橋梁工程-橋梁基本知識(shí)

1、學(xué)習(xí)情境1 橋梁基本知識(shí)工作任務(wù)任務(wù)1.認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)；任務(wù)2.橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)程序；任務(wù)3.橋梁的規(guī)劃與設(shè)計(jì)；任務(wù)4.橋梁設(shè)計(jì)荷載。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.敘述橋梁的組成和分類；2.敘述橋梁各組成部分的概念、術(shù)語(yǔ)；3.敘述橋梁的結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容；4.知道橋梁總體規(guī)劃原則、基本設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)程序；5.敘述橋梁縱、橫斷面設(shè)計(jì)和平面布置；6.知道橋梁設(shè)計(jì)的方案比較；7.敘述作用的分類及含義；8.知道作用效應(yīng)組合。任務(wù)描述 本學(xué)習(xí)情境分解為4個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。每個(gè)學(xué)生應(yīng)沿著如下流程進(jìn)行學(xué)習(xí)： 認(rèn)知橋梁的組成和分類敘述橋梁各組成部分的概念和術(shù)語(yǔ) 熟悉橋梁的結(jié)構(gòu)體系熟悉橋梁總體規(guī)劃原則和基本建設(shè)程序熟悉橋梁縱、橫斷面設(shè)計(jì)和平面

2、布置敘述作用的分類及含義知道作用效應(yīng)組合任務(wù)一 認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)為了滿足各種車輛、行人的順利通行或各種管線工程的布設(shè)，建造的跨越河流、山谷跨越河流、山谷或其他交通線路等障礙的工程建筑物，一般或其他交通線路等障礙的工程建筑物，一般統(tǒng)稱為橋梁統(tǒng)稱為橋梁。橋梁是交通工程中的重要組成部分，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高，人們對(duì)橋梁建筑提出了越來(lái)越高的要求。一、橋梁結(jié)構(gòu)的組成及名詞術(shù)語(yǔ)一、橋梁結(jié)構(gòu)的組成及名詞術(shù)語(yǔ)1橋梁結(jié)構(gòu)的組成1)橋梁上部結(jié)構(gòu)是承擔(dān)線路荷載，跨越障礙的主要承重結(jié)構(gòu)。2)橋梁下部結(jié)構(gòu)是橋墩、橋臺(tái)及橋梁基礎(chǔ)的總稱，是支承橋跨結(jié)構(gòu)并將荷載傳至地基的建筑物。橋墩和橋臺(tái)一般合稱墩臺(tái)

3、。3)支座。設(shè)于橋(墩)臺(tái)頂部，支承上部結(jié)構(gòu)并將荷載傳給下部結(jié)構(gòu)的裝置。它能保證上部結(jié)構(gòu)在荷載、溫度變化或其他因素作用下的位移功能。4)附屬設(shè)施。包括橋面系、橋頭搭板、護(hù)坡、導(dǎo)流堤等。橋面系一般由橋面鋪裝、欄桿(防撞墻)、人行道、伸縮縫、照明系統(tǒng)等組成。2橋梁結(jié)構(gòu)的名詞術(shù)語(yǔ)橋梁結(jié)構(gòu)的名詞術(shù)語(yǔ)1)橋梁全長(zhǎng)：簡(jiǎn)稱橋長(zhǎng)，對(duì)于有橋臺(tái)的橋梁為兩岸橋臺(tái)側(cè)墻或八字墻尾端之間的距離(對(duì)于無(wú)橋臺(tái)的橋梁為橋面系的行車道長(zhǎng)度)。2)凈跨徑：對(duì)梁式橋?yàn)樵O(shè)計(jì)洪水位上相鄰兩橋墩(或橋臺(tái))間的水平凈距。對(duì)于拱式橋，是指每孔拱跨兩拱腳截面最低點(diǎn)之間的水平距離。3)計(jì)算跨徑：對(duì)于設(shè)支座的橋梁，為相鄰兩支座中心之間的水平距離，對(duì)

