桥梁的基础知识-2013

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1、主讲: 张治成浙江大学交通工程研究所浙江大学交通工程研究所浙江大学土木工程测试中心浙江大学土木工程测试中心2013.11.04联系方式联系方式E-mail: 手机: 13064705225电话: 0571-88208474QQ:562546008办公室：浙大紫金港校区安中大楼B幢717 主要内容第一章第一章 桥梁的组成、分类和结构体系桥梁的组成、分类和结构体系第二章第二章 桥梁的设计荷载桥梁的设计荷载第三章第三章 混凝土梁桥分类及受力特点混凝土梁桥分类及受力特点第四章第四章 拱桥的受力特点及分类拱桥的受力特点及分类第五章第五章 斜拉桥受力特点及分类斜拉桥受力特点及分类第六章第六章 桥梁墩台受力

2、特点及分类桥梁墩台受力特点及分类主要参考书主要参考书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(CJJ7798) 4中华人民共和国行业标准城市桥梁设计规范(CJJ112011)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年第一章第一章 桥梁的组成、分类和结构体系桥梁的组成、分类和结构体系1 -1 桥梁的组成桥梁的组成从传递荷载功能划分：从传递荷载功能划分：n n桥跨结构（上

3、部结构）桥跨结构（上部结构）n n直接承担使用荷载直接承担使用荷载n n桥墩、桥台、支座（下部结构）桥墩、桥台、支座（下部结构）n n将上部结构的荷载传递到基础中去将上部结构的荷载传递到基础中去n n挡住路堤的土挡住路堤的土n n保证桥梁的温差伸缩保证桥梁的温差伸缩n n基础基础n n将桥梁结构的反力传递到地基将桥梁结构的反力传递到地基常用名词：常用名词：n n桥桥长长L Ln n计算跨径计算跨径 n n跨径跨径l ln n总跨径总跨径L1L1n n净跨径净跨径L0L0n n建筑高度建筑高度h hn n桥下净空桥下净空H Hn n桥梁附属设施桥梁附属设施：（1 1）桥面铺装）桥面铺装( (或称

4、行车道铺装或称行车道铺装) ) （2 2）排水防水系统）排水防水系统（3 3）栏杆）栏杆( (或防撞栏杆或防撞栏杆) ) （4 4）伸缩缝）伸缩缝（5 5）灯光照明）灯光照明1-2 桥梁的分类桥梁的分类1、按跨径大小分类n n我国公路工程技术标准桥梁分类我国公路工程技术标准桥梁分类 桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径L0(m)特大桥L1000L0150大 桥100L100040L0150中 桥30L10020L040小 桥8L305L020涵洞L052、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上承式下承式下承式中承式中承式3、按桥梁用途来划分

5、城市桥、公路桥、城市桥、公路桥、铁路桥、铁路桥、公路铁路两用桥公路铁路两用桥农桥、农桥、人行桥、人行桥、运水桥运水桥( (渡槽渡槽) )、其它专用桥梁其它专用桥梁( (如通过管路、电缆等如通过管路、电缆等) )4、按材料来划分 木桥、木桥、 钢桥、钢桥、 圬工桥圬工桥( (包括砖、石、混凝土桥包括砖、石、混凝土桥) )、 钢筋混凝土桥、钢筋混凝土桥、 预应力钢筋混凝土桥预应力钢筋混凝土桥 钢砼组合结构桥钢砼组合结构桥 铝合金桥梁铝合金桥梁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

6、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 桥梁荷载分类桥梁荷载分类n n根据荷载出现的概率划分n n主要作用、次要作用及特殊作用主要作用、次要作用及特殊作用n n我国目前的桥梁设计规范划分n n永久作用、可变作用、偶然作用永久作用、可变作用、偶然作用n n作用的分类表车道荷载城城-A级级城城-B级级（一）汽车活载城城-A级（级（CJ11-2011）城城-B级级n n城级车道荷载城级车道荷载n n城城B B级车道荷载级车道荷载跨径2-m均布荷载和集中荷载的标准值应按桥梁的跨径确定。均布荷载和集中荷载的标准值应按桥梁的跨径确定

