桥梁设计.docx
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1、桥梁荷载分类一、永久荷载(恒载)永久荷载(恒载)是指结构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忽略不计的荷载。作用在桥梁上部结构的恒载,主要是结构物的重力及附属设备等外加重力;作用在墩台的恒载,主要是上部结构的恒载支座作用力、墩台本身重力、土压力及其引起的土侧压力或水浮力(水中墩台)。预应力在结构使用极限状态设计时应作为永久荷载计算其效应,在承载能力极限状态设计时,作为结构抗力的一部分,而非永久荷载。二、可变荷载可变荷载是指结构在设计使用期内其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。按其对桥涵结构的影响程度,又分为基本可变荷载(活载)和其它可变荷载。1、基本可变荷载(
2、活载)包括车辆荷载及其影响力,人群荷载和汽车冲击力,离心力,汽车、平板挂车或履带车引起的土侧压力,即是这些车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力。2、其它可变荷载包括自然和人为产生的各种变化力,如风力(风荷载),汽车制动力,温度影响力,支座摩阻力、流水压力及冰压力等。三、偶然荷载偶然荷载是指结构在设计使用期内不一定出现,但一旦出现,其值很大,且持续时间很短的荷载。主要是指地震荷载和船只或漂流物的撞击力。桥梁分类根据不同的分类标准可以对进行不同的划分,这些划分对理解整个体系是很有帮助的,根据大纲要求,应对以下几种主要的划分方法有所了解,对按体系分类要进行重点的学习和掌握。按体系分
3、类梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥按跨径分类特大桥、大桥、中桥、小桥按桥面位置分类上承式桥、中承式桥、下承式桥、按材料分类木桥、钢桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥。根据不同的分类标准可以对进行不同的划分,这些划分对理解整个体系是很有帮助的,根据大纲要求,应对以下几种主要的划分方法有所了解,对按体系分类要进行重点的学习和掌握。按体系分类梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥按跨径分类特大桥、大桥、中桥、小桥按桥面位置分类上承式桥、中承式桥、下承式桥、按材料分类木桥、钢桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥。按跨越方式分类固定式桥、开启桥、浮桥、漫水桥按施工方法分类整体施工、节段施
4、工桥梁按结构体系分类按体系分类是以的力学特征为基本着眼点,对进行分类,以利于把握各种桥梁的基本特点,也是桥梁工程学习的重点之一。以主要的受力构件为基本依据,可分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥五大类。 梁式桥:主梁为主要承重构件,受力特点为主梁受弯。主要材料为钢筋混凝土、预应力混凝土,多用于中小跨径桥梁。简支梁桥合理最大跨径约20米,悬臂梁桥与连续梁桥合宜的最大跨径约60-70米。优点:采用钢筋砼建造的梁桥能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观;这种桥型在设计理论及施工技术上都发展得比较成熟。缺点:结构本身的自重大,约占全部设计荷载的30%至60%,且跨度越大其自重
