桥梁工程总述

桥梁工程—内蒙古工业大学建筑工程学院道路交通工程系目录第一章概述第二章桥面构造第三章混凝土简支体系梁式桥的构造与设计第四章

简支梁的计算第五章

悬臂梁桥简介第六章混凝土连续体系梁桥返回第七章梁式桥支座第八章混凝土梁桥施工方法简介第九章混凝土拱桥第十章斜拉桥第十一章悬索桥第十二章组合体系桥第一章总论桥梁工程是有关桥梁勘测、设计、施工、养护、维修和检定及与桥梁相关的科学研究和工程技术的总称。它是土木工程的一个重要组成部分。本课程主要介绍桥梁的构造和结构设计及相关概念和基本理论；介绍桥梁工程其他方面的基础知识和相关内容。1.1桥梁在交通和交通发展中的作用及桥梁工程发展简史

1.1.1桥梁在交通和交通发展中的作用

1.1.2桥梁工程发展简史1.2桥梁的基本组成及分类

1.2.1桥梁的基本组成部分

1.2.2桥梁的分类返回1.3桥梁总体规划与设计程序

1.3.1桥梁的总体规划

1.3.2桥梁设计程序简介

1.3.3桥梁建筑造型与美学1.4桥梁结构的作用

1.4.1永久作用

1.4.2可变作用

1.4.3偶然作用

1.4.4作用效应组合1.1.1桥梁在交通和交通发展中的作用桥梁是最重要的交通设施之一。它在交通和交通发展中起着非常重要的作用，随着陆路交通的发展，它的这种作用变得越来越明显。由于自然地理环境的原因，构成交通网的道路常常会遇到各种障碍，如河流、山谷或其它交通线路等，通常跨越这些障碍必须建设各种类型的桥梁。桥梁是交通网上十分重要的环节，直接影响到当地的社会进步、经济发展和文化交流。良好的交通设施、完善的交通网络是现代文明的重要标志之一。从古至今交通的发展与桥梁工程的发展相互促进密不可分。交通的发展与不同历史时期社会发展对交通的需求有十分密切的关系，与当时社会生产力的发展水平、工业制造水平以及道路与桥梁的设计和施工水平也有密不可分的关系。返回1.1.2桥梁工程发展简史1.古代桥梁工程的成就2.近代桥梁工程的成就

3.现代桥梁工程的发展

4.桥梁工程未来的发展方向

返回1.古代桥梁工程的成就中国是有着悠久历史和灿烂文化的文明古国，造桥的历史同样相当久远。古代的桥梁主要以木材、石料和铁链以及用粘土烧制的砖作为建筑材料。我国历史上记载最早的桥梁有：渭河上的浮桥渭河上的木柱木梁桥樊河铁链桥安澜桥保留至今的古代桥梁主要有石拱桥、石梁桥和铁链桥。国外古代桥梁返回木桥示例古代拱桥—赵州桥又称安济桥，位于河北省赵县境内，建于隋开皇年间（公元595－605年），由隋匠李春建造，距今已有近1400年历史，它是世界上现存最早，保存最完整的石拱桥之一，特别是拱上加拱的“敞肩拱”的运用，更为世界桥梁史上的首创。赵州桥全长64.4米，拱顶宽9米，拱脚宽9.6米，跨径37.02米，拱矢7.23米。不仅有高度的科学性，而且具有我国独特的民族艺术风格，是我国古代建筑的伟大作品。继续古代拱桥—苏州宝带桥又名小长桥，始建于唐元和十一至十四年（816—819年）。全桥有53孔，总长近317m，其中桥孔长249.8m，桥顶宽4.1m，桥端宽6.1m。宝带桥为薄墩联拱桥，墩厚仅0.6m，与最大一孔跨径6.95m相比，接近1/12，使全桥显得轻盈秀丽，还可增大泄水面积减少洪水对桥身的冲击。宝带桥的泄水面积达85%，居古桥之首。继续古代拱桥—卢沟桥卢沟桥在北京广安门外30公里，跨永定河。桥始建于金大定二十八年(公元1188年)，完工于金·明昌三年(公元1192年)。桥全长212.2m，共11孔，净跨不等，自11.4m至13.45m，桥宽9.3m，墩宽6.5m至7.9m米。拱圈接近半圆形。桥墩迎水面有尖端镶有三角铁柱的分水尖，背水面为削角方形。桥面上石拦杆共269间，各望柱头上，雕刻有石狮485个。继续古代拱桥—玉带桥玉带桥位于北京颐和园昆明湖长堤上，建于清乾隆年间(公元1736－1795年)。该桥单孔净跨11.38m，矢高约7.5m，全部用玉石琢成，桥面是双反向曲线，组成波形线桥型，配有精制白石栏板。蛋尖形桥拱，特别高耸，好似玉带。玉带桥的造型具有我国长江三角洲地区石拱桥的风格，以纤秀挺拔，轻巧为其特色。并与周围环境相协调，是湖光山水增色。继续古代拱桥—十七孔桥十七孔桥位于北京市颐和园东堤上。清乾隆年间(公元1736－1795)建。是一座式样美观的连拱大石桥，桥面呈拱状隆起，形如初月，桥栏柱上雕镂小狮，形态各异。桥中各孔跨径以中孔最大，约8m，向边孔逐渐变小，最小约4.14m。返回古代梁桥—万安桥泉州万安桥，俗称洛阳桥，建于洛阳江入海口。桥始建于宋皇佑五年,完成于宋嘉裕四年。桥总长约834米，石墩、石梁共有４７孔，每孔约11～17米，桥宽3.7米。采用磐石遍铺桥位江底为桥基，在其上养殖海生牡蛎，使江底磐石胶固成整体，然后在磐石桥基之上垒纵横石条成桥墩，再架设石梁。每孔花岗岩石梁有7根，每根梁高约0.5m，宽0.6m，长约12m。万安桥开现代筏形基础之先河，创世界绝无仅有之造桥方法，成就惊人。

上一页下一页继续古代梁桥—虎渡桥又名江东桥，位于福建省漳州市城东16公里处，跨越九龙江的北溪下游。宋绍熙年间(公元1190－1194年)始建浮桥，明嘉靖四十四年(公元1565年)建石梁桥，是我国十大古名桥之一。桥全长335m，共25空，桥宽5.6m，跨径长短不一，最大跨径为23.7m，用３根宽1.7m，高1.9m，重达207吨的石梁并铺成桥面。据史料记载，如此重的巨大石梁是利用潮水涨落浮运架设,足见我国古代工匠的聪明和智慧。继续古代梁桥—霁玉桥又名金堂桥。相传建于三国时期，石平桥，共6孔，跨径3m。墩宽1.5m，桥长28m，为抗山洪，桥墩迎水面分水尖锐突。虽桥已建数百年，桥面石板也多次更迭，然桥墩依故。桥堍有香樟树三棵，已有八百余年的历史。返回古代索吊桥我国西南地区山高林密，坡陡谷深，早就建有悬索吊桥，迄今至少有三千年左右的历史。早期以竹、藤为悬索和吊索，称为竹索桥或藤索桥。春秋战国时期拥有冶铁、锻铁技术之后，逐渐以铁链作为悬索和吊索，称为铁链桥。这类桥是现代斜索桥和斜拉桥的原始桥型。上一页下一页继续古代吊桥—霁虹桥霁虹桥是我国现存最早的铁链桥之一。位于云南永平的“澜沧古渡”，横跨澜沧江。自汉朝就建有竹索桥，1465～1487年改建为铁链桥。桥全长为113.4m，桥宽3.7m，净跨径为57.3m，全桥共14条铁链，2条扶栏铁链，每侧各一条，12条承重底铁链，锚固于两岸的桥台上，底铁链上铺设纵横木板，此桥至今仍在使用。此外保留至今的尚有建于1706年的四川泸定横跨大渡河的铁链桥，净跨100m，桥宽2.8m，由13条固定于两岸的铁链组成。继续古代索桥—沪定铁索桥四川沪定铁索桥，跨越大渡河，位于川、藏要道，是铁索桥中现存制作最精良的一座。桥始建于清·康熙四十四年(公元1705年），次年完成。桥净跨100m，桥宽2.8m，上铺木板，底索9根，每根索长约128m，两侧各有两根栏杆索，由四川善于制作铁索桥的全天州修建。两岸石砌桥台，用台身自重来平衡铁索的拉力。返回国外古代桥梁—加尔德输水桥国外保留至今的古代桥梁大多为石拱桥。最为著名的一座是位于法国南部尼姆(Nimes)附近，建于公元前63～13年古罗马时代的加尔德(PontduGard)输水桥。全桥由三层圆弧拱组成，底层和二层各有6孔和11孔大拱，顶层为36孔小拱，拱上支承带有盖板的输水槽。继续国外古代桥梁—天使桥意大利罗马台伯河(Tiber)上的天使桥建于公元136年，也是古罗马时代留下的、至今仍在使用的多孔圆弧拱桥。古罗马时代的石拱桥至今尚有许多遗存，其建筑技术和结构造型对拱桥的历史发展有着极为深远的影响。返回石拱桥示例2.近代桥梁工程的成就

