桥梁工程必备.docx

第一篇总论第一章概述第一节桥梁在交通建设中的地位和国内外桥梁的发展状况一、桥梁在交通建设中的地位桥：在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为跨越各种障碍（如江河、沟谷或其他路线等），而修建的构造物，我们称为桥梁（或涵洞）。桥梁既是交通线上重要的工程实体，又是一种空间艺术。建立四通八达的现代化交通网，大力发展交通运输事业，对于发展国民经济，加强全国各族人民的团结，促进文化交流和巩固国防等方面，都具有非常重要的作用。桥涵是交通线中的重要组成部分，而且往往是保证全线早日通车的关键。在经济上，桥梁和涵洞的造价一般说来平均占公路总造价的1020%。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要高度快速、机动的现代战争中，它具有非常重要的地位。此外，为了保证已有公路的正常运营，桥梁的养护与维修工作也十分重要。纵观世界各国的大城市，常以工程雄伟的大桥作为城市的标志与骄傲。因而桥梁建筑已不单纯作为交通线上重要的工程实体，而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会之中。二、我国桥梁的成就我国的桥梁在上部结构、基础工程、设计水平、研究水平等领域已经有了相当大的成就，已属居世界领先水平。（1）上部结构：主跨超过200m的大型桥梁就有100多座，分布情况如下表：桥型建成数量最大跨径桥名世界排名建成年份梁桥10270m虎门大桥31996拱桥9420m万县长江大桥11997斜拉桥421088m苏通长江大桥1在建悬索桥181650m舟山西堠门大桥2在建（2）基础工程我国在深水急流中修建了不少桥梁，已积累了极为可贵的深水基础工程的设计和施工经验。五十年代，我国修建武汉长江大桥时，在世界上首次采用了大型管柱基础。随后，这种先进深水基础型式得到了推广和发展，大型管柱的直径从1.55m发展到5.8m，最大埋置深度达47.5m。在沉井施工方面，由于成功地采用了先进的触变泥浆套下沉技术，大幅度地减小了基础圬工数量（据某大桥的实践，减小达一半），并使下沉速度加快311倍。在中、小跨径公路桥建设中，我国还广泛采用和推广了就地成孔的钻孔灌注桩基础。北镇黄河公路桥成功地采用这种基础施工，钻孔深度达104m。为了排除钻孔坍孔的危险，又发展了套管法施工桩基础。在大跨桥梁中，除了采用大型管柱钻孔桩基础外，还有管柱桩与沉井组合基础，常用于深水桥墩。在大型基础施工中，还开创使用双壁钢围堰与钻孔灌注桩的基础。随着桥梁向大跨、轻型、高强、整体方向的发展，桥梁下部结构形式出现日新月异的变化。我国深水桥墩设计与施工水平，虽已处于世界前列,但我国江河纵横、海岸线很长，沿海有开发价值的岛屿众多,规划中的大桥甚至要修建70100米水深的基础工程。这将是桥梁工程与近海工程结合的发展时代。（3）设计水平目前桥梁设计理论已进展到极限状态设计方法，正在向可靠度理论方向发展。对中、小跨常用桥型广泛编制了标准设计图纸，为加速我国桥梁建设作出了巨大贡献。在桥梁设计中，空间分析、结构复杂的次内力计算、稳定、振动与地震响应等方面进行了大量研究，并取得了有实际价值的成果。桥梁静、动力模型试验、野外测试、风洞试验的研究，又为我国发展长大桥梁提供了科学依据。三、外国桥梁的成就：（1）桥梁建设规模悬索桥：世界最大的悬索桥-日本的明石海峡大桥，主跨1991m。斜拉桥：世界最大的斜拉桥-日本的多多罗桥，主跨890m。混凝土拱桥：世界最大的混凝土拱桥-中国的万县长江大桥，主跨420m。预应力混凝土桥：世界最大的预应力混凝土桥-挪威的斯托尔马桥，主跨301m。（2）高强轻质材料的应用桥梁建筑材料在17世纪以前，主要是石与木料，虽然中国在11世纪就出现瓦，公元前5世纪至三世纪就出现砖，人类第一次创造人工材料推动了房屋等工程的发展，但桥梁应用甚少。18世纪末，炼铁技术发展，开始应用于桥梁，1779年首次建成了铸铁拱桥（Coal bookrack桥，主跨30m）。留世于今的是著名法国巴黎塞纳河上的亚历山大三世铸铁拱桥（主跨107.5m,1899年)。19世纪有了锻铁，19世纪中叶出现了现代建筑钢材和钢丝，这是人工建筑材料又一次突破。20世纪，建筑钢材从普通钢发展到高强合金钢材、全气候钢，结构的连接从铆接、栓接、发展到焊接。结构高强轻型化，钢管、钢箱梁断面型式的应用，制造工艺自动化、工厂化、施工技术机械化，从而创造出千姿百态的现代钢桥。本世纪钢桥的发展主要反应在悬索桥与斜拉桥的建设。悬索桥从本世纪初的1000m（纽约华盛顿，主跨1067m，1931年建成）至本世纪末突破至1991m。其标志性建筑为1937年建成的美国金门大桥（主跨988m，悬索桥，世界第一次创用扁箱流线型的加劲梁，改善了结构空气动力稳定性），1997年建成的中国香港特区青马大桥（主跨1377m，世界上跨径最大的现代化公铁两用桥）以及1998年建成的日本明石海峡大桥（主跨1991m，并在施工期间经受了1995年日本阪神大地震)。