桥梁工程 教学课件 ppt 作者 马国峰 王保群 第一章-第四章

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1、第一章 概 述 第二章 桥梁总体设计 第三章 公路桥梁上的作用 第四章 梁桥桥面布置与细部构造,第一章 概 述,1.了解桥梁在公路交通事业中的地位和发展概况。 2.掌握桥梁的基本组成、主要尺寸和术语名称。 3.掌握桥梁的类型和结构体系。 第一节 桥梁发展概况 第二节 桥梁的组成和分类,第一节 桥梁发展概况,一、我国桥梁建设概况 我国的桥梁建筑在历史上是辉煌的，古代的桥梁不但数量惊人，类型也丰富多彩，几乎包括了近代桥梁中的最主要形式。 二、国外桥梁建设概况 纵观世界桥梁建筑发展的历史，与社会生产力的进步，工业水平的提高，施工技术的改进，数学、力学理论的发展，计算机技术的革新等方面都有关系。 (1

2、)大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展。 (2)新材料的开发和应用。,第一节 桥梁发展概况,(3)在设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。 (4)大型深水基础工程。 (5)桥梁建成交付使用后，将通过自动监测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行，一旦发生故障或损伤，将自动报告损伤部位和养护对策。 (6)重视桥梁美学及环境保护。,第二节 桥梁的组成和分类,一、桥梁的组成 图11和图12分别是公路上所用的梁桥及拱桥的结构图示。,图1-1 梁桥的基本组成 1主梁 2桥面 3桥墩 4桥台 5锥形护坡,第二节

3、 桥梁的组成和分类,图1-2 拱桥的基本组成 1拱圈 2拱上建筑 3桥墩 4桥台 5锥形护坡 6拱轴线 7拱顶 8拱脚,第二节 桥梁的组成和分类,二、桥梁的主要尺寸和术语名称 河流中的水位是变动的，在枯水季节的最低水位称为低水位；洪峰季节河流中的最高水位称为高水位。 三、桥梁的分类 (一)桥梁的基本体系 1.梁式体系,图1-3 梁式桥 a)简支梁桥 b)连续梁桥 c)悬臂梁桥,第二节 桥梁的组成和分类,2.拱式体系,图1-4 拱式桥 a)上承式 b)受力简图 c)中承式,第二节 桥梁的组成和分类,3.刚架桥,图1-5 刚架桥 a)刚架桥 b)受力简图,4.悬索桥 5.组合体系,第二节 桥梁的组

4、成和分类,(1)梁、拱组合体系,图1-6 悬索桥图,0.tif,第二节 桥梁的组成和分类,图1-7 系杆拱桥,()斜拉桥,第二节 桥梁的组成和分类,图1-8 斜拉桥,(二)桥梁的其他分类方法简介 (1)按用途分为公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农用桥、人行桥、运水桥(渡槽)及其他专用桥梁(如通过管路、电缆等)。,第二节 桥梁的组成和分类,(2)按桥梁全长和跨径不同分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞。,表1-1 桥涵分类,(3)按上部结构所用的材料可分为木桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)和钢桥。 (4)按跨越障碍的性质可分为跨河桥、跨线桥(立体交叉)、高架桥和栈桥

5、。,第二节 桥梁的组成和分类,(5)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。 (6)按特殊使用条件分为开启桥、浮桥、漫水桥等。 (1)桥梁结构的组成可分为：上部结构、下部结构和附属结构。 1)上部结构包括承重结构和桥面系，它的作用是承受车辆荷载，并通过支座传给墩台。 2)下部结构包括桥墩和桥台，是支承桥跨结构并将结构重力和车辆荷载等作用传至地基土层的建筑物。 3)附属结构包括护岸、导流结构物等。,第二节 桥梁的组成和分类,(2)桥梁的主要尺寸和术语名称主要包括：净跨径、计算跨径、标准跨径、总跨径、桥梁全长、桥梁高度、建筑高度、拱桥矢高和矢跨比。 (3)桥梁结构的体系包括梁式、拱

