《桥梁工程B》知识要点分析

1、桥梁工程B知识要点分析第一章 绪论（1）桥梁的组成及各部分作用桥梁的定义：供铁路、道路、管线、行人等跨越河流、海湾湖泊、山谷或其它交通线路等障碍时使用的建筑结构称为桥。桥梁由四个基本部分组成：上部结构、下部结构、支座和附属设施。上部结构：又称桥跨结构或桥孔结构，是路线遇到障碍而中断时，跨越障碍并直接承受车辆和其它荷载的结构物，包括承载结构和桥面系。下部结构：通常包括桥墩、桥台和基础，亦称主体工程。桥墩和桥台是支承桥跨结构并将恒载和车辆荷载等传至基础的结构物，基础是承受桥墩（台）全部荷载并传至地基的底部结构部分。支座：为了保证桥跨结构能够将荷载传递到墩台，某些桥梁需在桥跨结构与桥墩或桥台支撑处设

2、置传力装置，即支座。附属结构：在桥梁主体结构之外，根据需要修建的其它结构物，包括锥形护坡、护岸、导流结构物、防撞设施等附属工程。相关常用专业术语正桥与引桥：跨越主要障碍物的桥跨称为正桥，把较高的正桥与较低的路堤以合理的坡度连接起来的这部分桥梁称为引桥。水位低水位：水位变动的河流，在枯水季节的最低水位。高水位：在洪峰季节中的最高水位。设计洪水位：桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所得的水位。设计通航水位：在通航河流，满足正常通航净空要求的最高水位。孔径/跨径净孔径：对于梁式桥是指设计洪水位上相邻两个桥墩（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。总孔径（L）：各孔净孔

3、径的总和，它反映桥下宣泄洪水的能力。计算跨径：对于设有支座的梁桥，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离；对于拱式桥，是指桥跨两相邻拱脚截面重心之间的水平距离。桥梁结构的力学计算是以计算跨径为基准的。标准跨径：对于梁式桥，公路是指两相邻桥墩中线之间的距离，或桥墩中线与桥台背前缘之间的距离；铁路梁式桥是指梁两端支座中线之间的距离；对于拱桥、箱涵、圆管涵则是指净跨径。桥高桥梁高度：简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差，或是桥面与桥下线路路面之间的距离。桥下净空：是指设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离。建筑高度：是指桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构最下缘之间的距离。容许建筑高度：

4、是指公路或铁路定线中所确定的桥面或轨顶标高与通航净空顶部标高之差。桥梁分类按桥梁规模分类我国的规范公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）：特大桥：多孔跨径总长 1000m，单孔跨径150m大桥：1000m 多孔跨径总长 100m，150m 单孔跨径40m中桥： 100m 多孔跨径总长 30m ，40m 单孔跨径20m小桥： 30m多孔跨径总长8m ，20m 单孔跨径5m涵洞：单孔跨径5m多孔跨径总长梁式桥、板式桥系指多孔标准跨度的总长；拱式桥为两岸桥台内起拱线间的距离；其他形式桥梁为桥面系行车道长度。按桥梁规模分类铁路桥涵设计基本规范（TB10002.12005）：特大桥：桥长500m

5、以上大桥：桥长100m以上至500m中桥：桥长20m以上至100m小桥：桥长20m及以下桥长梁桥系指桥台挡砟前墙之间的长度；拱桥系指拱上侧墙与桥台侧墙间两伸缩缝外端之间的长度；刚架桥系指刚架顺跨度方向外侧间的长度。按结构体系分类梁式桥：简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥拱式桥：铰拱、双铰拱、三铰拱和无铰拱、钢管混凝土拱、劲性刚架拱刚架桥：门式刚架、斜腿刚构悬索桥组合体系桥：系杆拱、梁拱组合体系、斜拉桥、部分斜拉桥梁式桥：在竖向荷载作用下支座只产生竖向反力，梁部结构只受弯、剪，不承受轴向力。拱式桥：在竖向荷载作用下，支座处产生竖向、水平反力和弯矩。拱主要承受压力，适用钢筋混凝土材料。刚架桥：在竖向荷载

6、作用下，墩顶有竖向反力和水平反力，无铰刚架还有支撑弯矩。刚架以承受弯矩为主，兼受轴力和剪力。悬索桥：在竖向荷载作用下，缆索主要承受拉力，再通过锚碇和索塔传给地基。组合桥1-斜拉桥主要由梁、塔、和斜拉索组成的组合体系桥梁 斜拉桥 它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。塔柱基本上以受压为主。 跨度较大的主梁就像一条多点弹性支承(吊起)的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。由于同时受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件。 斜拉桥属高次超静定结构。主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关。存在着一定