（3）预应力技术的应用20世纪建桥历史中最突出的成就是预应力混凝土技术的广泛应用，粗略估计，当今世界上70%以上的现代化桥梁都采用预应力混凝土新技术。由于高强钢丝或钢绞线的防护愈来愈成熟可靠，预应力拉索技术不但应用于桥梁结构。而且渗透到各类结构中去，创造出各种索结构与索膜结构。从19世纪20年代制成波特兰水泥,经过一个世纪，出现了预应力混凝土。由于混凝土抗裂性能的提高使混凝土梁桥跨越能力大大提高。特别在20世纪50年代后，创造了混凝土桥梁的悬臂施工方法，由此发展了梁式桥、拱式桥的新结构型式。在六十年代预应力混凝土首次被应用于斜拉桥，即委内瑞拉的马拉开波桥。从此，预应力混凝土桥梁从世纪初跨越30米左右跃进到世纪末跨越500米左右（斯卡圣德脱Skarnsumdet桥）。此外，钢筋混凝土和预应力混凝土还大量应用于其它土木工程。因而，20世纪是钢筋混凝土与预应力混凝土桥梁占主导地位的发展时期,法国、德国工程师们做出了卓越贡献。（4）计算机技术的应用20世纪因电子计算机出现，有了高速数值运算方法，使结构和力学理论注入新的生命力，使各类力学问题都可迎刃而解。不但在结构线性、非线性的空间分析、稳定分析、动力分析、风与地震响应分析有深入的发展，而且随着其它工业发展，科学试验手段更趋先进，特别是对结构防灾（大风、大地震）和科学试验方法的发展（风洞、地震模拟振动台），使人类能够建造更高的塔楼和更大跨的桥梁。（5）洲际连络桥建设海峡工程沟通全球交通，世纪初就是桥梁界的梦想。早在本世纪初，第一个海峡工程是美国的旧金山奥克莱海湾（San Francisco Oakland Bay）大桥，长6.8km，建成于1936年。发展到本世纪末的二十年中，联接日本的本州四国的三条联络线（海峡工程）将陆续建成，如1988年建成的兜岛-板出线,长9.9km，1998年建成的明石海峡大桥,3.91km，1999年建成的今治-尾道线，长60km。连接丹麦岛间的大带海峡（ Great Belt Strait）桥，长17.5km，建成于1988年。第二节桥梁的组成和分类一、桥梁的组成：五个大部件-桥跨结构、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础；五个小部件-桥面铺装、排水防水系统、栏杆、伸缩缝、灯光照明。（1）基本组成：桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”所组成。所谓五大部件是指桥梁承受汽车或其他运载车辆荷载的桥跨上部结构与下部结构。它们要通过承受荷载的计算与分析,是桥梁结构安全性的保证。这五大部件是：桥跨结构-又称桥孔结构、上部结构，是线路遇到障碍(如江河、山谷或其它线路等)中断时,跨越这类障碍的结构物。作用：直接承受使用荷载；支座系统-它支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上。它应保证上部结构在荷载、温度变化或其他因素作用下所预计的位移功能。作用：支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台；桥墩-是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。作用：在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构；桥台-设在桥的两端，一端与路堤相接,并防止路堤滑塌,为保护桥台和路堤填土,桥台两侧常做一些防护工程。另一侧则支承桥跨上部结构的端部。作用：支承桥跨结构，防止路堤滑塌；墩台基础-保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构部分。基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分,而且是常常需要在水中施工,因而遇到的问题也很复杂。作用：保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基。其中：桥跨上部结构包括：桥跨结构、支座系统；桥跨下部结构包括：桥墩、桥台、墩台基础；（2）附属设施：桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”所组成。所谓五小部件都是直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造，在桥梁设计中往往不够重视，因而使桥梁服务质量低下，外观粗糙。在现代化工业发展水平的基础上，人类的文明水平也极大提高。人们对桥梁行车的舒适性和结构物的观赏水平要求愈来愈高。因而国际上在桥梁设计中很重视五小部件，这不但是“外观包装”,而且是服务功能的大问题。