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1、桥梁工程复习提纲桥梁工程复习提纲第一节第一节桥涵设计规范 重点公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范 (JTGJTG D60-2004D60-2004) 、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范涵设计规范 (JTGJTG D62-2004D62-2004)第二节第二节桥梁的组成与分类 一一 桥梁的组成桥梁的组成 桥梁通常由上部结构、下部结构和桥面附属设施三部分组成 上部结构上部结构是跨越桥孔的结构,也称为桥跨结构。它包括桥梁的桥面系、桥道结构、承 重结构(主梁、桁架或拱圈等) 、连接系、支座部分组成。 下部结构下部结构是墩台和基础的总称,其作用是支承上部结
2、构,并将结构重力和车辆、人群 等荷载传递给地基。 附属设施附属设施包括:行车道铺装、防排水系统、桥面伸缩缝、人行道、栏杆、灯柱等。二 桥梁的类桥梁的类 按用途分类:按用途分类:有公路桥、铁路桥、公铁路两用桥、城市立交桥、人行桥、轻轨铁路桥、 渠道桥、管道桥等。 按跨越障碍分类:按跨越障碍分类:有跨河(海、谷)桥、跨线桥、高架桥等。 按主要建筑材料分类:按主要建筑材料分类:有圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、木桥(规 范规定,除特殊情况外,不得采用)钢混凝土组合桥等。 按跨径分类:按跨径分类:特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞。三、桥梁的基本结构形式三、桥梁的基本结构形式 现代桥梁按照受力
3、特点的不同,可分为五大类, 梁式桥;拱式桥;刚构桥;斜拉桥;悬索桥;四、桥梁的长度及跨径四、桥梁的长度及跨径 桥梁长度桥梁长度:对于有桥台的桥梁为两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离;无桥台的桥梁 为桥面系车行道长度。 桥涵跨径桥涵跨径(跨度 L):指桥墩中线之间的距离或桥墩中线与台背前缘的距离。 桥梁的计算跨径桥梁的计算跨径(l):为支承桥梁上部结构支座中心线间的距离。对于拱桥为两拱脚 处截面中心线间的距离。它是桥梁结构分析计算时的重要参数。第三节第三节桥梁总体设计桥梁总体设计 一一 桥梁设计原则桥梁设计原则 按照“安全、适用、经济、美观和有利环保”的原则进行设计。安全是设计的目的, 适用是设计
4、的功能需要, 二二 桥位的选择与布置桥位的选择与布置 桥位的选择会影响到桥梁的建设规模、投资、施工难易、工期和使用安全等。 大、中桥原则上服从道路路线总体要求,综合确定。特殊大桥对于路线总体方向起控 制点作用 中、小桥涵的位置应服从路线走向。 ,三三 桥梁净空桥梁净空 桥梁净空包括:桥面净空和桥下净空, 桥面净空桥面净空是指:保证车辆、行人安全通过桥梁上方的空间界限。 桥下净空桥下净空是指:通航、泄洪、流水、流冰、流木或车辆通行等所需要的净跨径和净高。四 孔径设计和桥型选择孔径设计和桥型选择 桥孔设计是根据桥梁跨越障碍物的性质,合理确定桥长、分跨、桥梁选型、桥面标高、 基底标高等,以满足桥下泄
5、洪、通航或其它交通的净宽要求。净跨径净跨径 为设计洪水位(通航水位)上,两个相邻桥墩之间的净距。 总跨径总跨径 为多孔桥梁净跨径的总和它应满足经水文计算决定的设计洪水流量的要求。 桥梁的分孔与跨径桥梁的分孔与跨径 关系到桥梁的总造价。 桥跨结构型式选择桥跨结构型式选择 桥跨结构型式均有其适用跨径、结构的力学特性和对地基基础的不同要求。 五五 桥墩和基础型式选择桥墩和基础型式选择: 基础是埋入地层的隐蔽工程,涉及到复杂的水文、地质等条件。 基础埋置深度 六 桥梁横断面设计桥梁横断面设计 横断面宽度与道路的通行能力。 机动车道的宽度,一般取 3.75m(车速 b h0时,构件属于小偏心受压构件;
