路橋工程概論10

1、道路與橋梁工程概論南通大學(xué)建筑工程學(xué)院第三篇 橋梁工程第二章 橋梁的基本組成和分類 第一節(jié) 橋梁的基本組成部分一、橋梁的基本組成部分 1、橋跨結(jié)構(gòu) 橋跨結(jié)構(gòu)又稱橋孔結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)，是在線路中跨越障礙物的結(jié)構(gòu)物，也是主要的承重結(jié)構(gòu)。 2、橋墩、橋臺(tái) 橋墩、橋臺(tái)又稱下部結(jié)構(gòu)，是支承上部結(jié)構(gòu)并將荷載傳遞給地基的建筑物。橋臺(tái)是設(shè)置在兩側(cè)，而橋墩設(shè)置在橋臺(tái)的中間。 3、墩、臺(tái)基礎(chǔ) 墩、臺(tái)基礎(chǔ)是保證橋墩、橋臺(tái)的安全，埋置在土層之中，使橋上全部荷載傳遞給地基的結(jié)構(gòu)物。 橋 臺(tái)洪 水 位路 堤通 航 水 位低 水 位橋 跨 結(jié) 構(gòu)支 座橋 墩基 礎(chǔ)錐 體護(hù) 坡1圖 1 - 2 - 1 橋 梁 的 基 本 組

2、成二、橋梁布置的主要尺寸（一）梁式橋 1、凈跨徑（0） 凈跨徑是設(shè)計(jì)洪水位線或通航水位線上相鄰兩墩、臺(tái)之間的水平距離。 2、總跨徑（0） 總跨徑也稱橋梁孔徑，是各孔凈跨徑的總和，他反映了橋梁的排泄洪水的能力 3、計(jì)算跨徑（） 計(jì)算跨徑是橋跨結(jié)構(gòu)兩支點(diǎn)之間的距離。因而橋跨結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算是以計(jì)算跨徑為準(zhǔn)。 4、橋梁全長(zhǎng)（L） 橋梁全長(zhǎng)也稱橋長(zhǎng)，是橋梁兩橋臺(tái)側(cè)墻或八字尾端間的距離；當(dāng)無(wú)橋臺(tái)時(shí)，橋梁全長(zhǎng)為橋面系行車道的長(zhǎng)度。 5、橋梁總長(zhǎng)（L1） 橋梁總長(zhǎng)是橋梁兩橋臺(tái)臺(tái)背前緣間的距離。 6、橋梁高度（H1） 橋梁高度也稱橋高，是橋面至枯水位的距離。 7、橋下凈空高度（H） 橋下凈空高度是設(shè)計(jì)洪水位或通

3、航水位至橋跨結(jié)構(gòu)最下緣的距離。橋下凈空高度值不得小于因排洪所需要的，以及對(duì)該河流通航所規(guī)定的凈空高度。 8、建筑高度（h） 建筑高度是橋面（或軌頂）對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)最低邊緣的差值。圖圖1.2.1 1.2.1 橋梁的基本組成橋梁的基本組成（二）拱橋 1、橋跨結(jié)構(gòu) 橋跨結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)是由主拱圈（或主拱肋）、拱上建筑所組成。 2、凈矢高（f0） 凈矢高是拱頂截面拱腹至相鄰兩拱腳截面下緣連線的垂直距離。 3、計(jì)算矢高（f） 計(jì)算矢高是拱頂截面拱軸線至相鄰兩拱腳截面軸線連線的垂直距離。 4、拱上建筑 拱上建筑是在行車道系與主拱之間傳遞荷載的構(gòu)件或填充物。拱上建筑可分為實(shí)腹式和空腹式兩種。圖圖1.2.6 1.2