6、式、悬吊式、刚架与组合体系。 1)梁式体系是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，梁作为承重结构是以它的抗弯能力来承受荷载的。 2)拱式体系的主要承重结构是拱肋(或拱圈)，在竖向荷载作用下，拱圈既要承受压力，也要承受弯矩，可采用抗压能力强的圬土材料来修建。,第二节 桥梁的组成和分类,3)刚架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁(或板)结构与承压的下部墩(或桩柱)体结合在一起的结构。 4)悬索桥是用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构的桥梁。 5)组合体系是由两种不同的结构作为主要承重结构的桥梁，包括梁、拱组合体系和斜拉桥。,第二节 桥梁的组成和分类,(4)桥梁按用途分为公

7、路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农用桥、人行桥、运水桥(渡槽)及其他专用桥梁；按桥梁全长和跨径不同分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞；按上部结构所用的材料可分为木桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)和钢桥；按跨越障碍的性质可分为跨河桥、跨线桥(立体交叉)、高架桥和栈桥；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；按特殊使用条件分为开启桥、浮桥、漫水桥等。,第二章 桥梁总体设计,1.掌握桥梁设计的基本原则、基本要求和设计程序。 2.了解桥梁设计野外勘察工作的内容。 3.掌握桥梁纵、横、平设计的主要内容和要求。 第一节 桥梁总体规划原则及其基本设计资料 第二节

8、 桥梁纵、横断面设计和平面布置,第一节 桥梁总体规划原则及其基本设计资料,一、设计基本要求 1.使用上的要求 2.经济上的要求 3.结构设计上的要求 4.施工上的要求 5.美观上的要求 6.环境保护和可持续发展的要求 二、野外勘测与调查,第一节 桥梁总体规划原则及其基本设计资料,(1)调查桥上可能的交通种类和行车、行人的来往密度，目前交通量和预计增长率等，从而确定桥梁的作用等级和行车道及人行道的宽度等。 (2)选择桥位：一般地说，大、中桥桥位的选择原则上应服从路线的走向，路桥综合考虑。 (3)测量桥位附近的地形，并绘制地形图，供设计和施工使用。 (4)通过钻探调查桥位的地质情况，并将钻探资料绘

9、制成地质剖面图，作为基础设计的重要依据。,第一节 桥梁总体规划原则及其基本设计资料,(5)调查和测量河流的水文情况，为确定桥梁的桥面标高、跨径和基础埋置深度提供依据。 (6)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。 (7)调查了解施工单位的技术水平、施工机械等装备情况，以及调查了解施工现场的动力设备和电力供应情况。 (8)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。 (9)调查新建桥位上、下游有无老桥及其桥型布置和使用情况等。,第一节 桥梁总体规划原则及其基本设计资料,三、桥梁设计程序 我国桥梁的设计程序一般采用两阶段设计，即初步

10、设计阶段和施工图设计阶段。,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,一、桥梁纵断面设计 桥梁纵断面设计包括总跨径的确定、桥梁的分孔、桥面标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度的确定。 1.桥梁总跨径的确定 2.桥梁的分孔 3.桥面标高的确定,表2-1 非通航河流桥下最小净空,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,表2-2 无压力式涵洞内顶点至洞内设计洪水频率标准水位的净高,图2-1 桥梁纵断面(尺寸单位：m),第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,4.纵坡,图2-2 桥涵净空(尺寸单位：m) a)高速公路、一级公路(整体式) b)高速公路、 一级公路(分离式) c)二、三、四级公路 注：当

11、桥梁设置人行道时，桥涵净空应包括该部分的宽度。,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,5.基础埋置深度 二、桥梁横断面设计 桥梁的横断面设计主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。,表2-3 车道宽度,表2-4 中间带宽度,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,表2-5 右侧路肩宽度,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,表2-6 分离式断面高速公路、一级公路左侧路肩宽度,三、平面布置 特大、大、中桥桥位应尽量选择在河道顺直稳定、河床地质条件良好、河滩较窄较高且河槽能通过大部分设计流量的地段。 (1)桥梁设计原则：桥梁设计必须遵照安全、适用、经济、美观和环保的原则，并考虑因地制宜

