1、城市城市桥梁工程桥梁工程 第一篇第一篇 总则总则 第二章 桥梁的基本组成和分类1.桥梁的组成部分和各部分的作用（五个大部件，五个小部件）上部结构(桥跨结构)支座系统桥墩桥台墩台基础五个“大部件”，主要受力部件桥梁的组成：桥面铺装排水防水系统栏杆伸缩缝灯光照明五个“小部件”，总称桥面构造城市桥梁工程桥梁概貌桥梁概貌上部结构superstructure：（承重结构和桥面系）：承受车辆荷载，并通过支座将荷载传给墩台。支座bearing（固定或活动）：支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，并保证上部结构在荷载、温度变化或其他因素作用下所预计的位移功能。下部结构 substructure：包括桥墩（连接相
2、邻桥跨）、桥台（修建在桥梁两端连接路堤与桥跨）：支承上部结构，并将结构重力和车辆荷载传给基础，桥台还要抵御路堤的土压力、墩台基础：将桥墩（台）传来的荷载分布到地基（土壤或岩石）中。附属结构（桥头路堤锥形护坡、护岸等）：防止路堤填土坍塌，并抵御水流的冲刷。城市桥梁工程桥面铺装排水防水系统伸缩缝人行道、栏杆及防撞护栏灯光照明 城市桥梁工程净跨径(clear span)：n对于梁式桥，是指设计水位线上相邻两个桥墩(或桥台)之间的水平净距；n对于拱式桥，是指每孔拱跨拱脚截面内边缘（起拱线处）之间的距离；用l0表示，是反映通航标准的指标。p 总跨径：各孔净跨径之和，用l0表示，是反映桥梁宣泄洪水能力的指
3、标。城市桥梁工程计算跨径(computed span)：n对于梁式桥，是指桥跨两端相邻支座中心之间的距离；n对于拱式桥，是指拱轴线两端点之间的距离；n通常用l表示，桥梁结构的力学计算以此为准。标准跨径(standard span)：n对于梁式桥，是指两相邻桥墩中线间的距离，或桥墩中线与桥台台背前缘间的距离；n对于拱式桥，是指其净跨径。n通常用lk表示。城市桥梁工程桥梁全长桥梁全长：简称桥长n用L表示，是衡量桥梁大小的最简单的技术指标。n一般指桥梁两端桥台的侧墙或八字墙尾端点之间的距离。n无桥台时，桥梁全长为桥跨结构的行车道板全长距离。梁式桥的多孔跨径总长为多孔标准跨径的总长，用L1表示。桥台洪
4、水位路堤通航水位低水位桥跨结构支座桥墩基础锥体护坡1图1-2-1 桥梁的基本组成城市桥梁工程桥下净空高度H：是指设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构下边缘之间的距离。该距离应满足安全排洪及通航的要求。桥梁建筑高度h：是指桥上行车路面与桥跨结构下边缘之间的高差。n通常桥梁建筑高度应小于其容许建筑高度，即桥面标高与通航净空顶部标高之差。桥梁高度H1：是指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。n它在某种意义上体现了桥梁施工的难易程度。城市桥梁工程2.桥梁的分类1.按跨径大小特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞等2.按用途公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、农桥、管线桥、运水桥或渡槽桥等
5、3.按建筑材料圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、钢混组合桥、木桥等4.按桥面的位置上承式、下承式、中承式5.按桥梁的平面形状直桥，斜桥、弯桥6.按预计使用时间永久性桥，临时性桥7.按跨越障碍的性质跨河桥、跨海桥、跨线桥、立交桥和高架桥8.按照桥梁的可移动性固定桥、活动桥，活动桥包括开启桥、升降桥、旋转桥和浮桥9.按结构体系梁桥、拱桥、悬索桥、组合体系等城市桥梁工程桥梁的结构体系分类(6种）梁式梁式桥桥刚构桥刚构桥组合组合体系桥体系桥拱式拱式桥桥悬索桥悬索桥斜拉桥斜拉桥城市桥梁工程（1）梁式桥（受弯为主）受力特点：在竖向荷载作用下，主梁截面只承受弯矩，墩台只承受竖向力。建筑材料：钢，钢
