三、作用效应的组合设计值 简支梁桥，作用一般只考虑恒载、汽车荷载和人群荷载，因此其作用效应组合公式简化为： 超静定结构，应同时考虑其他作用效应的组合。第二节 简支梁行车道板的计算一、行车道板的分类 周边支承的行车道板其受力情况分为两类： 单向受力板：长边与短边之比大于或等于2时，按照短跨跨径计算板的受力，单向配筋 双向受力板：长边与短边之比小于2时，双向受力，双向配筋。 行车道板有效工作宽度概念 板在局部分布荷载的作用下，不仅直接承压部分的板带参加工作，与其相邻的部分板带也会分担一部分荷载共

45、同参与工作。因此，在桥面板的计算中，就有一个如何确定板的分布宽度（或称荷载有效分布宽度）的问题。 (一)整体单向受力板 平行与板的跨径（横桥向）： 垂直与板的跨径(顺桥向)：单个车轮位于板的跨中：2.多个车轮位于板的跨中：3.车轮在板的支承处：4.车轮靠近板的支承处：(二)悬臂板平行与板的跨径（横桥向）：垂直与板的跨径（顺桥向）：(三)作用在行车道板上的荷载集度 1.作用在桥面铺装上: 2.作用在行车道板上荷载集度a1b1_ 汽车车轮的着地宽度 见通用规范表4.3.1-2 0.6*0.2三、行车道板的作用效应（内力）计算 (采用车辆荷载进行计算） 局部加载 (一)整体式行车道板（多跨连续单向板

46、） 支点弯矩： 跨中弯矩： 板厚与梁肋高度之比大于等于1/4时， 板厚与梁肋高度之比小于1/4时， 支点剪力：按照简支板计算。 (二)悬臂板 第三节 拱桥的计算 拱桥的内力计算分为恒载和活载两部分。在进行活载内力计算时，板拱桥可不考虑荷载横向分布的影响，认为活载由主拱圈全宽平均承担；对于肋拱、箱拱应考虑荷载的横向分布影响，近似按照杠杆原理法计算。 有关计算规定见“设计规范“4.3条。 1.无铰拱和双铰拱的计算不考虑拱上建筑与主拱圈的联合作用 计算车道荷载引起的拱的正弯矩时，拱顶、拱跨L/4截面乘以折减系数0.7，拱脚乘以0.9。 2.拱圈轴向力组合设计值为： 3.当板拱宽度小于计算跨径的1/2

47、0应考虑拱的横向稳定性。 4.大跨径拱桥应验算拱顶、3L/8、L/4和拱脚四个截面中、小跨径拱桥，验算拱顶和拱脚截面。 5.多孔拱桥，当桥墩抗推刚度与主拱圈抗推刚度之比大于37时，可按单跨计算。 6.拱圈温度变化和混凝土收缩影响时，作用效应乘以下列系数： 温度效应：0.7； 混凝土收缩效应：0.45。 拱桥拱轴线线形选择 （1）圆弧拱：中小跨径实腹式拱、涵 （2）悬链线拱：大中跨径空腹式拱 （3）抛物线拱：大跨径轻型拱 拱圈强度及稳定性验算 公路圬工桥涵结构按承载能力极限状态设计受压构件 系杆拱当其拱肋截面的抗弯刚度与系杆截面的抗弯刚度的比值小于1/100，拱肋可视为仅承受轴向压力的柔性拱肋；

48、 当其拱肋截面的抗弯刚度与系杆截面的抗弯刚度的比值大于100时，系杆视为仅承受轴向拉力的系杆。上述节点视为铰接。 系杆拱当其拱肋截面的抗弯刚度与系杆截面的抗弯刚度的比值为1/100100时，系杆与拱肋视为刚性连接，此时荷载引起的弯矩在系杆和拱肋之间按抗弯刚度分配。第三章 桥梁上部结构设计计算 该部分主要介绍钢筋混凝土构件配筋计算和强度验算。第一节 材 料一、混凝土 见“设计规范“3.1条 掌握混凝土轴心抗压、抗拉强度的设计值。二、钢筋 见“设计规范“3.2条 掌握钢筋抗拉强度和抗压的设计值。 第二节 持久状况承载能力极限状态计算一、一般规定 公路桥涵的持久状况设计应按承载能力极限状态的要求，对