4、于不設(shè)支座的橋梁，為上下部結(jié)構(gòu)的相交面之中心間的水平距離，用表示。橋梁結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算以計(jì)算跨徑為準(zhǔn)。2橋梁結(jié)構(gòu)的名詞術(shù)語(yǔ)橋梁結(jié)構(gòu)的名詞術(shù)語(yǔ)4)標(biāo)準(zhǔn)跨徑：對(duì)梁式橋，是指兩相鄰橋墩中線間水平距離或橋墩中線與臺(tái)背前緣之間的水平距離，也稱為單孔跨徑，對(duì)于拱式橋和涵洞，則是指凈跨徑。標(biāo)準(zhǔn)跨徑是橋梁劃分大、中、小橋及涵洞的指標(biāo)之一。5)標(biāo)準(zhǔn)化跨徑：為了便于編制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)構(gòu)件間的互換性，當(dāng)跨徑在50m及以下時(shí)，通常采用標(biāo)準(zhǔn)化跨徑。2橋梁結(jié)構(gòu)的名詞術(shù)語(yǔ)橋梁結(jié)構(gòu)的名詞術(shù)語(yǔ)8)橋梁建筑高度：橋面路拱中心頂點(diǎn)到橋跨結(jié)構(gòu)最下緣(拱式橋?yàn)楣澳_線)的高差。9)橋梁高度：橋面路拱中心頂點(diǎn)到低水位或橋下線路路面之間的垂直

5、距離，稱為橋梁高度。10)凈矢高：拱橋從拱頂截面下緣至相鄰兩拱腳截面下緣最低點(diǎn)連線的垂直距離，用f0表示。11)計(jì)算矢高：是從拱頂截面形心至相鄰兩拱腳截面形心之連線的垂直距離，用f表示。12)矢跨比：拱橋中拱圈（或拱肋）的計(jì)算矢高與計(jì)算跨徑之比（f/l），也稱拱矢度。它是反映拱橋受力特性的一個(gè)重要指標(biāo)。二、橋梁的分類二、橋梁的分類1按工程規(guī)模劃分根據(jù)橋梁多孔跨徑總長(zhǎng)L和單孔跨徑Lk將橋梁劃分為：特大橋、大橋、中橋、小橋、涵洞，見(jiàn)表l-l-1。這是我國(guó)公路和城市橋梁級(jí)別劃分的依據(jù)。 2按橋梁的結(jié)構(gòu)體系劃分按橋梁的結(jié)構(gòu)體系劃分根據(jù)結(jié)構(gòu)體系及其受力特點(diǎn)，橋梁可劃分為：梁式橋拱式橋剛架橋懸索橋斜拉橋組

6、合體系橋1）梁式橋）梁式橋梁式橋是古老的結(jié)構(gòu)體系之一。梁作為承重結(jié)構(gòu)，主要是以其抗彎能力來(lái)承受荷載。在豎向荷載作用下，其支承反力也是豎直的，一般梁體結(jié)構(gòu)只受彎、受剪，不承受軸向力。開(kāi)封黃河大橋 1989 望城溈江橋 1980 京周公路啞吧河橋 1956云南六庫(kù)怒江橋 19912）拱式橋）拱式橋拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是具有曲線外形的拱(其拱圈的截面形式可以是實(shí)體矩形、肋形、箱形、桁架等)。在豎向荷載作用下，拱主要承受軸向壓力，同時(shí)也承受彎矩、剪力。支承反力不僅有豎向反力，也承受較大的水平推力。 2）拱橋）拱橋湖南鳳凰縣烏巢河橋1990年貴州劍河橋 1985，無(wú)錫 民主橋1969萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋1997

7、上海盧浦大橋2005錢(qián)塘江四橋2004年巫山長(zhǎng)江大橋2005廣州丫髻沙大橋20003）剛架橋）剛架橋剛架橋(也稱為剛構(gòu)橋)是指梁與立柱(墩柱)或豎墻整體剛性連接的橋梁其主要特點(diǎn)是：立柱具有相當(dāng)大的抗彎剛度，故可分擔(dān)梁部跨中正彎矩，達(dá)到降低梁高、增大橋下凈空的目的。廣東虎門(mén)輔航道橋 1999廣東番禺洛溪大橋 1988重慶石板坡長(zhǎng)江大橋復(fù)線橋2006桂林雉山漓江大橋 19844）懸索橋）懸索橋懸索橋(也稱為吊橋)主要由索(又稱纜索)、塔、錨碇、加勁梁等組成 。青馬大橋1997潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋2005日本明石海峽大橋1998美國(guó)金門(mén)大橋19375）斜拉橋）斜拉橋斜拉橋是由梁、塔和斜索(拉索)組成，結(jié)構(gòu)形

