桥梁工程基本知识PPT（74页）

1、第一章 桥梁工程基本知识学习目标了解桥梁在公路交通事业中的地位和发展概况。掌握桥梁的基本组成、主要尺寸和术语名称。掌握桥梁的类型和结构体系。学习重点桥梁的基本组成、主要尺寸和术语名称。第一节 桥梁的组成与分类从传递荷载功能划分：桥跨结构（上部结构）直接承担使用荷载桥墩、桥台、支座（下部结构）将上部结构的荷载传递到基础中去挡住路堤的土保证桥梁的温差伸缩基础将桥梁结构的反力传递到地基一、桥梁的组成五大部件：桥跨结构、支座、桥墩、桥台、基础、五小部件：桥面铺装、排水防水系统、栏杆、桥面伸缩装置（缝）、灯光照明系统常用名词：计算跨径L0跨径L净跨径l0建筑高度h桥下净空H0矢跨比分f/L0一、桥梁的组

2、成桥梁附属设施：1、桥面铺装(或称行车道铺装) 2、排水防水系统3、栏杆(或防撞栏杆) 4、伸缩缝5、灯光照明一、桥梁的组成二、桥梁的分类1、按跨径大小分类我国公路工程技术标准桥梁分类 桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径L0(m)特大桥L1000L0150大 桥100L100040L0150中 桥30L10020L040小 桥8L305L020国际特大桥梁分类标准 二、桥梁的分类2、按桥面的位置划分上承式视野好、建筑高度大下承式建筑高度小、视野差中承式兼有两者的特点二、桥梁的分类二、桥梁的分类上承式拱桥 二、桥梁的分类中承式拱桥 二、桥梁的分类下承式拱桥 3、按桥梁用途来划分公路桥、铁路桥、

3、公路铁路两用桥农桥、人行桥、运水桥(渡槽)、其它专用桥梁(如通过管路、电缆等)二、桥梁的分类4、按材料来划分木桥、钢桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)、钢筋混凝土桥、预应力钢筋混凝土桥二、桥梁的分类5、按结构体系划分梁式桥主梁受弯拱桥主拱受压刚架桥构件受弯压缆索承重桥梁缆索受拉组合体系桥梁几种受力的组合二、桥梁的分类梁式桥二、桥梁的分类二、桥梁的分类梁式桥 拱式桥二、桥梁的分类拱式桥 二、桥梁的分类二、桥梁的分类刚架桥二、桥梁的分类刚构桥 吊桥二、桥梁的分类二、桥梁的分类缆索承重桥梁二、桥梁的分类组合体系桥梁二、桥梁的分类组合体系桥梁6、按跨越方式固定式的桥梁开启桥浮桥漫水桥二、桥梁的分类二、

4、桥梁的分类开启桥7、按施工方法整体施工桥梁上部结构一次浇筑而成节段施工桥梁上部结构分节段组拼而成二、桥梁的分类二、桥梁的分类整体施工桥梁二、桥梁的分类节段施工桥梁小 结本章主要介绍了桥梁在公路交通事业中的地位和发展概况，桥梁的基本组成、主要尺和术语名称，桥梁的类型和结构体系。（1）桥梁结构的组成可分为：上部结构、下部结构和附属结构。1）上部结构包括承重结构和桥面系，它的作用是承受车辆荷载，并通过支座传给墩台。2）下部结构包括桥墩和桥台，是支承桥跨结构并将结构重力和车辆荷载等作用传至地基土层的建筑物。3）附属结构包括护岸、导流结构物等。小 结（2）桥梁的主要尺寸和术语名称主要包括：净跨径、计算跨

5、径、标准跨径、总跨径、桥梁全长、桥梁高度、建筑高度、拱桥矢高和矢跨比。（3）桥梁结构的体系包括梁式、拱式、刚架式、悬索式与组合体系。1）梁式体系是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，梁作为承重结构是以它的抗弯承受荷载的。2）拱式体系的主要承重结构是拱肋（或拱圈），在竖向荷载作用下，拱圈既要承受压力，也要承受弯矩，可采用抗压能力强的圬工材料来修建。小 结（3）桥梁结构的体系包括梁式、拱式、刚架式、悬索式与组合体系。3）刚架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下部墩（或桩柱）体结合在一起的结构。4）悬索桥是用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构的桥梁。5

