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1、新世纪高职高专 道路桥梁工程类课程规划类教材,新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 彭彦彬,第一章 总 论,我国桥梁建设的历史、现状及未来的发展趋势；国外桥梁的发展情况；桥梁的组成；桥梁的分类；桥梁设计的基本原则；桥梁的设计程序；桥梁纵、横断面设计和平面布置的内容；桥梁设计方案的比选；桥梁设计荷载等内容。,第一节 国内外桥梁的发展概况,一、 我国桥梁建筑的成就,图1-1 赵州桥,图1-2 武汉长江大桥,一、 我国桥梁建筑的成就,一、 我国桥梁建筑的成就,图1-3 南京长江大桥,一、 我国桥梁建筑的成就,图1-4杭州湾大桥,一、 我国桥梁建筑的成就,图1-5 江阴长江大桥,二、 国外桥梁建筑
2、的发展,钢筋混凝土桥梁,预应力混凝土桥梁,连续钢构桥,大跨径预应力混凝土斜拉桥,三、 桥梁工程前景展望,桥梁的跨径代表着一个国家的经济、工业和科学技术的整体 水平。从现代桥梁的发展趋势可以看出，近年来的桥梁结构逐步向 轻巧、纤细方面发展，但桥梁的载重、跨长却不断增长。为了适应 社会生产力发展所提出的愈来愈高的要求，需要建造大量的承受更 大荷载、跨越海湾、大江等跨径和总长更大的桥梁，这就推动了桥 梁结构向高强、轻型、大跨度的方向发展。,第二节 桥梁的组成和分类,桥梁结构的组成,桥梁结构的名词术语,桥梁的分类,一、 桥梁结构的组成,图1-7 梁式桥概貌,二、桥梁结构的名词术语,计算跨径,净跨径,总
3、跨径,标准跨径,跨径,二、桥梁结构的名词术语,6,桥梁全长,桥高,桥下净空 高度,建筑 高度,拱桥 净矢高,计算 矢高,矢跨比,桥梁结构组成,桥梁上部结构：,桥梁下部结构,桥梁附属结构物：,桥台,桥墩,桥梁基础,由桥面系、主要承重结构和支座组成。,如路堤挡土墙、护坡、导流堤、检查设备、台阶扶梯、导航装置等。,一、 桥梁结构的组成,三、 桥梁的分类,（一）按桥梁的结构体系划分,梁式桥 拱式桥 刚架桥 吊桥 组合体系桥,桥梁结构,不同的结构体系对应不同的力学形式，表现出不同的受力特点。,1.梁式桥 梁式桥是古老的结构体系之一。梁作为承重结构，主要是以其抗弯能力来承受荷载。在竖向荷载作用下，其支撑处
4、只产生竖向反力；一般，梁体结构只受弯受剪不承受轴向力（如图1-8所示）。梁桥包括简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。,三、桥梁的分类,三、桥梁的分类,图1-8梁式桥,三、桥梁的分类,2.拱式桥 拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋（如图1-9所示）。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。 同时，这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯 矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。鉴 于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料 (如 砖石、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。拱桥的跨越能力很大， 外形也较美观，在条件许可的情况下，修建圬工拱桥往往是经济合理
5、的。但为了确保拱桥能安全使用，下部结构和地基必须能经受住很大 水平推力的不利作用。,三、桥梁的分类,图1-9 拱式桥,三、桥梁的分类,3.悬索桥悬索桥（也称为吊桥），由桥塔、锚碇、缆索、吊杆、加劲梁及索鞍等主要部分组成（如图1-10所示）。活载、桥面和加劲梁荷载通过吊杆传给缆索，缆索通过索鞍支承在桥塔上，两端锚固在锚碇结构上。悬索桥的主要承载结构为主缆。主缆由高强钢丝编制而成。该桥型轻巧美观，是跨越能力最大的桥型，其主要缺点是刚度小，一般不用于铁路桥。,图1-10 悬索桥,三、桥梁的分类,4.刚架桥刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性（
