铁路桥梁自学指导书.doc

《铁路桥梁》自学指导书
（课堂教学24学时）
编写：卢文良

使用教材：
裘伯勇等，桥梁工程，中国铁道出版社，2001

参考书：
范立础，桥梁工程（上），人民交通出版社，2001
顾安邦，桥梁工程（下），人民交通出版社，2001

一、课程简介
本课程为土木工程专业的一门专业课。桥梁工程集合了前续多门相关学科的知识，是基础课和专业基础理论课程在桥梁工程方向的具体应用及具体的构造体现。
本课程主要讲述桥梁工程的发展、桥梁的构成、设计荷载、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土简支梁，简支钢梁，桥梁支座，以及桥梁墩、台等方面的内容。
通过本课程的学习，能够加深学生对专业的认识。使学生通过学习能了解桥梁发展现状，桥梁设计的基本过程和方法，掌握桥梁的基本计算理论，初步具有设计常规桥梁的能力，为今后从事桥梁工程的设计和施工、管理等工作奠定基础。

二、课程教学内容和学时分配

总论 （建议3.5学时）
掌握桥梁组成及基本类型；了解桥梁工程的发展现状；掌握桥梁设计的一般方法；掌握混凝土梁桥桥面构造。

第一章 设计荷载 （建议2.5学时）
掌握设计荷载的类型；理解永久荷载、可变荷载以及偶然荷载的内容；了解中活载的标准图示；掌握荷载的规范规定及计算方法；掌握荷载组合的含义及方法。

第二章 钢筋混凝土简支梁（建议4.5学时）
了解钢筋混凝土简支梁的标准设计；了解钢筋混凝土简支梁的类型及特点；掌握钢筋混凝土梁的钢筋类型；理解钢筋混凝土梁的钢筋布置方法，并能够独立识图；掌握钢筋混凝土梁的尺寸拟定原则及铁路钢筋混凝土简支梁的尺寸拟定；掌握铁路桥梁桥面板的计算；了解公路桥梁桥面板计算内容；理解荷载横向分布的概念；掌握荷载横向分布计算的杠杆原理法及其适用范围；了解荷载横向分布计算的偏心受压法；掌握主梁计算内容。

第三章 预应力钢筋混凝土梁（建议3.5学时）
了解先张、后张预应力钢筋混凝土简支梁的标准设计；了解预应力钢筋混凝土简支梁的类型及特点；理解张拉锚固体系的类型及发展；掌握预应力钢筋混凝土梁的钢筋类型；理解预应力钢筋混凝土梁的钢筋布置方法，并能够独立识图；掌握铁路预应力钢筋混凝土梁的尺寸拟定规定；了解先张预应力钢筋混凝土简支梁的工作原理及施工工艺；了解部分预应力混凝土梁、预应力混凝土槽形梁、整孔式预应力混凝土简支梁、双预应力混凝土简支梁、横向分块式预应力混凝土简支梁及预弯预应力混凝土简支梁的特点；理解后张法预应力钢筋混凝土简支梁的极限状态设计方法；掌握后张法预应力钢筋混凝土简支梁纵向预应力筋及箍筋布置；理解锚下应力分析及配筋；了解预应力混凝土简支梁的制造与架设方法。

第四章 简支钢梁（建议2.5学时）
掌握简支钢桁梁桥的组成及各组成部分的功能。理解主桁杆件内力计算。了解我国钢桁梁的标准设计图式。理解荷载作用下结构的实际状态及传统静力分析的基本假定。了解钢桁梁桥各组成部分之间的共同作用问题。理解标准设计钢板梁的基本构造及构造原理。了解简支结合梁。

第五章 桥梁支座（建议1.5学时）
理解桥梁支座的作用；掌握桥梁支座的分类；掌握桥梁支座的布置原则；了解板式橡胶支座的构造；理解板式橡胶支座的工作机理；了解板式橡胶支座的计算内容；理解盆式橡胶支座的构造；了解盆式橡胶支座的计算内容；理解钢支座的类型及特点。

第六章 梁桥桥墩（建议4学时）
了解桥墩的作用及类型；掌握重力式实体桥墩的类型及其适用条件；理解空心桥墩的构造特点及适用条件；理解柱式桥墩的种类及适用条件；了解轻型桥墩的种类及适用条件；了解拼装式桥墩的特点；掌握重力式实体桥墩的尺寸拟定；理解空心桥墩尺寸拟定；了解轻型桥墩的尺寸拟定；了解拼装式桥墩的构成；理解桥墩计算的荷载种类；掌握实体桥墩计算的墩身、基础检算项目。