6、(4)矩形截面偏心受压构件正截面抗压承载力 (5)钢筋混凝土偏心受压构件实用计算方法 (6)稳定验算二、持久状况正常使用极限状态计算二、持久状况正常使用极限状态计算 公路桥涵的持久状况设计,应按正常使用极限状态的要求,采用作用(或活载)的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响。对于构件的抗裂、裂 缝宽度和挠度进行验算。在预应力混凝土构件中,预应力应作为荷载考虑,荷载分项系数 取为 1.0。对于连续梁等超静定结构,尚应计入由预应力、温度作用等引起的次效应。 全预应力混凝土与部分预应力混凝土构件的划分全预应力混凝土与部分预应力混凝土构件的划分 预应力混凝土构件在弹性阶段计
7、算时的截面性质确定预应力混凝土构件在弹性阶段计算时的截面性质确定 预加力产生的法向应力及相应阶段的预应力钢筋应力计算预加力产生的法向应力及相应阶段的预应力钢筋应力计算 钢筋预应力损失钢筋预应力损失 混凝土收缩续编计算混凝土收缩续编计算 抗裂验算抗裂验算 裂缝宽度验算裂缝宽度验算 挠度验算挠度验算三、持久状况和短暂状况的应力计算三、持久状况和短暂状况的应力计算 与承载能力极限状态相比与承载能力极限状态相比,受弯构件在使用阶段的应力计算特点:受弯构件在使用阶段的应力计算特点: (1)计算图式不同。承载能力极限状态是以构件的破坏阶段为基础,其正截面强度计 算取图 710 所示的 IIIa 状态为计算
8、图式基础。而短暂状况构件的应力计算,是 指图 710 所示的第 II 阶段,即:梁的带裂缝工作阶段。 (2)承载能力极限状态计算决定了构件的材料强度、尺寸、配筋量及钢筋布置,以保 证截面承载力大于荷载效应;短暂状况计算是按构件的使用条件对已设计的构件 进行验算,以保证在使用情况下的正截面应力、主拉应力(剪应力)限值。 (3)强度计算必须满足:荷载效应 Mdu截面承载能力 Mu,其中荷载效应 Mdu为考虑 荷载组合效应的设计值;而短暂状况构件的应力计算中涉及的内力,采用标准值, 当有组合时不考虑荷载组合系数。 (一)持久状况预应力混凝土构件应力计算(一)持久状况预应力混凝土构件应力计算 计算内容
9、计算内容按持久状况设计的预应力混凝土构件,应计算其使用阶段正截面混凝土的法 向压应力、受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力。 作用(或荷载)取标准值汽车荷载应考虑冲击系数作用(或荷载)取标准值汽车荷载应考虑冲击系数(二)桥梁构件按短暂状况设计(二)桥梁构件按短暂状况设计时,应计算其在制作、运输及安装等施工阶段,由自重、 施工荷载等引起的正截面和斜截面的应力,并不应超过桥规 (JTG D62)规定的限值。 施工荷载除有特别规定外,均采用标准值,当有组合时不考虑荷载组合系数。 混凝土法向应力及钢筋应力计算混凝土法向应力及钢筋应力计算 截面主应力(主拉、主压)计算截面主应力(主拉、主压)计算第
10、七节第七节梁板式上部结构的构造与施工梁板式上部结构的构造与施工 一一 简支梁的构造与施工简支梁的构造与施工 (1 1)简支梁的定义:)简支梁的定义: 桥梁上部结构分别简支于桥梁墩(台)上。梁端支座约束主梁的竖向位移(活动支座) , 或约束主梁的竖向和纵向位移(固定支座) ,但不约束主梁的转角。 横断面形式可以是等厚板、肋板、T 形、I 形截面(及其横梁、桥面板)和箱形截面。 (2)简支梁桥的类型:)简支梁桥的类型:简支板桥、简支梁统称简支梁桥。 (3)整体式板桥的构造)整体式板桥的构造 (4 4)装配式板桥的构造)装配式板桥的构造 (5 5)装配式梁桥的构造:)装配式梁桥的构造:钢筋混凝土 T