5、所占的比值更显著增大,大大限制了其跨越能力。 拱式桥:拱肋为主要承重构件,受力特点为拱肋承压、支承处有水平推力。主要材料是圬工、钢筋砼,适用范围视材料而定。跨径从几十米到三百多米都有,目前我国最大跨径钢筋砼拱桥为170米。优点:跨越能力较大;与钢桥及钢筋砼梁桥相比,可以节省大量钢材和水泥;能耐久,且养护、维修费用少;外型美观;构造较简单,有利于广泛采用。缺点:由于它是一种推力结构,对地基要求较高;对多孔连续拱桥,为防止一孔破坏而影响全桥,要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力,增加了工程造价;在平原区修拱桥,由于高度较大,使两头的接线工程和桥面纵坡量增大,对行车极为不利。刚架桥:是一
6、种桥跨结构和吨台结构整体相连的桥梁,支柱与主梁共同受力,受力特点为支柱与主梁刚性连接,在主梁端部产生负弯矩,减少了跨中截面正弯矩,而支座不仅提供竖向力还承受弯矩。主要材料为钢筋砼,适宜于中小跨度,常用于需要较大的桥下净空和高度受到限制的情况,如立交桥、高架桥等。优点:外形尺寸小,桥下净空大,桥下视野开阔,混凝土用量少。缺点:基础造价较高,钢筋的用量较大,且为超静定结构,会产生次内力。斜拉桥:梁、索、塔为主要承重构件,利用索塔上伸出的若干斜拉索在梁跨内增加了弹性支承,减小了梁内弯矩而增大了跨径。受力特点为外荷载从梁传递到索,再到索塔。主要材料为预应力钢索、混凝土、钢材。适宜于中等或大型桥梁。优点
7、:梁体尺寸较小,使桥梁的跨越能力增大;受桥下净空和桥面标高的限制小;抗风稳定性优于悬索桥,且不需要集中锚锭构造;便于无支架施工。缺点:由于是多次超静定结构,计算复杂;索与梁或塔的连接构造比较复杂;施工中高空作业较多,且技术要求严格。悬索桥:主缆为主要承重构件,受力特点为外荷载从梁经过系杆传递到主缆,再到两端锚锭。主要材料为预应力钢索、混凝土、钢材,适宜于大型及超大型桥梁。优点:由于主缆采用高强钢材,受力均匀,具有很大的跨越能力。缺点:整体钢度小,抗风稳定性不佳;需要极大的两端锚锭,费用高,难度大。按跨径分类按跨径分类是一种行业管理的手段,并不反映桥梁工程设计和施工的复杂性。以下是我国公路工程技
8、术标准(JTJ001-97)规定的按跨径划分桥梁的方法。特大桥:桥梁总长L500m,计算跨径L0100m。大桥:桥梁总长100mL500m, 计算跨径40mL0100m。中桥:桥梁总长30mL100m,计算跨径20mL040m。小桥:桥梁总长8mL30m,计算跨径5mL020m。桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径(L0)特大桥L500mL0100m大桥100mL500m40mL0100m中桥30mL100m20mL040m小桥8mL30m5mL020m按桥面位置分类上承式桥:桥面布置在桥跨结构上面下承式桥:桥面布置在桥跨结构下面中承式桥:桥面布置在桥跨结构中间按主要承重结构所用的材料按主要承
