桥梁与涵洞工程的组成与分类.doc

桥梁与涵洞工程的组成与分类一、桥梁的组成分类桥梁的基本组成部分1.上部结构(桥跨结构)。一般包括桥面构造(行车道、人行道、栏杆等)、桥梁跨越部分的承载结构和桥梁支座。2.下部结构。是指桥梁结构中设置在地基上用以支承桥跨结构，将其荷载传递至地基的结构部分。一般包括桥墩、桥台及墩台基础。桥墩。是多跨桥梁中处于相邻桥跨之间并支承上部结构的构造物。桥台。是位于桥梁两端与路基相连并支承上部结构的构造物。墩台基础。是桥梁墩台底部与地基相接触的结构部分。桥梁的分类根据桥梁主跨结构所用材料，划分为木桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥和钢桥。根据桥梁所跨越的障碍物，划分为跨河桥、跨海峡桥、立交桥(包括跨线桥)、高架桥等。根据桥梁的用途，划分为公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、运水桥、农桥以及管道桥等。根据桥梁跨径总长L和单孔跨径L0不同，分为特大桥(L500m或L0l00m)大桥(L100m，L040m)；中桥(l00mL30或40mL020m)；小桥(30mL8m或20mL05m)根据桥面在桥跨结构中的位置，分为上承式、中承式和下承式桥。根据桥梁的结构形式，划分为梁式、拱式、刚架、悬索和组合式桥。二、桥梁上部结构桥面构造1.桥面铺装及排水、防水系统桥面铺装。即行车道铺装，亦称桥面保护层。桥面铺装的形式有:1)水泥混凝土或沥青混凝土铺装。装配式钢筋混凝土、预应力混凝土桥通常采用水泥混凝土或沥青混凝土铺装，其厚度为6080mm，强度不低于行车道板混凝土的强度等级。2)防水混凝土铺装。在需要防水的桥梁上，当不设防水层时，可在桥面板上以厚80l00mm且带有横坡的防水混凝土作铺装层，其强度不低于行车道板混凝土强度等级，一般可不另设面层而直接承受车轮荷载。但为了延长桥面铺装层的使用年限，宜在上面铺筑厚20mm的沥青表面作磨耗层。桥面纵横坡。桥面的纵坡，一般都做成双向纵坡，在桥中心设置曲线，纵坡一般以不超过3为宜；桥面的横坡，一般采用1.53。桥面排水和防水设施。1)桥面排水。在桥面上除设置纵横坡排水外，常常需要设置一定数量的泄水管。当桥面纵坡2而桥长小于50m时，桥上可不设泄水管，可在引道两侧设置流水槽；桥面纵坡大于2而桥长大于50m时，每隔1215m设置一个；桥面纵坡小于2时，一般顺桥长方向每隔68m设置一个。2)防水层。桥面防水层设置在桥面铺装层下面，它将透过铺装层渗下来的雨水汇集到排水设施(泄水管)排出。桥面伸缩缝处应连续铺设，不可切断；桥面纵向应铺过桥台背；截面横向两侧，则应伸过缘石底面从人行道与缘石砌缝里向上叠起l00mm。2.伸缩缝。为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝。伸缩缝的构造要求。要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩，牢固可靠，车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声；要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞；安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。