8、式多樣，造型優(yōu)美壯觀。在豎向荷載作用下，梁以受彎為主，塔以受壓為主，斜索則承受拉力。 法國(guó)米約高架橋,2004年法國(guó)的諾曼底橋1994南京長(zhǎng)江三橋2005蘇通大橋2008)組合體系橋組合體系橋?qū)⑸鲜鰩追N結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的組合應(yīng)用，即形成組合體系橋梁。常見(jiàn)的組合方式是梁、拱結(jié)構(gòu)的組合，梁、拱、吊組合體系。同時(shí)具備梁的受彎和拱的承壓特點(diǎn)，可以是剛性拱及柔性拉桿，也可以是柔性拱及剛性梁。)組合體系橋組合體系橋3橋梁的其他分類橋梁的其他分類1）按橋梁上部結(jié)構(gòu)的建筑材料分橋梁可分為木橋、石橋、混凝土橋、鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋(有時(shí)三者統(tǒng)稱混凝土橋)、鋼橋等。2）按用途分橋梁可分為公路橋、鐵路橋、公

9、鐵兩用橋、人行橋、給水橋(渡橋)和供油、供氣、供煤氣的管道橋等。3）按跨越障礙分橋梁可分為跨河橋、跨谷橋、跨線橋和高架線路橋等。4）按橋面位置分按上部結(jié)構(gòu)的行車道位置，分為上承式橋、中承式橋、下承式橋和雙層橋。5）按制造方法分混凝土橋分現(xiàn)場(chǎng)澆筑和裝配式兩類。后者的構(gòu)件在工廠(場(chǎng))中預(yù)制，運(yùn)往工地拼裝架設(shè)，其優(yōu)點(diǎn)是：可使橋梁制造工業(yè)化、機(jī)械化，降低成本，提高速度，而且質(zhì)量也有保證。也有兩者結(jié)合的裝配、現(xiàn)澆式混凝土橋。鋼橋一般都是裝配式的。6）其他特殊橋梁有活動(dòng)橋、軍用橋、漫水橋等?；顒?dòng)橋是橋跨結(jié)構(gòu)可以移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以擴(kuò)大或開(kāi)放橋下自由通道的橋梁，多用于河流下游靠近入海的港口處。1）按橋梁上部結(jié)構(gòu)的

10、建筑材料分木橋漳州虎渡橋，石梁橋丹河特大橋，石拱橋無(wú)錫衛(wèi)東橋，雙曲拱橋1）按橋梁上部結(jié)構(gòu)的建筑材料分廈門(mén)鐘宅灣橋，鋼拱橋巫山長(zhǎng)江大橋，鋼管拱昭化嘉陵江大橋，昭化嘉陵江大橋，鋼筋混凝土拱橋重慶長(zhǎng)江大橋，預(yù)應(yīng)力混凝土 1）按橋梁上部結(jié)構(gòu)的建筑材料分南京長(zhǎng)江三橋，鋼箱梁，鋼塔柱九江長(zhǎng)江大橋南京長(zhǎng)江大橋鋼梁施工日本大阪港大橋日本大阪港大橋2）按用途分）按用途分公路橋鐵路橋公鐵兩用橋2）按用途分）按用途分人行橋渡槽（水橋）管橋3）按跨越障礙分）按跨越障礙分立交橋跨河橋跨谷橋跨線橋4）按橋面位置分）按橋面位置分4）按橋面位置分）按橋面位置分雙層橋5）按制造方法分）按制造方法分現(xiàn)場(chǎng)澆筑5）按制造方法分）按制

11、造方法分裝配式梁橋6）其他特殊橋梁）其他特殊橋梁開(kāi)啟橋6）其他特殊橋梁）其他特殊橋梁三、橋梁的建設(shè)與發(fā)展概況三、橋梁的建設(shè)與發(fā)展概況橋梁是道路的組成部分。 從工程技術(shù)的角度來(lái)看，橋梁發(fā)展可分為古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)時(shí)期。20世紀(jì)30年代之后19世紀(jì)之前現(xiàn)代橋梁現(xiàn)代橋梁近代橋梁近代橋梁古代橋梁古代橋梁19世紀(jì)到20世紀(jì)30年代木橋、石橋鋼橋預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁任務(wù)任務(wù)2 橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)程序橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)程序橋梁的規(guī)劃設(shè)計(jì)需考慮的因素很多，涉及工程地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化以及人文環(huán)境，特別是對(duì)于工程比較復(fù)雜的大、中橋梁，是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程。因此必須建立一套嚴(yán)格的管理體制和有序的工作程序。 基本建設(shè)程序