第七章 梁桥桥台（建议2学时）
了解桥台的作用及类型；了解桥台的组成；掌握重力式桥台的类型及其适用条件；理解轻型桥台的特点及适用条件；了解重力式桥台、轻型桥台的尺寸拟定；理解桥台计算的荷载种类；掌握桥台计算的最不利荷载布置。

三 重点难点提示

总 论
桥梁的作用及组成
1、桥梁的主要组成部分：桥跨、桥墩、桥台及桥头锥体等。
2、基本概念：①上部结构 ②下部结构 ③低水位 ④高水位 ⑤设计水位
桥梁的基本类型
1、按受力情况分，桥梁的类型：梁桥、拱桥、刚架桥、悬索桥、组合体系桥。
2、按受力情况划分的各类桥梁结构的特点和适用范围。
3、桥长分类
4、桥长：公、铁路规范不统一。对于梁桥，铁路桥长系指桥台挡碴前墙之间的长度，公路桥长系指两桥台侧墙或八字墙尾端间的距离。
桥梁发展概况
1、中国古代三大名桥：河北赵县赵州桥、福建泉州万安桥、广东潮州湘子桥
2、建国后，中国拱桥、预应力混凝土桥、钢桁桥中的著名桥梁
3、国内外著名的斜拉桥、悬索桥：
桥梁设计的内容
选择桥位；
确定桥梁长度和桥面标高；
选择桥式；
对桥跨、墩台、基础等进行结构设计，并进行各项检验。
桥梁净空
桥梁净空包括桥面净空和桥下净空。
桥面净空是保证车辆、行人安全通过桥梁所需要的桥梁净空界限。
桥下净空包括立交桥下净空和跨河桥下净空。

第一章 设计荷载
1、铁路《桥规》荷载分三大类：主力、附加力、特殊荷载
2、各类荷载的性质、作用和计算方法
3、荷载组合
桥梁设计中，应对每一项要求选取导致结构出现最不利情况的荷载进行检算。

第二章 钢筋混凝土简支梁（
钢筋混凝土铁路简支梁构造
1、整孔式梁和分片式梁
2、道碴槽宽及各部分尺寸
3、桥面构造、梁缝、防水等
4、主梁截面形式：T形、π形、矩形
标准设计简介及构造实例
1、标准设计跨度及相应截面形式
2、混凝土梁常用材料
3、挡碴墙断缝的设置、横隔板、梁内各类受力和构造钢筋
钢筋混凝土铁路简支梁设计与计算
1主梁高度
在普通高度的钢筋混凝土梁设计中，梁高与跨度之比，约为；低高度的钢筋混凝土梁则约为。
2梁肋厚度
梁肋厚度决定于梁内最大主拉应力和主筋布置的要求。
3梁肋间距
4、道碴槽板尺寸
5道碴槽板的计算
计算图式与荷载，注意冲击系数的计算
6主梁的计算
内力计算：利用各截面弯距、剪力影响线图计算、注意最大剪力的计算中，正负区段不能同时加载。
7钢筋布置和应力检算：计算方法同结构设计原理中的内容。
钢筋混凝土公路简支梁
构造特点
1、主梁截面形式
2、块件联结型式
3、路面类型
4行车道板的计算
概念：单向板、双向板
掌握单向板的计算方法，重点是理解板的有效分布宽度。
5主梁计算
横向分布系数的概念；
横向分布系数计算方法有哪几种；
各类横向分布系数的适用情况。

第三章 预应力钢筋混凝土梁
后张法预应力混凝土简支梁的构造
1标准设计简介及构造示例
早期为拉锚体系，现在基本为拉丝体系。
2预应力混凝土梁构造要点为：力筋类型、强度、力筋线形、锚具在梁端分布、腹板端部变厚及锚下螺旋筋等。
3制造工艺
1、梁体混凝土，和易性、振捣和密实。
2、穿束、张拉应遵守规程。
3、压浆与封端
①压浆目的是保护钢丝束，注意水泥浆的水灰比和压浆压力。
②封端是为了保护锚头。
先张法预应力混凝土简支梁的构造
1、先张法的优点与适用范围：先张法适用工厂中制造，两端不设锚头，不计锚头变形、钢束回缩和锚口摩阻等损失，尤其适用于小跨度。
2、理解先张法力筋的“绝缘”的目的和做法。
3、先张法力筋多为直线配筋，力筋不能弯起分担剪力，腹板厚度在支点附近要适当加厚。
4制造工艺
台座， 张拉 ，混凝土灌注 ，力筋放松