49、构件进行承载力和稳定性验算，必要时进行结构的倾覆和滑移的验算。 正截面承载力计算的基本假定： （1）平截面假定 （2）应力图形简化为矩形 （3）极限状态，钢筋应力达到强度的设计值 （4）钢筋应力等于应变乘以弹性模量，但不大于强度设计值。 承载能力极限状态表达式：二正截面抗弯设计（一）矩形截面或翼缘位于受拉边的T形截面受弯构件（单筋、双筋通用公式） （受压区预应力筋受拉）满足条件:（受压区预应力筋受压） 题型：1.已知：弯矩设计值Md、混凝土强度等级（fcd）、钢筋种类（fsd）、截面尺寸b*h、系数0 求：As 解：选定ag ,h0=h-ag 利用（1）式x带入（2）式As验证适用条件2. 已

50、知：弯矩设计值Md、混凝土强度等级（fcd）、钢筋种类（fsd）、系数0 求：截面尺寸b*h、As3. 已知：弯矩设计值Md、混凝土强度等级（fcd）、钢筋种类（fsd）、As、截面尺寸b*h、系数0 验证：解题:选定ag,h0=h-ag 利用公式(2) x 带入（1）式进行验证（二）翼缘位于受压区的T形截面或I截面受弯构件 1.第一类T形梁： 按照矩形截面计算 2. 第二类T形梁：考虑腹板参与受压 满足条件： （1） （2） （受压区预应力筋受压） （受压区预应力筋受拉） 题型：1.已知：弯矩设计值Md、混凝土强度等级（fcd）、钢筋种类（fsd）、截面尺寸b*h、系数0 求：As 解：（1

51、）判断类型； （2）选定ag ,h0=h-ag 利用公式x (3) 利用公式 As2. 已知：弯矩设计值Md、混凝土强度等级（fcd）、钢筋种类（fsd）、系数0 求：截面尺寸b*h、As3. 已知：弯矩设计值Md、混凝土强度等级（fcd）、钢筋种类（fsd）、As、截面尺寸b*h、系数0 验证： 解：（1）判断类型； （2）选定ag ,h0=h-ag 利用公式x （3）带入公式验证（三）当受压区纵向钢筋不满足 或 受弯构件正截面强度验算符合下列条件1.受压区配置预应力钢筋且受压时 2. 受压区配置预应力钢筋且受拉时 三、受弯构件斜截面抗剪强度计算 1.计算截面确定 见“设计规范”5.2.6条

52、 （1）简支梁和连续梁近边支点梁段 距支座h/2处；弯筋位置；锚固筋位置；箍筋数量或间距变化处；截面尺寸变化处 （2）连续梁和悬臂梁近中间支点梁段 支点横隔梁边缘处；梁高变化处；其他位置（通上）2.抗剪强度计算公式 符号含义与取值 3.抗剪强度上限（矩形、T形和I字形截面） 超过此剪力上限，应重新修改设计，加大尺寸或提高混凝土等级。式中：Vd剪力组合设计值（KN）；尺寸单位MM 小于此剪力值，只需按构造要求配置箍筋，无须进行抗剪设计。4. 抗剪强度下限（矩形、T形和I字形截面） 5.计算步骤 见“设计规范”第5.2.11条 （1）绘制剪力包络图，确定最大剪力设计值。其中简支梁和连续梁支点处取距