4、.6 拱橋的基本組成拱橋的基本組成 第二節(jié) 橋梁的主要類型一、橋梁的分類（一）按用途分 橋梁按用途可分為：公路橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、農(nóng)橋、運(yùn)水橋（或渡槽）、其他專用橋等。（二）按跨徑分 橋梁按跨徑可分為：特大、大、中、小橋。 當(dāng) 8mL30m 或5m20m 時(shí)， 稱為小橋； 當(dāng) 30mL100m 或20m40m 時(shí)，稱為中橋； 當(dāng) L100m 或40m 時(shí)，稱為大橋； 當(dāng) L500m 或100m 時(shí)，稱為特大橋。（三）按主要承重結(jié)構(gòu)所用材料分 橋梁按主要承重結(jié)構(gòu)所用材料可分為：木橋、鋼橋、圬工橋、鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋等。（四）按結(jié)構(gòu)體系分 橋梁按結(jié)構(gòu)體系可分為：梁式橋、拱式橋、剛架橋

5、、懸索橋、斜拉橋以及各種組合式橋等。（五）按上部結(jié)構(gòu)的行車道位置分 橋梁按上部結(jié)構(gòu)的行車道位置可分為：上承式、中承式和下承式等。（六）按跨越障礙物的性質(zhì)分 橋梁按跨越障礙物的性質(zhì)可分為：跨河橋、跨線橋、跨越深谷橋、高架橋、棧橋等。（七）其他種類 橋梁的其他種類除固定式橋外，還有開(kāi)啟橋、浮橋、漫水橋等。圖圖1.2.7 (a) 梁式橋梁式橋二、橋梁的結(jié)構(gòu)體系（一）梁式體系 梁式體系是一種在豎向荷載作用下無(wú)水平推力的結(jié)構(gòu)。由于梁橋恒載和活載的作用方向與承重結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直，因而梁內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大，通常需要用抗彎性能強(qiáng)的材料（如鋼、木、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等）來(lái)建造。 梁式橋主要有：簡(jiǎn)支梁橋和連

6、續(xù)梁橋。（二）拱式體系 1、拱橋的演變過(guò)程 2、拱橋的分類 （1）按主拱圈（肋）所用的材料分 磚 鋼筋 鋼 勁性 鋼桁架 鋼管圬工拱橋 石 ，混凝土， ，骨架混凝土 ， 混凝土 混凝土塊 拱橋 拱 拱橋 鋼管混凝土 拱橋 （2）按拱上建筑的形式分 可分為：實(shí)腹式拱橋和空腹式拱橋。 （3）按橋面所處的位置分 可分為：上承式、中承式和下承式拱橋。 （4）按有無(wú)推力分 可分為：有推力拱橋和無(wú)推力拱橋。圖圖1.2.7(b) 梁式橋梁式橋拱橋拱橋圖1-2-2 拱式橋a )b )h （5）針對(duì)鋼筋混凝土拱橋來(lái)說(shuō)，又可按結(jié)構(gòu)體系分和按主拱圈（肋）分 1）按結(jié)構(gòu)體系分 簡(jiǎn)單體系拱橋 簡(jiǎn)單體系拱橋上的全部荷載均

7、由主拱圈（肋）單獨(dú)承擔(dān)，而水平推力直接由墩臺(tái)或基礎(chǔ)承擔(dān)。 單鉸拱 兩鉸拱 三鉸拱 無(wú)鉸拱 組合體系拱 組合體系拱是將主要承受壓力的拱肋和行車道梁組合而成共同承受上部荷載，這樣可以充分發(fā)揮拱肋和行車道梁的共同作用，達(dá)到節(jié)省材料的目的。 組成 分類 a 無(wú)推力組合拱 一種：柔性系桿剛性拱 在剛度比E肋I肋/E系I系80時(shí)，可以認(rèn)為所有的彎矩均由拱肋承擔(dān)，而系桿只承受軸向力。 二種：剛性系桿柔性拱 在剛度比E肋I肋/E系I系1/80時(shí)，可以認(rèn)為系桿不僅要承受拉力，而且還要承受彎矩；對(duì)于拱肋只承受軸向力，而不承受彎矩。 三種：剛性系桿剛性拱 在剛度比E肋I肋/E系I系=1/8080時(shí)，可以認(rèn)為系桿和拱