始于意大利的欧洲文艺复兴运动推动了科学技术的发展，建立和完善了近代科学体系。十九世纪初发明了水泥，随后又发明了钢材和钢筋混凝土，使桥梁及桥梁工程的发展出现质的飞跃。新的运输工具火车和汽车的出现对这一发展产生了重大影响。近代有代表性的桥梁有：1855年起法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的石拱桥1870年德国建造了第一批采用硅酸盐水泥的混凝土拱桥美国在1874年建成了主跨径为158m的（St.Louis）钢桁架拱桥1883年建成了主跨为487m的布鲁克林悬索桥

1890年英国建成主跨度为512m的福斯湾悬臂钢桁架梁桥

继续近代有代表性的桥梁加拿大1917年建成主跨为549m，世界上跨径最大的钢悬臂桁架梁桥(第二魁北克桥)澳大利亚1932年建成主跨为503m的钢桁架拱桥(悉尼海港大桥)美国1917年建成主跨为219m，当时世界上跨径最大的简支钢桁架梁桥(Metropolis)。美国1931年建成主跨为504m，当时为世界上跨径最大的Bayonne钢桁架拱桥美国1937年建成主跨为1280m，当时为世界上跨径最大的悬索桥—金门大桥法国在1930年建成三孔跨径为186m的Plougastel钢筋混凝土拱桥，并用28只液压千斤顶在拱顶处对拱圈内力进行调整。瑞典在1943年建成主跨为264m，当时为世界上跨径最大的钢筋混凝土拱桥(Sandoe)返回3.现代桥梁工程的发展(1)

社会发展的需要、计算机的发明和应用、预应力混凝土技术的成熟和广泛使用以及新的大跨度桥梁施工方法的发明和施工机械的进步，使桥梁和桥梁工程进入了现代化高速发展时期。在桥梁设计理论方面，大多数国家普遍采用极限状态设计法代替了以弹性理论为基础的允许应力法。由于大跨度桥梁结构的出现，使结构振动、稳定、疲劳和结构的非线性理论在桥梁设计中得到广泛运用。在桥梁结构施工技术方面，德国最早利用预应力技术把悬臂施工技术成功地用于预应力混凝土桥梁的施工，克服了大跨度桥梁施工的难题。创立了现代大跨度桥梁悬臂施工技术。

20世纪50年代至今是桥梁和桥梁工程发展最为迅速的时期。德国桥梁专家利用悬索桥和拉索桥的受力原理在1952年设计完成了第一座主跨为260m的现代钢斜拉桥(杜塞尔多夫北桥)。继续3.现代桥梁工程的发展(2)悬臂施工技术使刚架桥和大跨径拱桥及其它组合结构桥得到迅速的发展。现代代表性的桥梁有：挪威采用悬臂施工方法建造的连续刚架桥，位于艾于斯特沃尔的Stomasundet桥，其最大跨径已达301m，1998年建成。1997年我国建成类似的桥梁虎门大桥辅航道桥，跨度已达270m。1970年美国建成跨度为518米的钢桁架拱桥新河峡谷大桥；前南斯拉夫在1980年采用悬臂施工方法建成了跨度为390m的钢筋混凝土箱型拱桥(KRK-Ⅱ桥)。1995年我国用类似的施工方法建成了跨度为330m的桁式组合箱型拱桥(贵州江界河)；在1998年采用刚性骨架施工法建成了跨度为420m的世界第一大的钢筋混凝土箱型拱桥(重庆万州长江大桥)。2003年建成目前世界第一大跨550米钢管混凝土拱桥上海卢浦大桥。继续现代代表性的桥梁最大跨度的预应力混凝土斜拉桥是主跨为530m的挪威斯卡尔桑德大桥。上海于1993年建成的杨浦大桥主跨为602m，是第一座跨越600m的斜拉桥；日本1999年施工完成的多多罗钢斜拉桥，其主跨达890m。其次是法国的诺曼底大桥，其主跨径为856m的钢箱梁。2001年完成的南京长江二桥主跨达到628m。日本1991年建成主跨为400m、跨径最大的钢桁架连续梁桥；巴西1974年建成主跨为300m、跨径最大的钢箱梁桥；美国1973年建成主跨为227m、跨径最大简支钢桁架梁桥；英国1981年建成主跨为1410m、亨伯尔悬索桥；日本1998年建成主跨为1991m、跨径最大明石海峡悬索桥；丹麦1998年建成主跨为1624m、大贝尔特东悬索桥；我国1999年建成主跨为1385m、江阴长江悬索桥。返回4.桥梁工程未来的发展方向

中小跨度的桥梁主要向标准化设计和连续化方向发展。在桥梁设计的概念和理论方面，不仅要考虑桥梁结构的静力特性，还需从桥梁结构的动力特性、稳定性、耐久性和桥梁振动产生的噪音等多方面给予考虑。在设计方法和计算手段方面，将会以计算机应用为主，并且朝着设计、计算、绘图一体化的方向发展。在桥梁施工方面，对中小跨度桥梁主要向标准化工厂预制、现场安装方向发展，对大跨度桥梁则向无支架施工方法发展。基础施工将普遍采用钻孔灌注桩施工方法。返回1.2桥梁的基本组成及分类

桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、山谷或其它交通线路等各种障碍物时所使用的承载结构物。1.2.1桥梁的基本组成部分上部结构(也称桥跨结构)是指桥梁结构中直接承受车辆和其它荷载，并跨越各种障碍物的结构部分。一般包括桥面构造、桥梁跨越部分的承载结构和桥梁支座。桥梁下部结构是指桥梁结构中设置在地基上用以支承桥跨结构，将其荷载传递至地基的结构部分，包括桥墩、桥台及墩台基础。桥墩两侧均为桥跨结构；桥台一侧为桥跨结构，另一侧为路堤，桥台两侧通常设置石砌锥形护坡或护岸；墩台基础是桥梁结构的根基，对桥梁结构的安全使用起着举足轻重的作用。

继续桥梁有关技术术语-1有关水位的定义：低水位；高水位；通航水位；最高流冰水位；设计洪水位。桥长(L)：一般把桥梁两端桥台的侧墙或八字墙尾端点之间的距离称为桥梁全长，简称桥长。桥梁的跨径总长：桥梁两端桥台台背前缘间的距离。桥梁的标准跨径(l)