6、）组合体系是由两种不同的结构作为主要承重结构的桥梁，包括梁、拱组合体系和斜拉桥。（4）小 结按用途分：公路桥、铁路桥、公路铁路两种桥、农用桥、人行桥、运水桥（渡槽）及其他专用桥梁；按桥梁全长和跨径不同分：特大桥、大桥、中桥和涵洞；按上部结构所用的材料分：木桥、钢筋砼桥、预应砼桥、圬工桥（包括砖、石、砼桥）和钢桥；按跨越障碍的性质可分为跨河桥、跨线桥（立体交叉）、高架桥和栈桥；按上部结构的行车道位置分：上承式、中承式和下承式；按特殊使用条件分：开启桥、浮桥、漫水桥等。技术先进安全可靠适用耐久经济合理外形美观环保和可持续发展同时应考虑因地制宜、便于施工、就地取材和养护等因素。一、桥梁设计基本原则第

7、二节 桥梁设计二、桥梁设计的基本资料桥梁设计资料主要包括以下几个方面：1桥梁的功能要求；2桥位附近的地形情况，地形图；3桥位的地质情况；4河流的水文情况；5建筑材料的来源及供应和运输情况；6桥位附近的气象资料；7桥位上下游有无构造物，其布置情况如何。三、桥梁设计程序两阶段设计：初步设计和施工图设计适用于一般桥梁建设；一阶段设计：施工图设计适用于技术复杂、方案明确的小桥；三阶段设计：初步设计、技术设计和施工图设计适用于技术复杂、缺乏经验的建筑项目或特大桥、互通式立体交叉、隧道等。桥梁总跨径的确定桥梁分孔桥道的标高四、桥梁纵断面设计桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。原则：在桥梁的整个使用年限内，应

8、保证设计洪水能顺利宣泄；河流中可能出现的流冰和船只、排筏等能顺利通过；避免因过分压缩河床而引起河道和河岸的不利变迁；避免因桥前壅水而淹没农田、房屋、村镇和其他公共设施等。对于结构本身来说，应避免因总跨径缩短而引起的河床过度冲刷对浅埋基础带来不利的影响。四、桥梁纵断面设计桥梁的分孔对于通航河流，分孔时首先应满足桥下的通航要求，桥梁的通航孔应布置在航行最方便的河域。对于变迁性河流，根据具体条件，应多设几个通航孔。对于平原区宽阔河流上的桥梁，通常在主河槽部分需要布置较大的通航孔，而在两侧浅滩部分按经济跨径进行分孔。对于山区深谷、水深流急的江河上，或需在水库上建桥时，为了减少中间桥墩，应加大跨径。如果

9、条件允许，甚至可以采用特大跨径的单孔跨越。四、桥梁纵断面设计四、桥梁纵断面设计桥梁的分孔对于采用连续体系的多孔桥梁，应从结构的受力特性考虑，使边孔与中孔的跨中弯矩接近相等，合理地确定相邻跨之间的比例。对于河流中存在不利的地质段，如岩石破碎带、裂隙、溶洞等，在布孔时，为了使桥基避开这些区段，可以适当加大跨径。跨径的选择与施工能力有关。位于城市的桥梁还应从与城市周围环境及已建桥梁相协调的角度出发，进行合理的分孔。四、桥梁纵断面设计桥道的标高低 水 位 ：指枯水季节的最低水位。高 水 位： 指出现洪峰时的最高水位。设计水位：设计水位是指设计桥梁的洪水水位。净 跨 径：设计洪水位相邻两桥墩(或桥台)之

10、间的净距。通航净空：桥孔中垂直于流水方向所规定的空间界限，任何结构构件不得伸入其内。四、桥梁纵断面设计桥道的标高为了保证桥下流水净空，对于梁桥，梁底一般应比设计洪水位（包括壅水和浪高）高出不少于0.5m，高出最高流冰水位0.75m；支座应高出设计洪水位不小于0.25m，高出最高洪水位不小于0.5m。如果支座部分有围护隔水时，可不受此限制。四、桥梁纵断面设计桥道的标高无铰拱的拱脚允许被洪水淹没，但淹没深度不宜超过拱圈高度的2/3，且拱顶底面应高出计算水位1.0m，拱脚的起拱线应高出最高流冰面不小于 0.25m。在通航及通行木筏的河流上，桥梁必须设置保证桥下安全通航的通航孔。在此情况下，桥跨缘的标