8、肋共同承受縱向力和彎矩。 b 有推力組合拱 一種：剛性梁柔性拱 二種：剛性梁柔性拱 2）按主拱截面形式分 板拱橋 主拱圈的橫截面是矩形實(shí)體截面的拱橋。 肋拱橋 在板拱橋的基礎(chǔ)上，將板拱橋的主拱圈劃分成兩條或多條肋形成分離的、高度較大的拱肋，而肋與肋之間用橫梁連接的拱橋。 雙曲拱 主拱圈的橫截面是由一個(gè)或幾個(gè)橫向小拱所組成，由于主拱圈在縱向和橫向均呈曲線，因而稱之為雙曲拱橋。 箱形拱 將實(shí)心的板拱橋截面挖成空心的箱形截面，稱為箱形拱橋。（三）鋼筋混凝土剛架橋 橋跨結(jié)構(gòu)（主梁）和墩臺(tái)（立柱）整體相連的橋梁。由于主梁與立柱之間是剛性連接，在豎向荷載的作用下，在主梁端部產(chǎn)生負(fù)彎矩，這樣就可以減少跨中的

9、正彎矩，跨中截面尺寸也就隨之減少。而立柱除要承受壓力外，還要承受彎矩，在柱腳處還要承受水平推力。 1、剛架橋的類型 直柱式（門式剛架、直腿剛架） 單跨剛架橋 斜柱式（斜腿剛架）剛架橋類型 連續(xù)式 多跨剛架橋 非連續(xù)式（T型剛架） 2、剛架橋的構(gòu)造特點(diǎn) 1）橋面構(gòu)造 橋面構(gòu)造與梁式橋相同。 2）主梁的截面形式 主梁的截面形式與梁式橋相同。但主梁的縱截面可以是等截面、等高度和變高度等三種截面形式；而變高度截面形式的主梁底緣形式可以是曲線形、折線形和曲線加直線形等。 3）立柱 立柱的形式有薄壁式和立柱式（單柱和多柱）兩種；而立柱的橫截面可以是實(shí)體矩形、I字形、箱形等。 4）節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造 剛架橋的節(jié)點(diǎn)是

10、指立柱與主梁相連接的地方，又稱角偶節(jié)點(diǎn)。 3、剛架橋的主要尺寸 剛架橋的主要尺寸是主梁的跨度和高度、立柱的高度和厚度，以及橋面的橫向?qū)挾?。（四）吊?1、概述 由受拉的懸索作為承重結(jié)構(gòu)的橋梁，稱為吊橋。吊橋可分為懸索橋和牽索橋兩種。 牽索橋是由纜索組成的幾何不變的牽索桁架作為承重結(jié)構(gòu)。 懸索橋是由懸索、橋塔、吊桿、加勁梁或橋面系、錨碇五部分所組成。 2、主要體系 （1）柔性吊橋 柔形吊橋是沒(méi)有加勁梁的。 （2）剛性吊橋 1）單鏈吊橋 單鏈吊橋是指在一個(gè)吊桿平面內(nèi)只設(shè)一根懸索。這種形式在半跨有活載作用下會(huì)產(chǎn)生S形變形。 2）雙鏈吊橋 雙鏈吊橋是指在一個(gè)吊桿平面內(nèi)設(shè)有兩根懸索。下鏈的形式是根據(jù)橋面

11、半跨有活載時(shí)，用來(lái)適應(yīng)該荷載的力多邊形來(lái)定出的。圖圖1.2.11 1.2.11 吊橋吊橋 3、結(jié)構(gòu)布置 （1）懸索的橫向布置 （2）吊桿的布置 吊桿的布置形式一般有豎向布置和斜向布置兩種。 （3）錨固的形式 錨固的形式主要有：外錨式和自錨式兩種。 外錨式是把錨固梁或錨固支架放在吊橋結(jié)構(gòu)外的山體或者龐大的橋臺(tái)中。 自錨式是把錨索在加勁梁的端部聯(lián)結(jié)，錨索的水平分力傳遞給加勁梁，而垂直分力則通過(guò)連桿支座傳遞給橋臺(tái)。 4、構(gòu)造特點(diǎn)及施工 （1）懸索 懸索是由若干通長(zhǎng)的鋼絲繩或平行鋼絲索組成。 鋼絲繩：目前我國(guó)常用的是直徑2.8mm4.0mm的高強(qiáng)鋼絲分層左旋或右旋絞合而成。鋼絞線鋼絲繩常用719、73