整孔无碴无枕预应力混凝土梁
1、构造特点：建筑高度低、自重轻、轨面标高不易调整。
2、计算特点：除抗弯、抗剪外，还要进行抗扭计算。
串联式预应力混凝土梁
1、构造特点：梁体分段、工厂预制、现场拼接就位、张拉力筋而成整体梁。
2、串联梁的接缝：胶接缝对梁体极限强度无甚影响，对抗裂性能略有下降。
预应力混凝土槽形梁
构造特点：下承式结构、建筑高度低、三向施加预应力
部分预应力混凝土简支梁
1、“部分预应力混凝土”的含义
2、部分预应力混凝土梁的优点：减少徐变上拱度，减少锚下裂纹和沿梁纵向裂纹。

后张法预应力混凝土简支梁设计与计算
1结构尺寸的拟定
2掌握常用高跨比
3结构强度计算、正截面抗裂性计算、弹性阶段应力计算
计算方法：同结构设计原理所介绍。
《桥规》关于腹板尺寸、力筋布置等的规定。
4、预应力钢筋纵向布置原则
预应力布置原则：从抗弯强度出发，力求力筋有最大偏心；从预加力时的混凝土应力来讲，偏心不能太大；从运营阶段混凝土来讲，偏心不能太小；据此，可确定力筋布置的“束界”。
5、箍筋的计算
理解《桥规》的规定。
6、锚下局部应力
了解锚下局部应力图，掌握提高锚下局部承压强度及抗裂性的措施。

第四章 简支钢梁
钢桥的特点和应用范围
钢桥的优缺点
钢桥的类型
按受力体系分：简支梁、连续梁、悬臂梁、刚架、系杆拱、
悬索桥、斜拉桥
按构造划分：板式结构、箱式结构、桁式结构、板桁混合结
构、钢混结合结构
按连接方式分有：铆接、螺栓连接、焊接、铆焊、栓焊
按线路位置分：下承式、上承式
按承重性质划分有：铁路桥、公路桥、公路铁路两用桥

钢桥所用钢材
3号钢、16q、16Mnq、15MnVN、耐候钢
连接方法
钢板与型钢三种连接方式
钢桥连接方法：铆接、螺栓连接、焊接、高强螺栓
钢桥连接方法的选择和适用情况

钢桁梁的组成部分
下承式钢桁梁的组成：桥面、桥面系、主桁、联结系、制动撑架、支座。桥面
桥面有明桥面和道碴桥面两种。是供列车和行人走行的部分。
明桥面的组成：钢轨、护轨、桥枕、护木、防爬角钢、枕间板、人行道等。
桥面系
桥面系包括：纵梁、横梁和纵梁间的联结系。
下承式桥和上承式桥桥面系的位置
主桁架
作用：承受竖向荷载，将荷载通过支座传给墩台。
组成：上弦杆、下弦杆、腹杆
联结系
1、作用：与主桁架一起，使桥跨结构成为几何图形稳定的空间结构，能承受各种横向荷载。
2、纵向联结系
3、横向联结系
制动撑架
设置制动撑架的目的：避免制动力作用在横梁上，使作用在纵梁上的制动力通过制动撑架传至主桁，再由主桁传至支座。
支座
支座的3个作用。
钢桁梁的静力分析方法
钢桁梁的实际工作状况-刚性节点的空间结构是高次静不定静结构
计算图式的假定-铰接平面结构：将钢桁梁划分为若干个平面结构，每个平面只承受作用于该平面内荷载的影响。
主应力与次应力
概念：主应力、次应力

主桁架
1主桁架的几何图式
类型：三角形、斜杆形、K形、双重腹杆形
2、选择主桁图式的原则：经济、构造简单、有利于标准化、便于制造安装。
3主桁架的主要尺寸
主桁高度 节间长度 斜杆倾角 主桁中心距
从经济、制造及结构安全方面理解主桁高度、节间长度、斜杆倾角及主桁中心距等主要尺寸拟定时的影响因素。
钢板梁桥
钢板梁分为上承式钢板梁和下承式钢板梁；
上承式钢板梁的构造特点；
下承式钢板梁的构造特点。
结合梁桥
1、结合梁：将钢筋混凝土公路桥面板或铁路道碴槽板与钢梁结合成一体以共同受力的梁，称为结合梁。
2、结合梁的建造
3、结合梁的两阶段计算：掌握与两阶段相对应的荷载及承载的截面。
第一阶段钢梁承受钢梁自重、桥面板、模板等。
第二阶段为结合梁整个截面承受二期恒载及列车活载。
4、剪力器的作用。
5、剪力器种类：刚性剪力器、柔性剪力器