目前，国内桥梁设计工程师也越来越感受到五小部件的重要性。这五个小部件是：桥面铺装-又称行车道铺装，铺装的平整、耐磨性、不翘壳、不渗水是保证行车舒适的关键。特别在钢箱梁上铺设沥青路面的技术要求甚严。作用：保证行车舒适；排水防水系统-应迅速排除桥面上积水，并使渗水可能降低至最小限度。此外，城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上的漏水现象。作用：迅速排除桥面上积水；栏杆-又称防撞栏杆，它既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。作用：保证安全，利于观赏；伸缩缝-桥跨上部结构之间，或在桥跨上部结构与桥台端墙之间，设有缝隙保证结构在各种因素作用下的变位。为使桥面上行驶顺直，无任何颠动，此间要设置伸缩缝构造。特别是大桥或城市桥的伸缩缝，不但要结构牢固，外观光洁，而且需要经常扫除深入伸缩缝中的垃圾泥土，以保证它的功能作用。作用：满足桥面变形；灯光照明-现代城市中标志式的大跨桥梁都装置了多变幻的灯光照明，增添了城市中光彩夺目的晚景。作用：方便夜间行车，增加城市美感。二、桥梁的主要尺寸和术语名称1、低水位、高水位、设计洪水位的基本概念2、与桥梁布置和结构相关的主要尺寸和术语名称净跨径：对于梁桥是设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距；对于拱桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。计算跨径：指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离。总跨径：多孔桥梁中各孔净跨径的总和。桥下净空高度：设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构最下缘之间的垂直距离。建筑高度：上部结构底缘至桥面顶面的垂直距离。拱桥净矢高和矢跨比：拱桥从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点连线的垂直距离。净矢高与净跨径之比值称为矢跨比。三、桥梁的分类：按跨径大小：分为特大桥、大桥、中桥、小桥；桥梁结构两支点间的距离L0称为计算跨径。桥梁结构的力学计算是以计算跨径为准的。我国公路工程技术标准(JTJ B012003)规定特大、大、中、小桥的跨径划分为：桥梁分类多孔桥全长L(m)单孔跨径(m)特大桥L?1000l?150大 桥100L100040l150中 桥30L10020l40小 桥8L305l20涵洞l5按桥面位置：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-兼有两者特点。按用途：路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、运水桥及其它专用桥梁。按结构体系：梁式桥、拱桥、刚架桥、缆索承重体系、组合体体系。按跨越方式：固定式桥梁、开启桥、浮桥、漫水桥。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；按建筑材料：木桥、钢桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)、钢筋混凝土桥和预应力钢筋混凝土桥。第二章桥梁的总体设计第一节桥梁总体规划原则及其基本设计资料一、桥梁设计的基本原则原则：适用、经济、安全、美观二、桥梁设计的基本要求与设计共他工程结构物一样，在桥梁设计中必须考虑下述各项要求。（一）使用上的要求桥上的行车道和人行道宽度应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通员增长的需要。桥型、跨度大小和桥下净空应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。（二）经济上的要求桥梁设计应体现经济上的合理性。在设计中使桥梁的总造价和材料等的消耗为最少，充分考虑桥梁在使用期间的运营条件以及养护和维修等方面的问题。（三）设计上的要求桥梁设计应根据因地制宜、就地取材、方便施工的原则，合理选用适当的桥型。整个桥梁结构及其各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。（四）施工上的要求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,以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。（五）美观上的要求一座桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。