11、 形梁式桥(绑扎钢筋骨架、焊接钢筋骨架) 、预应力钢筋混凝土 T 形梁式桥。 (6 6)不同环境条件下的钢筋保护层厚度及钢筋的细部构造)不同环境条件下的钢筋保护层厚度及钢筋的细部构造 (7 7)简支梁桥的施工要点)简支梁桥的施工要点 1)模板与支架;2)钢筋骨架(绑扎或焊接)的加工;3)混凝土分层浇筑;4)承重 结构落架 (8)主梁的预制工艺、安装)主梁的预制工艺、安装 二二 连续梁桥的类型、构造与施工连续梁桥的类型、构造与施工 多为预应力混凝土连续梁结构。其构造和受力与施工方法密切相关,不同的施工方法 将形成不同的体系转换方式,最终形成不同的内力状态。连续梁桥的构造和它的分跨布置 和配筋方式
12、也密切相关。 (1)结构类型及分跨:)结构类型及分跨: 一般可以设计成等跨或不等跨、等高或不等高形式。通常可按 25 孔为一联布置,超 过 5 跨时其内力情况与 5 跨相差不大。 连续梁的分跨比例,应按结构支点负弯矩等于或接近跨中正弯矩的原则进行分跨。三 跨连续梁一般的分跨比例为 0.8 : 1.0 : 0.8;五跨连续梁一般的分跨比例为:0.65 : 0.9 : 1.0 : 0.9 : 0.65。 (2)截面类型及尺寸)截面类型及尺寸 连续梁桥的横断面设计,主要应解决正负弯矩区的截面受力,有肋形的和箱形。 (3)预应力筋的布置)预应力筋的布置 预应力混凝土连续梁桥中,预应力钢筋的布置方式,与
13、所采用的施工方法、施工过程 及预应力钢筋的种类密切相关。 (4)连续梁的施工、体系转换)连续梁的施工、体系转换 1) 整体(支架)施工的连续梁;2)预制架设;3)悬臂浇注(拼装) ;4)顶推法;等。第八节第八节混凝土梁式桥的结构计算 一一 行车道板的计算行车道板的计算 (一)T 梁梁肋跨间板计算 (二)悬臂板 (三)假借悬臂板 二、整体式板桥计算二、整体式板桥计算 汽车荷载效应按车轮的有效分布宽度计算,换算为单位宽度板内的车轮荷载标准值。 作为近似,计算单位宽度的板带当作一根简支梁来计算,从而得到简化。 确定荷载的有效分布宽度确定荷载的有效分布宽度 将板上沿跨径方向不同位置的荷重除以相应位置的
14、有效分布宽度,将其作为每米板宽 上的荷载来计算板桥的内力。实体矩形截面的钢筋混凝土板,通常只需计算由恒载与活载 引起的跨中弯矩和支点剪力。 简支板桥活载内力可利用截面内力影响线和荷载的最不利纵向位置直接进行计算,并 计入汽车的冲击力。对于多车道桥梁,还应考虑荷载的折减系数。因此,板桥单位板宽上 的弯矩为:iybPM)1 (21三三 简支梁桥主梁内力计算简支梁桥主梁内力计算 简支梁桥是由多片主梁、横梁及桥面板组成的空间结构空间结构。当汽车在桥上行驶时,其车轮荷载将在桥的横向、纵向传递到桥梁的下部结构。因此,求解汽车作用某片主梁内力的 最大值,应是一个空间问题空间问题。这种空间结构的实用求解方法实
15、用求解方法,是采用变量分离法变量分离法,将某项 内力的影响函数,分离成二个线性的以横向分布影响线和纵向内力影响线函数的乘积求解。分离成二个线性的以横向分布影响线和纵向内力影响线函数的乘积求解。1、桥上荷载的横向分布计算方法荷载的横向分布计算方法 1)杠杆原理法杠杆原理法:把横向结构视为梁肋上断开的简支梁(或外伸梁) 。车轮在梁支点附 近时,力的传递接近这种情况。 2)偏心压力法偏心压力法:把横向结构视为刚性极大的梁。车轮在窄桥(B/L0.5)跨径中部时, 力的横向传递接近这种情况。 3)铰接板(梁)法铰接板(梁)法:视相邻板间铰接,只传递剪力。装配式板桥接近这种情况。 4)刚接梁法刚接梁法:视