9、重结构所用的材料来划分,有木桥、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。木桥 用木料建造的桥梁。木桥的优点是可就地取材,构造简单,制造方便,小跨度多做成梁式桥,大跨度可做成行架桥或拱桥。 其缺点是容易腐朽、养护费用大、消耗木材、且易引起火灾。多用于临时性桥梁或林区桥梁。钢桥 桥跨结构用钢材建造的桥梁。钢材强度高,性能优越,表观密度与容许应力之比值小,故钢桥跨越能力较大。钢桥的构件制 造最合适工业化,运输和安装均较为方便,架设工期较短,破坏后易修复和更换,但钢材易锈蚀,养护困难。圬工桥 用砖、石或素混凝土建造的桥。这种桥常作成以抗压为主的拱式结构,有砖拱桥、石拱桥
10、和素混凝土拱桥等。由于石料抗压 强度高,且可就地取材,故在公路和铁路桥梁中,以石拱桥用的较多。 钢筋混凝土桥 又称普通钢筋混凝土桥。桥跨结构采用钢筋混凝土建造的桥梁。这种桥梁,沙石骨料可以就地取材,维修简便,行车噪音 小,使用寿命长,并可采用工业化和机械化施工,与钢桥相比,钢材用量与养护费用均较少,但自重大,对于特大跨度的桥 梁,在跨越能力与施工难易度和速度方面,常不及钢桥优越。预应力钢筋混凝土桥 桥跨结构采用预应力混凝土建造的桥梁。这种桥梁,利用钢筋或钢丝(索)预张力的反力,可使混凝土在受载前预先受压, 在运营阶段不出现拉应力(称全预应力混凝土),或有拉应力而未出现裂缝或控制裂缝在容许宽度内
11、(称部分预应力混凝土)。其优点是:能合理利用高强度混凝土和高强度的钢材,从而可节约钢材,减轻结构自重,增大桥梁的跨越能力;改善 了结构受拉区的工作状态,提高结构的抗裂性,从而可提高结构的刚度和耐久性;在使用荷载阶段,具有较高的承载能力和 疲劳强度;可采用悬臂浇筑法或悬臂拼装法施工,不影响桥下通航或;便于装配式的推广。它的不足之处是 施工工艺较复杂、质量要求较高和需要专门的设备。 按跨越方式分类按跨越方式分类,可分为固定式桥梁、开启桥、浮桥、漫水桥等 固定式桥梁指一经建成后各部分构件不再拆装或移动位置的桥梁;漫水桥。开启桥指上部结构可以移动或转动的桥梁浮桥指用浮箱或船只等作为水中的浮动支墩,在其
12、上架设贯通的桥面系统以沟通两岸的架空物漫水桥又称过水桥,指洪水期间容许桥面漫水的桥梁按施工方法分类 按施工方法分类,混凝土桥梁可分为整体式施工桥梁的和节段式施工桥梁。整体式整体式是在桥位上搭脚手架、立模板、然后现浇成为整体式的结构。节段式节段式是在工厂(或工场、桥头)预制成各种构件,然后运输、吊装就位、拼装成整体结构;或在桥位上采用现代先进施工方法逐段现浇而成整体结构。用于大跨径预应力混凝土悬臂梁桥、T型刚构桥、连续梁桥、拱桥以及斜拉桥、悬索桥的施工。桥墩构造桥墩主要可以分为以下几类:1、重力式桥墩:是实体的圬工墩,主要靠自身的重量来平衡外力,从而保证桥墩的强度和稳定。主要用c15或c15以上
13、的片石混凝土浇筑,或用浆砌块石和料石,也可以用混凝土预制块砌筑。优点是整体刚度大,抗倾覆性能以及承重性能都很好;缺点是自重大,不宜做的过大而使自重加大。2、空心式桥墩:可采用钢筋混凝土或混凝土。优点是节省材料,减轻桥墩的自重,施工速度快,质量好,节省模板支架;缺点是,抵抗流水冲击和水中夹带的泥砂或冰块冲击力的能力差,所以不宜在有上述情况的河流中采用。3、桩式墩:桩式墩是将钻孔桩基础向上延伸作为桥墩的墩身,在桩顶浇筑盖梁。在墩位上的横向可以是一根或多根桩,设置一排桩时叫排桩墩。优点是材料用量经济,施工简便,适合平原地区建桥使用;缺点是跨度不宜做的太大,一般小于13m,且在有漂流物和流速过大的河流