城市桥梁和游览地区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。（六）环境保护和可持续发展桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求，包括生态、水、空气、噪声等诸方面，应从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等多方面考虑环保要求，采取必要的工程控制措施，建立环境监测系统，将不利影响减至最小。第二节桥梁纵、横断面设计和平面布置一、设计资料的调查收集(一)交通需求情况调查：即调查桥上的交通种类和行车、行人的往来密度。调查桥上有否需要通过的各类管线(如电力、电话线和水管、煤气管等)，为此需设置专门的构造装置。(二)桥位处地形、地质和水文情况调查。(三)气象资料调查。二、桥梁纵断面设计桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总路径、桥梁的分孔、桥道的标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。(一)桥梁总跨径的确定桥梁的总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷。(二)桥梁的分孔对于一座较长的桥梁，应当分成几孔、各孔的跨径应当多大，这不仅影响到使用效果、施工难易等，并且在很大程度上关系列桥梁的总造价。跨径愈大、孔数愈少，上部结构的造价就很高，墩台的造价就减少；反之，则上部结构的造价降低，而墩台造价格提高。这与桥墩的高度以及基础工程的难易程度有密切关系。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价趋于最低。(三)桥梁各种高程的确定高程的确定应保证桥下排洪和通航的要求及桥下安全行车同时也须保证排洪、通航、行车过程中桥梁自身的安全。（1）为了保证桥下流水净空，对于梁式桥，梁底一般应高出设计洪水位(包括壅水和浪高)不小于50cm，高出最高流冰水位75cm；支座底面应高出设计洪水位不小于25cm高出最高流冰水位不小于50cm(见图2-1)，但如果支座部分有围护隔水者可不受此限。对于无铰拱桥,拱脚允许被设计洪水位淹没，但淹没深度一般不超过拱因矢高fa的23(见图2-2)。并且在任何情况下，拱项底面应高出设计洪水位10m，即f010M。拱脚的起拱线应高出最高流冰水位不小于0.25m。当在河流中有形成流冰阻塞的危险或有塌浮物通过时，桥下净空应按当地具体情况确定。对于有淤积的河床，桥下净空应适当加高。（2）在通航及通行木筏的河流上，必须设置保证桥下安全通航的通航孔。在此情况下，桥跨结构下线的标高，应高出自设计通航水位算起的通航净空高度。所谓通航净空，就是在桥孔中垂直于流水方向所规定的空间界限，任何结构构件或航运设施均不得伸人其内。（3）在设计跨越线路(铁路或公路)的立体交叉时，桥跨结构底缘的标高应高出规定的车辆净空高度。对于公路所需的净空尺寸：城市桥梁以及位于大、中城市近郊的公路桥梁的桥面净空尺寸，应结合城市实际交通量和今后发展的要求来确定。在弯道上的桥梁应按路线要求予以加宽。（四）纵坡对于大、中桥梁，为了利用桥面排水，常把桥面做成从桥的中央向桥头两端纵坡为1%-2%的双面坡。对于大、中桥梁纵坡不宜大于4%，桥头引道的纵坡不宜大于5%。位于市政混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不的大于3%。（五）基础埋置深度三、桥梁横断面设计桥梁的横断面设计，主要是确定桥面的净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。桥面净空包括净宽度和净高度。它与所在公路的建筑限界相同。高速公路、一级公路、二级公路的桥面净高应为5.00m，三级公路、四级公路的桥面净高应为4.50m。桥面行车道宽度决定于桥梁所在的公路设计速度，当高速公路的交通量超过四个车道的容量时，其车道数可按双倍增加。人行道及安全带应高出行车道面至少2025cm，对于具有2%以上纵坡并高速行车的现代化桥梁最好应高出行车道面3035cm，以确保行人和行车的安全。图2-3所示为对于相同桥面净宽的上承式桥和下承式桥的横截面布置。显然，由于结构布置上的需要，下承式桥承重结构的宽度B要比上承式桥的大，而其建筑高度h却比上承式桥小。四、平面布置桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。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。 二、三、四级公路上的大、中桥线形，一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设规定。