在设置伸缩缝处，栏杆与桥面铺装都要断开。伸缩缝的类型。1)镀锌薄钢板伸缩缝。中小跨径的装配式简支梁桥，当梁的变形量在2040mm以内时常选用。2)钢伸缩缝。构造比较复杂，只有在温差较大的地区或跨径较大的桥梁上才采用。钢伸缩缝也宜于在斜桥上使用。3)橡胶伸缩缝。是以橡胶带作为跨缝材料。这种伸缩缝的构造简单，使用方便，效果好。在变形量较大的大跨度桥上，可以采用橡胶和钢板组合的伸缩缝。3.人行道、栏杆、灯柱桥梁上的人行道宽度可选用0.75m、1m，大于1m按0.5m倍数递增。安全带。不设人行道的桥上，两边应设宽度不小于0.25m，高为0.250.35m的护轮安全带。安全带可以做成预制件或与桥面铺装层一起现浇。人行道。一般高出行车道0.250.35m；人行道在桥面断缝处必须做伸缩缝。栏杆、灯柱。照明用灯一般高出车道5m左右。承载结构。桥梁的承重结构因其结构形式而异。1.梁式桥。是指其结构在垂直荷载作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。特点是其桥跨的承载结构由梁组成。可分为简支梁式桥、连续梁式桥、悬臂梁式桥。简支梁式桥。是静定结构，其各跨独立受力。广泛采用的简支梁桥有三种:1)简支板桥。主要用于小跨度桥梁。按其施工方式的不同分为整体式简支板桥和装配式简支板桥；装配式板桥是目前采用最广泛的板桥形式之一。按其横截面形式主要分为实心板和空心板。根据我国交通部颁布的装配式板桥标准图，通常每块预制板宽为1.0m，实心板的跨径范围为1.58.0m，板厚为160320mm，主要采用钢筋混凝土材料；钢筋混凝土空心板的跨径范围为613m，板厚为0.40.8m；而预应力混凝土空心板的跨径范围为816m，板厚0.40.7m。2)肋梁式简支梁桥(简称简支梁桥)。主要用于中等跨度的桥梁。中小跨径在812m时，采用钢筋混凝土简支梁桥；跨径在2050m时，多采用预应力混凝土简支梁桥。在我国使用最多的简支梁桥的横截面形式是由多片T形梁组成。3)箱形简支梁桥。主要用于预应力混凝土梁桥。尤其适用于桥面较宽的预应力混凝土桥梁结构和跨度较大的斜交桥和弯桥。连续梁式桥和悬臂梁式桥。连续梁桥相当于多跨简支梁桥在中间支座处相连接贯通，形成整体的、连续的、多跨的梁结构。连续梁桥是大跨度桥梁广泛采用的结构体系之一，一般采用预应力混凝土结构。悬臂梁桥相当于简支梁桥的梁体越过其支点向一端或两端延长所形成的梁式桥结构。其结构特点是悬臂跨与挂孔跨交替布置，通常为奇数跨布置。T形刚架桥是由桥跨梁体与桥墩(台)刚接形成的的具有悬臂受力特点的无支座T形梁式桥结构。通常全桥由两个或多个T形刚架通过铰或挂梁相连所组成。其构造特点为:1)连续梁桥、悬臂梁桥和T形刚架桥的分孔。桥梁的分孔取决于桥位处的地形、地质、水文条件、通航的要求以及技术条件。对于连续梁桥、悬臂梁桥的T形刚架桥，在分孔时还必须考虑桥梁相邻跨径的合理比例。多孔连续梁桥，通常可按25孔为一联分联布置，通常三跨连续梁应用最为广泛，其边跨与中间跨跨径的比值常为0.60.8；多跨连续梁桥，常取比值为0.650.9，其跨度从中孔向两侧逐孔减少。2)横截面形式及主要尺寸。大跨度的连续梁桥、悬臂梁桥和T形刚架桥多采用变截面形式，其桥跨不同部位的梁高是变化的，梁高沿桥纵向的变化曲线可以是抛物线、正弦曲线、三次曲线、圆弧线以及折线。