12、分為前期工作和正式設(shè)計(jì)基本建設(shè)程序分為前期工作和正式設(shè)計(jì) 圖1-2-1設(shè)計(jì)階段與建設(shè)程序關(guān)系圖任務(wù)任務(wù)3 橋梁的規(guī)劃與設(shè)計(jì)橋梁的規(guī)劃與設(shè)計(jì)一、橋梁設(shè)計(jì)的基本原則1安全2適用3經(jīng)濟(jì)4美觀5技術(shù)先進(jìn)6環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展二、橋梁布置及凈空要求二、橋梁布置及凈空要求1橋梁平面布置。橋梁設(shè)計(jì)首先要確定橋位，按照公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG B01-2003)的規(guī)定，小橋和涵洞的位置與線形一般應(yīng)符合路線的總走向。 2橋跨和孔徑。橋梁縱斷面設(shè)計(jì)包括確定橋梁的總跨徑、橋梁的分孔、橋面的標(biāo)高、橋上和橋頭引道的縱坡以及基礎(chǔ)的埋置深度等。 二、橋梁布置及凈空要求二、橋梁布置及凈空要求3橋下凈空。合理的橋面標(biāo)高必須根據(jù)

13、設(shè)計(jì)洪水水位、橋下通航(通車)凈空的需要，并結(jié)合橋型、跨徑等一起考慮。 二、橋梁布置及凈空要求二、橋梁布置及凈空要求4橋涵凈空公路橋梁橫斷面的設(shè)計(jì)，主要取決于橋面的寬度和不同橋跨結(jié)構(gòu)橫斷面的形式。橋面寬度取決于行車和行人的交通需要。三、橋梁設(shè)計(jì)方案的比選三、橋梁設(shè)計(jì)方案的比選 作出一個(gè)經(jīng)濟(jì)、適用和美觀的橋梁設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐男枰图夹g(shù)條件，因地制宜，掌握國(guó)內(nèi)外新技術(shù)、新材料、新工藝，才能科學(xué)地得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。橋梁設(shè)計(jì)方案的比選和確定可按下列步驟進(jìn)行：1)明確各種標(biāo)高的要求2)橋梁分孔和初擬橋型方案草圖3)方案初步比選4)詳繪橋型方案圖6)方案選定和文件匯總5)編制估算或概算任務(wù)

14、任務(wù)4 橋梁設(shè)計(jì)荷載橋梁設(shè)計(jì)荷載橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一就是荷載的選定和計(jì)算。根據(jù)它們作用的性質(zhì)和影響程度的不同，將橋梁作用歸納為永永久作用、可變作用和偶然久作用、可變作用和偶然作用三類。一、永久作用一、永久作用永久作用亦稱恒載，它是在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，其作用位置和大小、方向不隨時(shí)間變化或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)。永久作用包括結(jié)構(gòu)物自重、橋面鋪裝和附屬設(shè)備的重量、永久作用包括結(jié)構(gòu)物自重、橋面鋪裝和附屬設(shè)備的重量、作用于結(jié)構(gòu)上的土重及土側(cè)壓力、基礎(chǔ)變位作用、水浮力、作用于結(jié)構(gòu)上的土重及土側(cè)壓力、基礎(chǔ)變位作用、水浮力、長(zhǎng)期作用于結(jié)構(gòu)上的預(yù)應(yīng)力以及混凝土收縮和徐變作用。長(zhǎng)期作用于結(jié)構(gòu)上的預(yù)應(yīng)力以及

15、混凝土收縮和徐變作用。結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝及附屬設(shè)備等附加重力均屬結(jié)構(gòu)重力，結(jié)構(gòu)重力標(biāo)準(zhǔn)值可按常用材料的重度計(jì)算。對(duì)于公路橋梁，結(jié)構(gòu)物的自重往往占全部設(shè)計(jì)荷載的很大部分，例如當(dāng)跨徑為20150m時(shí)，結(jié)構(gòu)自重約占3060以上，跨徑愈大所占比例愈高。因此，采用輕質(zhì)、高強(qiáng)材料來(lái)減小橋梁結(jié)構(gòu)的自重，應(yīng)是橋梁建設(shè)研發(fā)的方向。二、可變作用二、可變作用可變作用是在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，其作用位置和大小、方向隨時(shí)間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。如各種車輛荷載等。橋梁設(shè)計(jì)中考慮的可變作用有汽車荷載和人群荷可變作用有汽車荷載和人群荷載載。同時(shí)，對(duì)于汽車荷載應(yīng)計(jì)及其沖擊力、制動(dòng)力和離心力。對(duì)于所有車輛荷載，尚應(yīng)計(jì)