从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交，但对于一般小桥，为了改善路线线型，或城市桥梁受原有街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜度通常不宜大于450，在通航河流上则不宜大于50。五、桥梁设计程序一座桥梁规划设计所涉及的因素很多，特别是对于工程比较复杂的大、中桥梁的设计，为了从错综复杂的客观情况中，能得出经济合理的设计，就需要进行各种不同设计方案的分析比较，从中选定最优方空并编制成推荐上报的初步设计。我国桥梁设计程序一般采用两阶段设计，既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。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、隧道等，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。初步设汁中除了着重解决桥梁总体规划问题(如桥位选定、分孔、桥型、纵横断面布置等)以外，尚需初步拟定桥梁结构的主要尺寸、估算工程数量提供主要材料的用量和全桥造价的概算指标。然后报请上级单位审批。初步没计的概算应作为控制建设项目投资和以后编制施工预算的依据。桥梁设计的第二阶段是编制施工图，它是根据批准的初步设计中所核定的修建原则、技术方案、技术决定和总投资额等进一步加以具体化的技术文件。在这一设计阶段中，必须对桥梁各部分构件进行详细的设计计算，绘制施工详图，编制施工组织设计和施工预算。三阶段设计时，技术设计应根据批准的初步设计和补充初测资料编制；施工图设计应根据批准的技术设计和定测资料编制。采用三阶段设计的，初步设计编制设计概算；技术设计编制修正概算；施工图设计编制施工图概算。六、桥梁设计的方案比较为了获得经济、适用和美观的桥梁设计，设计者需要运用丰富的桥梁建筑理论和实践知识，按照本章所述的方法与步骤，进行深入细致的分析研究工作。对于一定的建桥条件。可能做出基本满足要求的多种不同的设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较，才能科学地得出完美的最优设计。1、拟定桥梁图式编制设计方案，通常是从桥梁分孔和拟定桥梁图式开始。根据上节所述分孔原则初步作出分孔规划后，就可对所设计的桥梁拟出一系列各具特点而可能实现的桥型图式。拟定图式时.思路要宽广，宁可多画几个图式，也不要遗漏可能的桥型和布置。每一图式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。下一步工作就是经过综合分析和判断,剔除一些在技术经济上明显相形见黜的图式，并从中选出几个(通常24个)构思好、各具优点、但一时还难以判定孰优孰差的因式，进一步详细研究而进行比较的方案。2、编制方案3、技术经济比较和最优方案的选定一般说来，造价低、材料省、劳动力少的应是优秀方案，但实际上并不尽然，因为有时当其他技术因素或使用要求上升成为设计的主要矛盾时，就不得不放弃较为经济的方案。所以在比较时必须从任务书提出的要求、所给的原始资料以及施工等条件中，找出所面临问题的关键所在，分清主次，才能探索出适合于各具体情况的最佳方案。在方案比较中，除了绘制方案比较图以外，还应编写方案比较说明书。其中应阐明编制方案的主要原则、拟定因式和从中选出比较方案的理由、方案比较的综合评述、对于推荐方案的较详细说明等。有关为拟定结构主要尺寸所作的各种计算资料以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称(如概算定额、各种费率标准)等，均应作为附录载入。第三章公路桥梁上的作用第一节永久作用作用是指施加在结构上的一组集中力（或分布力），或引起结构外加变形的原因。前者称直接作用（亦称荷载），如车辆、人群、结构自重等；后者称为间接作用，如地震、结构不均匀沉降、混凝土收缩徐变、温度变化等。作用设计值；作用代表值；作用标准值；作用准永久值；作用频遇值；作用效应；作用效应设计值（参考公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)）永久作用是指在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值相比可忽略不计的作用。永久作用包括结构重力、预加力、土重力、土侧压力、混凝土收缩和徐变的影响力、基础变位作用、水浮力。结构物的自重和桥面铺装的重量，可按实际体积乘以材料的容重计算。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路径愈大所占比例愈高。对于特大跨度的圬工桥、钢筋混凝土桥或预应力混凝土桥，活载的影响往往降至次要地拉。