：指桥墩中线间距离或桥墩中线与桥台背前缘的间距，对于拱式桥是指其净跨径。桥梁净跨径(l0)：对于梁式桥净跨径是指设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距，而拱式桥是指每孔拱跨拱脚截面内边缘之间的距离。总跨径是多跨桥梁各孔净跨径的总和(Σl0)，也称桥梁孔径。继续桥梁的有关技术术语-2计算跨径(l)：对于梁式桥是指桥跨两端相邻支座中心之间的距离。对于拱式桥是指拱轴线两端点之间的距离。桥梁建筑高度(h)：指桥上行车路面（或轨顶）与桥跨结构下边缘之间的高差。

桥下净空高度(H)：设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构下边缘之间的距离。桥梁高度(H1)

：低水位至桥面的高差。对于跨线桥是指桥下道路路面至桥面的高差。桥高的不同对桥梁施工的要求也不同，其施工的方法和难度会有很大差异。返回1.2.2桥梁的分类(1)

桥梁有许多分类方式，人们通常根据桥梁的结构形式、所用材料、所跨越的障碍以及其用途、跨径大小等对桥梁进行分类：根据桥梁主跨结构所用材料分为木桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥和钢桥。根据桥梁所跨越的障碍物，可分为跨河桥、跨海峡桥、立交桥、高架桥等等。根据桥梁的用途，可分为公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、运水桥、农桥以及管道桥等等。根据桥梁跨径总长L和单孔跨径l的不同，桥梁可分为特大桥、大桥、中桥、小桥以及涵洞。根据桥面在桥跨结构中的位置，桥梁可分为上承式桥梁、中承式和下承式桥。继续1.2.2桥梁的分类(2)根据桥梁的结构形式划分。在桥梁结构设计中，一般按桥梁的结构形式(也称结构体系)将其分为四个基本类型以及这些基本类型的组合形式(图1-9)。其组合形式有多种多样，如斜拉桥，系杆拱桥等。各种结构形式其受力特点、适应范围都有很大差异。按照受力情况划分的桥梁类型为：

①梁式桥

②拱式桥

③刚架桥

④悬吊式桥

⑤组合形式桥如系杆拱桥，斜拉桥等返回1.梁式桥梁式桥的特点是其桥跨的承载结构由梁组成。在竖向荷载作用下梁的支承处仅产生竖向反力，而无水平反力(推力)。梁式桥的内力以弯矩和剪力为主，水平轴力和扭矩相对很小。荷载作用方向通常与梁的轴线相垂直，梁主要通过抗弯来承受荷载，并通过支座将其传递至下部结构。梁式桥可分为简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥。

返回2.拱式桥拱式桥是桥梁工程中广泛采用的桥型之一。拱式桥的特点是其桥跨的承载结构以拱圈或拱肋为主。在竖向荷载作用下，两拱脚处不仅产生竖向反力，还产生水平反力（推力）。拱式桥是钢筋混凝土桥和圬工桥最合理的结构形式之一。拱式桥的基本结构体系可分为有铰拱和无铰拱。拱式桥适建于地质和地基条件良好的桥址。返回3.刚架桥刚架桥是由桥跨结构(主梁)与墩台(支柱、板墙)整体相连而形成的结构体系，其梁柱结点为刚结。在荷载作用下，其结构中梁和柱(支柱、板墙)的截面均作用有弯矩、剪力和轴力。

T形刚架桥属于无推力结构，与其它刚架桥的受力特点根本不同。T形刚架桥的悬臂部分主要承受负弯矩，一般为对称设置。返回刚架桥的外形尺寸较小，桥下净空较大，视野开阔，适用于建筑高度受限、需要较大桥下净空的情况。刚架桥设计必须考虑附加内力。大跨度预应力刚架桥近年来发展迅速。刚架桥要求桥址有较好的地基条件或采用深基础。4.悬索桥悬索桥的特点是主要承载结构由桥塔和悬挂在塔上的高强度柔性缆索及吊索、加劲梁和锚锭结构组成。主缆索是主要承重结构，但其仅承受拉力。这种桥型能以较小的建筑高度跨越其它任何桥型无法比拟的特大跨度。返回悬索桥在设计计算时，除需考虑其结构的静力特性外，还必须考虑其结构的动力特性，尤其它的抗风稳定性。计算通常采用有限变形理论。5.组合式桥组合式桥是由几个不同的基本类型结构所组成的桥。各种各样的组合式桥根据其所组合的基本类型结构不同，其受力特点也不同，往往是所组合的基本类型结构的受力特点的综合表现。常见的这类桥型有梁与拱组合式桥，如系杆拱、桁架拱及多跨拱梁结构等；悬索结构与梁式结构的组合式桥，如斜拉桥等。返回系杆拱桥系杆拱是典型的梁和拱组合的无推力结构体系。这一桥型的实用跨径为30～100m，最大跨径已达150m。斜拉桥(独塔斜拉桥、双塔斜拉桥、多塔斜拉桥)斜拉桥由主梁、拉索和索塔组成。在结构体系中，斜拉索中荷载所引起拉力的水平分量，使梁结构承受轴向压力，相当于对梁结构施加预应力；其竖向分量为主梁提供弹性支承。与悬索桥相比，抗风稳定性明显改善，不需要巨大的锚锭结构。与梁式桥相比，主梁结构的内力分布更均匀合理。这一桥型的实用跨径为150～1000m，最大跨径已达890m。目前在建的苏通长江大桥跨径为1088m，2008年建成。返回1.3桥梁总体规划与设计程序1.3.1桥梁的总体规划1．桥梁设计基本原则⑴安全桥梁结构，在制造、运输、安装和使用过程中应有足够的强度、刚度、稳定和耐久性，并有安全储备。根据桥上交通和行人情况，桥面应考虑设置人行道（或安全带）、缘石、护栏、栏杆等设备，以保证行人和行车安全。桥上还应设有照明设施，引桥纵坡不宜过陡，地震区桥梁，应按抗震要求采取防震措施。⑵适用桥梁宽度应能满足车辆和人群的交通流量要求，并应满足今后规划年限内交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、通航或通车

