《桥梁工程概论》PPT课件.ppt

第三篇 混凝土拱桥,第二篇 桥梁工程概论,1 概论2 混凝土梁桥 3 拱桥 4 其他体系桥梁简介4 桥梁墩台,1.1 桥梁发展概况,重庆万县长江大桥(跨度420m),该桥是318国道（成都上海）上跨越长江的一座大型劲性钢筋混凝土箱拱桥，净跨420m，桥长856.12米，宽24米，4车道，单孔跨江，在同类型桥梁中，跨度居世界第一。,最大主跨1088m、最深基础、最高桥塔、最长斜拉索 试通车，开工建设,1.2 桥梁的组成与分类,1.2.1 桥梁的组成1.2.2 桥梁的分类1.2.3 桥梁的主要类型,1.2.1 桥梁的组成,桥梁结构一般由三个基本部分组成上部结构 superstructure（包括桥面、桥道系、承重结构以及联结部件）下部结构 substructure（支座、桥墩、桥台及基础）附属结构。,桥跨结构（上部结构）superstructure 路线遇到障碍而中断时，跨越这类障碍的主要承载结构桥墩、桥台（下部结构）substructure 支承桥跨结构并将恒载和车辆荷载传至地基的建筑物墩台基础 foundation 桥墩（台）中使全部荷载传至地基的结构部分,支座 bearing 在桥跨结构和桥墩（台）的支承处设置的传力装置护坡 conical slpoe 路堤与桥台衔接处，在桥台两侧设置的石砌锥形体，保证边坡稳定,正桥：跨越主要障碍部分，跨度大、高度大、基础深。引桥：连接正桥与路堤部分，跨度小、基础较浅。,1969年建成,是我国自行设计、制造、施工并使用国产高强钢材的现代化大型桥梁，属于连续钢桁梁双层桥。全长包括引桥在内，铁路部分为6772m，公路部分为4589m。,南京长江大桥,引桥,正桥,法国诺曼底桥主跨856m,净跨径 clear span 设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距（梁桥），拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离（拱桥）计算跨径 computed span 桥跨结构相邻两个支座中心距离（梁桥）,两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离（拱桥）,总跨径 total span 各孔净跨径之和(L1)桥梁全长 total length of bridge 两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离桥下净空 clearance of span 设计洪水位或计算通航至桥跨结构最下缘的距离(H),它应保证能安全排洪，并不得小于对该河流通航所规定的净空高度。桥面净空 clearance above bridge floor 桥梁行车道、人行道上方应保持的空间界限，公路、铁路、城市桥梁有相应的规定标准跨径 相邻桥墩中线之间的距离（梁桥）,建筑高度 桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构最下缘之间的距离，h容许建筑高度 桥面（或轨顶）标高与通航净空高度之差。净矢高：是拱桥从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。计算矢高：从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离。矢跨比：是拱桥中拱圈（或拱肋）的计算矢高f与计算跨径l之比（f/l），也称拱矢度。,1.低水位 枯水季节河流的最低水位,2.高水位 洪峰季节河流的最高水位,3.设计水位 按规定设计洪水频率算得的水位,1.2.2 桥梁的分类 Classification,按跨径分类 Span Lengths 特大桥 super major bridge大桥 major bridge中桥 medium bridge小桥 small bridge涵洞 culvert,特大桥：L500m，l100m,大桥：100mL500m,40ml100m,涵洞：L8m，l5m,小桥：8mL30m，5ml20m,中桥：30mL100m，20ml40m,按通道位置分类(拱桥)position of deck 上承式 deck bridge 中承式 half-through bridge 下承式 through bridge,按用途分类 usage公路桥 highway bridge铁路桥 railway bridge公铁两用桥 highway and railway brdige人行桥 foot bridge,按承重结构材料分类 material of constructure木桥 timber bridge钢桥 steel bridge圬工桥 masonry bridge钢筋混凝土桥 reinforced concrete bridge预应力混凝土桥 prestressed concrete bridge钢混凝土组合桥 steel-concrete bridge,按跨越障碍的性质分类 跨河桥 river bridge立交桥 interchange高架桥 viaduct栈桥 trestle bridge高架桥 把车道升高到地面以上的桥或跨越深沟峡谷的高桥。