在此情况下,宜采用轻质、高强材料来减轻桥梁的自重。1土的重力及土侧压力计算2水的浮力基础地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。基础嵌入不透水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力。作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩嵌入不偷水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮力，在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积。当不能确定地基是否漏水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用结合，取其最不利者。3混凝土收缩及徐变作用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。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 D62）的规定计算。混凝土徐变的计算，可假定徐变与混凝土应力呈线性关系。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折减系数。其他作用均可按公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)有关规定计算。第二节可变作用可变作用是指在结构使用期内，其量值随时间变化且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。桥梁设计中考虑的基本可变作用有汽车、平板挂车和履带车的车辆荷载和人群荷载。同时，对于汽车荷载应计及其冲击力和离心力。对于所有车辆荷载尚应计算其所引起的土侧压力。可变作用包括：汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风荷载、流水压力、冰压力、温度（均匀温度和梯度温度）作用等。1、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。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；车辆荷载：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、平面尺寸如图3-1所示。2、汽车荷载的影响力（1）汽车荷载的冲击力车辆以较高速度驶过桥梁时，由于桥面的不平整、车轮不圆以及发动机抖动等原因合使招梁结构引起振动，这种动力效应通俗称为冲击作用。在此情况下，汽车荷载(动荷载)对桥梁结构所引起的应力和变形，要比同样大小的静荷载所引起的大。鉴于目前对冲击作用还不能从理论上做出符合实际的精确计算，一般就引出一个荷载增大系数，即冲击系数(1+)，来计及荷载的冲击作用。冲击作用是根据在现成桥梁上所作的振动试验结果分析整理出来的在设计中可按不同结构种类选用相应的冲击系数。表31中列出了钢筋混凝土、混凝土和石砌桥涵等的冲击系数值。（2）汽车荷载的制动力制动力是汽车在侨上刹车时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力(摩擦系数可达0.5以上)。鉴于一行汽车不可能全部同时刹车，制动力就并不等于摩擦系数乘桥上全部车辆荷载。桥规规定：对于1-2车道，制动力按布置在荷裁长度内的一行汽车车队总重量的10%计算，但不得小于一辆重车重量的30%，对于4车道的桥梁，制动力按上述规定数值增加一倍。各种支座传递的制动力可按桥规中有关规定采用。制动力的方向就是行车方向，其着力点在桥面以上12M处。在计算墩台时，可移至支座中心(铰或滚轴中心)或滑动、橡胶、摆动支座的底板面上；计算刚架桥、拱桥和木桥时，可移至桥面上，但不计因此而产生的力矩。（3）离心力位于曲线上的桥梁，当曲率半径等于或小于250M时，须考虑车辆离心力的作用离心力等于车辆荷载(不计冲击力)乘以离心力系数c。即：H=CP此处：C=V/127R式中：V-计算车速,以Km/h计;R-弯道半径,以m计.为了计算方便，车辆荷载P通常就采用均匀分布的等代荷载。多车道桥的等代荷载亦按规定折减。离心力的着力点在桥面以上12m(为计算简便也可移至桥面上，但不计由此引起的力矩)。（4）汽车荷载引起的土侧压力车辆荷载在桥台或档土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力，可按换算的等代均布土层厚度来计算。有关桥台的计算宽度或档土墙的计算长度可按桥规的相应规定来确定。3、人群荷载设有人行道的桥梁，在以汽车荷载计算内力时，应同时考虑人行道上人群荷载所产生的内力。