7、。 城城-A级（级（CJ77-98）n n城级车道荷载城级车道荷载n n城城B B级车道荷载级车道荷载跨径m-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。公路的车辆荷载城级车辆荷载：城级车辆荷载：城级车辆荷载：城级车辆荷载： 标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重700kN700kN700kN700kN 城级车辆荷载：城级车辆荷载：城级车辆荷载：城级车辆荷载： 标准载重汽车应采用

8、三轴式货车加载，总重标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重300kN300kN300kN300kN 注意：车道荷载与车辆荷载的应用范围注意：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、桥墩基础主体构件（像主梁、主拱肋、缆索、桥墩基础等）设计分析时采用等）设计分析时采用车道荷载车道荷载；细部结构（像细部结构（像横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力土压力、防撞护栏等）设计分析时、主体结构局部分析、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（像横向分布系数

9、）采用车辆荷载车辆荷载。n n进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载和车道荷载的作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。用叠加。 l 车道横向折减系数车道横向折减系数l车道纵向折减系数车道纵向折减系数 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。 计算栏杆

10、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。l 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2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l 城市人群荷载 当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+ = 1 +式中：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

11、问题来处理。引入冲击系数（1+）。（三）汽车冲击力的计算公路桥梁冲击系数公路桥梁冲击系数可按下式计算：可按下式计算： 当当 时，时，=0.05 =0.05 当当 时，时， 当当 时，时， =0.45 =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

12、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）温度影响力表表4.3.10-24.3.10-2公路桥梁结构的有效温度标准值（公路桥梁结构的有效温度标准值（）气温分区气温分区气温分区气温分区钢桥面板钢桥面板钢桥面板钢桥面板钢桥钢桥钢桥钢桥混凝土桥面板混凝土桥面板混凝土桥面板混凝土桥面板钢桥钢桥钢桥钢桥混凝土、石桥混凝土、石桥混凝土、石桥混凝土、石桥最高最高最高最高最低最低最低最低最高最高最高最高最低最低最低最低最高最高最高最高最低最低最低最低严寒地区严寒地区严寒地区严寒地区46464646-43-43-43-4339393939-32-3

13、2-32-3234343434-23-23-23-23寒冷地区寒冷地区寒冷地区寒冷地区46464646-21-21-21-2139393939-15-15-15-1534343434-10-10-10-10温热地区温热地区温热地区温热地区46464646-9-9-9-9(-3)(-3)(-3)(-3)39393939-6-6-6-6(-1)(-1)(-1)(-1)34343434- - - -3 3 3 3（0 0 0 0）T T T T1 1 1 1（）T T T T2 2 2 2（）混凝土铺装混凝土铺装混凝土铺装混凝土铺装252525256.76.76.76.750mm50mm50mm50

14、mm沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层202020206.76.76.76.7100mm100mm100mm100mm沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层141414145.55.55.55.5局部温度场局部温度场具体参照具体参照公路桥涵通用设计规范P351 1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时（1 1）基本组合基本组合（2 2）偶然组合偶然组合2-2 桥梁荷载组合 永永久久作作用用的的设设计计值值效效应应与与可可变变作作用用设设计计值值效效应应相相组组合合，其效应组合表达式为：其效应组合表达式

15、为：2 2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时 （1 1）作用短期效应组合作用短期效应组合桥梁静载试验采用的组合桥梁静载试验采用的组合（2 2）作用长期效应组合作用长期效应组合 永永久久作作用用标标准准值值效效应应与与可可变变作作用用频频遇遇值值效效应应相相组组合合，其效应组合表达式为：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：组合，其效应组合表达式为：第三章第三章 混凝土梁桥分类及受力特混凝土梁桥分类及受力特点点 梁桥定义：指结构在垂直荷载作用下，支座只产生垂直反