,按桥跨结构的平面布置分类 正交桥 right bridge斜交桥 skew bridge弯桥 curved bridge,按结构体系分类 structure form梁式桥 beam bridge拱桥 arch bridge刚架桥 rigid bridge吊桥 suspension bridge斜拉桥（组合体系桥）cable stayed bridge,按跨越方式分类：固定桥、开启桥、浮桥、漫水桥漫水桥：平时可正常通行，洪水季节淹没在水下,开启桥,按使用年限分类：临时便桥、永久性桥（100年）,梁式桥 beam bridge,1.2.3 桥梁的主要类型,梁式桥定义：在竖向移动式荷载作用下无水平反力的结构体系。,拱桥,拱桥的主要承重结构是承受压力的拱圈。(2)拱桥与梁桥的主要区别在于在竖向移动荷载作用下拱桥墩或桥台要承受水平推力。,拱桥 arch bridge,刚架桥,1、刚架桥的定义：梁和墩整体连接，刚性连接的桥梁。刚架桥的主要承重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。2、在竖向移动荷载作用下，梁部主要受弯，柱脚处有水平推力，受力状态介于梁式桥和拱桥之间。3、刚架桥的特点是施工比较困难。,刚架桥 rigid bridge,类型,斜腿刚架桥。造型轻巧美观。,连续刚架桥.有较好的抗震性能。,T形刚架桥，便于施加预应力，加挂梁后，跨度很大。,吊桥 suspension bridge,1、传统的吊桥均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。2、在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，这就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。3、吊桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代的吊桥通常由桥塔、锚碇、缆索、吊杆、加劲梁及索鞍等主要部分组成。,组合体系桥梁、刚架组合,它们是预应力混凝土结构采用悬臂施工发而发展起来的一种新体系。T形刚构、连续刚构。,组合体系桥梁拱组合,它们利用梁的受弯与拱的受压特点组成联合结构，对地基要求不高，但是施工比较复杂，一般用于城市跨河桥上。,组合体系桥斜拉桥cable stayed bridge,它是一种自锚体系，不需要昂贵的地锚基础，防腐技术要求比吊桥低，抗风能力也比吊桥好，钢束用量比吊桥少。,1.3.1 桥梁设计的基本原则1.3.2 桥梁纵横断面设计和平面布置,1.3桥梁的规划原则与设计资料收集,桥梁的规划设计,1.3.1.1 桥梁设计的一般原则 按照“适用、经济、安全、美观”1.3.1.2 桥梁的设计程序（大型桥梁）前期工作-预可行性研究报告与可行性研究报告设计阶段-初步设计、技术设计、施工设计三阶段设计（一般用于大型、复杂的工程。）两阶段设计一阶段设计（一般实用于技术简单的中、小桥。）,1.3.1.3 桥梁设计的基本要点,1.适用上的要求 人群和车辆的安全通畅 桥上的行车道和人行道应保证一定的宽度和坡度，方便行车，能满足将来交通量增长的需要 桥下泄洪，通航（通车）应保证一定的跨度和桥下净空,1.3.1.3 桥梁设计的基本要点,2.经济上的要求桥梁设计应体现经济上的合理性，在设计中必须进行详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最少。3.结构尺寸和构造上的要求整个桥梁结构及其部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的的强度、刚度、稳定性和耐久性。（力学上的基本要求）,4.施工上的要求(技术先进)桥梁结构应便于制造和架设，应尽量采用先进的工艺技术和施工机械。5.美观上的要求优美的外形与周围的景致相协调6.环境保护和可持续发展,1.3.1.3 桥梁设计的基本要点,1.3.1.4 设计资料调查,1.调查桥梁的使用任务调查桥上的交通种类、行车密度，以确定桥梁的荷载等级和行车道、人行道的宽度等。2.测量桥位附近的地形绘制地形图供设计和施工应用（特别是分孔）。3.探测桥位的地质情况4.调查和测量河流的水文情况收集历年的洪水资料，计算确定各种特征水位、流速、流量等，与航运部门协调确定通航水位和通航净空。