等要求。桥梁两端方便车辆进出，以防止出现交通堵塞。此外，还要便于今后检查和维修。⑶经济在桥梁设计中，经济性一般是首要考虑的因素。桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则，综合考虑发展远景和将来的养护维修，使其造价和养护费用综合最省。⑷美观一座桥梁，尤其是城市桥梁和游览地区的桥梁，应具有优美的外形，结构布置精炼，空间比例和谐，与周围环境相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，此外，施工质量也会影响桥梁美观性。此外，桥梁设计应积极采用新结构、新材料、新工艺和新设备，学习和利用国际上最新科学技术成就，以利于提高我国桥梁建设水平，赶上和超过世界先进水平。2．野外勘测与调查研究桥梁的规划设计涉及的因素很多，必须充分的调查研究，从客观实际出发，提出合理的设计建议及计划任务书。⑴调查研究桥梁交通要求对于公路或城市桥梁，需要调查研究桥上交通种类及其要求，如汽车荷载等级、实际交通量和增长率，需要的车道数目或行车道宽度，以及人行道的要求等等。⑵选择桥位各级公路上的小桥及其与公路的衔接，一般应符合路线布设的要求，桥中线与洪水流向应尽量正交。各级公路上的特大、大、中桥的桥位，原则上应服从路线上的总方向，路桥综合考虑。对于特大、大、中桥一般选择2～5个可能的桥位，对每个可能桥位进行相应的调查、勘测工作，包括搜集洪水、地形和地质资料；实地调查历史洪水位；作必要的地形、地貌和地质等测绘工作。经综合分析比较，选择出最合理的桥位。⑶桥位的详细勘测和调查对确定的桥位要进一步搜集资料，为设计和施工提供可靠依据。这时的勘测和调查工作包括绘制桥位附近大比例地形图、桥位地质钻探并绘制地质剖面图、实地水文勘测调查等。为使地质资料更接近实际，宜将钻孔布置在拟定的桥孔方案墩台附近。⑷调查其他有关情况调查了解地震资料、当地建筑材料来源及供应情况、运输条件、是否需要拆迁建筑物或占用农田、桥上是否需要铺设电缆或各种管线等。3．桥梁纵、横断面设计和平面布置⑴桥梁纵断面设计(vertical-sectionaldesignofbridge)桥梁纵断面设计包括桥梁总跨径的确定、桥梁分孔、确定桥面标高和桥下净空、桥梁纵坡及基础埋置深度等。1）桥梁总跨径的确定桥梁总跨径一般根据水文计算确定。桥梁墩台和桥头路堤压缩河床，使桥下过水断面减少，流速增大，引起河床冲刷和桥上游壅水，因此，桥梁总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积，河床不产生过大的冲刷，并注意壅水可能淹没耕地和建筑物等危害。此外，尚应注意河床地形，不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。2）桥梁分孔桥梁分孔是一个较复杂的问题，需因时因地制宜，综合比较后确定。对于通航河流，首先根据通航净空要求，确定通航孔跨径，并布置在稳定的主河槽位置，对于变迁性河流，还需加设通航孔；桥基位置尽量避开复杂的地质和地形区段；分孔布置还要考虑上部结构采用的结构体系类型，有些结构体系各桥孔的跨径应有合宜的比例，以保证结构受力合理；要考虑基础施工因素，若基础施工困难，航运繁忙，则宜加大孔径；从经济上考虑，一般来说，采用大跨度时上部结构造价大，而下部结构造价则比小跨度时小。在满足通航前提下，通过经济技术比较，最后确定分孔布置。跨径选择还与施工能力有关，有时选用较大跨径虽然在技术上和经济上是合理的，但由于缺乏足够的施工技术能力和机械设备，也不得不改用较小跨径。此外，要注意确定桥梁孔径时应考虑桥位上下游已建或拟建桥涵和水工建筑物的状况及其对河床演变的影响。3）桥面标高的确定桥面标高的确定主要考虑三个因素：路线纵断面设计要求、排洪要求和通航要求。对于中、小桥梁，桥面标高一般由路线纵断面设计确定；对于跨河桥，为保证结构不受毁坏，桥梁主体结构必须比计算水位或最高流冰水位高出一定距离，满足«公路桥涵设计通用规范»(JTGD60—2004)(以下简称«桥规»（JTGD60）)对非通航河流桥下净空的要求（见表1.6）；对于通航河流，通航孔还必须满足通航净空要求，通航净空尺寸按«内河通航标准»（GBJ139-90）确定；对于跨越铁路或公路的桥梁，应满足相应的铁路或公路的建筑界限规定。4）桥梁纵坡布置桥梁标高确定后，就可根据两端桥头的地形和线路要求来设计桥梁的纵断面线形。按照«公路工程技术标准»（JTGB01-2003）规定，公路桥梁的桥上纵坡不宜大于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%，桥头两端引道线型应与桥上线形相配合。⑵桥梁横断面设计(cross-sectionaldesignofbridge)桥梁横断面的设计，主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面宽度由行车和行人的交通需要决定。桥面净空应符合«桥规»(JTGD60)第3.3.1条公路建筑限界的规定，在规定的限界内，不得有任何结构部件等侵入。在选择车道宽度、中间带宽度和路肩宽度及其一般值和最小值时，应首先考虑与桥梁相连的公路路段的路基宽度，保持桥面净宽与路肩同宽，使桥梁与公路更好地衔接，公路上的车辆可维持原速通过桥梁，满足车辆在公路上无障碍地行驶的现代交通最基本的要求。行车道宽度为车道数乘以车道宽度，车道宽度与设计车速有关，车速越高，车道宽度越大，其值在3.75m～3m之间，应满足前述规范的要求。自行车道和人行道的设置，应根据需要而定，与前后路线布置协调。一个自行车道的宽度为1.0m，单独设置自行车道时，一般不宜小于两个自行车道的宽度。人行道的宽度一般为0.75m或1.0m，大于1.0m时，按0.5m的级差增加。高速公路上的桥梁，不宜设人行道。漫水桥和过水路面可不设人行道。高速公路、一级公路上的桥梁必须设置护栏。二、三、四级公路上特大、大、中桥应设护栏或栏杆和安全带，小桥和涵洞可仅设缘石或栏杆。不设人行道的漫水桥和过水路面应设护栏或栏杆。在弯道上的桥梁应按路线要求予以加宽。⑶桥梁平面布置桥梁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。高速公路和一级公路上行车速度快，桥梁与道路衔接必须舒顺才能满足行车要求，因此，高速公路、一级公路上的各类桥梁除特殊大桥外，其布设应满足路线总体布设的要求。高速公路、一级公路上的特殊大桥，以及二、三、四级公路上的大、中桥线形，一般为直线。从桥下泄洪要求及桥梁安全角度考虑，桥梁纵轴线应尽可能与洪水主流流向正交。对通航河流上的桥梁，为保证航行安全，通航河道的主流应与桥梁纵轴线正交。当斜交不能避免时，交角不宜大于5º；当交角大于5º时，应增大通航孔跨径。对于一般小桥，为了改善路线线形，或城市桥梁受原有街道的制约时，也允许修建斜交桥，但从桥梁本身的经济性和施工方便来说，斜交角通常不宜大于45º。1.3.2桥梁设计程序简介桥梁设计是一个分阶段、循序渐进的工作过程。根据国家基本建设程序要求，我国大型桥梁的桥梁设计程序分为前期工作和设计阶段（见图1.21）。前期工作包括编制预可行性研究报告和可行性研究报告；设计阶段按“三阶段设计”进行，即初步设计、技术设计与施工图设计。各阶段的设计目的、内容、要求和深度均不同。1．预可行性研究报告的编制此阶段简称为“预可”阶段。预可行性研究报告是在工程可行的基础上，着重研究建设上的必要性和经济上的合理性，解决要不要修建桥梁的问题。对于区域性桥梁，应通过对准备建桥地点附近的渡口车辆流量调查，并从发展的观点以及桥梁修建后可能引入的车流，科学分析和确定通过桥梁的可能车流量，论证工程的必要性。在预可行性研究报告中，应编制几个可能的桥型方案，对工程造价、投资回报、社会效益、政治意义和国防意义等进行分析，论述经济上的合理性，并对资金来源有所设想。设计方将预可行性研究报告交业主后，由业主据此编制“项目建议书”报主管上级审批。2．可行性研究报告的编制此阶段简称为“工可”阶段。“工可”阶段与“预可”阶段的内容和目的基本一致，只是研究的深度不同，可行性研究报告是在预可行性研究报告审批后，着重研究工程上和投资上的可行性。在本阶段，要研究和制定桥梁的技术标准，包括设计荷载、允许车速、桥梁坡度和曲线半径等，同时，还应与河道、航运、城市规划等部门共同研究和协商来确定相关技术标准。在“工可”阶段，应提出多个桥型方案，并按交通部«公路建设工程投资估算编制办法»估算造价，对资金来源和投资回报等问题应基本落实。3．初步设计可行性研究报告批复后，即可进行初步设计。在本阶段要进一步开展水文、勘测工作，以获取更详细的水文资料、地形图和工程地质资料。在初步设计阶段，应拟定桥梁结构的主要尺寸、估算工程数量和主要材料的用量、提出施工方案的意见和编制设计概算。初步设计的概算成为控制建设项目投资的依据。初步设计的目的是确定设计方案，应拟定几个桥式方案，综合分析每个方案的优缺点，通过对每个方案的主要材料用量、总造价、劳动力数量、工期、施工难易程度、养护费用等各种技术经济指标以及美观性进行比较，选定一个最佳的推荐方案，报建设单位审批。4．技术设计技术设计的主要内容是对选定的桥式方案中重大、复杂的技术问题通过科学试验、专题研究、加深勘探调查及分析比较，进一步完善批复的桥型方案的总体和细部各种技术问题，提出详尽的设计图纸，包括结构断面、配筋、细节处理、材料清单及工程量等，并修正工程概算。5．施工图设计施工图设计是在批复的技术设计（三阶段设计时）或初步设计（二阶段设计时）所有技术文件基础上，进一步进行具体设计。此阶段工作包括详细的结构分析计算、配筋计算、验算并确保各构件强度、刚度、稳定和裂缝等各种技术指标满足规范要求、绘制施工详图、编制施工组织设计和施工图预算。目前，国内一般的（常规的）桥梁采用二阶段设计，即初步设计和施工图设计；对于技术上复杂的特大桥、互通式立交或新型桥梁结构，需增加技术设计，即三阶段设计；对于技术简单、方案明确的小桥，也可采用一阶段设计，即施工图设计。1.3.3桥梁建筑造型与美学1．概述桥梁作为人类建造的结构物，不仅具有交通功能，而且能满足人们到达彼岸的心理希望，同时也是生活环境中使人印象深刻的标志性结构物，常常成为审美的对象和文化的遗产，因此，对桥梁造型的美学要求——即桥梁结构本身的协调和和谐以及桥梁和周围环境的协调，从而给人们美的享受——应是桥梁设计中必须考虑的主要因素。桥梁建筑空间形态一般称为形体。当人们接近一个卓越的桥梁建筑时，由于其结构形体的引发而使人产生感动和联想，我们把创造具有这种艺术感染力的建筑结构形体称为建筑造型，把获得这种建筑造型的工作过程称为建筑造型设计。下面将简要介绍桥梁建筑造型设计有关美的法则。2．桥梁建筑造型美的法则⑴协调与统一协调与统一，主要指两方面。