6、如图1-11所示）。在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。 因此，对于同样的跨径，在相同的荷载作用下，刚架桥的跨中正弯矩要比一般梁桥的小。根据这一特点，刚架桥跨中的建筑高度就可以做得较小。在城市中当遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河时，采用这种桥型能尽量降低线路标高以改善纵坡并能减少路堤土方量。当桥面标高已确定时，能增加桥下净空。刚架桥的缺点是施工比较困难。,三、桥梁的分类,图1-11 刚架桥,三、桥梁的分类,5.组合体系桥将上述几种结构形式进行合理的组合应用，即形成组合体系桥梁。常见的组合方式是梁、拱结构的组合（如系杆拱桥，图1-12a、b所
7、示）和梁、索、塔的组合（如斜拉桥，图1-12c所示）。斜拉桥是由梁、塔和斜索（拉索）组成。在竖向荷载作用下，梁以受弯为主，塔以受压为主，斜索承受拉力。梁体被斜索多点扣拉，表现出弹性支承连续梁的特点。因此，梁体荷载弯矩减小，梁体高度可以降低，从而减轻了结构自重并节省了材料。另外塔和斜索的材料性能也能得到较充分的发挥。因此，斜拉桥是近几十年来发展很快的一种桥型。,三、桥梁的分类,梁、拱、吊组合体系同时具备梁的受弯和拱的承压特点，可以是刚性拱及柔性拉杆，也可以是柔性拱及刚性梁。这类结构的主要优点是：利用梁部受拉来承受和抵消拱在竖直荷载下产生的水平推力，这样，桥跨结构既具有拱的外形和承压特点，又不存在
8、很大的水平推力，可在一般地基条件下修建，相对而言这种组合体系的施工较为复杂。,三、桥梁的分类,图1-12 组合体系桥梁,三、桥梁的分类,表1-1 桥涵按跨径分类,（二）按工程规模划分根据桥梁多孔跨径总长Lz和单孔跨径K将桥梁划分为：特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞，见表1-1。这是我国公路和城市桥梁级别划分的依据。,三、桥梁的分类,（三）桥梁的其他分类简述 1按用途来划分，有公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、 人行桥、运水桥(渡槽)及其他专用桥梁(如通过管路、电缆等)。 2按主要承重结构所用材料划分，有圬工桥、钢筋混凝土桥、预 应力混凝土桥、钢桥和木桥等。 3按跨越障碍的性质，可分为跨河桥、
9、跨线桥(立体交叉)、高架 桥和栈桥。 4按上部结构的行车道位置分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。桥面布置在主要承重结构之上者称为上承式桥。桥面布置在承 重结构之下的称为下承式桥。桥面布置在桥跨结构高度中间的称 为中承式桥。 5按桥梁平面的形状分有正交桥、斜桥和弯桥。,第三节 桥梁的总体规划和设计要点,桥梁总体规划原则和基本设计资料,桥梁纵、横断面设计和平面布置,一、桥梁总体规划原则和基本设计资料,(一)桥梁设计的基本原则,（二)设计资料调查一般桥梁设计中需要进行的资料调查工作包括以下几方面：1调查桥梁的使用任务。2测量桥位附近的地形，绘制地形图供设计和施工应用。3探测桥位的地质情况4调查和测量
10、河流的水文情况，为确定桥梁的桥面标高、跨径和基础埋置深度提供依据。5调查当地建筑材料(砂、石料等)的来源，水泥钢材的供应情况以及水陆交通的运输情况。6调查了解施工单位的技术水平、施工机械等装备情况，以及施工现场的动力设备和电力供应情况。7调查和收集有关气象资料，包括气温、雨量及风速(或台风影响)等情况。8调查新建桥位上、下游有无老桥，其桥型布置和使用情况等。,一、桥梁总体规划原则和基本设计资料,(三)设计程序一阶段设计：施工图设计二阶段设计：初步设计、施工图设计三阶段设计：初步设计、技术设计、施工图设计,一、桥梁总体规划原则和基本设计资料,二、桥梁纵、横断面设计和平面布置,(一)桥梁纵断面设计
11、 1.桥梁总跨径的确定(桥梁总跨径一般根据水文计算来确定。) 2.桥梁的分孔(最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价趋于低。) 3.桥道标高的确定 (1)流水净空要求 (2)通航净空要求 (3)跨线桥桥下的交通要求 4.桥上和桥头引道的纵坡 5.基础的埋置深度,二、桥梁纵、横断面设计和平面布置,(二)桥梁横断面设计桥梁横断面的设计，主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面 的布置。桥面宽度决定于行车和行人的交通需要。我国交通部颁布的 公路工程技术标准（JTGB 012003），规定了各级公路桥面净空的限界，在建筑限界内，不得有任何的结构部件。 (三)平面布置桥梁的线型及桥头引道要保持平顺，使车