主梁截面通常采用箱形。3)预应力筋的布置要点。预应力筋的布置通常根据正负弯矩沿梁纵向分布的变化来确定。预应力筋宜布置成波浪形曲线但波浪形曲线曲率不宜过大，对于大跨度连续梁桥和悬臂梁桥可利用其变高截面特点较平缓地布置预应力筋曲线。2.拱式桥。特点是其桥跨的承载结构以拱圈或拱肋为主。设计合理的拱主要承受拱轴压力，拱截面内弯矩和剪力均较小，因此可充分利用石料或混凝土等抗压能力强而抗拉能力差的圬工材料。拱式桥是钢筋混凝土桥和圬工桥最合理的结构形式之一。它是推力结构，其墩台基础必须承受强大的拱脚推力。拱式桥对地基要求很高，适建于地质和地基条件良好的桥址。拱桥按其结构体系分为:简单体系拱桥。桥上的全部荷载由主拱单独承受，它们是桥跨结构的主要承重构件。拱的水平推力直接由墩台或基础承受。1)主拱构造。根据受力特点，主拱的构造应满足下列要求:拱石受压面应选择较大的平整面，并使拱石的大头向上，小头向下，受压面的砌缝应与拱轴线相垂直；当拱厚较大时，宜采用24层砌筑，并应纵横错缝。2)拱上建筑构造。分为实腹式和空腹式两种。实腹式拱上建筑由拱腔填料、侧墙、护拱和桥面系等部分组成，一般适用于小跨径拱桥。空腹式拱上建筑最大的特点在于具有腹孔和腹孔墩。腹孔有拱式腹孔、梁(板)式腹孔两种形式。腹孔跨径不宜过大，腹孔的构造应统一。3)细部构造。为了防止不规则裂缝的出现，需在相对变形较大的位置设置伸缩缝，在相对变形较小的位置设置变形缝。桥面系均应在相应位置设置伸缩缝或变形缝，以适应主拱的变形。实腹式拱桥的伸缩缝通常设在两拱脚的上方，并需在横桥方向贯通全宽及侧墙的全高。组合体系拱桥。一般由拱和梁、桁架或刚架等两种以上的基本结构体系组合而成，拱桥的传力结构与主拱共同承受荷载。根据构造方式及受力特点，可分为桁架拱桥、刚架拱桥、桁式组合拱桥和拱式组合体系桥等四大类。1)桁架拱桥又称拱形桁架桥，是由拱和桁架两种结构体系组合而成。2)刚架拱桥也是一种有推力的拱桥。其主结构由拱肋构成主拱，拱上建筑取斜腿刚构的形式，并联结成整体，故名刚架拱桥。桁架拱桥和刚架拱桥均属于整体型上承式拱桥。3)桁式组合拱桥是由两端的悬臂桁架梁和中段的桁架拱组成的拱梁组合体系，也是一种有推力结构。主孔桁架一般采用斜杆式。4)拱式组合体系桥是将拱肋和系杆组合起来，共同承受荷载，可充分发挥各构件的材料强度。拱式组合体系桥可做成有推力和无推力两种形式，也可以做成上承式、中承式或下承式三种形式。一般无推力中、下承式的拱式组合体系桥使用较多，无推力的拱式组合体系桥常称为系杆拱桥.3.刚架桥是由梁式桥跨结构与墩台(支柱、板墙)整体相连而形成的结构体系，其梁柱结点为刚结。按照其静力结构体系可分为单跨或多跨的刚架桥；也可分为铰支承刚架桥和固端支承刚架桥。刚架桥的支柱做成直柱式称门形刚架桥，做成斜柱式称斜腿刚架。刚架桥的主梁截面形式与梁式桥相同。主梁在纵向的变化可采用等截面、变宽截面和变高截面等。刚架桥的支柱有薄壁式和柱式。柱式又分单柱式和多柱式。4.悬索桥又称吊桥，是最简单的一种索结构。其特点是桥梁的主要承载结构由桥塔和悬挂在塔上的高强度柔性缆索及吊索、加劲梁和锚碇结构组成。现代悬索桥一般由桥塔、主缆索、锚碇、吊索、加劲梁及索鞍等主要部分组成。桥塔。桥塔是悬索桥最重要的构件。大跨度悬索桥的桥塔主要采用钢结构和钢筋混凝土结构。