11、高应高于通航净空高度。在设计跨越线路的立体交叉时，桥跨结构的标高应高于规定的车辆净空高度。 四、桥梁纵断面设计桥上及桥头引道的纵坡 对于大、中桥梁，为了有利于桥面排水和降低桥头引道路堤高度，通常把桥面做成从桥的中间向桥头两端倾斜的双向纵坡。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的桥梁，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3%。桥上或桥头引道的纵坡发生变更的地方均应按规定设置竖曲线。4%5%桥梁的横断面设计主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。五、桥梁横断面设计桥面净空净宽度净高度公路的建筑限界桥面净高高速公路、一级公路、二级公路的桥面净高为5.00m

12、。三级公路、四级公路的桥面净高为4.50m。检修道、人行道与行车道分开设置时，其净高应为2.5m。五、桥梁横断面设计五、桥梁横断面设计车道宽度设计速度（km/h)1201008060403020车道宽度/m3.753.753.753.53.533.00（单车道为3.50）设计速度（km/h）1201008060中央分隔带宽度/m一般值3.002.002.002.00最小值2.002.001.001.00左侧路缘带宽度/m一般值0.750.750.500.50最小值0.750.500.500.50中间带宽度/m一般值4.503.503.003.00最小值3.503.002.002.00五、桥梁横

13、断面设计中间带宽度五、桥梁横断面设计右侧路肩宽度公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路设计速度（km/h）12010080608060403020右侧硬路肩宽度m一般值3.00或3.503.002.502.501.500.75最小值3.002.501.501.500.750.25五、桥梁横断面设计分离式断面高速度公路、一级公路左侧路肩宽度设计速度（km/h）1201008060左侧硬路肩宽度/m1.251.000.750.75五、桥梁横断面设计高速公路上的桥梁应设检修道，不宜设人行道。一、二、三、四级公路桥梁的人行道和自行车道的设置：一个自行车道的宽度为1.0m。人行道的宽度为0.75m或

14、1.0m，大于1.0m时按0.5m的级差增加。不设自行车道和人行道时，可根据具体情况设置护栏或栏杆和安全 带。安全带宽度为每侧0.25m。人行道和安全带应高出行车道面至少0.250.35m。小桥和涵洞仅设置缘石或栏杆。漫水桥不设人行道，但应设标杆或护栏。特大、大、中桥桥位应尽量选择在河道顺直稳定、河床地质条件良好、河滩较窄较高且河槽能通过大部分设计流量的地段。桥梁纵轴线应尽量与洪水主流流向正交。通航河流上的桥梁，桥墩（台）沿水流方向的轴线应与通航水位的主流方向一致，必须斜交时，交角不宜大于50.对于一般小桥，为了改善路线线形，或城市桥梁受原街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜交角通常不宜大于45

15、0。 一般公路上特大、大、中桥桥位，原则上应服从路线走向，路桥综合考虑。当桥上线形为曲线时，各项技术指标应符合路线布设的规定。六、平面布置本章主要介绍了桥梁设计的基本原则、基本要求和设计程序；野外勘察工作的内容；桥梁纵、横、平设计的主要内容和要求。桥梁设计原则：安全、适用、经济、美观和环保，并考虑因地制宜、便于施工、就地取材等要求。桥梁设计要求：使用上的要求、经济上的要求、结构设计上的要求、施工上的要求、美观上的要求、环境保护的要求等。小 结桥梁设计程序：一般采用两阶段设计，即初步设计阶段和施工图设计阶段；对于技术简单、方案明确的小桥可采用一阶段设计，即一阶段施工图设计，以扩大的初步设计来包含

16、两阶段设计的主要内容；对于技术复杂又缺乏经验的建设项目或特大桥、互通式立体交叉等，必要时采用三阶段设计，即初步设计、技术设计和施工图设计。桥梁纵断面设计包括总跨径的确定、桥梁分孔、桥面标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度的确定。小 结桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。由于桥梁墩台和桥头路堤压缩了河床，使桥下过水断面减小，流速加大，引起河床冲刷，因此桥梁总跨径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。桥梁的分孔中最经济的跨径是使上部结构和墩台的总造价最低，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，桥梁跨径就得大一些；反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径可选得小一些

17、。小 结桥面的标高根据路线的纵断面设计，或根据设计洪水位、桥下通航需要的净空来确定。桥面纵坡设置对于大、中桥梁，为了利于桥面排水，常做成从桥的中央向桥头两端为1% 2%的双面坡。桥梁的横断面设计，主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。小 结桥梁的平面布置对于特大桥、大、中桥桥位应尽量选择在河道顺直稳定、河床地质良好、河滩较窄较高且河槽能通过大部分设计流量的地段。桥梁纵轴线应尽量与洪水主流流向正交。对于一般小桥，为了改善路线线形，或受到制约时，也可修建斜交桥，斜交角通常不宜大于450。一般公路上的特大桥、大、中桥桥位，原则上应服从路线走向，路桥综合考虑。小 结作用的分类永久作用可