12、辆能平稳地通过。高 速公路和一级公路上的大、中桥，以及各级公路上的小桥的线形及 其与公路的衔接，应符合路线布设的规定。,第四节 桥梁设计荷载,公路桥梁设计荷载,铁路桥梁设计荷载,一、公路桥梁设计荷载,作用：我国公路桥涵设计通用规范（JTP602004）（以下简称为桥规），将桥梁结构承受的各种荷载和外力统称为作用。作用效应：作用使桥梁结构产生内力和变形或裂缝，这些内力、变形、裂缝统称为作用效应。,桥梁作用,永久作用 可变作用 偶然作用,表1-3 公路、城市桥梁作用分类表,一、公路桥梁设计荷载,（一）永久作用永久作用亦称恒载，它是在设计使用期内，其作用位置和大小、 方向不随时间变化，或其变化与平均
13、值相比可忽略不计。永久作用包括结构物自重、桥面铺装和附属设备的重量、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应力以及混凝土收缩和徐变作用。对于公路桥梁，结构物的自重往往占全部设计荷载的很大部分。 （二）可变作用可变作用是在设计使用期内，其作用位置和大小、方向随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。桥梁设计中考虑的可变作用有汽车荷载和人群荷载。,一、公路桥梁设计荷载,1.汽车荷载 1） 汽车荷载分为公路-级和公路-级两个等级。 2） 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。（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
14、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。 3） 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合表1-5的规定。,一、公路桥梁设计荷载,表1-5 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级,4）车道荷载的计算图式见图1-13,图1-13 车道荷载,一、公路桥梁设计荷载,（1）公路-级车道荷载的均布荷载标准值qK=10.5kN/m 集中荷载标准值按以下规定选取：L5m时，PK=180kN；L50m时， PK=360kN；桥梁计算跨径在550m之间时，PK值采用直线内插求得。计 算剪力效应时，上述集中荷载标准值PK应乘以1.2的系数。,（2）公路-级车道荷载=0.75公路-级车道荷
15、。 （3）车道荷载的均布荷载标准值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影响线中一个最大影响线峰值处。5）公路-级和公路-级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。 车辆荷载的立面、平面尺寸见图1-14。6）车道荷载横向分布系数应按设计车道数如图1-15布置车辆荷载 进行计算。,一、公路桥梁设计荷载,图1-14 车辆荷载的立面、平面尺寸（荷载单位为kN；尺寸单位为m）,图1-15 车辆荷载横向分布 （尺寸单位为m）,一、公路桥梁设计荷载,7）桥涵设计车道数应符合表1-6的规定。多车道桥梁上的汽车 荷载应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数等于或大于2时，由汽车 荷载产生的效
16、应应按表1-7规定的多车道折减系数进行折减，但折减 后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。,一、公路桥梁设计荷载,表1-6 桥涵设计车道数,一、公路桥梁设计荷载,表1-7 横 向 折 减 系 数,8）大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减。当桥梁计算跨径 大于150m时，应按表1-8规定的纵向折减系数进行折减。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。,一、公路桥梁设计荷载,表1-8 纵 向 折 减 系 数,一、公路桥梁设计荷载,2.车辆荷载的影响力 1）汽车荷载的冲击力桥规规定按下述方法计算：当 f1.5HZ时， =0.05当 1.5HZ f14 HZ时,=0.1767lnf-0.0157 当 f 14 HZ 时, =0.45 2）汽车荷载的制动力 桥规规定：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-级汽车荷载的制动力不得小于165kN，公路-级汽车 荷载的制动力不得小于90kN。同向行驶双车道的制动力为一个设计车道制动力 的2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。,
