xA【土木建筑】现代景观规划设计理论与方法ppt课件.ppt

桥梁工程,第一章：绪论,第一节 桥梁在交通事业中的作用和桥梁的发展概况 一、桥梁在交通工程中的作用 1、是交通中的重要组成部分。2、在经济上，公路总造价的1020。3、在国防上，具有非常重要的地位。,二、桥梁建筑的发展简史,从设计方法上看，古代桥梁是以传统经验和技术来建造的。它代表作有：浮桥：架设简便快速，常被用于军事。古代的藤、竹吊桥发展到大跨径吊桥和斜拉桥。如大渡河铁索桥(1706年)；安澜竹索桥(1803年)：,石梁桥：福建泉州的万安桥、漳州的 虎渡桥,拱桥：河北省赵县的赵州桥,近代桥梁是以材料力学、结构力学和弹性力学为基础的结构设计理论建造的。它的代表作有：国内：1957年，第一座长江大桥武汉长江大桥。1969年，南京长江大桥：,南京长江大桥,大跨径拱桥，渡口市6号桥是用钢拱架施工建成的箱形拱桥，跨径为146m(1972)。,渡口市6号桥,钢筋混凝土与预应力混凝土的梁式桥：公路上很普遍，已建百米以上跨径的拱桥占世界同类拱桥的三分之一以上。,国外：如法国博浪加斯脱桥，南斯拉夫克尔克大桥(l=390m)。,现代桥梁的发展(1)设计理论：以极限状态设计法代替以弹性理论为基础的允许应力法，普遍应用结构振动、稳定、疲劳和结构的非线性理论。实现的手段：借助计算机,(2)结构施工技术：借助预应力法采用悬臂法、顶推法、和机械化、自动、半自动化施工。它的代表作有：斜拉桥、悬索桥等大跨径桥梁。,现代斜拉桥。目前我国成为世界上建造预应力混凝土斜拉桥座数最多的国家。,公路吊桥也有十余座，重庆朝阳大桥。,重庆朝阳大桥(1969),施工上：简易支架法：,装配式简支梁桥的陆地架设法：,装配式简支梁桥的浮吊架设法：,浮吊船架梁,固定式悬臂浮吊架梁,装配式简支梁桥的高空架设法：适合于架设中、小跨径的多跨简支梁桥,小跨径桥梁的自行吊车桥上架设,悬臂和连续体系的梁桥的支架模板就地浇筑法：,T型梁桥的施工法：（如同高空架设法）,预应力混凝土悬臂体系梁桥的悬臂法施工,挂篮结构简图,重庆长江大桥施工中采用的斜拉式挂篮,对称浇筑,悬臂法建造连续梁桥的体系转换,顶推法施工：预应力混凝土连续桥架设。,4、未来发展,(1)中小跨径的梁式桥：标准化、整体化(由简支向连续化)方向发展；(2)建筑材料上：采用高强度、轻型材料、预应力钢材与钢筋混凝土，增大桥梁的跨越能力；,(3)桥梁设计上：更新计算图式及计算方法，运用计算机将之一体化。(4)施工上：标准化工厂预制，现场安装和无支架施工。,第二节 桥梁的基本组成及分类,一、桥梁的基本组成部分 上部结构 也称桥跨结构，它包括承重结构(如梁、拱等)、桥面、支座等。,下部结构：桥墩和桥台及墩台基础。起支承桥跨作用。其它结构：导流堤、防洪堤、丁坝和护岸等。它们保护着桥头路堤或河岸。,二、桥梁分类1、按建筑材料分：钢桥：钢材为桥跨结构的材料，有板梁和桁梁两种：钢板梁，L40m。钢桁梁：跨度和梁高较大时采用。,上、下平面纵向联结系,立面图,下承式,混凝土桥:按材料分：普通钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥两种；型式为梁桥、拱桥和刚架桥。石桥：石拱桥，有实腹式和空腹式。,2、桥面所在位置分：有上承式桥和下承式桥。,3、桥梁轴线与河流(道路等)的交角角度：有正交桥(交角为直角)和斜交桥(交角为锐角)。,立交桥,4、按桥梁所跨越障碍物分类：有跨河桥、立交桥等。5、按照桥梁长度分：按桥梁长度：特大桥：L500m；大桥：500L100m；中桥：100L30m；小桥：L30m。,6、按结构形式(结构体系)分类 分类标准：以力学计算模式为基础，以受力方式明显差异为特征，广泛应用于桥梁的结构分析和设计中。有四种基本结构类型是：梁式桥；拱式桥；刚架桥和悬吊桥。,简支梁桥 连续梁桥,悬臂梁桥,(1)梁式桥：,(1)梁式桥：承重结构：实体梁或梁式桁架；受力特征：竖直荷载作用下，支座有竖直反力,无水平反力；实体梁只受弯拉和剪应力，不受轴向力；形式分：简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥；建筑材料：钢筋混凝土和预应力混凝土。,(2)拱式桥：承重结构：拱(拱圈或拱肋)；受力特征：在竖直荷载作用下，支座有竖直反力和水平反力(推力)；,建筑材料用抗压能力强的圬工材料(如砖、石、混疑土)和钢筋混凝土；形式：三铰拱，两铰拱，无铰拱。,桥跨结构受力：与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形较小，以受压为主；,(3)刚架桥：显著特点：是桥跨结构(梁或板)和墩台连接成一整体；,受力特征：在竖直荷载作用下，有竖直反力和水平反力；无铰刚架还有支承弯矩。桥跨结构：刚架以受弯拉为主，也有轴向力和剪力，大小但于梁桥与拱桥之间。