6、筋混凝土（25以内），预应力混凝土（不超过50）记录：1917加拿大魁北克公铁两用悬臂钢桁架桥，主跨548.8m承重结构：主梁 梁式桥的主要承重结构是以受弯为主的梁，是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，通常需用抗弯、抗拉能力强的材料来建造。城市桥梁工程（2）拱式桥（受压为主）承重结构：主拱受力特点：在竖向荷载作用下，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力，这种水平反力将大大抵消在拱圈(或拱肋)内由荷载所引起的弯矩。主拱主要承受压力，墩台承受竖向力+水平推力。建筑材料：圬工，钢筋混凝土，钢优点：跨越能力大（500以内），外形美观，圬工拱桥比较经济缺点：对地基要求较高（系杆拱桥除外），施工较梁桥
7、困难。记录：2009年建成通车的重庆朝天门长江大桥（552m）城市桥梁工程 1 1桥梁总体规划原则和基本设计资料桥梁总体规划原则和基本设计资料第二章第二章 桥梁的总体规划和设计程序桥梁的总体规划和设计程序桥梁设计基本原则桥梁设计基本原则“安全、适用、经济、美观安全、适用、经济、美观”-老八字方针老八字方针“技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理”-新新桥规桥规1.0.1小桥桥服从路，大桥路服从桥小桥桥服从路，大桥路服从桥(服从路线总方向服从路线总方向)同时还应按照外形美观和有利环保的原则进行设计，并考虑因地制宜同时还应按照外形美观和有利环保的原则进行设计，
8、并考虑因地制宜（地质、地质、地形、水文、航运、气候等条件地形、水文、航运、气候等条件）、）、就地取材、便于施工和养护等因素。就地取材、便于施工和养护等因素。城市桥梁工程城市桥梁工程2.2.桥梁的设计桥梁的设计1)1)桥梁的平面设计桥梁的平面设计l 河道顺直稳定、河床地质良好、河槽宽阔。河道顺直稳定、河床地质良好、河槽宽阔。l 泄洪要求，与洪水主流流向正交。当斜交不能避免时，斜泄洪要求，与洪水主流流向正交。当斜交不能避免时，斜交角不宜大于交角不宜大于5；当斜交角大于；当斜交角大于5 时，宜增加通航孔跨径。时，宜增加通航孔跨径。对于一般小桥，允许修建斜交桥，但斜交角通常不宜大于对于一般小桥，允许修
9、建斜交桥，但斜交角通常不宜大于45。l 与路线布设相协调，各项技术指标与路线布设相协调，各项技术指标桥梁的平曲线半径、桥梁的平曲线半径、平曲线超高和加宽、缓和曲线、变速车道设置等，均应满足相平曲线超高和加宽、缓和曲线、变速车道设置等，均应满足相应应 等级线路布设的规定。等级线路布设的规定。城市桥梁工程城市桥梁工程确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥梁的高度、基础埋置深确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥梁的高度、基础埋置深度、桥面标高和桥头引道的纵坡。度、桥面标高和桥头引道的纵坡。2)2)桥梁的纵断面设计桥梁的纵断面设计设计洪水位设计洪水位最高流冰水位最高流冰水位设计通航水位设计通航水位通航净空通航净
10、空HM hBMb0.250.50.50.75梁桥纵断面设计（尺寸单位梁桥纵断面设计（尺寸单位(m)2.2.桥梁的设计桥梁的设计城市桥梁工程城市桥梁工程3)3)桥梁的横断面设计桥梁的横断面设计l决定桥面宽度和决定桥面宽度和桥跨结构横截面的布置桥跨结构横截面的布置l桥面上排水需要：设置从桥面中央倾向两侧桥面上排水需要：设置从桥面中央倾向两侧1.5%3.0%的横坡；人行道设置向行车道倾斜的横坡；人行道设置向行车道倾斜1%的横坡。的横坡。l桥面宽度取决于行车和行人的交通需求桥面宽度取决于行车和行人的交通需求l车道净宽标准与设计行车速度有关车道净宽标准与设计行车速度有关 1.0m，防裂，防裂，d=610