其结构形式可分为桁架式、刚架式和混合式三种。锚碇。是主缆索的锚固构造。主缆索中的拉力通过锚碇传至基础。主缆索。是悬索桥的主要承重构件，可采用钢丝绳钢缆或平行丝束钢缆，大跨度吊桥的主缆索多采用后者。吊索。也称吊杆，是将加劲梁等恒载和桥面活载传递到主缆索的主要构件。吊索可布置成垂直形式的直吊索或倾斜形式的斜吊索，其上端通过索夹与主缆索相连，下端与加劲梁连接。吊索与主缆索连结有两种方式:鞍挂式和销接式。吊索与加劲梁联结也有两种方式:锚固式和销接固定式。加劲梁。是承受风载和其他横向水平力的主要构件。大跨度悬索桥的加劲梁均为钢结构，通常采用桁架梁和箱形梁。索鞍。是支承主缆的重要构件。索鞍可分为塔顶索鞍和锚固索鞍。5.组合式桥 是由几个不同的基本类型结构所组成的桥。斜拉桥是典型的悬索结构和梁式结构组合的，由主梁、拉索及索塔组成的组合结构体系。这里仅就混凝土斜拉桥介绍其构造特点。拉索。拉索是斜拉桥的主要承重构件，拉索的造价约占全桥的2530。目前采用较多的有平行钢丝束，钢绞线束和封闭式钢索。主梁。常用的主梁结构形式有连续梁、悬臂梁、悬臂和连续刚构等。索塔。主要承受轴力，有些索塔也承受较大的弯矩。桥梁支座桥梁支座是桥跨结构的支承部分，它将桥跨结构的支承反力传递给墩台，并保证桥跨结构在荷载作用下满足变形要求。支座按其允许变形的可能性分为固定支座、单向活动支座。三、桥梁下部结构桥墩1.实体桥墩是指桥墩是由一个实体结构组成的，可分为实体重力式桥墩和实体薄壁桥墩(墙式桥墩)。实体桥墩是由墩帽、墩身和基础组成的。2.空心桥墩有两种形式，一种基本为上述的实体重力型结构，镂空中心部分。另一种即采取薄壁钢筋混凝土的空格形墩身。空心桥墩墩身立面形状可分为直坡式、台坡式、斜坡式。空心墩按壁厚分为厚壁与薄壁两种。空心桥墩在构造尺寸上应符合下列规定:墩身壁厚，对于钢筋混凝土不宜小于30cm，对于素混凝土不宜小于50cm。墩身内应设横隔板或纵、横隔板，通常的做法是:对40cm以上的高墩，不论壁厚如何，均按6l0m的间距设置横隔板。墩身周围应设置适当的通风孔与泄水孔，孔的直径不宜小于20cm；3.柱式桥墩一般由基础之上的承台、柱式墩身和盖梁组成。柱式桥墩的墩身沿桥横向常由14根立柱组成。4.柔性墩是桥墩轻型化的途径之一，它是在多跨桥的两端设置刚性较大的桥台，中墩均为柔性墩。典型的柔性墩为柔性排架桩墩，多用在墩台高度57m，跨径一般不宜超过13m的中、小型桥梁上。柔性排架桩墩分单排架和双排架墩。单排架墩一般适用于高度不超过4.05.0m。桩墩高度大于5.0m时，为避免行车时可能发生的纵向晃动，宜设置双排架墩；5.框架墩用压挠和挠曲构件，组成平面框架代替墩身，支承上部结构，必要时可做成双层或更多层的框架支承上部结构。这类较空心墩更进一步的轻型结构，是以钢筋混凝土或预应力混凝土建成受力体系。桥台.按照桥台的形式，可分为以下几种:1.重力式桥台主要靠自重来平衡台后的土压力，桥台本身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并用就地浇筑的方法施工。常用的类型有U形桥台、埋置式桥台、八字式和一字式桥台。埋置式桥台将台身埋置于台前溜坡内，不需要另设冀墙，仅由台帽两端耳墙与路堤衔接。台帽与背墙。桥台顶帽由台帽和背墙两部分组成。台身。实体式桥台台身前后设置斜坡呈梯形截面。台身顶的长度与宽度应配合台帽。