,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,1.桥梁纵断面设计1）桥梁总跨径的确定（1）总跨径所需排洪宽度 排洪宽度：设计流量确定后对某一河道断面，水位和流速随过水宽度变化，当把流速控制在冲刷许可范围内，这时的过水宽度既是排洪宽度（水力学计算）。（2）节约投资 视允许冲刷适当缩短总跨径（即路堤压缩河床，以减少桥梁的总长度，此时流速加大）。,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,2）桥梁的分孔（1）原则1 经济 分孔多少与投资的关系跨径越大，孔数越少，上部结构造价高，墩台造价低；分孔越多，则跨径小，上部结构造价低，而墩台造价高；最经济的分孔，使上下部结构的总造价最低。（2）原则2 通航在主航道范围内，布置几个越大的跨径，两侧可按经济跨度分孔。,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,（3）原则3 地形地质条件 平原区：主槽布置跨径大的通航孔山区深谷：加大跨径，可采用特大单孔跨越，减少中间桥墩不利地质段：移桥基（桥墩与桥台），加大跨径（4）原则4 充分发挥上部结构材料的力学性能 对连续梁桥，边跨与中跨比值宜使各跨跨中弯矩接近相等。,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,多孔跨径的比例：钢筋砼三跨连续梁：中跨/边跨=1.00/0.80 五跨连续梁:1.00/0.90/0.65多孔桥梁：奇数跨（结构对称）（5）原则5 施工条件 是否具备大跨径的施工能力（6）美观,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,3）桥面标高、桥下净空及坡度（1）确保桥下泄洪，由设计洪水位确定(流水净空要求)根据设计洪水位、桥下通航（通车）净空等需要，结合桥型、跨径等确定。梁桥 梁底高出设计洪水位（包括壅水和浪高）不小于50 cm，梁底高出最高流冰水位75 cm 以上，支座底面高出设计洪水位不小于25cm无铰拱桥 拱脚淹没深度不超过拱圈矢高的2/3，拱脚起轴线应高出流冰水位0.25 m，拱顶底面高出设计洪水位1.0m,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,（2）安全通航 满足通航净空要求（表20页）（3）桥下安全通车（跨线桥）桥跨结构的下缘标高应满足各类车辆的净空要求，详见“公路工程技术标准”（4）坡度 小桥通常做成平坡形；大、中桥梁往往设置从中央向两端倾斜的双向纵坡；正桥：桥上纵坡4、桥头引道纵坡5、市镇交通繁忙处均应不大于3。,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,2.桥梁横断面设计1）行车道宽度桥面行车道净宽标准：2*净-7.5（一级公路，车速100km/h），2*净-7.0，净-9.0，净-4.5人行道宽度 0.75m，1m，大于 1m 按 0.5m 的倍数增加自行车道宽度 一条自行车道的宽度为1m，当单独设置自行车道时，一般不应少于两条自行车道的宽度。,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,2）横断面形状横坡：中央倾向两侧的1.53.0，以利排水人行道及安全带宽度：应高出行车道至少高出2025cm，当桥面纵坡较大时，宜高出3035cm，以确保行人和行车安全。,3.平面布置原则1 尽量设计成直线，如有条件限制必须为曲线时，则各项指标应符合路线布设的规定，避免反向曲线。原则2 尽可能避免设计成斜交桥，斜交角度不大于450。,1.4桥梁纵、横断面和平面布置,1.5 桥梁的作用简介 Loads on Bridges,1.5.1 桥梁设计作用的分类1.5.2 规范中有关设计作用的规定,1.5.1 桥梁设计荷载的分类,我国现行的公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中，将作用在桥梁上的作用分为三大类：永久荷载（恒载）(在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。)结构物自重，桥面铺装，附属设施，土重，土侧压力，基础变位影响力，水浮力，预加应力，砼收缩徐变影响力。对于大桥，永久荷载一般占50左右，对于特大桥甚至高于75。,可变作用(在结构设计使用期内，荷载的作用位置和大小方向随时间变化，且变化幅度与平均值相比不可忽略)。,这些包括：汽车荷载，汽车荷载的冲击力、离心力、制动力及其引起的土侧压力，人群荷载，风荷载，流水压力，冰压力，温度作用和支座摩阻力。