桥梁的基础知识-2013.ppt

主讲: 张治成 浙江大学交通工程研究所 浙江大学土木工程测试中心 2013.11.04,桥梁工程基础知识,联系方式,E-mail: jszzc@ : 13064705225 : 0571-88208474 :562546008 办公室：浙大紫金港校区安中大楼B幢717,主要内容,第一章 桥梁的组成、分类和结构体系 第二章 桥梁的设计荷载 第三章 混凝土梁桥分类及受力特点 第四章 拱桥的受力特点及分类 第五章 斜拉桥受力特点及分类 第六章 桥梁墩台受力特点及分类,主要参考书,[1] 交通部颁：公路桥涵通用设计规范，人民交通出版社，2004年 [2] 交通部颁：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，人民交通出版社，2004年 [3]中华人民共和国行业标准《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77－98) [4]中华人民共和国行业标准《城市桥梁设计规范》(CJJ11－2011) [5] 邵旭东主编《桥梁工程》（第二版）， 人民交通出版社，2007年 [6] 范立础主编《桥梁工程》（第二版）， 人民交通出版社，2012年,第一章 桥梁的组成、分类和结构体系,1 -1 桥梁的组成,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,常用名词： 桥长L 计算跨径 跨径l 总跨径L1 净跨径L0 建筑高度h 桥下净空H,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,1-2 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,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,上承式,下承式,中承式,3、按桥梁用途来划分城市桥、公路桥、 铁路桥、 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),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钢砼组合结构桥铝合金桥梁,,5、按跨越方式固定式的桥梁开启桥浮桥漫水桥,6、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 成顶推或转体 施工桥梁,7、按结构体系划分梁式桥——主梁受弯拱桥——主拱受压弯刚架桥——构件受弯压缆索承重——缆索受拉组合体系——几种受力的组合,第二章 桥梁的设计荷载,2-1 桥梁荷载分类,根据荷载出现的概率划分 主要作用、次要作用及特殊作用 我国目前的桥梁设计规范划分 永久作用、可变作用、偶然作用 作用的分类表,,车道荷载,（一）汽车活载,城-A级（CJ11-2011）,城-B级,城－Ａ级车道荷载城－B级车道荷载,,,跨径2-２０m,均布荷载和集中荷载的标准值应按桥梁的跨径确定。

城-A级（CJ77-98）,城－Ａ级车道荷载城－B级车道荷载,,,跨径２０m-150m,车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数计算剪力乘增长系数1.25车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数计算剪力乘增长系数1.30公路的车辆荷载,城－Ａ级车辆荷载： 标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重700kN,,城－Ｂ级车辆荷载： 标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重300kN,,注意：车道荷载与车辆荷载的应用范围主体构件（像主梁、主拱肋、缆索、桥墩基础等）设计分析时采用车道荷载；细部结构（像横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力、防撞护栏等）设计分析时、主体结构局部分析（像横向分布系数）采用车辆荷载进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载和车道荷载的作用叠加车道横向折减系数,车道纵向折减系数,① 当桥梁的计算跨径小于或等于50m时，取 3.0千牛/平方米，当桥梁的计算跨径大于150m时，取 2.5千牛/平方米，当桥梁的计算跨径在50m-150m之间时，线性内插计算对跨径不等的连续结构，以最大计算跨为准城市郊区行人密集区一般取上述值得1.15倍专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5千牛/平方米,②人行道板（钢筋混凝土）可以一块板为单元，按标准值4.0千牛/平方米。

③ 计算栏杆时人群作用于栏杆上的水平推力按0.75kN/m考虑，作用于立柱和扶手的竖向力按1.0kN/m来考虑公路桥梁的人群荷载,（二）人群活载,1 标准值97标准： 3.5千牛/平方米新标准： 3.0千牛/平方米 纵向折减L=50米： 3.0千牛/平方米L=150米： 2.5千牛/平方米L=50-150米：线性内插,城市人群荷载,当竖向活载包括冲击力时，将静活载乘以冲击系数冲击系数的一般形式是：,1+μ = 1 +,式中：,L——桥跨长度或（局部）构件的影响线加载长度；,a,b——常数，随结构体系或构件的不同而不同通常的做法是：在桥梁动载试验的基础上提出近似计算公式，把动力问题简化为静力问题来处理引入冲击系数（1+μ）三）汽车冲击力的计算,公路桥梁冲击系数μ可按下式计算：当 时，μ=0.05 当 时， 当 时，μ=0.45,,,城市桥梁的冲击系数,温度的变化可分为（年平均）气温变化和温差两种情况，前者可说明结构在一年中的温度变化，后者则可解释为结构截面上的不同点或不同构件之间的温差。

对静定结构，气温的变化通常只会导致结构的伸长或缩短；在超静定结构中，由于气温的变化引起的变形受到约束，导致结构产生相应的附加力由于日照、骤冷等天气情况引起的温差对静定结构或超静定结构均可能产生附加力气温变化的幅度，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定气温变化值，应自结构合龙时的温度算起四）温度影响力,,表4.3.10-2公路桥梁结构的有效温度标准值（℃）,局部温度场,具体参照《公路桥涵通用设计规范》P35,1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时,（1）基本组合,（2）偶然组合,2-2 桥梁荷载组合,永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：,2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时,（1）作用短期效应组合——桥梁静载试验采用的组合,（2）作用长期效应组合,永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：,永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：,第三章 混凝土梁桥分类及受力特点,,,梁桥定义：指结构在垂直荷载作用下，支座只产生垂直反力而无推力的梁式体系桥的总称混凝土梁桥：凡是采用抗压性能好混凝土和抗拉能力强的钢筋结合在一起所建成的梁式体系桥统称为钢筋混凝土梁桥，简称混凝土梁桥。