16、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。l 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 混凝土桥梁的分类混凝土桥梁的分类（一） 按是否施加预应力 1. 钢筋混凝土桥梁：完全没有施加预应力( ) 2. 全预应力混凝土: 短期效应荷载组合下正截面不容许出现拉应力（ ） 。 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0。 B类：拉应

17、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整体式浇注法满堂支架施工满堂支架施工杭州湾跨海大桥整体装配式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节段施工法示意横向断开横向断开沪闵高架二期工程沪闵高架二期工程 纵向节段施工法示意纵向节段施

18、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：板式截面梁桥：实心板、空心板、异形板2. 肋式截面梁桥：II形、形、I字形、字形、T形、马蹄形形、马蹄形T梁、开口槽形梁、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形刚构连续刚构连续刚构连续刚构1-2 各各体系梁桥的受力特点（一）简支梁桥（一）简支梁桥 简支梁桥的特点：简支梁桥的特点： 构造简单，设计计算方便，

19、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。

20、 （二）悬臂梁桥（二）悬臂梁桥力学性能优于简支梁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. 悬臂梁的优点悬臂梁的优点： 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，

21、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7080m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. 悬臂梁的缺点悬臂梁的缺点：（三）连续梁桥（三）连续梁桥受力图式与带挂梁的单悬臂梁桥一致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

22、；行车条件好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1

23、8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。2. 连续梁中需注意的问题：（四）（四） T形刚构形刚构 将梁式桥从墩上向两侧伸出悬臂，形成一种“T”形状、墩梁固结、具有悬臂受力特点的桥梁，此称为T形刚构。由于悬臂梁承受负弯矩，T形刚构桥几乎都是预应力混凝土结构。T形刚构分为跨中带剪力铰和跨中

24、设挂梁两种基本类型T形刚构桥（剪力铰）同样采用悬臂施工方法，但连续梁增加了两道施工工序：一是在墩上临时固结以利于悬臂施工，二是在跨中需合龙；T形刚构桥需较强的墩，但省去了价格昂贵的大型支座和避免今后更换支座的困难；T形刚构在跨中有一伸缩缝，行车平顺条件不如连续梁，但其综合的材料用量和施工费用却比连续梁经济；在结构刚度、变形、动力性能方面，T形刚构都不如连续梁；T构的全桥以承受负弯矩为主，预应力束筋布置于梁的顶面钢筋混凝土T形刚构常用跨径在4050m左右预应力混凝土T形刚构的常用跨径为60200m1. T形刚构与连续梁相比的特点：2. T形刚构适用情况：（五）连续刚构桥（五）连续刚构桥 连续刚构

25、桥综合了连续梁和T形刚构桥的受力特点，将主梁做成连续梁体，与薄壁桥墩固结而成，是预应力混凝土大跨梁式桥的主要桥型之一。跨径大、墩高小的连续刚构桥中，体系温度的变化、砼收缩等将在墩顶产生较大的水平位移，为减小水平位移在墩中产生的弯矩，连续刚构桥常采用水平抗推刚度较小的双薄壁墩。（这是与T形刚构最大的区别之一）连续刚构体系上部结构的受力性能与连续梁一样，而且薄壁墩底部需承受的弯矩及梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小。墩梁固结节省了大型支座的昂贵费用，减少了墩及基础的工程量，并改善了结构在水平荷载作用下的受力性能（即各柔性墩按刚度比分配水平力），但在柔性墩的设计时须考虑上部梁体变形(转动与纵向位移

26、)对它的影响。与连续梁一样，可以做成一联多孔，长桥中，可以在若干中间孔以剪力铰或简支挂梁相连。目前，在大跨径预应力混凝土梁桥中，已成为主要考虑的桥型方案，最大跨径已达301m(挪威Stolma桥，跨径布置为94m+301m+72m)，我国最大跨径为虎门大桥的辅航道桥，跨径为270米。连续刚构桥的特点：（六）各体系梁桥的应用总结（六）各体系梁桥的应用总结1. 简支体系桥在中、小跨径桥上是首选桥型，主要是经济指标低，施工方便，机具先进性要求不高；随着桥梁发展及要求提高，简支箱梁或简支变连续的预应力混凝土箱梁将在高速公路上和大跨桥梁的引桥上得到更广泛的应用；2. 在大跨径梁式桥中，受力性能优越，行车