,偶然荷载(在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷载。)地震力，船只、漂流物的撞击力，施工荷载等,1.5.2 规范中有关设计作用的规定,一、汽车荷载车辆荷载 以车轴集中荷载的形式作用。车道荷载 以折算的均布荷载加一个集中力的形式作用。1、汽车荷载是公路桥涵最主要的一种可变荷载，分为公路级，公路。2、桥梁整体计算采用车道荷载，桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和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应符合规范规定。4、车道荷载1）公路级：qk=10.5kN/m，计算跨径小于或等于5m,集中荷载Pk=180kN,计算跨径大于或等于50m,集中荷载Pk=360kN,计算跨径在550m,Pk直线内查。计算剪力时，上述集中荷载的标准值应乘以1.2的系数。,2）公路级：车道荷载的均布荷载和集中荷载按公路级车道荷载的0.75倍计算。3）车道荷载的均布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。5、车辆荷载的立面平面见图示。6、车道荷载横向分布系数应按设计车道数和图示布置车辆进行计算。,7、多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减，当桥梁横向布置车道数大于等于2时，应考虑荷载效应的横向折减，但折减后的效应不得小于用两设计车道的荷载效应。8、当桥梁计算跨径大于等于150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减，当为多跨连续结构时，整个结构均应按最大的计算跨径计算荷载效应的纵向折减。,2 混凝土梁桥,2.1 桥跨结构2.2 桥梁支座2.3 梁式桥的一般特点和主要类型2.4 板桥2.5 装配式简支梁桥2.6 简支梁桥计算方法简介,2.1 桥跨结构2.1.1 桥面系的组成与布置,行车道铺装、排水防水系统、人行道（或安全带）、缘石、栏杆、护栏、照明灯具、伸缩缝,桥面构造直接与车辆、行人接触，对桥梁的主要结构既能传力又能起保护作用其构造合理性、施工质量和养护质量，直接影响到桥梁的使用功能。桥面的布置应在桥梁的总体设计中考虑，根据道路的等级、桥梁的宽度、行车要求等条件确定。,桥面横坡沥青砼、水泥砼铺装：1.5%-2%路拱：行车道，抛物线型人行道，直线型桥面横坡的形式横坡设在墩台顶部，等厚铺装层，上部结构双向倾斜横坡设在墩台顶部，三角垫层，等厚铺装层双向倾斜行车道板,桥面布置双向车道布置交通量不大的桥梁分车道布置交通量大的桥梁双层桥面布置多层桥面布置充分利用桥梁的承载能力人行道城市附近的桥梁检修道、安全带郊区或高速公路,保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用普通水泥（沥青）砼铺装1）混凝土强度 一般要求其标号与桥面板相同或略高一层，并有较好的密实度,2.1.2 桥面铺装（桥面板上部的垫层和面层）,2.1.2 桥面铺装（桥面板上部的垫层和面层）,2）表面宜粗糙 要求平整且粗糙，以减小车辆冲击，防滑和减弱光线的反射。普通水泥砼铺装 表面粗糙，耐磨好，价格低，养护期长、修补麻烦沥青砼铺装 价格高，较轻，养护方便，通车快非严寒地区，小桥，无防水层，铺装厚58cm,防水砼铺装 非冰冻地区需防水时用，厚810cm，防水混凝土的强度一般不低于桥面板混凝土的强度 上面可铺2cm沥青磨耗层,具有贴式防水层的铺装 防水要求高严寒地区，桥面板位于受拉区时低标号混凝土垫层水泥沙浆抹平“三油二毡”厚12cm 砼保护层厚4cm 细石混凝土保护层C20沥青或水泥混凝土路面,桥面铺装构造,2.1.3 桥梁排水系统,桥面纵坡2%，桥长2%，桥长=50m，间距1215m桥面纵坡2%，每隔68m设一个泄水管泄水管：要求过水面积不小于23cm2/m2,左右对称或交错排列，距缘石2050cm，可在人行道下设置,2.1.4 桥梁伸缩缝,伸缩缝的作用保证桥跨结构在气温变化、活载作用、砼收缩徐变等影响下按净力图式自由变形把桥面在梁端处断开，使梁的端部约束与铰支相等使车辆平顺通过，防止雨水、垃圾泥土等阻塞减小车辆通过的噪音,2.3 桥梁支座,支座的作用：1、传递上部结构的各种荷载2、适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素所产生的变位（位移和转角）；使上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。,按受力特性：可分为固定支座和活动支座固定支座：传递竖向力和水平力，允许上部结构在支座处能自由转动但不能水平移动。