第五章 桥梁支座
支座的作用：
①将桥跨结构的支承反力传递给墩台；
②保证桥跨结构在荷载作用和温度变化的影响下，具有设计所要求的静力条件；
③保证桥跨结构在墩台上的位置充分固定，不致滑落。
支座布置原则
原则的核心使墩台圬工、桥跨结构受力合理，桥跨下弦受压。
《桥规》对固定支座的布置要求：
①坡道上，设在较低一端；
②车站附近，设在靠车站一端；
③区间平道，设在重车前端。
钢支座的类型
类型：平板支座、弧形支座、摇轴支座、辊轴支座
平板支座：只适用于极小跨度的梁
弧形支座：只适用于跨度不大的梁
摇轴支座：跨度≥20米的梁
辊轴支座：适用于各种大跨度梁
钢支座的构造举例
注意如何确保支座位置，如何从构造上实现各种位移。
橡胶支座
1、掌握板式橡胶支座的工作原理，即如何实现各种位移。
2、橡胶的主要物理、化学特性
3、橡胶支座的构造
主要了解尺寸限制、加劲层等。
4、橡胶支座的检算内容
5、盆式橡胶支座的组成及工作原理

第六章 梁桥桥墩
重力式桥墩的形式
铁路常用形式：矩形桥墩、圆端形桥墩、圆形桥墩
公路梁桥中还有柱式桥墩：单柱式、双柱式、哑铃式、混合双柱式
桥墩构造
1、顶帽：直接承受桥跨结构。理解《桥规》一些规定，如厚度不应小于40cm，支承垫石边缘至顶帽边缘距离的规定，曲线上桥梁顶帽的与直线上的不同。
掌握预偏心的设置目的和方法。
掌握桥墩左右不等跨时，顶帽的处理方法。
2、了解托盘和墩身的构造要点
3、基础
理解如何确定明挖扩大基础基底埋置深度？
理解扩大基础尺寸确定中的刚性角规定。

重力式实体桥墩设计与计算
1设计内容：①正确选择桥墩类型；
②决定基础类型和埋置深度；
③确定建筑材料；
④拟定桥墩各部分尺寸；
⑤进行力学检算，保证具有足够的强度、抗裂性、稳定性和必要的刚度。
2、设计依据：桥址的地形、地质、水文、气象、当地的材料供应
3荷载计算：
（1）主力
恒载、活载
离心力：可取相应活载所产生的支座反力乘以离心率。
注意浮力在检算不同项目时的计算差异。
（2）附加力
重点理解制动力或牵引力：如何取值、作用点位置
（3）特殊荷载：撞击力、地震力
桥墩检算
1墩身截面检算项目：
①各截面上的合力偏心距；
②墩身整体纵向稳定；
③各截面上的压应力；
④墩顶的弹性水平位移。
2、基础检算项目：
①基底合力偏心距；
②基底最大压应力；
③桥墩沿基底的倾覆和滑走稳定性；
④基底以下软弱土层的压应力；
⑤基础的沉降量。
3、墩顶弹性水平位移的组成
最不利荷载组合
1、列车活载的布置
单孔轻载、单孔重载、双孔重载、双孔轻载
2荷载组合
不同的检算内容，荷载组合不同，能够定性分析不同检算项目活在应如何布置。

第七章 梁桥桥台
桥台的构造
1、作用：临河一端支承桥跨结构，背河一端挡住路堤填土，使路堤不致坍塌。
2、组成：台顶、台身、基础。
3、注意桥台与桥墩在功能上的不同及其导致二者设计计算上的差异。

桥台的类型
1类型：U形、T形、埋入式、耳墙式
2、四种形式的桥台的特点和适用情况

桥台尺寸拟定
重点掌握桥台长度的确定。
荷载计算
特点：填土土压力的计算；台后活载侧压力；
台后路堤及锥形填土对桥台基底的附加竖向压力；
台顶活载的制动力或牵引力，按台顶竖向静活载的10%计算，作用点在轨底处。
桥台设计的活载布置
理解不同检算项目对应的活载布置图式。

锚定板桥台
1理解锚定板桥台是从什么思路出发使重力式桥台轻型化的。

2锚定板桥台的类型
类型：分开式锚定板桥台
结合式锚定板桥台
3锚定板的布置
组成：锚定板、钢拉杆、台身或立柱、挡土板
布置：长拉杆布置、短拉杆布置、中拉杆布置

四、课程的考核
考核的方式建议采用笔试方式，并以考试成绩为主。
考题类型为填空、名词解释、简答、计算题。