翼墙及耳墙。了解即可。2.轻型桥台一般由钢筋混凝土材料建造，其特点是用这种结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。常用的有薄壁轻型桥台和支撑梁轻型桥台。3.框架式桥台是一种在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台，它所承受的土压力较小，适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。其构造形式有柱式、肋墙式、 半重力式和双排架式、板凳式等。双(多)柱式一般用于填土高度小于5m的场合；填土高度大于5m时，可采用墙式。4.组合式桥台。为使桥台轻型化，桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，而台后的土压力由其他结构来承受，形成组合式的桥台。墩台基础1.扩大基础。是桥涵墩台常用的基础形式。它属于直接基础，是将基础底板设在直接承载地基上，来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基。2.桩与管柱基础。当地基浅层地质较差，持力土层埋藏较深，需要采用深基础才能满足结构物对地基强度、变形和稳定性要求时，可用桩基础。3.沉井基础。桥梁工程常用沉井作为墩台的梁基础。沉井形式各异，但在构造上均主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、封底、填心和盖板等组成。四、涵洞涵洞是由洞身及洞口建筑组成的排水构造物。涵洞和桥的区别，按公路工程技术标准规定，单孔跨径小于5m，多孔跨径总长小于8m的统称为涵洞；而圆管涵及箱涵则不论孔径大小、孔数多少，都叫作涵洞。涵洞的分类1.按构造形式不同分类。 涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵、箱涵。圆管涵。直径一般为0.51.5m。受力情况和适应基础的性能较好，两端仅需设置端墙，不需设置墩台，故圬工数量少，造价低，但低路堤使用受到限制。盖板涵。在结构形式方面有利于在低路堤上使用，当填土较小时可做成明涵。拱涵。一般超载潜力较大，砌筑技术容易掌握，便于群众修建，普遍采用。箱涵。适用于软土地基，但因施工困难且造价较高，一般较少采用。2.按洞顶填土情况不同分类。 涵洞可分为明涵和暗涵。明涵。洞顶无填土，适用于低路堤及浅沟渠处。暗涵。洞顶有填土，且最小填土厚度应大于50cm，用于高路堤及深沟渠处。3.按建筑材料不同分类. 涵洞可分为砖涵、石涵、混凝土涵及钢筋混凝土涵等。4.按水力性能不同分类。可分为无压力式涵洞、半压力式涵洞、压力式涵洞。无压力式涵洞。水流在涵洞全部长度上保持自由水面。半压力式涵洞。涵洞进口被水淹没，洞内水全部或一部分为自由面。压力式涵洞。涵洞进出口被水淹没，涵洞全长范围内以全部断面泄水。涵洞的组成涵洞由洞身、洞口、基础三部分和附属工程组成。在地面以下，防止沉陷和冲刷的部分称作基础；建筑在基础之上，挡住路基填土，以形成流水孔道的部分称为洞身；设在洞身两端，用以集散水流，保护洞身和路基使之不被水流破坏的建筑物称为洞口，它包括端墙、翼墙、护坡等。为防止不均匀沉陷，将涵洞全长分为若干段，每段之间以及洞身与端墙之间设置沉降缝，使各段可以独自沉落而互不影响。