27、平顺舒适连续梁与连续T构就获得广泛应用。3. 超静定梁式体系在预加力的影响、温度变化、混凝土徐变与收缩、墩台与基础的不均匀沉降等各种因素作用下，结构变形受到赘余约束的制约而产生次内力，设计时必须给予重视。4. 实际桥梁工程中需在上述五种桥型的基础上进行不同的创新，例如V形墩连续梁、X形墩刚构、桁架式悬臂梁、空间桁式连续梁等。第四章第四章 拱桥的受力特点及分类拱桥的受力特点及分类 拱桥与梁桥的区别，不仅在于外形不同，更重要的是两者受力性能有较大差别。由力学知，拱式结构在竖向荷载作用下，两端将产生水平推力。正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截

28、面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。4-1 拱桥的主要受力特点拱桥的主要受力特点拱桥的主要优点是： 跨越能力较大； 能充分就地取材，与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥； 耐久性能好，维修、养护费用少； 外形美观； 构造较简单。拱桥也有缺点： 自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求高； 由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，例如设置单向推力墩，也会增加造价； 与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平

29、原地区时，因桥面高程提高，使两岸接线长度增长，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价又对行车不利。4-2 4-2 拱桥的组成拱桥的组成 拱桥上部结构由主拱圈和拱上建筑组成。主拱圈是拱桥的主要承重结构。桥面与主拱圈之间需要有传力的构件或填充物，以使车辆能在平顺的桥道上行驶。桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。 拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支承桥跨结构，将桥跨结构的荷载传至地基。桥台还起到与两岸路堤相连接的作用，使路桥形成一个协调的整体。 要求掌握的一些基本概念： 拱圈最高处称为拱顶，拱圈和墩台连接处称为拱脚（或起拱面）。拱圈各横向截面（或换算截面）的形心连线称为拱轴线

30、。拱圈的上曲面称为拱背，下曲面称为拱腹。起拱面与拱腹相交的直线称为起拱线。 还有拱桥的几个主要技术名称： 净跨径: 计算跨径: 净矢高: 计算矢高: 矢跨比: 陡拱、坦拱（一）简单体系拱桥 简单体系拱桥，均为有推力拱。按照主拱的静力体系，简单体系拱桥可以分成如下三种。 三铰拱；两铰拱；无铰拱。4-3 拱桥按照结构受力图式分类 （二）组合体系拱桥 拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成。 拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受桥面荷载和水平推力，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，达到节省材料的目的。拱式组合体系桥一般可划分为有推力的

31、和无推力的两种类型。 （1）无推力的组合体系拱 无推力拱式组合体系桥（也称系杆拱桥）是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强的两大特点。拱的推力由系杆承受，系杆的含义就是一个将两拱脚相互联系在一起的水平构件，因而墩台不承受水平推力。柔性系杆刚性拱-系杆拱刚性系杆柔性拱-蓝格尔拱刚性系杆刚性拱-洛泽拱尼尔森拱尼尔森拱尼尔森拱 （2）有推力的组合体系拱 此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力仍由墩台承受。刚性梁刚性拱-倒洛泽拱刚性梁柔性拱-倒蓝格尔拱 （三 ）拱片桥 上边缘与桥面纵向平行，下边缘是拱形的有推力结构，称为拱片。在拱片中，行车道系与拱肋刚性连成