一般公路桥梁的人群荷载规定为300kgm2。(3000Nm。)；城市郊区行人密集地区一般为350kgm2(3500Nm。)，但亦可根据实际情况或参照所在地城市桥梁设计的规定予以确定。4、其他可变作用：风荷载、流水压力、冰压力及支座摩阻力第三节偶然作用偶然作用是指在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。一、地震作用公路桥梁的抗震设防起点，一般应为设计地震烈度8度，但连续梁桥、T形刚构桥等宜采用设计烈度7度。在高速公路、一、二、三级公路和重要工矿公路上的大桥或受震害后修复困难的中桥，除采取抗震措施外，并应按地震力的作用进行强度和挠定性验算(参见公路工程抗震设计规范)。验算时只计恒载(城市桥可计入50%的车辆荷载)产生的地震力不考虑其他荷载和外力同时作用。二、撞击作用位于通航河流或有瀑流物的河流中的桥梁墩台，在设计时应考虑船只或漂流物的撞击力。取用撞击力的数值一般可根据实测资料或与有关部门研究确定。当无资料作为依据时，可参照公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中的规定计算。三、汽车撞击作用四、作用效应组合结构上几种作用分别产生的效应的随机叠加称作作用效应组合。公路桥涵结构应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应的组合，取其最不利效应组合进行设计。1、按承载能力极限状态设计（1）基本组合（2）偶然组合2、按正常使用极限状态设计（1）作用短期效应组合（2）作用长期效应组合第四章桥面布置与构造第一节桥面组成与布置桥面的布置应在桥梁的总体设计中考虑，它根据道路的等级、桥梁的宽度、行车的要求等条件确定。对混凝土梁式桥，其桥面布置形式有双向车道布置、分车道布置和双层桥面布置等。1、双向车道布置：是指行车道的上下行交通通过分隔设施，分隔界限不明显。2、分车道布置：是指将行车道的上下行交通通过分隔设施进行分隔设置。3、双层桥面布置：桥梁结构在空间上提供两个不在同一平面上的桥面构造。第二节桥面铺装作用桥面铺装即行车道铺装，亦称桥面保护层，它是车轮直接作用的部分。防止车辆轮胎或履带直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀，并对车辆轮重的集中荷载起分布作用；桥面铺装要求行车道铺装要求有抗车辙、行车舒适、抗滑、不透水（和桥面板一起作用时）、刚度好等要求；1、桥面纵、横坡的设置为了迅速排出桥面雨水，桥梁除设有纵向坡度外，尚应将桥面铺装层的表面沿横向设置成1.5%2.0%的双向横坡。桥面的纵坡，一般都做成双向纵坡，坡度不超过3%为宜。桥面的横坡通常三种设置形式：（1）对于板桥（矩型板或空心板）或就地浇筑的肋板式梁桥，为节省铺装材料并减轻恒载重量，可以将横坡直接设在墩台顶部，而使桥梁上部构造做成双向倾斜，此时，铺装层在整个桥宽上做成等厚的，而不需设置混凝土三角垫层。（2）对于装配式肋梁桥中，为使主梁构造简单、架设与拼装方便，通常横坡不再设在墩台顶部，而直接设在行车道板上。先铺设一层厚度变化的混凝土三角形垫层，形成双向倾斜，再铺设等厚的混凝土铺装层。 （3）在较宽的桥梁（或城市桥梁）中，用三角垫层设置横坡将使混凝土用量或恒载重量增加太多。为此，可将行车道板做成倾斜面而形成横坡，。它的缺点是主梁构造复杂，制作麻烦。2、桥面铺装的类型(1)普通水泥混凝土或沥青混凝土铺装水泥混凝土和沥青混凝土桥面铺装用得较广，能满足各项要求。水泥混凝土铺装的耐磨性能好，适合重载交通，但养生期长，以后修补较麻烦。沥青混凝土桥面铺装重量较轻，维修养护方便，在铺筑后只等几个小时就能通车运营但易老化和变形。沥青表面处治和泥结碎石桥面铺装，耐久性较差，仅在中级或低级公路桥梁上使用。（2）防水混凝土铺装具有贴式防水层的水泥混凝土或沥青混凝土铺装，常用做法 一层混凝土铺装，一层混凝土+一层沥青铺装，防水混凝土铺装；桥面铺装一般不作受力计算，如在施工中能确保铺装层与行车道板紧密结合成整体，则铺装层的混凝土（除去作为车轮磨耗部分可取0.010.02m厚外）还可以计算在行车道的厚度内和行车道板共同受力。为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性(能起联系各主梁共同受力的作用），一般宜在混凝土中铺设直径为46mm的钢筋网。第三节桥面防水和排水设施为防止雨水聚集于桥面并渗入梁体而影响桥梁的耐久性，除在桥面铺装层内采取防水措施（如采用防水混凝土、柔性贴式防水层）外，还应采取一定的排水措施，使桥上的雨水迅速排出桥外。为了迅速排除桥面积水，防止雨水积滞于桥面并渗入梁体而影响桥梁的耐久性，常常需要设置一定数量的泄水管；设置数量：i2，l50m时，不设；i2，l50m时,每隔1215m设一个；i2时，每隔68m设一个；（i表示桥面纵坡l表示桥长）常用做法：金属泄水管，钢筋混凝土泄水管，横向排水管道；封闭式排水几种形式。