11、mm，下密上稀，下密上稀梁肋钢筋梁肋钢筋钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥梁内各种钢筋的作用：梁内各种钢筋的作用：纵向主钢筋：抵抗拉力，设置在梁肋的下缘。斜钢筋：增强梁体的抗剪强度。当无主钢筋弯起时，尚需配置专门的焊于主筋和架立筋上的斜钢筋。分布钢筋：为了防止腹板侧面因混凝土收缩等原因而导致开裂。箍筋：增强梁体的抗剪强度。架立钢筋：布置在梁肋的上缘，主要起固定箍筋和斜筋并使梁内钢筋形成立体或平面骨架的作用。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥4.34.3、装配式预应力混凝土简支梁桥、装配式预应力混凝土简支梁桥 预应力混凝土简支梁桥的横截面类型有
12、预应力混凝土简支梁桥的横截面类型有T形形、IIII形、形、I I形。有形。有时为了提高单梁的抗扭刚度并减小混凝土截面，也采用箱形。时为了提高单梁的抗扭刚度并减小混凝土截面，也采用箱形。当桥梁跨径当桥梁跨径大于大于20m时，特别是时，特别是30m以上以上时采用预应力混时采用预应力混凝土结构更合理。凝土结构更合理。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥主梁梁肋：主梁梁肋：下部通常加宽做成马蹄形下部通常加宽做成马蹄形（以便钢丝束的布置和满足以便钢丝束的布置和满足承受很大预压力的需要。承受很大预压力的需要。）支点附近马蹄逐渐抬高、腹板加厚至马蹄同宽支点附近马蹄逐渐抬高、腹板加厚至
13、马蹄同宽（为为了配合钢丝束的起弯，在梁端能布置钢丝束锚头和安放张拉千斤顶），了配合钢丝束的起弯，在梁端能布置钢丝束锚头和安放张拉千斤顶），钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥3 3）配筋特点）配筋特点 纵向预应力筋布置纵向预应力筋布置na全部主筋直线形布置全部主筋直线形布置：构造最：构造最简单，仅适用于先张法施工的小简单，仅适用于先张法施工的小跨度梁。跨度梁。nb主筋在梁的中间截面处截断主筋在梁的中间截面处截断：长度较大的后张法梁。长度较大的后张法梁。nc主筋全部弯至梁端锚固主筋全部弯至梁端锚固：用于：用于预应力筋数量不太多，能全部在预应力筋数量不太多，能全部在梁端锚固
14、的情况。梁端锚固的情况。nd部分主筋弯出梁顶锚固部分主筋弯出梁顶锚固：对于对于钢束根数较多，或者当梁高受限钢束根数较多，或者当梁高受限制的情况。制的情况。ne预应力混凝土串联梁预应力混凝土串联梁：梁顶附梁顶附近的直线形预应力筋可防止在安近的直线形预应力筋可防止在安装过程中梁顶出现拉应力。装过程中梁顶出现拉应力。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥第五章第五章 简支梁桥的计算简支梁桥的计算钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥第二节第二节 行车道板的计算行车道板的计算1 1、行车道板的类型、行车道板的类型行车道板（桥面板）：直接承受车辆轮压的承重结构，通常与主梁的梁肋和横隔梁（或板）整体相连.作用：将车辆活载
15、传给主梁，主梁截面的组成部分，并保证了主梁的整体作用。一般采用钢筋混凝土或预应力混凝土板（跨度较大）钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥行车道板是周边支承的板行车道板是周边支承的板la/lb（板的长边与短边之比）板的长边与短边之比）根据弹性薄板理论，四边简支的板，当根据弹性薄板理论，四边简支的板，当l la a/l/lb b接近接近2 2时，荷载绝大部分时，荷载绝大部分沿板的短跨方向传递，沿长跨方向传递的荷载将不足沿板的短跨方向传递，沿长跨方向传递的荷载将不足6 6。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥单向板：单向板：l la a/l/lb b 2 2，视作单由短跨承受荷载的单向受力板来设计，视作单由短跨