32、一整体，共同承受荷载。拱片的立面一般被挖空做成桁架的形式。根据桥梁宽度的不同，拱片桥可由两片以上的拱片组成，并用横向联结系将各拱片连成整体，行车道板支承在拱片上。 拱桥的主拱圈，沿拱轴线可以做成等截面或变截面的形式。 主拱圈所使用的建筑材料主要有圬工、钢筋混凝土、钢材和钢混凝土组合结构等。根据材料的特性，圬工拱桥主要用于跨径小，并且能就地取材的情况，目前使用较少；钢拱桥主要用于大跨径，从已建拱桥看，我国大部分拱桥都采用钢筋混凝土结构，随着设计理论和施工工艺的完善，钢筋混凝土拱桥目前已是最具有竞争力的桥型之一；钢混凝土组合结构是近几十年来发展起来的，主要有钢管混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥两种。

33、4-3 拱桥按照截面形式分类（二）肋拱桥： 肋拱桥由两条或两条以上分离式拱组成承重结构的拱桥，拱肋之间靠横向联系梁连接成整体而共同受力.这种桥横截面面积较小，节省材料，自重轻，跨越能力大，多用于较大跨径的拱桥。可以用圬工、钢筋混凝土、钢材建造。 （一）板拱桥： 主拱圈采用矩形实体截面。构造简单、施工方便，使用广泛。自重较大，不经济，通常在地基较好的中小跨径圬工拱桥中采用。 （三）双曲拱桥 其主拱圈横截面由一个或数个横向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥。这种截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大，故可节省材料。施工中采用预制拼装，但存在着施工工序多、组合截面整体性较差和

34、易开裂等缺点，一般用于中、小跨径拱桥。 （四）箱形拱桥 外形与板拱相似，由于截面挖空，使箱形拱的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多，所以能节省材料，减轻自重，相应地也减少下部结构材料用量，对于大跨径拱桥则效果更为显著。又因它是闭口箱形截面，截面抗扭刚度大，横向整体性和结构稳定性均较双曲拱好，故特别适用于无支架施工。但箱形截面施工制作较复杂，因此，大跨径拱桥采用箱形截面才是合适的。 （五）钢管混凝土拱桥 钢管混凝土简称为CFST（Concrete Filled Steel Tube），它属于钢混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构。它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用

35、钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。临安华光潭大桥（l=165m） 钢管混凝土拱桥具有以下优点： 总体性能方面 由于钢管混凝土承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题，因而可以使主拱圈截面及其宽度相对的减小，这样便可以减小桥面上由承重结构所占的宽度，提高了中、下承式拱的桥面宽度的使用效率。 施工方面 钢管本身相当于混凝土的外模板，它具有强度高，质量轻，易于吊装或转体的特点，可以先将空管拱肋合龙，再压注管内混凝土，从而大大降低了大跨径拱桥施工的难度，省去了支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。 钢管

36、混凝土材料也有它自身的缺点。u 对于管壁外露的钢管混凝土，在阳光照射下，钢管膨胀，容易造成钢管与内填混凝土之间出现脱空现象；u 由于施工中钢管先于管内混凝土受力，往往造成钢管应力偏高而混凝土不能发挥应有的作用。 （六）劲性骨架混凝土拱桥 劲性骨架拱桥与普通钢筋混凝土拱桥的区别在于前者以钢骨拱桁架作为受力筋，它可以是型钢，也可以是钢管，采用钢管作劲性骨架的混凝土拱又可称为内填外包型钢管混凝土拱。第五章第五章 斜拉桥分类及受力特点斜拉桥分类及受力特点斜拉桥的组成：主梁、索塔和斜拉索；n 主梁：压弯结构n 索塔：受压为主构件，承受索力； n 斜拉索：受拉构件，为主梁提供弹性支承 主梁索塔斜拉索5-1

37、 斜拉桥的受力特点斜拉桥的受力特点n 斜拉桥中荷载传递路径是：斜拉索将主梁的恒载和车辆荷载传递至索塔，再通过索塔传至地基。斜拉索就像主梁的体外预应力筋像多跨弹性支承的连续梁由于斜拉索的支承作用，使主梁恒载弯矩显著减小 斜拉桥的结构体系，可以有以下几种不同的划分方式： （1）按照塔、梁、墩相互结合方式：漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系。 （2）按照主梁的连续方式：连续体系和T构体系等。 （3）按照斜拉索的锚固方式：自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。 （4）按照塔的高度不同：常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系。5-2 斜拉桥的分类斜拉桥的分类 （一）漂浮体系 特点：塔墩固结、塔梁分离。主梁