7、的最优索力分布，使主梁在各种状态下的弯矩(或应力)最小。 在竖向荷载作用下，主梁以受压为主，塔以受压为主，斜索承受拉力。 梁体被斜索多点吊起，结构行为和多点弹性支承连续梁类似，因此，梁体荷载弯矩减小，梁体高度降低，减轻了结构自重节省了材料。 塔和索的材料性能也能得到较充分的发挥。组合桥2梁拱组合 系杆拱有三种形式：柔性系杆和刚性拱（图4a）、刚性系杆（或撑刚性梁）和柔性拱（图b）、刚性系杆（梁）和刚性拱（图c）。拱肋吊杆系杆组合桥3系杆拱桥成为外部静定体系系杆/梁平衡了拱的水平推力组合桥系杆拱桥 系杆拱桥一般由拱肋、吊杆或立柱、系杆、行车道梁（板）及桥面系等组成。（一）高速铁路特点（1）行车速

8、度快（2）技术标准高（3）站间距离长（4）参数限制严格（5）曲线半径大（二）高速铁路桥梁特点（1）桥梁数量多（2）混凝土桥梁多（3）结构耐久性好，桥梁便于检查、维修（4）限制纵向力作用下结构产生的位移，避免桥上无缝线路出现过大的附加应力（5）结构要有足够大的刚度（6）高架车站桥较多（7）全面采用无砟轨道是客运专线发展趋势使用上的要求经济上的要求安全上的要求美观上的要求环保上的要求 在满足功能的前提下，做到结构安全、经济上合理、具有一定的审美价值、与环境协调。（1）桥梁设计的基本原则桥位选择确定桥梁必需的长度和高度选择合理的桥梁结构形式并拟定桥跨及墩台基础方案，即选择桥式及初拟结构尺寸对桥跨、墩

9、台、基础进行结构设计，确定桥梁各部分的合理尺寸，保证桥梁在强度、刚度及稳定性方面的要求施工图设计（2）桥梁设计的主要内容前期工作：预可行性研究报告与可行性研究报告的编制初步设计技术设计施工图设计（3）桥梁设计的基本程序（大桥）我国铁路桥梁规范铁路桥涵设计基本规范（TB1002.12005）铁路桥涵钢结构设计规范（TB1002.22005）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB1002.32005）铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范（TB1002.42005）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB1002.52005）铁路桥涵施工规范（TB 102032002）几种代表的桥梁设计规范我国公路

10、桥梁规范公路桥涵设计通用规范（JTG D06-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D06-2004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）国外规范英国桥规BS5400（BSBritish Standard,钢桥、混凝土桥及结合桥）美国公路桥规(AASHTOAmerican Association of State Highway and Transportation Officials）公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) 规定：永久作用可变作用

11、偶然作用公路作用/荷载分类（1）荷载分类永久荷载：亦称恒载，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忽略不计。 包括：结构自重、桥上附加恒载（桥面、人行道及附属设备）、作用于结构上的土重及土侧压力、基础变位影响力、水浮力、混凝土收缩和徐变的影响力等。 对于预应力结构： 按正常使用极限状态设计时：预加应力属永久荷载； 按承载能力极限状态设计时：预加应力不作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。 但在超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次次效应。 各种永久荷载的取值与计算，详见规范条文。可变荷载 ：设计使用期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。 包括：汽车（含冲击力

12、、离心力），平板挂车，履带车，汽车引起的土侧压力，制动力或牵引力；人群荷载；风力、温度力、流水压力、水压力和施工荷载等。偶然荷载 ：在设计使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值将很大且持续时间很短的荷载。 包括：船只或漂流物（排筏等）撞击力，地震荷载和汽车撞击作用。公路桥梁荷载分类铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）规定：主力恒载活载附加力特殊荷载铁路荷载分类铁路桥梁荷载分类城市桥梁规范永久荷载可变荷载基本可变荷载其它可变荷载偶然荷载城市桥梁荷载分类城市桥梁荷载分类汽车荷载分为公路-I级和公路-级两个等级，各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合下表的规定。汽车荷载由车道荷载和车辆

13、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、桥台和挡土墙土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。公路桥梁规范关于车辆荷载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- 级公路-级公路- 级车道荷载由均布荷载和集中荷载组成，见下图。 车道荷载加载规定： 公路-I级车道荷载的均布荷载标准值为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时取180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时取360kN；桥梁计算跨径在550m之间时，集中荷载标准值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中

14、荷载标准值应乘以1.2的系数。 公路-II级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值按公路-I级车道荷载的0.75倍采用。 车辆荷载横向布置图 桥梁设计时，为取得主梁的最大受力，汽车荷载在桥面上需要偏心加载，其方法可按下图所示的车辆荷载横向布置偏心加载确定。 对平面问题的荷载横向分布系数的详细计算方法，后面会讲授的，如果按空间问题考虑汽车荷载的效应，就没有必要计算荷载横向分布系数。 铁路列车引起的活载包括列车(机车和车辆)重量、冲击力、离心力、列车活载引起的土压力、列车引起横向摇摆力等。 列车竖向静活载 我国现行铁路标准活载称“中华人民共和国铁路标准活载”，简称“中-活载”，其计算图式为：铁路