活动支座：只传递竖向力，允许上部结构在支座处能自由转动和水平移动。多向活动支座（纵向、横向均可自由移动）单向活动支座（仅一个方向可自由移动）,1、板式橡胶支座（1）构造要点 板式橡胶支座由几层橡胶和薄钢片迭合而成。（2）活动机理 利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角位移，利用橡胶的剪切变形实行水平位移,4、盆式橡胶支座盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合而成的新型桥梁支座。具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，适用于支座承载力为1000KN以上的大跨径桥梁。盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。活动盆式橡胶支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承压橡胶块、橡胶密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板以及上下支座连接板组成。组合上、中支座板构造或利用上下支座连接板即可形成固定支座。,1.钢盆2.承压橡胶板3.钢衬板4.聚四氟乙烯板5.上支座板6.不锈钢滑板7.钢紧箍圈8.密封胶圈,2.3 梁式桥的一般特点和主要类型,按承重结构（梁）的截面形式分类 板桥 肋板式梁桥（形截面、T形截面）箱形梁桥,2.4 板桥,承重结构是矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板构造简单，施工方便，而建筑高度较小。跨径较小，一般在10m左右 整体式板桥双向受力弹性薄板装配式板桥单向受力窄板桥装配整体式板桥,公路板桥横截面图,整体式板桥：板在车辆荷载作用下除了沿跨径方向引起弯曲受力外，在横向也发生扰曲变形，因此它是双向受力弹性薄板，其受力钢筋需沿两个方向布置。一般都设计成等厚度的矩形截面，为了减轻自重，可以做成留有圆洞空心板桥或将受拉区稍加挖空的矮肋式板桥。,整体式板桥的钢筋布置,纵向受力钢筋 板中间的2/3范围内按计算需要进行配筋外，在两侧1/6的范围内应比中间的增加15（共同受荷载范围小）斜筋 按计算可以不设弯起钢筋，但习惯上仍将部分钢筋弯起：板厚30cm左右、弯起30度；板厚40 50cm左右、45度；跨径1/41/6通过支点的不弯起主筋，每米宽内不少于3根，并不少于主钢筋面积的1/4。,横向分布钢筋 板内设置垂直于主钢筋上，一般在单位长度上不得小于单位板宽上主钢筋面积的15，其间距应不大于25cm.作用 横向受力 传递内力 钢筋绑扎成形,举例,标准跨径6m，桥面净宽8.5米，两侧各有0.25m的安全带，并按公路-级的荷载标准设计的整体式简支板桥的构造与配筋。该桥计算跨径为5.96m，板厚32cm，约为跨径的1/18。纵向主筋为直径20mm的级钢筋，在中间2/3板宽内按间距12.5cm布置，两侧各1/6板宽内按间距11cm布置，并在跨径两端1/41/6的范围内按30度弯起。横向分布钢筋为10mm的级钢，按单位宽度截面上所配主筋面积的15%配置，并沿纵向按间距20cm布置。,装配式板桥一般由数块一定宽度的实心或空心预制板组成。各板利用板间企口缝填充混凝土相连接。实心板桥跨径不超过8m，钢筋混凝土空心板桥跨径范围6，预应力混凝土空心板桥跨径范围在。,在荷载作用下，每块板相当于单向受力的梁式窄板，除在主跨径方向承受弯曲外，还承受通过板间接缝（铰缝）传递剪力而引起的扭转。因此，每块预制板除承受本板内的荷载外，还承受相邻板块作用而引起的竖向剪力和其他内力作用。由于其他内力与竖向剪力相比对确定板的内力影响很小，所以设计中多采用铰接板（梁）法确定其板中内力。板与板之间凭借铰缝传递竖向剪力而共同受力，不传递弯矩。,装配式板桥的横向联结,1）企口混凝土铰联结 铰缝内用250300号以上的细骨料混凝土填实。如果要使桥面铺装层也参与受力，也可以将预制板中的钢筋伸出以与相邻板的同样钢筋互相绑扎，再浇筑在铺装层内。,企口式混凝土铰(有圆形，棱形，漏斗形等三种),2）钢板联结 钢板联结一般在预制板顶面沿纵向两侧边缘每隔0.81.5m预埋一块钢板，连接时将钢盖板与相邻预制板顶面对应的预埋钢板焊接在一起。通常在跨中部分钢板联结布置的较密，而两端支点部分较稀疏。实践证明这两种联结能够很好的传递横向剪力使各板块共同受力。在国外，通常以横向预应力方式连接，使装配式板桥的受力特性接近于整体式板桥。