12、7、761的鋼絞線組成。 平行鋼絲索的架設(shè)方法可采用空中架線法和工廠預(yù)制法兩種?？罩屑芫€法是以卷在卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒上的長(zhǎng)的單根鋼絲為原料，用一個(gè)移動(dòng)的紡輪在已架好的輔助纜索上來(lái)回移動(dòng)架設(shè)形成股，再將這種繩股按19股、37股、61股配置成六角形并捆緊而形成圓形鋼纜。 （2）索夾 懸索橋的懸索和吊桿的連接，一般采用鋼性索夾把懸索箍緊，使懸索在受拉時(shí)產(chǎn)生的收縮變形不致滑動(dòng)，而索夾的下端伸出鑄鐵吊環(huán)，通過(guò)銷栓把吊桿與吊耳相連。 索夾的形式有六邊形和圓形兩種。六邊形索夾常用于中、小跨徑吊橋，由于鋼索的數(shù)目不多，鋼索常排列成六邊形截面，與之相適應(yīng)，索夾也采用六邊形；而大跨徑吊橋中，由于懸索常采用圓形截面的平行鋼

13、絲索，因此索夾也采用圓形。 （3）橋塔 橋塔是用于支撐懸索，承受由懸索傳來(lái)的水平分力和垂直分力。對(duì)于橋塔的形式，由于懸索的布置多采用兩個(gè)平面，因此必須設(shè)置兩根立柱來(lái)支撐兩根或四根懸索，為了使整個(gè)橋塔在橫向成為能承受懸索和橋面系上全部橫向風(fēng)荷載的剛性結(jié)構(gòu)，往往在橋塔頂和橋面上設(shè)置強(qiáng)大的橫系梁，連接兩根立柱而形成框架。 （4）加勁梁 加勁梁可以是：鋼板梁、鋼桁梁和鋼箱梁。 加勁梁的力學(xué)體系有：簡(jiǎn)支體系和連續(xù)體系。 簡(jiǎn)支加勁梁在橋塔處的內(nèi)力最小，在梁端的角變量、伸縮量和撓度（包括豎向和橫向撓度）均較大；而連續(xù)加勁梁在橋塔處的內(nèi)力最大，對(duì)于一般公路吊橋是可以滿足行車要求的，但對(duì)于鐵路吊橋難于滿足要求，

14、因此公路吊橋的加勁梁多采用簡(jiǎn)支體系，公鐵兩用吊橋都采用連續(xù)加勁梁。（五）斜拉橋 斜拉橋又稱斜張橋，是一種橋面體系受壓，支承體系受拉的組合橋梁。其橋面體系是由加勁梁構(gòu)成，而支承體系是由鋼索組成。 斜拉橋的特點(diǎn)： 1）斜拉橋主梁上的荷載是通過(guò)錨固點(diǎn)直接傳遞給斜拉索的，而懸索橋則是通過(guò)吊桿傳遞給柔性承重索的，因此兩者的結(jié)構(gòu)剛度有較大的區(qū)別。 2）懸索橋的承重索是錨固在橋臺(tái)或后臺(tái)專設(shè)的錨碇上，其主梁是不承受軸力的；在斜拉橋中，主梁是要承受巨大的軸向力，形成偏心受壓構(gòu)件。 3）斜拉橋是可以進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，也可以改變橋梁的剛度。在健康檢查中，如發(fā)現(xiàn)斜拉索失效，則可以更換；而懸索橋則無(wú)法辦到。 1、斜拉橋的主