16、相邻梁间刚性联接,相互之间不仅传递剪力而且传递弯矩。适用于多 种简支梁桥。5)比拟正交异性板法比拟正交异性板法:将整个简支梁桥(主梁、横梁、桥面板)视为正交(相互垂直) ,异性(两向的 EI 不同)的板进行类比计算 1、桥上荷载的纵向计算荷载的纵向计算 主梁指定截面的内力影响线,在最不利的位置上布载。最不利的位置上布载。 当作用集中力时 S = (1+)miPiyi 当作用均布力时 S =pmydxpmydxpm主梁内力包络图主梁内力包络图 以梁轴作为横坐标梁轴作为横坐标,将各截面的控制设计内力值作为纵坐标控制设计内力值作为纵坐标,连接而得到的曲线,称 为包络图 四、预应力混凝土连续梁桥的结构
17、计算预应力混凝土连续梁桥的结构计算 (一)恒载内力恒载内力 (1)施工中结构不发生体系转换,自重作用在最终体系上(整体现浇、整体吊装) 。 (2)先期结构自重变形发生后才与后期结构相连接,并经多次连接和体系转换而成桥梁 结构最终体系,即:使用阶段的结构体系;先期结构的自重内力,不影响后期结构的内力, 主梁恒载内力,将由各施工阶段的内力叠加而得(逐孔施工和悬臂施工) 。 (3)虽然施工过程中梁体内力不断变化,但就位后主梁自重就作用在最终体系上,应按 结构不发生体系转换的桥梁,计算主梁自重内力。但应按施工过程进行施工验算(顶推法 施工) 。 (二)汽车荷载内力汽车荷载内力 在使用阶段,车辆荷载(包
18、括人群荷载)作用在桥梁结构的最终体系上,因此用最终 结构计算。对于多梁式上部结构一般用横向分布系数和纵向影响线分解计算,车辆荷载的 最大内力为:Sp(1)miPi yi 按照挠度等效的原则,通过等代其主梁的抗弯刚度、抗扭刚度,利用简支梁的荷载横 向分布系数,求得连续梁跨中的荷载横向分布系数。 (三)预应力连续梁的预加力的次内预应力连续梁的预加力的次内 如预加力使构件产生的变形不被约束(如简支梁的支承只约束它的刚体位移,而不约 束其变形)时,它的效应只是由 Ny,Ny e 引起的,称为一次效应或初效应。预加力加在变 形受约束的结构(如连续梁)上,除一次效应 Ny,Ny e 外,约束反力将引起结构
19、内力,称 为预应力的二次效应,也称为次内力。 预应力连续梁中,有关预应力束的初内力、次内力、总内力、吻合束、线性变换原理是预应力连续梁的基本理论。 (四)混凝土的徐变收缩对预应力连续梁的影响混凝土的徐变收缩对预应力连续梁的影响 1 混凝土的徐变特性混凝土的徐变特性 混凝土徐变是指它在荷载长期作用下(即应力不变的情况下) ,应变随时间而持续 增长的现象。混凝土徐变会导致预应力混凝土构件的预应力损失,会使静定结构变形 增大,会导致超静定结构的内力重分布(即超静定结构的次内力) 。2 混凝土徐变对结构自重内力的影响混凝土徐变对结构自重内力的影响)1)()(00,(),( 121),( 12112t
20、gggt ggggggteMMMeMMMMMM在结构体系转换后,因混凝土徐变的影响,先期结构的自重弯距,在后期结构中所产 生的徐变弯距(至时刻t)的推荐计算公式。该式第一项,是结构重力在先期结构的效应, 第二项是结构自重按后期结构和先期结构计算弯矩的差值的徐变效应,是徐变引起自重内 力的重分配部分。 3 混凝土徐变对预应力弯矩的影响混凝土徐变对预应力弯矩的影响 五、温度影响力温度影响力 温度对桥梁结构的影响有年温差和日温差两部分。年温差是季节变化引起的,对混凝 土结构,按当地月平均最高、最低温度与合拢温度之差确定。它引起梁的纵向变形,如果 支座不约束纵向变形,则梁体不产生温度次内力。日温差作用
21、的温度梯度是沿截面高度变 化的, 温差作用的温度呈非线性变化,但梁截面变形服从平面加顶,致使梁截面的温差变形 在纵向纤维相互约束,在截面上产生自平衡的纵向约束力,称为温度自应力。 六、桥梁支座桥梁支座 梁桥支座设在上部结构与墩台之间,既要把力传给墩台,又要保证上部结构具有规定 的位移。因此,支座的设置既有实现上部结构静力图式的作用,又有调整上下部结构受力 和变形的功能。 板式橡胶支座计算板式橡胶支座计算 七 组合式受弯构件组合式受弯构件 组合式受弯构件是指施工时施工时把预制构件作为支承预制构件作为支承,在其上浇筑混凝土层并与其组合其上浇筑混凝土层并与其组合的 受弯构件。对于预制构件应按短暂状况