,空心板截面形式,钢筋混凝土空心板桥适用范围6 13m，板厚0.4 0.8m；预应力混凝土空心板桥适用范围8 16m，板厚0.4 0.7m 单孔：挖空率大，重量小，但顶部需配置横向受力钢筋以承担车轮荷载 双孔：为了保证抗剪强度，应在截面内按计算需要配置弯起钢筋和箍筋,装配-整体组合式板桥 利用一些小型预制构件安装就位后作为底模，在其上再浇筑混凝土组合成整体 具有整体式板桥双向受力的优点，又具有装配式板桥施工简便的优点（双向板比单向板受力性能好）。,肋板式梁桥,中等跨径，一般在1340 m 左右，受力性能好，自重小整体式肋梁桥净-7，双主梁桥装配式肋梁桥装配式T型梁桥 装配式型梁桥,公路 型梁桥横截面,块件之间用穿过腹板的螺栓联结，施工简化。截面形状稳定，横向抗弯刚度大块件堆放、装卸和安装都很方便但是构件的制造较复杂，粱肋被分成两片薄的腹板，通常用钢筋网来配筋，难以做成刚度的钢筋骨架。,T形截面,原因是T形截面最适合于简支梁的受力特点，即只承受单向弯矩。对于跨径较大的简支梁桥，为了减轻单片主梁的吊装重量，主梁也常采用I形截面，但主梁上翼缘间需加入一段现浇混凝土，使各主梁连接成整体，并构成桥面板，或在预制主梁上现浇整体桥面板。虽然主梁采用I型截面，但最终的桥梁横截面与采用形截面主梁构成的桥梁横截面差别不大。,公路T形梁横截面,箱形梁桥,梁肋、翼缘板、底板承受正负弯矩箱形截面抗弯惯矩大，抗扭刚度大适用于跨径较大的悬臂梁、连续梁及刚构结构。,能承受正、负弯矩的足够的混凝土受拉区。抗弯惯矩大，抗扭刚度大，在偏心荷载作用下各梁肋的受力比较均匀。对于普通钢筋混凝土的简支梁桥来说，底板除徒然增加自重外并无其他益处，故不宜采用，故箱形截面通常用于预应力混凝土桥。（全截面混凝土参与受力）,公路箱形梁截面,2.5.1 结构布置与构造,板 桥整体式板桥(通常采用等厚度矩形截面)装配式板桥 钢筋混凝土空心板常见使用范围613 m，预应力混凝土空心板桥为816 m。,公路装配式T形梁桥一般构造图,横隔梁（板）布置设置位置：两端 跨内：跨径在13m以上时，设1-3个（间距5-6m）注：在六十年代中、后期，为了简化T梁的预制施工，特别是为了便于利用土模预制，我国不少地区曾试建过一些无横隔梁的T形梁桥。但实践表明，这种梁桥较易出现翼板接缝处的纵向裂缝，而且主梁梁肋的裂缝也比有横隔梁的T梁为多。目前已比较一致地认为：T形梁的端横隔梁是必须设置的，它不但有利于制造、运输和安装阶段构件的稳定性，而且能显著加强全桥的整体性；有中横隔梁的梁桥荷载横向分布比较均匀，且可以减轻翼板接缝处的纵向开裂现象。,横隔梁（板）保证各根主梁相互连结成整体的作用刚度愈大，桥梁的整体性愈好，在荷载作用下各主梁就能更好地共同工作。设置 横隔梁使主梁的模板工作稍趋复杂，完成横隔梁的焊接接头又往往需要在桥下搭设支架，施工比较麻烦,铁路预应力混凝土T形梁桥，我国已制订标准跨径分别为 16 m、20 m、24 m、32 m、40 m和 48 m的标准设计；公路预应力混凝土T形梁桥，我国已为 25 m、30 m、35 m和40 m跨径编制了标准设计（后张法）。,T形梁截面尺寸的选定,在确定了主梁分块方式和截面形式之后，就需要拟定梁的截面尺寸。截面尺寸包括梁高、梁肋厚度、下翼缘尺寸以及主梁翼板尺寸等。,铁路钢筋混凝土梁 H/L=l6 1/9预应力混凝土梁 H/L=110 111公路钢筋混凝土梁 H/L=111 1/l6预应力混凝土梁 H/L=115 l25建筑高度受严格限制时，主梁高度要适当减小。跨度越大，H/L比值越小。,梁肋厚度,梁肋厚度取决于最大主拉应力和主筋布置要求。支座处剪力比跨中大，故由主拉应力决定梁肋厚度时，跨中区段可以减薄。梁肋变截面位置可由主拉应力小于容许值及斜筋布置要求加以确定。为了减轻构件重量，在满足受力要求的情况下，梁肋应尽量做的薄些，但梁肋也不能太薄，以免梁肋屈曲和混凝土浇捣困难。,铁路钢筋混凝土简支梁：20 cm（跨中）60 cm（端部）预应力混凝土梁：不得小于 14 cm腹板内有预应力箍筋，腹板厚度不小于上、下翼缘梗腋之间腹板高度的l20无预应力箍筋时，不得小于 115公路混凝土桥：15 18 cm,2.5.2 钢筋构造,一般构造 受力钢筋：根据受力要求，通过计算确定受力钢筋指沿梁轴方向布置的、承受弯曲拉应力的主筋，以及承受腹板内主应力的斜筋和箍筋。构造钢筋：根据构造要求布置的钢筋构造钢筋包括：制造时为便于钢筋骨架绑扎成型和固定主要钢筋位置的架立筋，以及难以通过计算确定而凭经验设置的辅助筋。,标准跨径20m的装配式T形梁钢筋构造,每根梁内总共配置了10根直径为32mm和2根直径为16mm的纵向受力钢筋，钢号均为级，它们的编号分别为Nl、N2、N3、N4和N5，其中最下一层的4根Nl(占主筋截面的20以上)，其余8根则沿跨长按梁的弯矩图形在一定位置弯起。设于梁顶部的N5为架立钢筋，也采用由32，它在梁端向下弯折并与伸出支承中心的主筋N1相焊接。