15、要結(jié)構(gòu)構(gòu)造與形式 斜拉橋的主要是由：主梁、索塔和拉索組成的。 （1）拉索的布置與類型 拉索的縱向布置 拉索的縱向布置常用的有：輻射形、豎琴形、扇形和星形等四種。 拉索的橫向布置 拉索的橫向布置有：?jiǎn)嗡髅婧碗p索面兩種。 拉索的分類 根據(jù)拉索與主梁的相對(duì)剛度關(guān)系，拉索可分為：柔性拉索和剛性拉索兩大類。 柔性拉索可采用高強(qiáng)度鋼材，其抗彎剛度一般比主梁小。剛性拉索是在拉索外包上預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)。 斜拉索的傾角 斜拉索的傾角應(yīng)從塔高與梁跨的比值、拉索的合理布置等方面綜合考慮。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)拉索的縱向布置是按豎琴形布置時(shí)，其傾角為26 38 ；當(dāng)拉索的縱向布置是按輻射形布置時(shí)，其傾角為2130 ，以25

16、左右居多。 拉索與索塔之間的關(guān)系 一種 塔上設(shè)置索鞍，拉索不間斷地跨越索鞍。 二種 拉索錨固于索塔 （2）主梁的結(jié)構(gòu)與類型 1）主梁的類型 按主梁的材料有：鋼主梁、混凝土主梁、鋼與混凝土的結(jié)合梁、鋼梁與混凝土梁的混合式主梁等。 按主梁的力學(xué)體系有：連續(xù)梁、單懸臂梁、T形剛構(gòu)、連續(xù)剛構(gòu)等。 連續(xù)梁 這種構(gòu)造往往在墩臺(tái)支承處設(shè)置活動(dòng)支座，以便使溫度變形均勻，而水平變形由拉索予以約束。 單懸臂梁 T形剛構(gòu) T形剛構(gòu)在梁根部與墩、塔連成整體，形成十字固結(jié)，在此處要抵抗很大的負(fù)彎矩。 連續(xù)剛構(gòu) 在多跨橋梁中，為了減少變形縫而不需設(shè)置掛梁，這樣就形成了連續(xù)剛構(gòu)。 2）主梁的截面形式 主梁的截面形式有：工字

17、形、矩形或倒梯形的箱形。 橋面板的形式有：正交異性鋼橋面板和鋼筋混凝土橋面板。 （3）索塔的結(jié)構(gòu)與類型 斜拉橋的索塔是通過(guò)拉索將梁體彈性支承，并以承受壓彎為主的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)。 塔高 當(dāng)為單塔時(shí)，塔高H=（1/31/4）L主跨 當(dāng)為雙塔時(shí)，塔高H=（1/41/6）L中跨 索塔的布置形式 索塔的材料 索塔的材料有：鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼等。 索塔、主梁和墩臺(tái)相互之間的連接形式 索塔、主梁和墩臺(tái)相互之間的連接形式有：全固結(jié)型（剛構(gòu)體系）、塔墩固結(jié)型（飄浮體系）、塔梁固結(jié)型（支承體系）。 2、懸臂梁橋、多跨剛架橋與斜拉橋的異同 （1）用懸臂施工法施工預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋和剛架橋的制約因素 由于跨度的增大使懸臂梁的剛度增大的同時(shí)，梁的自重彎矩也大大增大； 長(zhǎng)懸臂施工時(shí)，使懸臂箱梁下翼緣的壓應(yīng)力迅速增大； 由于主跨懸臂增大，使懸臂梁中的預(yù)應(yīng)力鋼束成倍增加。 （2）懸臂施工橋梁中的預(yù)應(yīng)力鋼束與斜拉橋中的斜拉索在受力性能上有所不同 斜拉橋中的拉索比懸臂施工橋梁中的預(yù)應(yīng)力鋼束要大； 斜拉索的疲勞強(qiáng)度； 斜拉索的防護(hù)； 風(fēng)振引起斜拉索疲勞失效 最為根本的不同在于 一方面：對(duì)于懸臂梁橋中預(yù)應(yīng)力鋼束的豎向分力僅起到改善梁的抗剪作用，而對(duì)于斜拉橋斜拉索拉力的豎向分力能給梁提供豎向彈性支撐