22、构件的应力、主拉应力规定进行制作、运输及安装 等施工阶段的验算。 第一阶段:现浇混凝土层未达到强度标准值之前,荷载考虑预制构件自重、现浇混凝 土层自重及施工附加的其它荷载。 第二阶段:现浇混凝土层达到强度标准值后,组合梁按整体计算,作用(或荷载)计 算组合构件自重、桥面系自重及使用阶段可变作用(或荷载) 。 (1)组合式受弯构件正截面抗弯承载力组合式受弯构件正截面抗弯承载力 对于组合式受弯构件的抗弯承载力计算,应根据不同施工顺序,在先期构件(预制结 构)产生的组合弯矩值及组合构件(现浇构件)产生的组合弯矩值确定后,按持久状况承 载能力极限状态受弯构件分别计算先期件构(预制构件)和组合构件的承载
23、能力。其关键 是确定先期结构(预制结构)及组合结构的弯矩设计值,然后按所对应的截面计算其正截 面抗弯承载能力。 (2)组合式受弯构件斜截面抗剪、抗弯承载力组合式受弯构件斜截面抗剪、抗弯承载力 (3)组合式受弯构件结合面计算组合式受弯构件结合面计算 (4)全预应力混凝土及部分预应力全预应力混凝土及部分预应力 A 类组合式受弯构件应力计算类组合式受弯构件应力计算 (5)全预应力混凝土及部分预应力全预应力混凝土及部分预应力 A 类组合式受弯构件斜截面抗裂验算类组合式受弯构件斜截面抗裂验算 (6)钢筋混凝土组合式受弯构件裂缝宽度验算钢筋混凝土组合式受弯构件裂缝宽度验算(7)组合式受弯构件在正常使用极限
24、状态下的挠度组合式受弯构件在正常使用极限状态下的挠度 八 墩台盖梁墩台盖梁 墩台盖梁与墩柱是桥梁中最为常见的结构,其计算方法计算方法应按盖梁与墩柱的线刚度为依按盖梁与墩柱的线刚度为依 据据。一般应按刚构计算,但当盖梁与柱的线刚度 EI/l(E 为梁或柱混凝土得弹性模量、I 为 毛截面惯性矩、l 为梁计算跨径或柱计算长度)之比大于 5 时,双柱式墩台盖梁可按简支梁 计算,多柱式墩台盖梁可按连续梁计算。 计算连续梁盖梁的支座负弯矩时,可考虑支座宽度对弯矩折减的影响,圆截面墩柱可 按等效抗弯刚度和截面面积的矩形截面柱计算,也可采用简化计算将其换算为 0.8 倍直径 的方形截面柱。 由于钻(挖)空灌注
25、桩及柱式桥墩的大量采用,柱(桩)尺寸加大,根数减少,盖梁 与墩柱的线刚度之比一般大于 5,因此排架墩一般应按框架计算,可将横桥向每单根桩基 模拟为固接于底部的等效基础框架结构(图 82) ,然后求解盖梁和墩柱的作用(或荷载) 效应。 (一)盖梁的计算跨径盖梁的计算跨径 按简支梁计算的盖梁,其计算跨径应取 lc和 1.15ln两者较小者,其中 lc为盖梁支承中 心线之间的距离,ln为盖梁的净跨径。在确定圆形墩柱的净跨径时,圆形截面墩柱可换算 为边长等于 0.8 倍直径的方形截面柱。当盖梁作为连续梁或刚构分析时,计算跨径可取支 承中心的距离。 (二)钢筋混凝土盖梁强度计算钢筋混凝土盖梁强度计算 对
26、于钢筋混凝土盖梁,当其高度与跨度之比高度与跨度之比 l/h 5.0 时时(l 为盖梁的计算跨径;h 为盖 梁的高度) ,可按钢筋混凝土一般构件计算。按钢筋混凝土一般构件计算。 当钢筋混凝土盖梁,按简支梁计算其高跨比为 2.0l / h5.0 和连续梁或刚构其高跨比 为 2.5l / h5.0 时,称为“短梁短梁” 。其受力特征类似于深梁其受力特征类似于深梁,与一般梁有所区别,九 桩基承台桩基承台 (一)桩基单桩竖向力设计值(一)桩基单桩竖向力设计值 对于群桩基础,承台底面单桩竖向力设计值为:22 iiydiixdd idxxMyyM nFN(二)承台的计算方法(二)承台的计算方法 承台正截面抗