其一是桥梁与桥位处的自然景观和附近的人工建筑物一起，处在人们的生活空间中，故要求桥梁建筑造型要达到与环境的协调；其二是桥梁建筑本身由若干部分组成，其各自功能和造型不同，这种差异和变化，必然在和谐和秩序中得到有机统一，否则不是呆板单调，便是杂乱无章，唤不起人们的美感。桥梁建筑环境设计，不是装饰自然，而是希望桥梁建筑同周围自然景色一起发挥作用。一般采用的手法有，①隐蔽法，即尽可能做到藏桥于景中。此法主要用于山区或风景区的小跨径桥梁。②融合法，此法是使桥梁构成新环境一个要素，组合于周围总体景观和环境的画面中。融合法是常用的方法。③强调法，这是一种突出桥梁建筑，使其成为景观主体的手法，一些城市跨越江河的大桥或特大桥往往属于此类。桥梁结构造型统一，首先要注意各结构部分的协调统一。一般来说，要避免不同结构体系混杂使用，主桥和引桥应是相一致或相近的体系，下部桥墩造型力求简单划一，以免显得杂乱无章。⑵主从与重点桥梁建筑从功能特点考虑有主体和附属之分，而从结构受力体系来说，有主要受力构件和次要受力构件之分。主桥与引桥、主孔与边孔、主体与附属存在主从差异，这种差异与对立，使桥梁建筑形成一个完整协调的有机整体。桥梁的主从首先从布孔上考虑。如果一座桥梁有主孔与边孔之分，则主孔不仅跨径大，标高高，而且有时为了适应大跨而采用不同的结构形式，突出了主孔位置和造型，视觉重点突出引人注意，从而获得主从分明的效果。斜拉桥、悬索桥的结构图形简洁，主塔将竖向及斜向心理引诱线引向塔顶，形成人们瞩目的重要部位，突出了高耸挺拔气势夺人的塔作为主体的主导地位，配以轻柔的拉索、无限延伸的水平加劲梁，视觉上主从分明，构成了索结构桥型所独有的形态和美感。⑶对称与均衡对称是指以某一线为中轴线，左右、前后或上下两侧建筑同形同量。对称桥梁建筑造型是最常见的表现形式，以桥梁中线为对称轴，桥梁结构对称，孔数相同，跨度及结构尺度均对称。对称的造型统一感好，规律性强，易使人产生庄严、整齐的美感，同时也能照顾到简化施工、降低造价的要求。均衡则是在非对称的构图中，以不等的距离形成力量（体量）的平衡感。均衡具有变化的美，其结构特点是生动活泼，有动感。有些桥梁受地形、河流主航道、主河槽的影响采用不了对称布置，布孔不对称或结构形式不对称。对于布孔的不对称情况，为了达到造型上的均衡性，可采用斜塔、疏密与长度不等的拉索和大小相差悬殊的跨径来调整布孔上的不对称而达到均衡的目的，从而使桥梁从构造、功能和景观得到协调一致的处理。结构的非对称造型处理得当，有时也会产生令人难以料想的效果。⑷比例与尺度比例是表现桥梁建筑物各部分数量关系之比，是相对的，不涉及到具体尺寸，它包括三个方面的内容：一是桥梁结构各部分本身的三维尺寸的关系；二是桥梁结构整体与局部或局部与局部之间的三维尺寸关系；三是桥梁结构实体部分与空间部分的比例关系，也称为虚实比例关系。桥梁建筑中各部分尺寸比，主要服从于结构刚度、变形和经济要求，但需使人们从视觉上获得协调匀称及满意的感受；主梁实体部分与桥下空间部分的比例关系是虚实比例关系，当桥下净空或桥面标高要求固定的情况下，可通过调节跨度，进而增加或减少梁高，使桥梁的虚实透视存在一个最佳的比例。与比例不同，尺度涉及到真实尺寸的大小，但是一般又不是指要素真实尺寸的大小，而是指建筑要素给人感觉上的大小印象和实际大小之间的关系。如果两者一致，则建筑形象正确地反映了建筑物的真实大小，如果不一致，则表明建筑形象歪曲了建筑物的真实大小，通常称为建筑物失掉了应有的尺度感。比例和尺度是密切相关的建筑造型特征，如果一座桥梁某些部位的尺度不当或比例失调，都会影响它的整体形象，只有各部的比例和尺度达到匀称和协调，才能构成优美形象。⑸稳定与动势安全稳定是对桥梁建筑最基本的使用要求，同时桥梁建筑必须给人以稳定可靠的感觉，即使在力学上是充分安全合理，如果给使用者以不安全感觉，就不可能让人感受到其造型之美。所以，只有使人在直观上能感受到桥梁的强度和稳定性时，形式美和功能美才得以在人的心理上产生统一。桥梁是一个承重结构，人们首要的心理活动是通过视觉看出它是如何承受荷载的，荷载是如何传递的，简洁的承载和传力结构，会形成一个紧凑严密、蕴藏着巨大力量的结构物，任何一座设计合理、造型优美的桥梁都会显示出安静、自信、坚固的形象，给人一种坚定、不可动摇的稳定感。人们观赏桥梁结构物是多视角的。在桥上高速行驶的车或移动的人，由于视点的变化，使观看到的实际桥梁建筑形象有规律地变化仿佛是桥梁在运动，给人一种动感；当人们在桥外沿着桥梁水平方向目视多跨桥梁，由于其跨越方向的延伸长度要比宽度和高度大得多，自然就会感到桥梁结构上的强烈运动延伸的动势。此外，拱桥外形在纵向与竖向的起伏变化，以及弯桥在水平面的弯延变化，均会给人以深刻的感受。⑹韵律与节奏 韵律与节奏是重要的造型手法，设计者可将桥梁构成一个系统的整体，通过有规律的重复或有秩序的变化形成韵律和节奏，激发人们的美感。几乎所有的桥梁结构都具有韵律和节奏的因素，从栏杆设计到灯柱的布置，从结构细部到分孔规律，一般都蕴涵着韵律和节奏的效果。桥梁建筑韵律形式主要有连续韵律和变韵律。连续韵律为桥梁建筑部分重复连续出现，例如等跨连续拱桥，由于其曲线的造型成动态的趋势、虚实的交替，可以形成强烈的韵律感；变韵律则是连续的部分按一定的秩序变化，逐渐加长或缩短，变宽或变窄，变密或变蔬等，大跨拱桥上腹拱的变化即是一种渐变韵律，多孔拱桥的重复又形成连续的韵律，形成一种韵律美。某些多跨桥梁，各孔跨径和桥下净高以中孔最大，向两边渐小，形成规律性变化，通过渐变韵律的美学表现，收到赏心悦目的效果。1.4桥梁结构的作用1、作用——桥梁结构在施工和使用过程中要受到自身的和外部的各种因素的作用,将所有引起结构反应的原因如：结构的自重、人群荷载、汽车荷载、以及汽车冲击力、土压力、温度变化、风荷载和地震等统称为作用。2、作用效应——作用使结构产生的内力（轴向力、弯矩、剪力、扭矩）和变形、裂缝等称为作用效应。3、作用按时间的变异特点分类：（1）永久作用(permanentaction)（2）可变作用(variableaction)（3）偶然作用(accidentalaction)各类作用所包含的作用见表1.7。4。作用代表值(representativevalueofanaction)——结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用的代表值。作用具有变异性，但在结构设计时，不可能直接引用作用随机变量或随机过程的各种统计参数通过复杂的计算进行设计，因此必须为结构设计时的作用给定一个量值，这个作用量值称为作用代表值。公路桥梁设计中对不同的设计状况、不同的极限状态有不同的设计要求，采用的设计代表值也不同，这样能更确切、合理地反映作用对结构不同设计要求下的特点。作用的代表值有标准值(characteristcvalueofanaction)、频遇值(frequentvalueofanaction)和准永久值(quasi-permanentvalueofanaction)。（1）作用的标准值——结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。其量值是取结构设计规定期限内可能出现的最不利值。按作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定；（2）频遇值——结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，它是结构上较频繁出现的且量值较大的荷载作用值。其值比作用标准值小，由标准值乘以小于1的频遇系数得到；（3）准永久值——结构或构件按正常使用极限状态长期效应组合设计时，采用的另一种可变作用代表值，它是结构上经常出现的作用取值。其值比频遇值又要小些，由标准值乘以准永久值系数得到。作用的设计值规定为作用标准值乘以相应的作用分项系数。公路桥梁结构的设计基准期为100年。1.4.1永久作用1.定义——在结构设计基准期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用，亦称恒载。2.种类——结构自重、桥面铺装及附属设备的重量、作用于结构上的土重及土侧压力、基础变位作用、水浮力、长期作用于结构上的预加力及混凝土收缩及徐变作用等。永久作用采用标准值作为代表值。对于结构自重，包括桥面铺装和附属设备等附加重力，它们的标准值按结构设计规定的设计尺寸和材料的重力密度计算确定。常用各种材料的重力密度可按«桥规»(JTGD60)中表4.2.1的数值采用。对于预应力混凝土桥梁结构，预加力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，并计入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。混凝土收缩及徐变作用在外部超静定的混凝土结构及复合桥梁等结构中是必然产生的，而且是长期作用的。混凝土收缩应变和徐变系数可按«公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范»(JTGD62-2004)（以下简称«桥规»(JTGD62)）附录F的规定计算。考虑混凝土徐变作用时，可假定徐变与混凝土应力呈线性关系。其他永久作用可按规范的有关规定计算。1.4.2可变作用一、定义——在结构设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。二、种类——汽车荷载、汽车冲击力和离心力、汽车引起的土侧压力和人群荷载等基本的可变作用（亦称活载），以及汽车制动力、支座摩阻力、温度作用、风荷载、流水压力和冰压力等。1．汽车荷载桥梁上行驶的车辆种类繁多，每种车辆又有许多不同的型号和载重等级，而且随着我国国民经济和交通事业的不断发展，车辆的载重量也将不断增大，因此需要拟定一种既满足目前车辆情况和将来发展需要，又便于设计中应用的汽车荷载。我国在对实际车辆的轮轴数目、轴间距、轴重力等情况的分析、综合和概括后，制定了适用于公路桥涵设计的汽车荷载标准。«桥规»(JTGD60)对汽车荷载规定如下。⑴汽车荷载等级和组成①等级——公路-Ⅰ级、公路-Ⅱ级公路桥涵设计时，汽车荷载等级的选用与公路等级有关，对于高速公路和一级公路，应按公路-Ⅰ级汽车荷载设计桥涵，对于二级、三级和四级公路，则按公路-Ⅱ级汽车荷载设计桥涵。二级公路作为干线公路且重型车辆多时，其桥涵设计可采用公路-Ⅰ级汽车荷载。四级公路重型车辆少时，其桥涵设计可采用公路-Ⅱ级车道荷载效应的0.8倍，车辆荷载效应可用0.7倍。②组成——车道荷载（均布、集中）、车辆荷载车道荷载由均布荷载和集中荷载组成,车辆荷载则为单车荷载。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。