18、变作用偶然作用作用效应组合第三节 桥梁设计的作用一、 作用的分类1、作用的定义2、作用的分类3、作用的取值4、作用的代表值取用5、作用效应组合 长期以来，我们一般习惯地称所有引起结构反应的原因为“荷载”，这种叫法实际并不科学和确切。引起结构反应的原因可以按其作用的性质分为截然不同的两类，一类是施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们是直接施于结构上的，可用“荷载”这一术语来概括。另一类不是以外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处环境等有关，如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等，它们是间接作用于结构的，如果也称“荷载”，容易引起人们的误解。因此，目前国际

19、上普遍地将所有引起结构反应的原因统称为“作用”, 而“荷载”仅限于表达施加于结构上的直接作用。1、作用的定义编号作用分类作用名称编号作用分类作用名称1永久作用（恒载）结构重力（包括结构附加重力）12可变作用人群荷载2预加力13汽车制动力3土的重力14风荷载4土侧压力15流水压力5混凝土收缩及徐变作用16冰压力6水的浮力17温度（均匀温度和梯度温度）作用7基础变位作用18支座摩阻力（公路桥）8可变作用汽车荷载19偶然作用 地震作用9汽车冲击力20船只或飘流物撞击作用10汽车离心力 21汽车撞击作用11汽车引起的土侧压力2、作用的分类 公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。 1. 永久作

20、用应采用标准值作为代表值。 2. 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为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值为可变作用的代表值。 3 偶然作用取其标准值为代表值。3、作用的取值 1 永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（重力密度）计算确定。 2 可变作用的标准值应按本规范有关章节中的规定采用。 可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。

21、可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数。 3 偶然作用应根据试验资料，结合工程经验确定其标准值。 4 作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。4、作用的代表值取用汽车荷载分为公路I级和公路汽车荷载II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。桥梁结构的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。各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合下表的规定。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I级公路I级公路II级公路II级公路II级各级公路桥涵

22、的汽车荷载等级二、汽车荷载二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路I级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路II级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。车道荷载的计算图式（图）PKqK图1 车道荷载公路I级车道荷载的均布荷载标准值为 qk=10.5KN/m；集中荷载标准值按以下规定选取： 桥梁计算跨径小于或等于5m时，Pk=180KN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，Pk=360KN；桥梁计算跨径小在5-50m之间时，Pk值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值Pk应乘以1.2的系数 （一）汽车荷载公路II级

23、车道荷载的均布荷载标准值为qk和集中荷载标准值Pk按公路I级车道荷载的0.75倍采用。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。例：现要设计某一公路桥梁，跨径为25m，设计等级为公路I级，现计算此桥在车道荷载作用下的弯矩。解：已知L=25m，由车道荷载的计算图示及规定可知：公路I级车道荷载的均布荷载标准值为 qk=10.5kN/m；集中荷载标准值按以下规定选取： 桥梁计算跨径小于或等于5m时，Pk=180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，Pk=360kN；桥梁计算跨径小在5-50m之间时，Pk值采用直线内插求

24、得。故， Pk=180+180 (25-5)/(50-5)=260kNPK=180PK=360L=5mL=50mL=25m（一）汽车荷载先绘出跨中弯矩的影响线，如上图。再将车道荷载作用在最不利位置。故：PKqKMkL车辆荷载车辆荷载的立面、平面尺寸如图2所示，车辆荷载的主要技术指标规定见表2所列。公路I级和公路II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。（一）汽车荷载图2 车辆荷载的立面，平面尺寸（单位：m）a) 立面布置 b) 平面尺寸项目单位技术指标项目单位技术指标车辆重力标准值KN550轮距m1.8前轴重力标准值KN30前轮着地宽度及长度m0.30.2中轴重力标准值KN2120中、后轮着地宽度及长度m0.30.2后轴重力标准值KN2140车辆外形尺寸（长宽）m152.5轴距m3+1.4+7+1.4表2 车辆荷载的主要技术指标车辆荷载横向分布系数应按设计车道数如图3布置车辆荷载进行计算。图3 车辆荷载横向布置（单位：m）桥涵设计车道数应符合表3的规定。当桥涵车道数等于或大于2时，由汽车荷载产生的效应按表4规定的多车道折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两车道的荷载效应。行 车 道 宽 度 W（m）桥涵设计车道数车辆单向行驶时车辆双向行