27、弯强度计算,有“梁式体系”计算方法和“撑杆系杆体系”计算方法。 对于悬臂长度与梁高之比等于或小于 1.0 时,作为悬臂深梁考虑。因此,当外排桩中心距 墩台边缘大于承台高度时,按“梁式体系”方法计算承台截面;当外排桩中心距墩台边缘 等于或小于承台高度时,按“撑杆系杆体系”方法计算承台截面; 所谓“梁式体系梁式体系”是传统的承台设计方法,承台呈梁式破坏,即挠曲裂缝在平行于墩 台两个边出现,说明承台在两个方向呈梁式承受荷载,而非双向板式承受荷载。 所谓“撑杆撑杆系杆体系系杆体系”计算方法,避开了常规材料力学公式对短臂高粱不能反映结 构材料非线性剪应力不均匀分布等不足。公路桥梁桩基承台多属于短臂高粱,
28、截面内抗力 力臂较一般应变按平面假定为小,抗弯能力随之降低。所以当外排桩中心距墩台边缘小于 或等于承台高度时,应按“撑杆系杆体系”计算方法计算承台截面。十十 桥梁伸缩装置桥梁伸缩装置 (一)(一) 桥梁伸缩装置的基本要求桥梁伸缩装置的基本要求 (二)(二) 伸缩装置安装后的伸缩量计算伸缩装置安装后的伸缩量计算(1)由温度变化引起的伸缩量 (2)由混凝土收缩引起的梁体缩短量 (3)由混凝土徐变引起的梁体缩短量 (4)由制动力引起的板式橡胶支座剪切变形引起的伸缩装置的变位 (三)(三) 梁体的伸缩装置按伸缩量选用的型号梁体的伸缩装置按伸缩量选用的型号 (1)伸缩装置按安装后的闭口量 (2)伸缩装置
29、按安装后的闭口量 (3)伸缩装置的伸缩量第九节第九节拱拱 桥桥 拱桥是一种既古老又年轻的桥梁形式,是现代五大桥型之一,当选择大跨度桥梁时, 在目前比较常遇到的 200600m 跨度范围内,拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手。而 在中、小跨度领域更具特色。我国公路桥梁中约有 60%为拱桥。根据理论推算,钢拱桥的 极限跨径可达 1200m 左右,混凝土拱桥的极限跨度可达 500m 左右。 一、拱桥的组成与类型拱桥的组成与类型 受力特点:受力特点:在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重结构的桥梁称为拱桥。在竖向荷载作竖向荷载作 用下用下,拱的两端支承处除竖向反力外除竖向反力外,还有水平推力水平推力。由
30、于水平推力的作用,使拱桥的弯 距将比相同跨径的梁桥弯矩小得多,拱圈截面拱圈截面上以承受压力承受压力为主。 1拱桥的构成拱桥的构成 拱桥由桥跨结构和下部结构两部分组成。其桥跨结构,由主拱圈主拱圈和拱上建筑拱上建筑组成。 主拱圈是拱桥的主要承重构件主拱圈是拱桥的主要承重构件, 桥面系和传力构件(或填充物)称为拱上建筑。 拱桥的下部结构由桥墩、桥台组成。 2拱桥的力学体系分类 一般的拱桥,以裸拱作为主要承重结构。按照不同的静力图式,主拱圈可分为三铰拱,三铰拱, 两铰拱和无铰拱两铰拱和无铰拱。 三铰拱三铰拱属静定结构。温度变化、混凝土收缩、支座沉陷等因素引起的变形不会在拱圈 内产生附加内力。但铰的构造
31、复杂,而且降低了结构的整体刚度。 无铰拱无铰拱属三次超静定结构。它的构造简单,整体刚度大,拱圈内力比较均匀,节省材 料。由于超静定次数高,墩台沉陷等因素会在无铰拱内引起较大的附加内力,所以无铰拱 桥宜建在良好的地基上。但随着跨径的增大,附加力的影响相对减小。因此,多数拱桥以 无铰拱作为其主要承重结构。 两铰拱两铰拱的力学特征介于无铰拱和三铰拱之间。支座沉陷引起的变形不会在拱圈内产生 附加内力。因此,在地基条件较差而不宜修建无铰拱桥时,可以考虑两铰拱桥。 二、拱桥的构造拱桥的构造 三、拱桥的设计要点拱桥的设计要点 1、拱轴线的选择轴线的选择:各施工阶段和使用过程中,全拱范围内各截面的纵向力的偏心