第四节桥面伸缩装置为了保证桥跨结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩与徐变等影响下按静力图式自由的变形，就需要在桥面上的两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间设置伸缩缝（亦称为变形缝）。伸缩缝可分成：U形锌铁皮式伸缩装置、跨搭钢板式伸缩装置、橡胶伸缩装置。使用要求：自由伸缩、平坦牢固、施工方便、排水防水、承担荷载、维修方便、经济价廉。U形锌铁皮式伸缩装置：对于中小跨径的桥梁，当变形量在2-4cm以内时，常采用以锌铁皮为跨缝材料的伸缩装置构造。跨搭钢板式伸缩装置：对于梁端变形量较大（4-6cm以上）的情况，可采用以钢板为跨缝材料的伸缩装置构造。橡胶伸缩装置：第五节人行道、栏杆与灯柱1、人行道及安全带2、栏杆和灯柱第二篇钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥第五章梁桥的一般特点及分类第一节钢筋混凝土梁桥和预应力混凝土梁桥的一般特点一、钢筋混凝土梁桥的一般特点造价低，耐久性好，可塑性强，刚度大，噪音小，自重大，钢筋混凝土带裂缝工作；无法利用高强材料，减轻结构自重，增大跨越能力。对于装配式钢筋混凝土简支梁桥而言，在技术经济上合理的最大跨径的钢筋混凝土梁桥约为20m左右，悬臂梁桥与连续梁桥合宜的最大跨径约为60-70m。二、预应力混凝土梁桥的一般特点：充分利用高强材料，减小了构件截面，增大跨越能力；节省用钢量，与钢筋混凝土相比，可节省3040；消除或减少截面裂缝，减少建筑高度，扩大了对多种桥型的适应性，提高了结构的耐久性；扩展了施工方法；但需要优质高强钢材，保证高强度混凝土的施工质量，制作高精度的锚具，掌握较复杂的施工工艺。第二节梁式桥的主要类型及其适用条件一、按承重结构的截面形式划分（1）板桥板桥的承重结构就是矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板，它是公路桥梁中最大、面广的常用桥型。它构造简单、受力明确、施工方便，而且建筑高度娇小，从力学性能上分析，位于受拉区域的混凝土材料不但不能发挥作用，反而增大了结构的自重，当跨度稍大时就显得笨重而不经济。简支板桥可以做成实心板也可以做成空心板，就地现浇为适应各种形状的弯坡、斜坡。因此在一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中，被广泛应用。实心板一般用于跨径13m以下的板桥，具有形状简单、施工方便、建筑高度小、结构整体刚度大等优点，但同时需要现浇混凝土，受季节气候影响大，需要大量模板和支架。也可以采用预制拼装的施工方法。空心板用于大于或等于13m的跨径，一般采用先张或后张预应力混凝土结构。（2）肋板式梁桥在横截面内形成明显肋形结构的梁桥称为肋板式梁桥，简称肋梁桥。能充分利用扩展的混凝土桥面板的抗压能力，又有效的发挥集中布置在梁肋下部的受力钢筋的抗拉作用，从而使结构构造与受力性能达到理想的统一。与板桥相比肋梁桥具有更大抵抗荷载弯矩能力。目前中等跨径的梁桥通常采用肋板式梁桥。（3）箱形梁桥横截面呈一个或几个封闭箱形的梁桥简称为箱形梁桥。箱形截面有单箱单室、单箱双室或多室。有足够混凝土受压区能够承受正负弯距的作用，在一定的截面面积下能获得较大的抗弯惯距，而且抗扭刚度也特别大。偏心活载作用下各梁肋受力比较均匀。二、按承重结构的静力体系划分（1）简支梁桥构造简单，施工方便；静定结构，地基要求不高，能适用于地基较差的桥位；跨中正弯矩较大，跨越能力差；适合于较小跨径的桥梁，经济合理的常用跨径在20m以下；采用预应力混凝土结构，可提高简支梁的跨越能力，一般在50m以下。（2）悬臂梁桥单悬臂梁桥、双悬臂梁桥、多孔悬臂梁桥、带挂孔的T型刚构；恒载在支点处负弯矩的卸载作用，使跨中正弯矩大大减小；恒载的卸载弯矩使跨中弯矩大大减小；静定结构，地基要求不高，能适用于地基较差的桥位；跨中有伸缩缝，行车条件不好；施工不方便，必须采用临时固定措施；牛腿，伸缩缝的构造麻烦，易于损坏；适合于中等以上跨径桥梁（6070m）。（3）连续梁桥对恒载和活载均有卸载作用，弯矩分布较合理；超静定结构，温度变化，混凝土收缩徐变，地基不均匀沉降影响显著，对地基要求高；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；适合于中等以上跨径桥梁（6070m）。三、按有无预应力划分（1）钢筋混凝土梁桥（2）预应力混凝土梁桥部分预应力混凝土梁桥和全预应力混凝土梁桥四、按施工方法划分（1）整体浇筑式梁桥建桥的全部工作都在施工现场进行。所以具有整体性好的优势，但施工速度慢，工业化程度低