箍筋N12和N13采用普通光圆钢筋，直径为 8，间距为24cm，由于靠近支点处剪力较大和支座钢板锚筋的影响，故采用了下缺口的四肢箍筋，在跨中部分则用双肢箍筋。N11为 8的防裂分布钢筋，由于梁在靠近下缘部分拉应力较大，故布置得较密，向上则布置得较稀。附加斜筋N7、N8、N9、N10采用 16钢筋，它们是根据梁内抗剪要求布置的。,2.6.1 桥面板的设计与计算,2.6.1.1 桥面板的分类2.6.1.2 车辆在板上的分布2.6.1.3 桥面板的有效工作宽度2.6.1.4 桥面板的内力计算,2.6.1.1 桥面板的分类,混凝土梁桥的行车道板（也称桥面板）：直接承受车辆轮压，与主梁梁肋和横隔梁（或横隔板）联结，保证梁的整体作用并将活载传给主梁。桥面板一般为钢筋混凝土板，对于跨度较大的桥面板也可施加横向预应力，做成预应力混凝土板。行车道板从结构形式上看都是周边支承的板。周边支承的板，如果板的长边与短边之比不同，传力情况也不同，可分为单向板和双向板。,梁格系构造和桥面板的支承形式,单向板：把边长比或长宽比大于等于2的周边支承板看作单由短跨承受荷载的单向受力板来设计，在长跨方向仅布置分布钢筋。双向板：边长比或长宽比小于2的周边支承板，需按两个方向的内力分别配置受力钢筋。注：整体式肋梁桥以及装配式肋梁桥的桥面相互刚接，行车道板的中央区格实际上都是周边支承的板（支承在梁肋和横隔梁上）且横隔梁间距大于主梁间距，所以桥面板一般属于连续单向板。,装配式T形梁桥，其桥面板也存在边长比大于或等于2，如果在两主梁的翼板之间：1、采用钢板联结时（图C），则桥面板可简化为悬臂板；2、采用不承担弯矩的铰接缝联结（图D）时，则可简化为铰接悬臂板。,工程实践中最常见的行车道板受力图式：单向板，悬臂板，铰接悬臂板悬臂板：T型梁桥的边区格或装配式梁桥的翼板采用钢板联结，可以作为沿短跨方向的悬臂板来分析。铰接悬臂板：相邻翼缘板在端部互相做成铰接接缝，行车道板按一端嵌固一端铰接悬臂板进行计算。,2.6.1.2 车辆在板上的分布,车轮荷载不是集中力，而是局部荷载（作用于局部面积）。作用在桥面上的车轮压力，通过桥面铺装层扩散分布在钢筋混凝土板面上，计算时应较精确地将轮压作为分布荷载来处理，既避免了较大的计算误差，又能节约桥面板的材料用量。,车轮与桥面的接触面实际上接近于椭圆，而且荷载又要通过铺装层扩散分布，故车轮压力在桥面板上的实际分布形状是很复杂的。为了计算方便起见，通常可近似地把车轮与桥面的接触面看作是a2x b2的矩形面积，此处a2是车轮(或履带)沿行车方向的着地长度，b2为车轮(或履带)的宽度，a2和b2值可从我国桥规中查得。至于荷载在铺装层内的扩散程度，根据试验研究，对于混凝土或沥青面层，荷载可以偏安全地假定呈45角扩散。,车辆荷载在板面上的分布,将轮压作为均布荷载车轮均布荷载a2b2(纵、横)a2车轮沿行车方向的着地长度b2车轮的宽度矩形荷载压力面的边长沿纵向a1=a2+2H 沿横向b1=b2+2HH 为铺装层的厚度一个车轮（轴重为P由于车辆荷载的一个车轴有两个车轮，一个车轮重为p/2）作用于桥面板上的局部分布荷载强度为,2.6.1.3 桥面板的有效工作宽度,众所周知，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a1）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。因此，在桥面板的计算中，就需要确定所谓板的有效工作宽度，或称荷载的有效分布宽度。,桥规对单向板荷载有效工作宽度的规定,（a）荷载在跨径中间（板的中央地带）单独一个荷载 几个相邻荷载（d为最外两个荷载的中心距离）,荷载有效分布宽度,（b）荷载在板的支承处（t为板的厚度）（c）荷载靠近板的支承处（x为荷载支承边缘的距离）,悬臂板有效工作宽度可见，悬臂板的有效工作宽度接近于二倍悬臂长度，荷载可近似按450角向悬臂板支承处分布。,2.6.1.4 桥面板的内力计算,实体矩形截面桥面板：由弯矩控制设计，设计时以每米宽的板条进行计算。内力计算顺序 确定车轮荷载计算有效工作宽度确定每米宽度板条的荷载计算内力,多跨连续单向板的内力,行车道板和主梁梁肋的支承条件，不是固端也不是铰支而是弹性固结。板的实际受力状态为弹性支承连续板。行车道板与主梁梁肋是整体连结在一起，如果主梁的抗扭刚度极大，梁肋对板的约束就接近于固定支座，则板的受力就如两端固定梁，反之如果主梁的抗扭刚度极小，梁肋对板的约束接近于铰支座，则板的受力就如多跨连续梁。,首先计算出跨度相同的简支板在恒载和活载作用下的跨中弯矩M0，(1.2恒载+1.4设计荷载(组合一)再乘以相应的修正系数，得支点、跨中截面的设计弯矩，弯矩修正系数可根据板厚t和梁肋高度h的比值来选用。