32、距较小。 按“五点重合法”初选的拱轴线,在某些截面,与结构重力压力线偏离过大,或与结构重 力及其弹性压缩和温度下降,混凝土收缩等组合下的纵向压力线偏离较大时,则应作适当 调整,使这些控制截面的纵向力偏心距减小,应力分布趋于均匀。同时,还应考虑拱轴线 偏离结构重力压力线引起的附加内力。 2 拱圈截面高度变化的规律拱圈截面高度变化的规律 一般当拱桥跨径大于 50m 时,常采用加高或加宽拱角截面,改善截面应力,节省拱圈材料。各种拱桥的拱圈厚度变换系数的值略有不同。实腹拱为 0.40.6;空腹jjdIIncos拱为 0.30.5;双曲拱和钢筋混凝土拱为 0.50.8。矢跨比较大的桥梁,取较大值。 3拱
33、桥的总体布置拱桥的总体布置 桥梁的总体布置要妥善处理桥位、桥宽、桥长和分孔,桥梁控制标高(桥面,拱顶底 面,起拱线,基底)和桥梁的主要尺寸。 (1) 、确定拱顶、拱脚高度。 (2) 、按选定桥型的一般矢跨比拟定矢高后,估算推力。 (3) 、抗推力墩的设置。 (4) 、对不等跨拱桥,拱圈恒载推力相差悬殊对桥墩的不利作用 4拱圈内力计算 拱桥计算为高次超景定结构,计算较为复杂。目前通常根据拱桥的不同截面形式,采 用不同的单元(如板单元、梁单元、块体元等)用有限元法计算分析拱圈内力。 现有的平面杆系有限元程序,可以用来计算单位体系拱桥和组合体系拱桥,也可以同 时考虑拱上建筑与主拱圈的联合作用(当拱上
34、建筑满足联合作用的受力要求时) ,其所适应 的结构类型比较广。 5、拱圈强度和稳定性计算拱圈强度和稳定性计算 (1) 、主拱圈强度验算主拱圈强度验算 主拱圈要对拱顶、3/8 点、1/4 点、拱脚等控制截面(可视情况增加或减少)进行强度 验算。 混凝土和砌体的偏心受压构件按桥规 (JTG 022) 、钢筋混凝土偏心收押构件按桥 规 (JTGD62)计算。 (2) 、主拱圈的稳定性验算主拱圈的稳定性验算 四、拱桥的施工四、拱桥的施工 1有支架施工有支架施工:在满堂式拱架或在桁式钢拱架上砌筑砖石拱桥,浇注混凝土、钢筋混 凝土拱桥,统称为有支架施工。 2缆索吊装施工:缆索吊装施工:是无支架施工的主要方
35、法之一。 3。转体施工转体施工第十节第十节 桥梁的墩台和基础桥梁的墩台和基础 桥梁的桥墩、桥台及其基础构成桥梁的下部结构桥梁的下部结构。它的作用是支承桥梁的上部结构并支承桥梁的上部结构并 将其荷载传至地基。将其荷载传至地基。 一一 桥梁的墩台桥梁的墩台 桥梁墩台主要由桥墩(台)帽、墩(台)身组成,一般可将桥梁墩台分为重力式墩台 和轻型墩台两大类。1梁桥的重力式墩台 2轻型墩台 3. 钢筋混凝土薄壁墩 二、桥梁的基础二、桥梁的基础 基础的设计首先要确定基底的埋置深度和基础类型。基础根据埋置深度不同分为深基 础和浅基础两大类。一般将埋置深度在 5m 以内的称为浅基础,当基础埋深大于 5m 时,需
36、用特殊施工手段和相应的基础形式,如桩基、沉井等深基础。 1浅基础(明挖基础)浅基础(明挖基础) (1) 、基础埋置深度要求 (2)冻结深度的要求 (3)地质条件要求(4)基础尺寸拟定 (5)施工方法 2 2 沉井基础沉井基础 沉井基础的结构由井壁、刃角、隔墙、井孔、封底和顶板井壁、刃角、隔墙、井孔、封底和顶板等组成。 3 3桩基础桩基础 桩基础是桥梁深基础中最常用的基础形式。桩基础由基桩基桩和承台承台组成 (1)桩基础的分类桩基础的分类 桥梁的桩基础一般按沉入土中的施工方法、受力条件加以分类。 1) 沉入桩和钻(挖)孔灌注桩。沉入桩是采用预制桩,经锤击(或震动)将桩身沉入 土中,称为沉桩。 2