12、、便于施工、就地取材和养护等因素。,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,(2)桥梁设计的基本要求：包括使用上的要求、经济上的要求、结构设计上的要求、施工上的要求、美观上的要求、环境保护的要求。 (3)桥梁设计程序：一般采用两阶段设计，即初步设计阶段和施工图设计阶段；对于技术简单、方案明确的小桥可采用一阶段设计，即一阶段施工图设计，以扩大的初步设计来包含两阶段设计的主要内容；对于技术复杂又缺乏经验的建设项目或特大桥、互通式立体交叉等，必要时采用三阶段设计，即初步设计、技术设计和施工图设计。,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,(4)桥梁纵断面设计包括总跨径的确定、桥梁的分孔、桥面标高、桥上和

13、桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度的确定。 1)桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。 2)桥梁的分孔中最经济的跨径就是使上部结构和墩台的总造价最低，因此当桥墩较高或地质不良，基础工程较复杂而造价较高时，桥梁跨径就选得大一些；反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径就可选得小一些。 3)桥面的标高根据路线的纵断面设计，或根据设计洪水位、桥下通航需要的净空来确定。,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,4)桥面纵坡设置对于大、中桥梁，为了利于桥面排水，常做成从桥的中央向桥头两端为1%2%的双面坡。 (5)桥梁的横断面设计，主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。 (6)桥梁的平面布置对于特大、

14、大、中桥桥位应尽量选择在河道顺直稳定、河床地质良好、河滩较窄较高且河槽能通过大部分设计流量的地段。,第三章 公路桥梁上的作用,1.掌握公路桥梁上作用的含义。 2.掌握作用的类型及各种作用效应的计算方法。 3.掌握作用效应组合的方式。 第一节 永 久 作 用 第二节 可 变 作 用 第三节 偶 然 作 用 第四节 作用效应组合,第一节 永 久 作 用,表3-1 常用材料的重度,(1)基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时，应考虑设计水位的浮力；当验算地基应力时，可仅考虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。 (2)基础嵌入不透水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力。,第一节 永 久 作 用,(3)

15、作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。 (4)当不能确定地基是否透水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用组合，取其最不利者。 (1)外部超静定的混凝土结构、钢和混凝土的组合结构等应考虑混凝土收缩及徐变的作用。 (2)混凝土的收缩应变和徐变系数可按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004)的规定计算。 (3)混凝土徐变的计算，可假定徐变与混凝土应力呈线性关系。,第一节 永 久 作 用,(4)计算圬工拱圈的收缩作用效应时，如考虑徐变影响，作用效应可乘以0.45的折减系数。,第二节 可 变 作 用,一、汽车荷载 公路桥涵设计时，汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。,表

16、3-2 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级,图3-1 车道荷载,第二节 可 变 作 用,1.车道荷载 (1)公路级车道荷载的均布荷载标准值为qK=10.5kN/m；集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，PK=180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，PK=360kN；桥梁计算跨径在550m之间时，PK值采用直线内插求得。 (2)公路级车道荷载的均布荷载标准值qK和集中荷载标准值PK按公路级车道荷载的0.75倍采用。,第二节 可 变 作 用,(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相应影响线中一个最大影响线峰值处。 2.车辆荷载,图3-2 车辆荷载的立面、平面尺寸(尺寸单位：m) a)立面布置 b)平面布置,第二节 可 变 作 用,图3-3 车辆荷载横向布置(尺寸单位：m),第二节 可 变 作 用,表3-3 车辆荷载主要技术指标,表3- 桥涵设计车道数,表3- 横向折减系数,第二节 可 变 作 用,表3-6 纵向折减系数,二、汽车