38、除两端有支承外，其余全部用拉索悬吊，属于一种在纵向可稍作浮动的多跨弹性支承连续梁。斜拉索不能对梁提供有效的横向支承，为抵抗由于风力等引起主梁的横向水平位移，应在塔柱和主梁之间设置一种用来限制侧向变位的板式或聚四氟乙烯盆式橡胶支座，简称侧向限位支座。 优点：（1）主跨满载时，塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值；（2）由于主梁可以随塔柱的缩短而下降，所以温度、收缩和徐变次内力均较小。（3）密索体系中主梁各截面的变形和内力的变化较平缓，受力较均匀；（4）地震时允许全梁纵向摆荡，作长周期运动，从而吸震消能。 缺点：当采用悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，以抵抗施工过程中的不平衡弯矩和纵向剪力，由于施工不可能

39、做到完全对称，成桥后解除临时固结时，主梁会发生纵向摆动，应予注意。 为了防止纵向飓风和地震荷载使漂浮体系斜拉桥产生过大的摆动，影响安全，有必要在斜拉桥塔上的梁底部位设置高阻尼的主梁水平弹性限位装置。 （二）半漂浮体系 特点：塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支承，成为具有多点弹性支承的三跨连续梁。可以是一个固定支座，三个活动支座；也可以是四个活动支座，但一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变位，水平位移将由斜拉索制约。 半漂浮体系若采用一般支座来处理则无明显优点，因为当两跨满载时，塔柱处主梁有负弯矩尖峰，温度、收缩、徐变次内力仍较大。若在墩顶设置一种可以用来调节高度的支座或弹簧支

40、承来替代从塔柱中心悬吊下来的拉索（一般称“零号索”），并在成桥时调整支座反力，以消除大部分收缩、徐变等的不利影响，这样就可以与漂浮体系相媲美，并且在经济和减小纵向漂移方面将会有一定好处。 （三）塔梁固结体系 特点：将塔梁固结并支承在墩上。主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度比值有关。这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固定支座，而其余均为纵向可以活动的支座。 优点：显著地减小主梁中央段承受的轴向拉力，并且索塔和主梁中的温度内力极小。 缺点： （1）当中孔满载时，主梁在墩顶处转角位移导致塔柱倾斜，使塔顶产生较大的水平位移，从而显著地增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩； （2）需要设置大吨位的支座

41、。在大跨径斜拉桥中，这种支座甚至达到上万吨级，这样使支座的设计制造及日后养护、更换均带来较大的困难。 （四） 刚构体系 特点：塔梁墩相互固结，形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。 优点：（1）既免除了大型支座又能满足悬臂施工的稳定要求；（2）结构的整体刚度比较好，主梁挠度又小。 缺点：（1）主梁固结处负弯矩大，使固结处附近截面需要加大；（2）为消除温度应力，应用于双塔斜拉桥中时要求墩身具有一定的柔性，常用于高墩的场合，以避免出现过大的附加内力。 另外，这种体系比较适合于独塔斜拉桥。（五）T构体系 T构体系斜拉桥与刚构体系的区别是主梁跨中区域无轴拉力。具体做法有两种：在斜拉桥主跨中央部分插入一小跨