16、算其所引起的土側(cè)壓力。此外，可變作用還包括支座摩阻力、溫度(均勻溫度和梯度溫度)作用、風(fēng)荷載、流水壓力和冰壓力等。1汽車荷載汽車荷載公路橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，汽車荷載的計(jì)算圖式、荷載等級(jí)及其標(biāo)準(zhǔn)值、加載方法和縱橫向折減等應(yīng)符合下列規(guī)定：1)汽車荷載分為公路-I級(jí)和公路-級(jí)兩個(gè)等級(jí)。2)汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車道荷載，橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺(tái)和擋土墻土壓力等的計(jì)算采用車輛荷載。車輛荷載與車道荷載的作用不得疊加。3)各級(jí)公路橋涵設(shè)計(jì)的汽車荷載等級(jí)應(yīng)符合表中的規(guī)定。4)車道荷載的計(jì)算圖式如圖所示。1汽車荷載汽車荷載5)公路-I級(jí)和公路-

17、汽車荷載采用相同的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值1汽車荷載汽車荷載主要技術(shù)指標(biāo)。車輛荷載的立面、平面布置6)車道荷載橫向分布系數(shù)應(yīng)按設(shè)計(jì)車道數(shù)如圖所示布置車輛荷載進(jìn)行計(jì)算。1汽車荷載汽車荷載7)橋涵設(shè)計(jì)車道數(shù)應(yīng)符合表的規(guī) 定。多車道橋梁上的汽車荷載應(yīng)考慮多車道橫向折減。1汽車荷載汽車荷載8)大跨徑橋梁應(yīng)考慮車道荷載縱向折減。當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑大于150m時(shí)，應(yīng)按表1-4-6規(guī)定的縱向折減系數(shù)進(jìn)行折減。當(dāng)橋梁為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)按其最大計(jì)算跨徑的縱向折減系數(shù)進(jìn)行折減。1汽車荷載汽車荷載2汽車荷載沖擊力汽車荷載沖擊力車輛行駛過(guò)程中，由于橋面不平整、車輪不圓及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等原因，會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)引起振動(dòng)，從而使橋梁結(jié)

18、構(gòu)承受比靜荷載要大的豎向荷載作用，這種動(dòng)力效應(yīng)稱為車輛荷載沖擊力。 3汽車離心力汽車離心力車輛在彎道橋梁上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，曲線半徑越小，離心力越大，當(dāng)彎橋的曲線半徑小于或等于250m時(shí)，應(yīng)計(jì)算汽車荷載引起的離心力。離心力標(biāo)準(zhǔn)值為車輛荷載(不計(jì)沖擊力)標(biāo)準(zhǔn)值乘以離心力系數(shù)C。離心力系數(shù)按下式計(jì)算4汽車引起的土側(cè)壓力汽車引起的土側(cè)壓力汽車荷載作用在橋臺(tái)或擋土墻后填土上，將引起填土的破壞棱體對(duì)橋臺(tái)或擋土墻的土側(cè)壓力，土側(cè)壓力可按下式換算成等代均布土層厚度(m)計(jì)算，公式如下：5人群荷載人群荷載設(shè)計(jì)有人行道的橋梁結(jié)構(gòu)，人群荷載的取值規(guī)定如下：當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑L50m時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3.0kN；當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑L150m時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2.5kN；當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑在50及150m之間時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值可由線性內(nèi)插法求得。6汽車制動(dòng)力汽車制動(dòng)力橋上汽車制動(dòng)力是車輛在剎車時(shí)為克服車輛的慣性力而在路面與車輛之間發(fā)生的滑動(dòng)摩阻力。制動(dòng)力大小與車輛和路面間的摩阻系數(shù)及汽車荷載大小有關(guān)，考慮到剎車常常只出現(xiàn)在一部分車輛上，且制動(dòng)力只有同向行