37、) 摩擦桩和支承桩 (2)桩基的构造 (3)桩的布置和间距 (4)承台的构造及与基桩的连接 三、桥梁墩台及浅基础的设计桥梁墩台及浅基础的设计 1荷载及其组合荷载及其组合 桥梁墩台的荷载除承受上部结构传递的荷载外,还应考虑直接受到的自重、风力、水 的浮力、土压力、流水压力、冰压力、以及地震力、船只或漂浮物的撞击力和基础变位的 影响力等。根据桥规的荷载组合规定进行计算。各种荷载作用下,应以对墩身、基础 承载力最不利受力情况,考虑可能同时出现的荷载计算。 考虑墩台的活荷载时,应考虑墩身、基础和地基的工作特性,以不同的车辆布载方式 进行计算。 (1)为墩身等承受最大竖向力时的荷载布置,两跨均有活载 N
38、p。它用来验算墩身强度和 基底最大应力。 (2)为墩身等承受顺桥向最大力矩及相应的竖向力时的荷载布置,一跨布有活载,或同时 布置制动力和纵向风力。 (3)为墩身等承受横桥向最大力矩及相应的竖向力时的荷载布置,两跨活载偏置(组合 I) ,或同时布置横向风力等。 (4)在计算地震力荷载组合时,只计地震力与所有恒载的组合,同时考虑水的浮力 各种荷载效应累计: 对于墩身墩身强度应按承载能力极限状态法按承载能力极限状态法,考虑荷载分项系数考虑荷载分项系数;若采用混凝土或砖石结 构按桥规 (JTG 02185)计算。 地基承载力地基承载力应按容许应力法计算按容许应力法计算,不乘以荷载系数,直接累计至基底。
39、 2墩身计算 墩身应按桥墩结构特性进行。对于重力式圬工墩身,要验算其抗压强度、荷载偏心距e0=M /N e0、抗剪强度;对于高度大于 20m 的重力式墩还应验算其稳定性问题。对 于钢筋混凝土墩台、盖梁,应按其静力图式验算。 3刚性浅基础计算 (1)基底应力基底应力 (2)基底的偏心距 (3)基础的整体稳定性 (4)柱顶水平位移 四、桩基础的设计要点桩基础的设计要点 1单桩的竖直承载力竖直承载力摩擦桩摩擦桩 端承(柱)桩端承(柱)桩 2单桩在单桩在“地面地面”力和位移作用下的效应力和位移作用下的效应 桩基的计算宽度桩基的计算宽度 b 桩与土体的相互作用,假定桩与土体的相互作用,假定如下: (1)
40、土体是桩的弹性地基介质,地基系数随深度正比例增加,即 cy=my。在深度为 y 处,发生水平位移 x 时,该点的土中应力 cyx=myx。 (2)不考虑桩与土体之间的摩擦力和粘结力; (3)桩为一个弹性构件 3群桩基础的计算 五、刚性深基础(沉井、管柱)的设计五、刚性深基础(沉井、管柱)的设计 刚性深基础,应该计入周围土体对基础的约束作用,同时假定:地基系数随深度正比 增加,cy = my;基础刚度与土体相结视为无穷大;基础与土的摩阻力、粘结力可以不计。刚性深基础,作为一个整体,应验算基基础底面的基底应力和基础周围土体的水平土 抗力,以保证刚性深基础的稳定。 刚性深基础(例如沉井) ,除了验算
41、整体稳定性外,还应对其结构各部位、按施工过程、 使用阶段、承载力极限状态的要求进行核算,并应满足相关的构造要求。第十一节第十一节 桥梁抗震设计要点和对策桥梁抗震设计要点和对策 一 桥梁抗震重要性分类 公路工程抗震设计规范 (JTJ 00489) ,简称抗震规范 ,主要根据线路等级及结 构物的重要性和修复的难易程度,用下表中的重要性修正重要性修正系系数数C1参与地震力计算,它 代代表表了了 桥桥梁梁结结构构抗抗震震重重要要性性的的分分类类 。 二二 地震动峰值加速度地震动峰值加速度 地震动峰值加速度系数。地震基本烈度与地震动峰值加速度系数之间的关系如表 7 17。地震基本烈度与地震动峰值加速度系数的对应关系 表 717地震动峰值加速度系数(g)0.050.050.100.150.200.300.40地震基本烈度VIVIVIIVIIVIIIVIIIIX三 地震力作用的一般要求地震力作用的一般要求 地震力荷载的计算,一般情况下桥墩应采用反应谱理论反应谱理论,桥台采用静力法。对于结构特 别复杂、桥墩高于 30m 的特大桥梁,可以采用时程反应分析时程反应分析法。 四 抗震措施和对策抗震措施和对策
限制150内