16、承受荷载的单向受力板来设计，长跨方向只适当配置一些分布钢筋长跨方向只适当配置一些分布钢筋双向板：双向板：l la a/l/lb b 2 2，真正按周边支承板来设计，真正按周边支承板来设计，需按两个方向的内力分别配置相互垂直的受力钢筋。需按两个方向的内力分别配置相互垂直的受力钢筋。用钢量较大，构造也较复杂，宜尽量少用用钢量较大，构造也较复杂，宜尽量少用 单向板单向板 悬臂板悬臂板 铰接悬臂板铰接悬臂板 行车道板的类型行车道板的类型类型类型构造特征构造特征适用情况适用情况单向板单向板长宽比长宽比 2 2的周边支承板的周边支承板整体现浇的整体现浇的T T梁桥，梁桥，翼缘板采用刚性接头联结翼缘板采用刚
17、性接头联结的装配式的装配式T T形梁桥。形梁桥。已很少使用已很少使用双向板双向板长宽比长宽比2的周边支承板的周边支承板悬臂板悬臂板三边支承，另一边自由的三边支承，另一边自由的板板边梁外侧的翼缘板，边梁外侧的翼缘板，翼缘板仅仅依靠钢板连接翼缘板仅仅依靠钢板连接的装配式的装配式T T形梁桥。形梁桥。铰接悬臂板铰接悬臂板三边支承，另一边与相邻三边支承，另一边与相邻板铰接的板板铰接的板翼缘板采用企口式铰接接翼缘板采用企口式铰接接头联结的装配式头联结的装配式T T形梁桥。形梁桥。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥2 2、车轮荷载在板上的分布车轮荷载在板上的分布 车轮与桥面的接触面实际上接近于椭圆，荷载还要通
18、过铺装层车轮与桥面的接触面实际上接近于椭圆，荷载还要通过铺装层扩散分布，车轮压力在桥面板上的实际分布形状是很复杂的。扩散分布，车轮压力在桥面板上的实际分布形状是很复杂的。通常近似地把通常近似地把车轮与桥面的接触面看作是车轮与桥面的接触面看作是a2b2的矩形面积。的矩形面积。(查查JTG D60-2004)荷载在铺装层荷载在铺装层(厚厚H)内的扩散，可以偏安全地假定内的扩散，可以偏安全地假定呈呈45 角扩散角扩散.因此，作用于混凝土桥面板因此，作用于混凝土桥面板顶面的矩形荷载压力面的边顶面的矩形荷载压力面的边长为：长为：平行于行车方向：平行于行车方向：a1=a2+2H；垂直于行车方向：垂直于行车
19、方向：b1=b2+2H。h为铺装层的厚度。为铺装层的厚度。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥3 3、桥面板的有效工作宽度、桥面板的有效工作宽度（荷载有效分布宽度）（荷载有效分布宽度）1)1)单向板单向板n板在局部分布荷载板在局部分布荷载p的作用下，不仅直接承压部分（例如宽度为的作用下，不仅直接承压部分（例如宽度为a2+2H）的板带参加工作，与其相邻的部分板带也会分担一部分荷载共同参与工的板带参加工作，与其相邻的部分板带也会分担一部分荷载共同参与工作。故在桥面板的计算中，应确定板的作。故在桥面板的计算中，应确定板的有效工作宽度有效工作宽度（或称（或称荷载有效分荷载有效分布宽度布宽度）。）。n如果设想
20、跨中弯矩如果设想跨中弯矩mx的分布是矩形，矩形范围内的的分布是矩形，矩形范围内的弯矩皆为弯矩皆为mxmax，则可以，则可以amxmax的矩形来替代此曲的矩形来替代此曲线图形，也即线图形，也即n则得则得弯矩图形的换算宽度为弯矩图形的换算宽度为式中，式中，M：车轮荷载产生的跨中总弯矩，：车轮荷载产生的跨中总弯矩，mxmax：荷载中心处的最大单位宽度弯矩值，：荷载中心处的最大单位宽度弯矩值，a：为板的有效工作宽度或荷载有效分布宽度，以此板宽：为板的有效工作宽度或荷载有效分布宽度，以此板宽来承受车轮荷载产生的总弯矩，既满足了弯矩最大值的要来承受车轮荷载产生的总弯矩，既满足了弯矩最大值的要求，计算起来也
21、较方便。求，计算起来也较方便。amm dyMxxmaxaMmxmax钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥I.I.荷载位于板的中央地带荷载位于板的中央地带 12(2)33llaaahl32 单独一个车轮荷载单独一个车轮荷载:几个靠近的相同荷载几个靠近的相同荷载:12(2)33llaadahddl 32这里：这里：l为板的计算跨径。为板的计算跨径。桥规桥规规定，与梁肋整体连接的板，规定，与梁肋整体连接的板，计算弯矩时，计算弯矩时，l=l0+t，但不大于，但不大于l0+b；计算剪力时，计算剪力时，l=l0。其中：其中：l0为板的净跨径，为板的净跨径，t为板厚，为板厚，b为梁肋