42、悬挂结构；以“剪力铰”代替悬挂结构，这种剪力铰的功能是只传弯矩、剪力，不传轴力。第六章第六章 桥梁墩台受力及分类桥梁墩台受力及分类61 桥梁墩台桥梁墩台组成及受力特点组成及受力特点 桥梁墩桥梁墩（台台）主要由墩主要由墩（台台）帽、墩帽、墩（台台）身和基础三部分组成。身和基础三部分组成。 梁桥轻型墩台n n作用：承受上部结构传来的荷载，并将荷载及本身自重传给地基。作用：承受上部结构传来的荷载，并将荷载及本身自重传给地基。n n承受荷载承受荷载uu上部结构外力：竖向力、水平力、弯矩；施工临时荷载。上部结构外力：竖向力、水平力、弯矩；施工临时荷载。uu其它外力：其它外力：流水压力、风力流水压力、风力

43、、土压力、土压力、地震力地震力、冰冰压力压力、船只、船只、排筏或漂浮物的撞击力排筏或漂浮物的撞击力等。等。n n要求：具有足够的强度、刚度和稳定性，对地基的承载能力、沉要求：具有足够的强度、刚度和稳定性，对地基的承载能力、沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求。降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求。n n设计原则：满足交通要求、安全耐久、造价低、维修养护少、施设计原则：满足交通要求、安全耐久、造价低、维修养护少、施工方便、因地制宜、工期短、与周围环境协调和造型美观。工方便、因地制宜、工期短、与周围环境协调和造型美观。特点：靠自身重力来平衡外力而保持其稳定墩身、台身比较厚

44、实， 缺点是圬工体积较大，自重和阻水面积也较大。材料：用天然石材或片石混凝土砌筑。应用：地基良好的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中。特点：刚度小，受力后允许在一定的范围内发生弹性变形，材料：钢筋混凝土和少筋混凝土，通过验算后可以用石料砌筑。应用：应用广泛。重力式墩 台轻 型墩 台62 桥梁墩台桥梁墩台分类分类（一）按材料进行分类（一）按材料进行分类实体墩空心墩柱式排架桩墩柔性墩框架墩刚性墩柔性墩（二）按受力进行分类（二）按受力进行分类（三）按构造进行分类（三）按构造进行分类（四）按截面形式进行分类（四）按截面形式进行分类矩形圆形圆端形尖端形空心形 重力式桥台的常用形式是U形桥台。 优点

45、：构造简单，可用混凝土或片、块石砌筑，适用于填土高度在8-10m以下或跨度稍大的桥梁。 缺点：桥台体积和自重较大，对地基要求高，填土容易积水，结冰后冻涨，使侧墙产生裂缝。n 重力式桥台重力式桥台 轻型桥台的体积轻巧、自重较小，一般由钢筋混凝土材料建造，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而可节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围，为在软土地基上修建桥台开辟了经济可行的途径。 设有支撑梁的轻型桥台钢筋混凝土薄壁桥台加筋土桥台埋置式桥台轻型桥台n 轻型桥台轻型桥台 （1）设有支撑梁的轻型桥台 特点：台身为直立的薄壁墙，台身两侧有翼墙。两桥台下部设有钢筋混凝土支撑梁，上部结构与桥台通过

46、锚栓连接，构成四铰框架结构系统，并借助台后的土压力保持稳定。（2）钢筋混凝土薄壁桥台悬臂式扶壁式撑墙式箱式优点：自重减轻，适用于软弱地基的条件，缺点：构造和施工比较复杂，并且钢筋用量也较多。n柱式桥墩 结构特点：由分离的两根或多根立柱（或桩柱）组成。外形美观、圬工体积少，特别适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。 构造：沿横向有14根立柱组成，直径0.61.5m圆柱或方形、六角形。墩身高度大于7m时，设横系梁。 优点：刚度大、适用性广，可与柱基配合使用。 缺点：模板复杂，柱间空间小，易于阻滞漂浮物。 组成：承台柱式墩身盖梁。n 框架墩 结构特点：墩身是由构件组成的框架；单层、双层或者多层轻型结构； 材料：钢筋混凝土、预应力混凝土； 形状：纵、横向V形、Y形、X形、倒梯形等； 优点：同样跨越能力可缩短梁的跨径、降低梁高、使结构轻巧美观； 缺点：构造复杂、施工麻烦。