⑵汽车荷载的计算图式及标准值①计算图示——车道荷载的计算图式见图1.22。车道荷载是个虚拟荷载，它的荷载标准值qk和Pk是由对实际汽车车队（车重和车间距）测定和效应分析得到的。车道荷载的均布荷载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。车辆荷载布置如图1.23,其主要技术指标规定如表1.10。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。②汽车荷载的标准值——见表1.8、表1.9和表1.10⑶横桥向设计车道布置及汽车荷载横向分布系数在横向布置车队时,既要考虑使桥梁获得最大荷载效应,还要考虑到车辆实际行驶需要足够的行车道宽度,桥涵设计车道数应符合表1.11的规定。车道荷载横向分布系数，应按设计车道数如图1.24布置车辆荷载进行计算。⑷汽车荷载折减随着桥梁横向布置车队数的增加,各车道内同时出现最大荷载的概率减小,由汽车荷载产生的效应应进行折减,但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。表1.12为多车道横向折减系数。同样，随着桥梁跨度的增加，实际桥梁上通行的车辆达到高密度和重载的概率减小，因此，当桥梁设计跨度大于150m时，汽车荷载应考虑纵向折减。当为多跨连续结构时，整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。纵向折减系数规定见表1.13。2．汽车荷载冲击力⑴定义——车辆以一定速度过桥时，由于桥面的不平整、车轮不圆以及发动机抖动等原因，会在使桥梁结构引起振动，桥梁结构应力和变形比静荷载引起的大，通常把这种动力效应称为车辆荷载对桥梁结构的冲击力。⑵计算现行规范用汽车荷载标准值乘以冲击系数μ来考虑汽车荷载的冲击力。冲击系数μ与桥梁结构的基频有关，按下式计算：当f＜1.5Hz时,μ=0.05当1.5Hz≤f≤14Hz时，μ=0.1767lnf-0.0157(1.1)当f＞14Hz时,μ=0.45式中:f——结构基频（Hz）结构的基频宜采用有限元方法计算。对于常用结构，当无更精确方法计算时，也可采用下列公式估算。⑴简支梁桥