53、支座h/2处剪力值；连续梁和悬臂梁近中点支点处取横隔梁边缘处剪力值。（2）混凝土和箍筋承担60剪力值；弯起钢筋承担40剪力值。（3）选定箍筋种类和直径，计算箍筋间距。 （4）弯起钢筋的计算 （4）弯起钢筋的计算 第一排弯起钢筋：简支梁和连续梁近边支点梁段，剪力取距支点中心处由弯起钢筋承担的部分剪力；连续梁和简支梁近中间支点梁段，取支点横隔梁边缘处由弯起钢筋承担的那部分剪力。 计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋时，对于简支梁、连续梁近边支点和等高度连续梁与悬臂梁近中间支点梁段，取用前一排弯起钢筋下弯点处由弯起钢筋承担的那部分剪力；对于变高度连续梁和悬臂梁近中间支点的变高度梁段，取用各排弯起钢

54、筋下面弯点处由弯起钢筋承担的那部分剪力。 弯起钢筋截面积计算：四、受压构件计算（一）轴心受压构1.配置箍筋（或螺旋筋、横向钢筋），正截面抗压承载力 见“设计规范”第5.3.1条 2.配置螺旋式箍筋或焊接环式间接钢筋，且间接钢筋换算面积不小于全部纵向钢筋截面面积的25；间距不大于80或d/5，构件长细比48时，正截面抗压承载力为 （二）偏心受压构件大小偏心受压构件判断条件：以相对界限受压区高度b作为判别条件。属于大偏心受压破坏特征：钢筋先屈服，混凝土后压碎属于小偏心受压破坏特征：混凝土先压碎，钢筋应力。偏心受压构件承载力计算： 见“设计规范”5.3.5条、5.3.6条。受拉构件: 见“设计规范”

55、第5.4条；受扭构件: 见“设计规范”第5.5条；局部承压构件: 见“设计规范”第5.7条。第三节 持久状况正常使用极限状态计算 一、一般规定 1.公路桥涵的持久状况设计应按正常使用极限状态的要求，采用作用的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过规范规定值。 2. 预应力混凝土构件分类 全预应力混凝土构件：在作用短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘不允许出现拉应力。 部分预应力混凝土构件：在作用短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘允许出现拉应力：当拉应力加以限制时，为A类预应力混凝土构件；当拉应力超过限值时，

56、为B类预应力混凝土构件。 跨径大于100米的桥梁主要构件不宜进行部分预应力混凝土构件设计。3. 预应力钢筋张拉控制应力值规定：钢丝、钢铰线：0.75fpk (0.8)螺纹钢筋:0.90fpk (0.95)4. 预应力混凝土构件截面性质规定（1）先张法构件采用换算截面；（2）后张法构件，计算作用引起的应力时，孔道压浆前采用净截面，压浆后采用换算截面；计算预加力引起应力时，除指明者外采用净截面。 二、预加力产生的混凝土法向应力及相应阶段预加力筋应力 三、预应力筋合力及合力偏心矩计算四、预应力损失计算 1.预应力损失种类 共六种：（1）l1孔道摩阻损失（后张）（2） l2钢筋回缩、接缝压密损失（先、

57、后张）（3） l3钢筋与台座之间温差损失（先张）（4） l4混凝土弹性压缩损失（先、后张）（5） l5预应力筋应力松弛损失（先、后张）（6） l6混凝土的收缩和徐变损失（先、后张） 2.计算方法 3.各阶段预应力损失组合 先张法 后张法锚固时l2+ l3 + l4 + l5/2l1+ l2 + l4锚固后l5/2 + l6 l5 + l6五、截面应力计算 正截面拉应力 斜截面主拉应力 主应力计算六、裂缝宽度验算 1.裂缝宽度应按作用短期效应组合并考虑长期效应影响进行验算。 2.裂缝宽度限值： 钢筋混凝土构件：、类环境：0.20mm；、类环境：0.15 mm 粗螺纹预应力钢筋：、类环境：0.20m