涵洞的构造1.洞身。是涵洞的主要部分，它的截面形式有圆形、拱形、矩形(箱形)三大类。为充分发挥洞身截面的泄水能力，有时在涵洞进口处采用提高节。圆形管涵不采用提高节。圆管涵。圆管涵以钢筋混凝土及混凝土管涵最为常见。钢筋混凝土圆管涵静力工作性能良好,混凝土的用量小，制造简单，移动时也很方便。一般可分为刚性管涵和四铰式管涵。1)刚性管涵。刚性管涵在横截面上构成一个刚性环，圆环厚度随直径大小和填土高度而变。2)四铰式管涵。采用四铰式管涵的目的是为了降低圆管的应力，以节约材料。铰分别布置在最大弯矩处，即涵洞的两侧及涵洞的顶部和底部。由于四铰式管较刚性管应力减小很多，所以它不仅可以缩小截面尺寸，减少配筋数量，而且可以采用纯混凝土来建造。拱涵。洞身由拱圈、侧墙(墙台)和基础组成。拱圈形状普遍采用圆弧拱。矩形涵洞。盖板涵是常用的矩形涵洞，由基础侧墙(涵台)和盖板组成。盖板涵的过水能力较圆管涵大，与同孔径的拱涵相接近，施工期限较拱涵短，但钢材用量比拱涵多，对地基承载力的要求较拱涵低。因此，在要求通过较大的排洪量，地质条件较差，路堤高度较小的设涵处，常采用盖板涵，且常采用明涵。2.洞口建筑。涵洞洞口建筑在洞身两端，连接洞身与路基边坡。涵洞与路线正交的洞口建筑。涵洞与路线正交时，常用的洞口建筑形式有端墙式、八字式、井口式。1)端墙式。端墙式洞口建筑为垂直涵洞轴线的矮墙，用以挡住路堤边坡填土。构造简单，但泄水能力较小。2)八字式。八字式洞口除有端墙外，端墙前洞口两侧还有张开成八字形的翼墙。八字翼墙泄水能力较端墙式洞口好，多用于较大孔径的涵洞。3)井口式。当洞身底低于路基边沟(河沟)底时，进口可采用井口式洞口。水流汇入井内后，再经涵洞排走。涵洞与路线斜交的洞口建筑。涵洞与路线斜交时，洞口建筑仍可采用正交涵洞的洞口形式，根据洞口与路基边坡相连的情况不同，有斜洞口和正洞口之分。但常被采用是斜洞口。3.涵洞的基础。一般采用浅基防护办法，即不允许水流冲刷，只考虑天然地基的承载力。除石拱涵外，一般将涵洞的基础埋在允许承压应力为200kPa以上的天然地基上。洞身基础。1)圆管涵基础。圆管涵基础根据土壤性质、地下水位及冰冻深度等情况，设计为有基及无基两种。有基涵洞采用混凝土管座。出入口端墙、翼墙及出入口管节一般都为有基。有下列情况之一者，不得采用无基:岩石地基外，洞顶填土高度超过5m；最大流量时，涵前积水深度超过2.5m者；经常有水的河沟；沼泽地区；沟底纵坡大于5。2)拱涵基础。拱涵基础有整体基础与非整体基础两种。整体式基础适用于小孔径涵洞；非整体式基础适用于涵洞孔径在2m以上，地基土壤的允许承载力在300kPa及以上、压缩性小的良好土壤(包括密实中砂、粗砂、砾石、坚硬状态的粘土、坚硬砂粘土等)。不能满足要求时，可采用整体式基础，以便分布压力，也可加深基础或采用桩基。3)盖板涵基础。盖板涵基础一般都采用整体式基础，当基岩表面接近于涵洞流水槽面标高时，孔径等于或大于2m的盖板涵，可采用分离式基础。洞口建筑基础。为防止洞口基底被水淘空而引起涵洞毁坏，进出口应设置洞口铺砌以加 固，并在铺砌层末端设置浆砌片石截水墙(垂裙)来保护铺砌部分。4.沉降缝。沉降缝端面应整齐、方正，不得交错。沉降缝应以有弹性和不透水的材料填塞，并应紧密填实。5.附属工程。包括:锥体护坡、河床铺砌、路基边坡铺砌及人工水道等。