(1.2)式中:——结构的计算跨径（m）；

——结构材料的弹性模量（N/m2）；

——结构跨中截面的截面惯矩（m4）；

——结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力计算时，其单位应为（Ns2/m2）；

——结构跨中处延米结构重力（N/m）；

——重力加速度，=9.81（m/s2）。⑵连续梁桥计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用f1；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用f2。鉴于结构物上的填料能起缓冲和扩散荷载作用，填料厚度等于或大于0.5m的拱桥和涵洞不计冲击力；重力式墩台因自重大，整体性好，冲击影响小，不计冲击力；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。3．汽车离心力R≤250m时计及⑴定义——车辆在弯道桥梁上行驶时会产生离心力，曲线半径越小，离心力越大，当弯桥的曲线半径等于或小于250m时，应计算汽车荷载引起的离心力。⑵计算——离心力标准值为车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数C。

式中:v——设计速度（Km/h），按桥梁所在路线设计速度采用；

R——曲线半径（m）。H——离心力P——车辆荷载标准值，多车道时，车辆荷载标准值亦应乘以表1.12规定的横向折减系数。⑶作用位置——离心力的着力点在桥面以上1.2m处（为计算简便也可移至桥面上，不计由此引起的作用效应）。4．汽车引起的土侧压力汽车荷载作用在桥台或挡土墙后填土上，将引起填土的破坏棱体对桥台或挡土墙的土侧压力，土侧压力可按下式换算成等代均布土层厚度h（m）计算；式中:——土的重力密度（KN/m3）；

——桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度（m）；B——桥台横向全宽或挡土墙的计算长度（m）；

——布置在B×面积内的车轮的总重力（KN）。5．人群荷载①公路桥梁，当桥梁计算跨径径；；；内插求得②对跨径不等的连续结构，计算跨径以最大者为准。③城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取前述规定值的1.15倍；④专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5KN/m2。6．汽车制动力⑴定义——桥上汽车制动力，是车辆在刹车时为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间发生的滑动摩阻力。⑵计算——制动力大小与车辆与路面间的摩阻系数及汽车荷载有关，考虑到刹车常常只限于一部分车辆，且制动力只有同向行驶的汽车才能叠加。

①一个设计车道的制动力标准值按布置在加载长度内车道荷载的10%计，但公路-Ⅰ级汽车荷载的制动力不得小于165KN，公路-Ⅱ级汽车荷载的制动力不得小于90KN。②同向行驶双车道的制动力为一个设计车道制动力的两倍；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。⑶作用位置——制动力的着力点在桥面以上1.2m处。计算墩台时，可移至支座中心线或支座底座面上。计算刚构桥、拱桥时，制动力的着力点可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力和力矩。7．风荷载⑴定义——风是空气的流动，它会对桥梁结构产生压力，使桥梁结构产生位移、速度、加速度响应等风效应。⑵计算——对于大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥，风荷载是极为重要的设计荷载，有时甚至起着决定性的作用。规范规定的风荷载计算方法，是采用静力计算方法。①横桥向风荷载假定水平地垂直作用于桥梁各部分迎风面积的形心上，横桥向风荷载标准值按横桥向风压乘以迎风面积计算；②桥梁顺桥向可不计桥面系及上承式梁所受的风荷载；桥墩上的顺桥向风荷载标准值可按横桥向风压的70%乘以桥墩迎风面积计算；③悬索桥、斜拉桥塔上的顺桥向风荷载标准值可按横桥向风压乘以迎风面积计算。桥台可不计算纵、横向风荷载④对风敏感且可能以风荷载控制设计的桥梁，应考虑桥梁在风荷载作用下的静力和动力失稳，必要时应通过风洞试验验证。8．温度作用对于超静定结构，必须考虑温度变化影响产生的变形和影响力，它的大小应根据当地具体情况、结构物使用的材料和施工条件等因素计算确定。温度变化范围，应从受到约束时的结构温度开始，考虑最高和最低有效温度。9．支座摩阻力支座摩阻力是上部结构因温度变化而产生的，支座摩阻力标准值可按下式计算：式中：W——作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应；

——支座的摩擦系数。1.4.3偶然作用（一）定义——结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间较短的作用。（二）种类——地震作用、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用。1．地震作用⑴定义——地震时强烈的地面运动引起的结构惯性力。⑵计算——地震作用的强弱不仅与地震时地面运动的强烈程度有关，还与结构的动力特性（频率与振型）有关。过去大多用烈度大小来表示地震作用的强弱，现行规范不再采用地震烈度的概念，取而代之为地震动峰值加速度系数。公路桥梁的抗震设防起点为地震动峰值加速度等于0.1g，地震动峰值加速度等于或大于0.1g地区的公路桥梁，应进行抗震设计。地震作用的计算和结构抗震设计应符合«公路工程抗震设计规范»的规定。2．船舶或漂流物的撞击作用跨越江、河、海湾的桥梁，必须考虑船舶或漂流物对桥梁墩台的撞击作用。由于精确确定船舶或漂流物与桥梁的相互作用力十分困难，因而在可能的条件下，应采用实测资料进行计算。当缺乏实际调查资料时，船舶撞击作用标准值可按«桥规»(JTGD60)中表4.4.2-1和表4.4.2-2的数值采用。漂流物撞击作用标准值可按上述规范第4.4.2条中的公式计算。桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用。汽车撞击力标准值大小应按«桥规»(JTGD60)第4.4.3条中的数值采用。1.4.3作用效应组合由于各种作用并非同时作用于桥梁上，他们发生的机率也各不相同，因此，在设计中应根据结构物的特性，考虑他们同时作用的可能性进行组合，取其最不利效应组合进行设计。现行的公路桥梁设计规范规定，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，按分项系数的设计表达式进行桥梁设计。公路桥梁应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计，并按三种设计状况考虑：持久状况、短暂状况和偶然状况。持久状况是指桥梁建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的使用阶段状况。此阶段持续时间很长，为保证桥梁结构的正常，要对结构的所有预定功能进行设计，即必须进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算；短暂状况是指桥梁结构只承受临时性作用的施工阶段状况。此阶段结构体系、结构所承受的荷载等与使用阶段不同。由于其持续时间相对使用阶段较短暂，一般此阶段只进行承载能力极限状态计算，必要时才作正常使用极限状态的计算；偶然状况是指桥梁使用过程中可能偶然出现的状况，例如罕遇地震等。由于此状况出现的概率极小，持续时间极短，设计原则是主要承重结构不致因非主要承重结构发生破坏而导致丧失承载能力，或允许主要承重结构发生局部破坏而剩余部分在一段时间内不发生连续倒塌。显然，偶然状况只需进行承载能力极限状态计算，不必考虑正常使用极限状态。1.按承载能力极限状态设计的作用效应组合公路桥梁结构按承载能力极限状态设计时，采用以下两种作用效应组合：⑴基本组合基本组合是永久作用设计值效应与可变作用设计值效应相组合。这种组合用于结构的常规设计，是所有公路桥梁结构都应该考虑的。基本组合的表达式为：或式中：——承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；

——结构重要性系数，对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0、和0.9。特大桥和重要大桥的设计安全等级为一级，大桥、中桥、重要小桥为二级，小桥和涵洞为三级；

——第i个永久作用效应的分项系数，按表1.14的规定采用；

——第i个永久作用效应的标准值和设计值；

——汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取=1.4；

——汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值；

——在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取=1.4，但风荷载的分项系数取=1.1；

——在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值和设计值；

——在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取=0.80；当除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外尚有两种其他可变作用参与组合时，=0.70；尚有三种可变作用参与组合时，取=0.60；尚有四种及多于四种可变作用参与组合时，取=0.50；⑵偶然组合偶然组合是永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。视具体情况，也可不考虑可变作用效应参与组合。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。地震作用标准值及其表达式按现行«公路工程抗震设计规范»规定采用。2.按正常使用极限状态设计的作用效应组合公路桥梁结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：⑴作用短期效应组合短期效应组合采用永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其表达式为：式中：——作用短期效应组合设计值；