,用简支梁的跨中弯矩加以修正：t/h=1/4 时，M中=+0.7 M0，M支=-0.7 M0M0=M0p+M0g,铰接悬臂板：车轮作用在铰缝上由结构力学可知：对称结构受对称荷载作用时，其内力必对称，所以铰缝处的剪力为0，因此铰缝截面的弯矩也为0，所以可取半边结构分析计算，计算简图是悬臂板。,计算悬臂根部活载弯矩 时，最不利的荷载位置是把车轮荷载对中布置在铰接处。如行车道板的跨径内不只一个车轮进入时，还需计及其它车轮的影响。在有效分布宽度a内，总轴重为P，轮重P/2，每片梁分担P/4，以一片梁作为研究对象，每m宽板条为P/4a，其合力作用点至悬臂根部之距为,铰接悬臂板的内力,每米宽板条的活载弯矩为,每米宽板条的恒载弯矩为,每米宽的支点最大负弯矩为,对于沿板边纵缝不相连的自由悬臂板，在计算根部最大弯矩时，应将车轮荷载靠板的边缘布置，此时b1=b2+H。如行车道板的跨径内不只一个车轮进入时，需计及其它车轮的影响。,悬臂板的内力,2.6.2 简支梁桥内力计算,2.6.2.1 荷载横向分布计算2.6.2.2 主梁内力计算2.6.2.3 结构挠度与预拱度计算,2.6 2.1 荷载横向分布计算,荷载横向分布计算 杠杆原理法 刚性横梁法 修正刚性横梁法 铰接板（梁）法 刚接梁法,常用几种荷载横向分布计算方法,杠杆原理法把横向结构（桥面板和横隔梁）视作在主梁上断开而简支在其上的简支梁。刚性横梁法把横隔梁视作刚度极大的梁，也称偏心压力法。当计及主梁抗扭刚度影响时，此法又称为修正刚性横梁法（修正偏心压力法）。,铰接板(梁)法把相邻板（梁）之间视为铰接，只传递剪力。刚接梁法把相邻主梁之间视为刚性连接，即传递剪力和弯矩。,荷载横向分布系数沿桥跨的变化,（一）荷载位于主梁支座时（计算最大剪力）用杠杆原理法求m0（二）荷载位于跨中时 需用以下方法计算mc 1、刚性横梁法（修正刚性横梁法）具有可靠横向联结，且B/L=0.5（窄桥）（或纵横向抗弯刚度比=0.3时）。,2、铰接板（梁）法 现浇砼纵向企口缝连结的装配式板桥 无中间横隔梁，仅在翼板间用钢板或钢筋连接的装配式T梁桥3、刚接板（梁）法 适用于无中间横隔梁的装配式梁桥，翼板刚性连接,（三）荷载位于跨中与支点之间1、若没有中间横隔梁或只有一根中间横隔梁 跨中采用不变的mc，支点采用m0，从离支点l/4处直线过渡到m0。2、若有多根横隔梁 跨中采用mc，从第一根内横隔梁起以直线过渡到m0。,（四）实际处理方法1、弯矩计算 由于跨中截面车轮加载值占总荷载的绝大多数，可近似认为其它截面的横向分布系数与跨中相同，即沿桥跨全长按不变的mc计算。2、支座剪力（1）靠近该支座一侧的区段内 要考虑区段内mx变化，即从离支点l/4起（或从第一根内横隔梁起）mx以直线过渡到m0。,m沿跨长分布图,2.6.2.2 主梁内力计算,荷载确定以后就可按结构力学方法计算主梁内力，对于小跨径简支梁，通常只要计算跨中截面的最大弯矩、支点截面和跨中截面的剪力。剪力：支点、跨中按直线变化弯矩：二次抛物线,恒载内力计算,1、主梁自重 截面积材料容重2、横隔梁荷载 均匀分摊给各个主梁承受，并转化为均布荷载 主梁上横隔梁数目横隔梁体积容重/主梁长3、铺装层重 沿（桥宽）铺装层截面积材料容重/主梁根数4、人行道及栏杆重 每侧每米重2/主梁根数（二）内力 用结构力学求弯矩与剪力,活载内力计算,1、荷载在横向最不利荷载时的横向分布系数mi2、画出主梁对某控制截面的内力影响线3、沿主梁跨径方向加载，用影响线求最大内力,截面内力计算的一般公式：-所求截面的弯矩或剪力-汽车荷载的冲击系数，按公路桥规规定取值，对于挂车、履带车和人群荷载均不计冲击影响，=1-多车道桥涵的汽车荷载折减系数，查表1-6。mi-沿桥跨纵向与荷载位置对应的横向分布系数-车辆荷载的轴重-沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值,2.6.2.3 结构挠度与预拱度计算,计算变形的目的是确定结构具有足够的刚度一、挠度的分类及相应的控制措施：1、恒载挠度、由自重、预应力、混凝土徐变等引起的挠度 控制措施：在施工时预设反向挠度（预拱度）加以抵消。使竣工后的桥梁达到理想的线型。,2、活载挠度（由车辆荷载引起的属活载挠度）使梁引起反复变形，变形的幅度（即挠度）愈大，可能发生的冲击和振动作用也愈强烈，对行车的影响也愈大。控制措施：以活载挠度不超过限值来保证刚性（1）汽车荷载（不计冲击力）计算的上部结构跨中最大竖向挠度，不应超过 L/600,三、挠度计算用结构力学方法计算，刚度按规定取值。简支梁挠度计算公式：汽车荷载挂车荷载,3.1 概述,拱上结构（拱上建筑）包括桥面系和向主拱圈传递荷载的构件或填充物。,3.1.2 拱桥的分类,按照结构体系分类,拱桥按结构体系分为：简单体系拱桥、组合体系拱桥（拱梁组合桥）、刚架系杆拱桥。,拱梁组合桥（1）无推力的拱梁组合桥柔性系杆刚性拱系杆拱刚性系杆柔性拱朗格尔拱刚性系杆刚性拱洛泽拱用斜吊杆来代替竖直吊杆时 称为尼尔森拱