预应力度 ：由预加应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩M的比值,,,1-1 混凝土桥梁的分类,（一） 按是否施加预应力,3. 部分预应力桥梁：短期效应荷载组合下正截面容许出现拉应力（ ），又可分为A类和B类A类：拉应力不超过规定的限值，对于受弯构件，短期效应组合为0.7 ,长期效应组合为0B类：拉应力超过超过A类构件规定的限值，但裂缝宽度不得超过规定允许限值1. 整体式梁桥：将桥梁上部结构在桥位上整体现场浇筑或整体预制安装就位，施工工期长，占用支架和模板多，而且施工受季节的影响很大，造价高，只适用于特殊情况2. 节段装配式梁桥：将桥梁上部结构分成若干节段，在桥位上分段现浇或分段预制装配联结而成，采用预制装配而成的梁桥又称装配式梁桥，应用比较广泛二）按施工方法,整体式浇注法——满堂支架施工,杭州湾跨海大桥－整体装配式,北岸70米整体吊装——船吊,节段施工法示意——横向断开,沪闵高架二期工程 ——纵向节段施工法示意,,,,,整体式的板式结构,,,装备式的 板式结构,（三）按横截面形式,1. 板式截面梁桥：实心板、空心板、异形板,,,2. 肋式截面梁桥：,II形、I字形、T形、马蹄形T梁、开口槽形,,,3. 箱形截面梁桥：,单箱单室、单箱多室、多箱单室、多箱多室等。

形式与桥面宽度、墩台构造形式、施工要求等因素有关）,简支梁桥、悬臂梁桥（单悬臂和双悬臂）、连续梁桥、T形刚构桥、连续一刚构桥等五种体系四）按静力体系,简支梁,单悬臂梁,双悬臂梁,连续梁,Ｔ形刚构,连续刚构,连续刚构,连续刚构,,,1-2 各体系梁桥的受力特点,（一）简支梁桥,,,简支梁桥的特点： ① 构造简单，设计计算方便，易设计为各种标准跨径的装备式结构； 在多孔简支梁桥中，相邻桥孔各自单独受力，便于预制、架设，简化施工管理，施工费用低； 静定结构，结构内力不受地基变形的影响，对基础要求较低，能适用于地基较差的桥址上建桥 截面的设计主要受跨中正弯矩的控制，当跨径增大时，跨中恒载和活载弯矩将急剧增加，当恒载弯矩所占的比例相当大时，结构能承受活载的能力就减小，因此钢筋混凝土简支梁桥经济跨径为20米，我国预应力混凝土简支梁的标准跨径在40m以下，世界最大跨径为76米，我国最大为70米跨径大于50米后，安装极为困难 为减少伸缩缝装置，改善行车平整舒适，国内常采用桥面连续的预应力混凝土简支梁桥，现在都采用先简支后连续体系二）悬臂梁桥,力学性能优于简支梁——悬臂根部产生负弯矩，减小了锚跨跨中恒载正弯矩，从而节省材料。

节省材料——不仅钢筋少用了，而且多孔桥中，墩上均只需设置一个支座，减小了桥墩尺寸，也节省了基础工程的材料用量 属于静定结构，墩台的不均匀沉降不会产生附加内力，适用于地基较差的条件 悬臂梁将结构的伸缩缝移至跨内，其变形挠曲线的转折角比简支梁变形挠曲线在支点上的转折角小，对行车的平顺较有利1. 悬臂梁的优点：,,,①对钢筋混凝土悬臂梁，施工极为不便 对钢筋混凝土悬臂梁，因在支点存在负弯矩区段，因此桥面易开裂，影响结构的使用寿命； 对预应力混凝土悬臂梁桥，虽无此患，并可采用节段悬臂施工，但施工时支点必须采用临时固定措施，而且悬臂与挂梁间的牛腿、伸缩缝构造比较复杂； 在使用时，行车容易跳车，伸缩缝易破坏实际中悬臂梁桥不太采用,国内最大跨径的钢砼悬臂梁桥为55m，国外在70~80m以下， 世界上最大跨径预应力砼悬臂梁桥为150m，一般亦在l00m以下2. 悬臂梁的缺点：,（三）连续梁桥,受力图式与带挂梁的单悬臂梁桥一致,1. 连续梁的特点：,,,恒载、活载均有卸载弯矩——由于支点负弯矩的卸载作用，连续梁在恒载和活载作用下跨中正弯矩都有显著减小，恒载弯矩与同跨悬臂梁相差不大，活载弯矩分布要比悬臂梁合理； 行车条件好——连续梁的突出优点是结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车； 超静定体系对地基要求高——连续梁是超静定结构，基础不均匀沉降将在结构中产生附加内力，因此，对桥梁基础要求较高，通常宜用于地基较好的场合。

设计计算比较复杂——箱梁截面局部温差，混凝土收缩、徐变及预加应力均会在结构中产生附加内力，增加了设计计算的复杂性,,,连续梁可设置双壁墩（每墩上都设有支座），来削减支点的负弯矩尖峰；连续梁每联跨数需进行优化考虑——需要考虑到温度、收缩、徐变等不利影响及伸缩缝的伸长量（梁体的连续长度已达1000 m以上，如杭州钱塘江二桥公路桥为18孔一联预应力混凝土连续梁桥，跨径布置为45m+65m+14× 80m+65m+45m，连续长度为1340m） ；钢筋砼的连续梁用得较少，预应力砼连续梁应用较多，因为能应用悬臂施工法、顶推法、逐跨施工法等施工方法 在活载较大的铁路桥及恒载弯矩占总弯矩比例不大的小跨径桥梁不太采用采用连续梁桥——因预应力筋节省有限，但施工较简支梁复杂，经济效益差，因此较少采用。