22、宽度，为梁肋宽度，d为多个车轮时外轮之间的中距。为多个车轮时外轮之间的中距。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥II.荷载位于板的支承处 122aataht 3l III.荷载靠近板的支承处 x 荷载离支承边缘的距离荷载离支承边缘的距离 但不大于车轮在板的跨径中部但不大于车轮在板的跨径中部 的有效工作宽度。的有效工作宽度。按以上公式算得的所有分布宽度，均按以上公式算得的所有分布宽度，均不不得大于板的全宽度得大于板的全宽度；彼此不相连的预制；彼此不相连的预制板，车轮在板内有效工作宽度不得大于板，车轮在板内有效工作宽度不得大于预制板宽度。预制板宽度。2xaax钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥2)悬臂板00
23、0max2.15m0.465xMPlalP根据弹性板理论分析，当板端作用集中力P时，受载板条的最大负弯矩mxmax=-0.465P，而荷载引起的总弯矩为M0=-Pl0。可见，悬臂板的可见，悬臂板的有效工作宽度接近于有效工作宽度接近于2 2倍悬臂长度倍悬臂长度。即。即荷载近似按荷载近似按4545o o角向悬角向悬臂板支承处分布。臂板支承处分布。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥a)分布荷载位于板边分布荷载位于板边：b)b)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004)对对悬臂板悬臂板规定的车轮荷载有效分布宽度规定：规定的车轮荷载有效分布宽
24、度规定：b b 承重板上荷载压力面外侧边缘至悬臂根部的距离。承重板上荷载压力面外侧边缘至悬臂根部的距离。1102 2aabal122 22 aabahb钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥4 4、行车道板的内力计算、行车道板的内力计算 实体的矩形截面桥面板一般均由弯矩控制设计实体的矩形截面桥面板一般均由弯矩控制设计，习惯上以习惯上以每米宽的板条进行计算。进行计算。借助板的有效工作宽度得到作用在每米宽板条上借助板的有效工作宽度得到作用在每米宽板条上的荷载。的荷载。多跨连续单向板多跨连续单向板 铰接悬臂板铰接悬臂板 悬臂板悬臂板 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥1)1)多跨连续单向板的内力计算多跨连续单向
25、板的内力计算常见桥面板实质上是一个支承在一系列弹性支承上的多跨连续板。各根主梁的不均匀弹性下沉和梁肋本身的扭转刚度均会影响桥面各根主梁的不均匀弹性下沉和梁肋本身的扭转刚度均会影响桥面板的内力，所以桥面板的实际受力情况相当复杂。板的内力，所以桥面板的实际受力情况相当复杂。目前，通常采用较简便的近似方法进行计算。目前，通常采用较简便的近似方法进行计算。弯矩：弯矩：先算跨度相同的简支板在恒载和活载作用下的跨中弯矩先算跨度相同的简支板在恒载和活载作用下的跨中弯矩M0，再乘以偏安全的经验系数再乘以偏安全的经验系数（视板厚（视板厚t与梁肋高度与梁肋高度h的比值选用）的比值选用）；钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥 当当t/ht/h1 四分点截面四分点截面：=1/2逐次逼近法确定逐次逼近法确定m值：值：n先根据跨径和矢高假定一个合适的先根据跨径和矢高假定一个合适的m0值，值，n由由拱桥拱桥附录附录表表()-20查得查得cosj值，值，n代入上式求得代入上式求得gj后，即可求出后，即可求出m值。值。n然后与假定的然后与假定的m值比较，如值比较，如m0m，即取，即取m0；如两者；如两者出入较大，则以计算所得出入较大，则以计算所得m值作为值作为m0，重新进行计，重新进行计算，直到两者接近为止。算，直到两者接近为止。