15、列车荷载特种活载 普通活载(4) 列车标准荷载 我国新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定中规定：列车竖向静活载采用中华人民共和国铁路标准活载，即“中-活载”。 高速铁路采用ZK活载，见下面两图的图示： ZK特种活载图式 (5) 动力系数 动力系数是结构或构件最大的动力响应与最大静力响应之比，其数值大小是列车轨道桥梁三者的动力特性和动力相互作用状态的综合反映。各国根据其桥梁试验资料和采用的理论分析方法，得出了各自的冲击系数值。 公路关于人群荷载的规定设有人行道的桥梁，在以汽车荷载计算内力时，应同时考虑人行道上人群荷载所产生的内力。一般公路桥梁的人群荷载规定为：50m及以下3kN/m2， 1

16、50m及以上3.5kN/m2 ，中间内插，对于跨径不等的连续结构按最大跨计。 城市郊区行人密集地区一般为:1.15倍 可根据实际情况或参照所在地城市桥梁设计的规定予以确定。 铁路关于人群荷载的规定设计人行道道砟桥面和明桥面4.0kN/m2。 设计主梁时，不同时计，特殊时计及。人行道板还应按竖向集中荷载1.5kN检算。 主要内容桥面构造桥面布置桥面铺装和横坡桥面防水层排水系统桥梁伸缩缝人行道、栏杆、护栏、灯柱（1） 桥面构造桥面构造行车道铺装排水防水系统人行道（或安全带）栏杆护栏缘石照明灯具伸缩缝 公路桥面构造桥面构造直接与车辆、行人接触，对桥梁的主要结构既能传力又能起保护作用其构造合理性、施工

17、质量和养护质量，直接影响到桥梁的使用功能。桥面的布置应在桥梁的总体设计中考虑，根据道路的等级、桥梁的宽度、行车要求等条件确定。 桥面构造的基本要求1 普通铁路有砟桥面 普通铁路混凝土梁桥面包括道床、排水防水系统、人行道、栏杆和伸缩缝等； 普通铁路的道床如下图所示，道床由道砟槽板（桥面板）、挡砟墙、内边墙和端边墙组成。（2）桥面布置 道床的作用为：减弱列车对桥梁的冲击作用；缓和列车的振动；防止枕木位移；将车轮集中荷载分布到梁顶面；调整轨底的标高。挡碴墙的作用是挡住道碴。 防水层的设置：为防止雨水渗入梁体引起钢筋锈蚀和混凝土冻胀开裂或侵蚀，损害梁的耐久性，桥面板顶面做成排水坡，并在其上铺设防水层。

18、 横向排水坡有两种设置形式：一种是在道碴槽顶面铺垫三角垫层，形成横坡；另外一种是将桥面板做成倾斜面，形成横坡以省去垫层。 梁缝处理梁缝包括梁与梁、梁与台之间的横向伸缩缝及两片梁之间的纵向构造缝。铁路桥梁缝处理比较简单，是纵横向梁缝处理构造：在梁缝上设置铁盖板或钢筋混凝土盖板，板下隔一定距离焊有短钢筋，以防止盖板移位。如梁缝较宽，可以焊两排钢筋。3 高速铁路无砟桥面布置图行车道双向车道布置交通量不大的桥梁单向车道布置交通量大的桥梁，上下行桥梁分离、分隔带多层桥面布置充分利用桥梁的承载能力人行道城市附近的桥梁检修道、安全带郊区或高速公路5.桥面布置与构造3 公路桥面（3）桥面铺装5.桥面布置与构造

19、公路桥面铺装的作用：保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎或履带的直接磨耗防止主梁遭受雨水的侵蚀对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用铁路桥面铺装（又称道床）的作用：减弱列车对桥梁的冲击作用缓和列车的震动防止枕木位移将车轮集中荷载分不到梁顶面调整轨底的标高（6）桥梁伸缩缝使用要求在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自有伸缩变形施工和安装方便，其部件要有足够的强度，且应与桥梁结构连为整体，牢固可靠车辆行驶应平顺，无突跳与噪音具有能够安全排水和放水的构造，能防止雨水和垃圾泥土等杂物深入阻塞养护、检查、修理、清除污物都要简易方便（6）桥梁伸缩缝使用要求在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自有伸缩变形施工和安装方便，其部件要有足够的强度，且应与桥梁结构连为整体，牢固可靠车辆行驶应平顺，无突跳与噪音具有能够安全排水和放水的构造，能防止雨水和垃圾泥土等杂物深入阻塞养护、检查、修理、清除污物都要简易方便伸缩缝类型：对接式伸缩缝钢制支承式伸缩缝组合剪切式（板式）橡胶伸缩缝模数支承式伸缩缝无缝式（