——第j个可变作用效应的频遇值系数，对于汽车荷载（不计冲击力）、人群荷载、风荷载、温度梯度作用和其他作用，其值分别取0.7、1.0、0.75、0.8、和1.0；

——第j个可变作用效应的频遇值。

⑵作用长期效应组合作用长期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其表达式为：式中：——作用长期效应组合设计值；

——第j个可变作用效应的准永久值系数，对于汽车荷载（不计冲击力）、人群荷载、风荷载、温度梯度作用和其他作用，其值分别取0.4、0.4、0.75、0.8、和1.0；

——第j个可变作用效应的准永久值。在作用效应组合时，只有结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合；当可变作用的出现对结构产生有利影响时，该作用不应参与组合；多个偶然作用不同时参与组合。表1.15为规范规定不同时组合的可变作用。当进行弹性阶段截面应力计算时，除特别说明外，各作用效应的分项系数及组合系数均取为1.0。1．5城市桥梁设计荷载建造在城市的桥梁特别是大型桥梁，是城市交通中重要的工程构筑物。由于桥位所处位置的特殊性，城市桥梁的设计准则与一般公路桥梁有所不同，除了要考虑桥梁本身结构要求外，还应符合使用要求、交通发展和城市发展要求，按照适用、安全、经济、美观的原则进行设计。适用——选择桥位时，既要避免将过境车流引入市区，造成拥挤，也不能过分强调远期发展，将桥建于远离市区，造成近期车辆绕道太多；不能过分强调高标准通航要求，造成引道坡度陡而长，也不能片面节约，将桥梁宽度定得偏窄，或缩短引道长度而造成较陡的纵坡，不利于使用。安全——这里的安全不仅指结构物在正常使用情况下的安全，还需注意在使用过程中，对航运、车辆、行人的安全。跨江桥梁可以考虑人行道采用高缘石，避免或减少车辆坠江事故。此外，照明、排水、桥面线形、纵、横坡、易燃管线过桥，都需注意结构安全和使用安全。经济——建桥不仅应注意桥梁本身造价，还应综合考虑附属建筑、征地拆迁、施工简捷、缩短工期所带来的经济效益和使用上经济。如压缩桥长则增长引道，往往还要增加护岸设施。沿海平原城市通航河流上采用上承式拱，桥本身造价可能降低，但往往要提高桥面高程，增加引道工程。城市中人口密集，车流繁忙，如桥位不当，则绕道过多，要增加运行费用，都应综合考虑。美观——城市桥梁不只是解决城市交通的重要构筑物，在大多数情况下还将成为城市比较突出的街景，故其造型的美观、总体布局的舒展及与周围环境的协调，应予足够重视。下面介绍《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）中荷载的有关规定。1．荷载分类城市桥梁设计荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三类荷载分类荷载名称永久荷载（恒载）结构重力预加应力土的重力及土侧压力混凝土收缩及徐变影响力基础变位影响力水的浮力可变荷载基本可变荷载（活载）汽车荷载汽车冲击力离心力汽车引起的土侧压力人群荷载其他可变荷载风力汽车制动力流水压力冰压力温度影响力支座摩阻力偶然荷载地震力（常遇、罕见）船舶或漂流物撞击力2．汽车荷载⑴汽车荷载等级和分类汽车荷载分为两个等级，即城—A级和城—B级。位于城市快速路及主干路上的桥梁，采用城—A级汽车荷载进行设计，而位于次干路及支路上的桥梁，则采用城—B级汽车荷载进行设计。汽车荷载分为车道荷载与车辆荷载两大类。桥梁的主梁、主拱和主桁架等主结构的计算采用车道荷载；横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力的计算则采用车辆荷载。计算时根据构件不同只考虑一种荷载形式，不得将车道荷载和车辆荷载效应相叠加⑵汽车荷载的计算图式及标准值车道荷载由均布荷载q加一个集中荷载P组成，如图1.25所示。车道荷载的标准值按桥梁的跨径确定，同时均布荷载的标准值又分弯矩与剪力采用不同的值，计算弯矩时采用，计算剪力时采用。车道荷载标准值的取值见表。车辆荷载是单车荷载。城—A级车辆荷载为五轴式标准车，总重700KN，前后轴距为18.0m，行车限界横向宽度为3.0m（见图）；城—B级车辆荷载为三轴式标准车，总重300KN，前后轴距为4.8m，行车限界横向宽度与城—A级相同，也是3.0m（见图）。计算跨径l/m城—A级城—B级qM/(KN/m)qQ/(KN/m)P/(KN)qM

/(KN/m)qQ

/(KN/m)P/(KN)l=2～20m22.537.514019.025.0130150≥l>20m10.015.03009.511.0160注：当车道数大于等于4，跨径大于20m小于等于150m，且计算剪力时，表中数值要乘以增长系数，城—A级增长系数为1.25,城—B级增长系数为1.30。车道荷载城—A级标准车辆纵、平面布置城—B级标准车辆纵、平面布置车道荷载的单向布载宽度应为3.0m，见图，为简化桥梁横向影响线的计算，车道荷载可按所示的等效荷载车辆集中力形式布置。设计车道数目与车道宽度W的关系与公路桥梁标准相同，可按表确定。当设计车道数目大于2时，应计入车道的横向折减系数，车道横向折减系数可按表采用，加载车道位置应选在结构能产生最不利的荷载效应之处。车道的纵向折减不予考虑。设计车道数目12345≥6横向折减系数1．001.000.800.670.60.55

车道横向折减系数

车道荷载横向布置汽车荷载的冲击力为汽车荷载乘以冲击系数μ。冲击系数与结构刚度有关，跨径l愈大，刚度愈小，对荷载缓冲作用愈好，冲击力可以近似地认为与跨径l成反比。规范规定，汽车荷载的冲击系数按下列公式计算。⑴车道荷载的冲击系数

式中l——跨径（m）。当l≤20m时，；μ=0.2;l≥150m时，μ=0.1。⑵车辆荷载的冲击系数μ=0.6686-0.3032logl

但μ的最大值不得超过0.4。3.汽车荷载的冲击力

冲击作用主要由两支点间的跨径来承受，故l值按以下原则取用：①对于简支的主梁、主桁架、拱桥的拱圈等主要构件，l为计算跨径的长度；②对于悬臂梁、连续梁、刚构、墩台以及仅受局部荷载的构件，l为相应影响线的荷载长度（即为各荷载区段长度之和）。4.人群荷载人行道板（局部构件）的人群荷载，采用5KN/m2的均布荷载或1.5KN的竖向集中力作用在构件上，分别计算，取其不利者。梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载ω比小构件取用的荷载小些，应根据上部结构的计算加载长度和桥面人行道宽度，按下列公式计算，但ω值在任何情况下不得小于2.4KN/m2。当加载长度l<20m时：城市桥梁的人群荷载当加载长度l≥20m时专用人行桥的人群荷载城市桥梁的人群荷载专用人行桥的人群荷载(1)(2)(3)(4)式中ω——单位面积上的人群荷载（KN/m2）；l——加载长度；ωp——计算城市桥梁的人群荷载时，为单边人行道宽度（m），但在专用非机动车桥上时，宜取1/2桥宽，当1/2桥宽大于4m时，按4m计；计算专用人行桥的人群荷载时，取半桥宽，当大于4m时，按4m计。5.汽车荷载引起的离心力、土侧压力汽车荷载引起的离心力计算及作用点与公路《桥规》（JTGD60）相同，但当计算多车道离心力时，应计入车道横向折减系数。汽车荷载引起的土侧压力计算与公路《桥规》（JTGD60）相同，6.汽车制动力一个设计车道的制动力，当采用城—A级汽车荷载设计时，按160KN与10%车道荷载