14、中不宜采用。4、柱式墩:一般由基础上的承台、柱式墩身和盖梁组成。优点是能减轻墩身自重,节约圬工材料,比较美观,刚度和强度都较大,在有漂流物和流冰的河流中可以使用。5、柔性墩:是在多跨桥的两端设置刚性较大的桥台,中墩均为柔性墩。即墩体的整体刚度很小,在墩顶水平推力的作用下发生较大的水平位移。优点是由于桥墩的水平推力是按各墩的刚度分配的,故分配到每个柔性墩上的水平推力很小。6、薄壁墩:主要分为钢筋混凝土薄壁墩和双壁墩以及V形墩三类。其共同特点是在横桥向的长度基本和其他形式的墩相同,但是在纵桥向的长度很小。其优点是,可以节省材料,减轻桥墩的自重,同时双壁墩可以增加桥墩的刚度,减小主梁支点负弯矩,增加
15、美观;V形墩可以间接的减小主梁的跨度,使跨中弯矩减小,同时又具有拱桥的一些特点,更适合大跨度桥的建造。桥梁支座支座的类形很多,可根据跨径、支点反力和对支座高度的要求等选用常用的支座有以下几种:(一)垫层支座由油毡、石棉泥或水泥沙浆垫层做成的简单的支座,10m以下的跨径简支板、梁桥,可不设专门的支座,而将板或梁直接放在上述垫层上。变形性能较差,固定支座除了设垫层外,还应用锚栓将上下部相连。(二)铸钢支座1、 弧形钢板支座又称切线式支座或线支座。上支座为平板,下支座为弧形钢板,二者彼此相切而成线接触的支座。钢板采用约4050mm的铸钢板或热扎钢板,缺点是移动时要克服较大的摩阻力,用钢量大,加工麻烦
16、,一般用于中小中。2、 铸钢支座采用碳素钢或优质钢,经过制模、翻砂、铸造、机械加工和热处理等工艺制成的支座。有尺寸大、耗钢量大,容易锈蚀和养护费用高等缺点。(三)新型钢支座1、不锈钢或合金钢支座2、滑板钢支座3、球面支座又称点支座,为适应多方面转动的要求,将支座上、下两部分的接触面分别做成曲率半径相同的凸、凹的球面支座。(四)钢筋混凝土支座1、 摆柱式支座活动部分由钢筋混凝土摆柱构成的活动支座。外形和活动机理与割边的单辊轴钢支座相同,但在构造上则用矩形截面的钢筋混凝土短柱来代替辊轴的中间部分,辊轴的顶部和底部为弧形钢板,常用于跨径大于20m的钢筋混凝土或预应力混凝土梁桥。2、 混凝土铰通过缩小
17、混凝土截面来降低截面刚度,因此能产生少量转动而能承受足够的轴力的一种简化支座。(五)板式橡胶支座由几层橡胶片和嵌在其间的各类加劲物构成或仅由一块橡胶板构成的支座。外形有长方形、梯形、圆形等。(六)盆式橡胶支座橡胶块紧密地放置在钢盆里的大吨位橡胶支座。由于橡胶块受到三向压力作用,因此使支座的极限承载能力有所加强。(七)拉力支座又称负反力支座,可以同时承受正负反力的支座。分为拉力铰支座和拉力连杆支座两类,前者又分为固定式和活动式。固定式铰支的上摇座锚于梁端,下摇座锚于墩顶或桥台,之间用钢销连接而成;活动式的下摇座锚于墩顶或台顶的防拔块间,并在座下加辊轴,使其即能受拉,又能沿纵向移动。(八)减震支座
18、附设有减震器而具有减震和抗震功能的支座。减震器分为油压减振器和橡胶减振器,减震器的机理主要是利用液体介质的粘滞性或橡胶的弹性所产生的阻尼力来减小地震力的影响。桥梁施工方法一、下部结构1.钻孔灌注桩施工工艺先填写书面开工申请报告,经监理工程师批准后方可开工。以监理工程师签认的导线点为基准点,用红外线测距仪放样。准确放出桩位后埋设护筒,经监理工程师复核无误后,用经纬仪引出桩位控制桩。钻孔拟采用回旋钻。钻机就位首先安装好钻架及起吊系统,将钻机调平。钻杆位置偏差不得大于2厘米,钻进中经常检查转盘,如有倾斜或位移,及时调整纠正。钻孔所用泥浆现场调制,储存在泥浆池中备用。钻进过程中要检查孔径和垂直度等并做
19、好钻孔记录。清孔:钻孔深度符合设计要求后,迅速通知监理工程师验孔,合格后立即进行清孔。清孔采用换浆法。安设钢筋笼:钢筋笼按照设计图纸在钢筋班集中下料现场成型,根据需要长度分成2-3节,钢筋笼要焊接牢固,吊孔结实,主筋、箍筋位置准确。钢筋笼标高偏差不得大于5厘米。灌注水下砼采用拌合楼拌制,罐车运输,并输送至导管内。灌注前首先安装好导管。安装导管时应将连接螺栓对称拧紧,防止漏气。导管应随安装随放入孔中,直到导管底口距孔底40厘米左右为宜,然后安装好漏斗和提板软垫。砼应严格按照批准的配合比进行拌合,拌合时严格控制材料计量、拌合时间、准确的砼水灰比、和易性和坍落度。砼灌注时,计算好首批砼数量,保证将导
20、管底口封住。正常灌注后,严禁中途停工。灌注时要经常探测砼面的高度,计算导管埋深,指挥导管的提升和拆除,作好记录。导管埋深应控制在3-6米,最大埋深不能超过8米。砼灌到最后,预留不小于50厘米的桩头,以确保桩顶砼质量。灌注时,做好砼试件,以便检验砼强度。当桩身砼强度达到80%以上时,即可开挖桩头凿除多余部分,使桩顶砼表面符合要求。2.系梁、承台施工工艺基础开挖先初步放样,划出系梁和承台边界,用机械配合人工开挖,人工清理四周及基底。对基底进行夯实,然后按图铺设砼垫层。测量放样下部承台,系梁至墩台帽各部分开工前,进行准确中线放样,并在纵横轴线上引出控制桩,控制钢筋绑孔和模板调整,严格控制好各部顶面标
21、高。钢筋下料成型及绑孔钢筋由钢筋班集中下料成型,编号堆放,运输至作业现场,进行绑孔。钢筋均应有出厂质量证明书或试验资料方可使用。钢筋绑扎严格按图纸进行现场放样绑扎,绑扎中注意钢筋位置、搭接长度及接头的错开。钢筋绑扎成型后,按要求进行验收。支模板承台和系梁模板均采用万能组合钢模拼装,用槽钢或角铁做肋。底口、中部、上部均用20对拉螺杆,外侧用方木支撑固定。墩身采用工厂加工的定型钢模板。盖梁、台帽模板均采用大尺寸钢模板。模板拼装时严格按照设计图纸尺寸作业,垂直度、轴线偏差、标高均应满足技术规范规定。盖梁、台帽施工中,及碗扣式支架做支架基础,支架支撑于系梁或承台上。支架顶用工字钢作横梁,上面铺设底模,
22、然后进行侧模的拼装工作。浇注砼钢筋、模板经监理工程师检查合格后,开始浇注砼。砼采取集中拌合,罐车运输。拌合中严格控制材料计量,并对拌合出的砼进行坍落度测定。承台、系梁、墩台柱和墩台帽均采用吊车吊斗浇注。浇注中控制好每层浇注厚度,防止漏振和过振,保证砼密实度。砼浇注要连续进行,中间因故间断不能超过前层砼的初凝时间,砼浇注到顶面,应按要求修整、抹平。养生砼浇注后要及时覆盖养生,经常保持砼表面湿润。模板拆除按照的不同和砼规定强度来决定,承台和系梁达到强度的50%即可拆模板,墩身和盖梁底模需达到设计强度70%以上方能拆除模板。模板拆除时要小心按顺序拆卸,防止撬坏模板和碰坏。二、上部结构1.后张法预应力
23、空心板梁(1)空心板梁预制施工工艺首先预制厂地,平整压实,处理好场地地基,按设计图纸铺设板梁底模。由钢筋班按图纸下料,制作钢筋,运到现场,在底板上按设计位置绑扎。 波纹管用机械卷制,按设计长度连接,接头处用胶带缠牢,防止漏浆,按设计位置安放并牢牢固定。 板梁蕊模采用定购橡胶蕊模,内充空气,用定位钢筋将其固定。蕊模安放前要进行充气检查,保证不漏气。 模板采用大型钢模板整体拼装,模板侧模应支撑牢固,尺寸准确,保证顺直,上、下都要用螺栓拉牢,保证不变形,不漏浆。 板梁砼采用500L以上强制式拌合机现场拌制,小翻斗车运输,人工输送入模,浇注砼时应注意浇注顺序和厚度,振捣时应避开波纹管和橡胶蕊模,防止因
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