,优点：建筑高度小,降低线路标高,改善纵坡，减少路堤土方量，增加桥下净空。缺点：是粱柱刚结处较易裂缝。,(4)悬吊桥：承重结构为缆索、桥塔、加劲梁及锚绽。,结构自重轻，建筑高度小，跨径最大，近2000m。缺点是结构刚度差，在车和风荷载作用下，桥有较大的变形和振动。一般只在公路上修建。,(5)组合体系桥 由几个不同体系的结构组合而成的桥梁。,第二章 桥梁规划设计及荷载,第一节 桥梁的总体设计 一、桥梁设计的基本原则和要求(1)使用上的要求 桥梁必须适用。满足交通安全、通畅、及泄洪、通航或通车等要求，并便于检查和维修。,(2)经济上的要求 在经济上是合理的。在设计、施工及运输上取得最大经济效益。(3)设计上的要求 满足施工和使用中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并且要设计思想创新，设计合理。,(4)施工上的要求 应便于采用先进技术，加快施工速度，保证工程质量和施工安全。(5)美观上的要求与周围环境相协调。,二、桥梁设计的基本资料(1)桥梁使用任务：交通种类和其它要求。(2)桥位附近地形：桥位线型、墩台位置。(3)桥位地质情况：地质不良现象。(4)河流水文情况：特征水位、河道情况。(5)其它资料：建材；施工情况；气象等。,三、设计程序 初步设计：总体规划问题，初步拟定尺寸。它是控制建设项目投资和以后编制施工预算的依据。编制施工图：对技术方案和总投资等具体化。,目前，我国公路大桥的设计工作均采用两阶段设计。对技术简单的中、小桥可采用一阶段设计。,四、桥位及桥型的选择 桥位选择：大、中桥的桥位服从路线总方向，路桥综合考虑，并以桥为主，尽可能建造直交桥。小桥的桥位是局部问题，完全服从路线走向，以路为主。,桥型选择：通常钢筋混凝土简支梁桥:L20m；预应力混凝土简支梁桥：30mL50m；石拱,双曲拱:30mL50m,箱拱:L100m,预应力斜拉桥:100mL400m；软基上建简支、悬臂梁等静定结构桥，良好地基上建连续、刚架桥及两铰或无铰拱等超静定结构桥。,五、纵、横断面设计 技术术语：桥梁全长简称桥长，桥涵总长所占比例反映在整段线路建设中的重要程度。,净跨径l0；总跨径：l=l1+l2+l3 计算跨径；桥下净空高度；建筑高度；标准跨径：净矢高；计算矢高：矢跨比；,梁式桥的纵向布置,拱式桥,纵断面设计 确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥道的标高、标上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。(1)桥梁总跨径的确定 对于一般跨河桥梁，总跨径可参照水文计算来确定。,考虑：排洪、冲刷及河床土壤的性质和基础的埋置情形，综合确定。(2)桥梁的分孔 决定于总造价。使上、下部结构的总造价趋向最低，同时考虑通航、冲刷等问题。大、中桥梁分孔是相当复杂的问题。,(3)桥道标高的确定 必须根据设计洪水位、桥下通航(车)净空等需要，结合桥型、跨径等考虑，以确定合理的桥道标高。(4)桥头纵坡 小桥，可做平坡桥；大、中桥梁，做成双向纵坡，桥上纵坡不大于4；桥头引道纵坡不宜大于5。,桥梁横断面设置 桥梁横断面的设置决定于桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面宽度决定于行车道的净宽度和人行道的宽度。桥梁的横向坡度为1.53。,桥梁平面设置 桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过。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。一般小桥，斜度通常不宜大于45，在通航河流上则不宜大于5。,第二节 桥面构造布置及细部,1、桥面构造组成与布置 桥面铺装、排水系统、伸缩缝、人行道(安全带)、缘石、栏杆和灯柱等构造。,2、桥面铺装、防水排水系统(1)桥面铺装 桥面铺装也称行车道铺装。作用：防止车辆轮胎(或履带)的直接磨耗行车道板，防止主粱遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。,型式：普通水泥混凝土或沥青混凝土铺装 在非严寒地区的小跨径桥上，不做专门的防水层。层铺法施工：单层(58cm)或双层式的(底层45cm，面层34cm)；水泥混凝土适用于重载交通。,防水混凝土铺装 非冰冻地区需作防水处理时，铺筑810cm的防水泥混凝土，再铺磨耗层。,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,贴式防水层铺装,在防水程度要求高，或在桥面板位于结构受拉区而可能出现裂纹的桥梁上，需做贴式防水层。该层设在低标号混凝土排水三角垫层上面，再铺保护层。装配式梁式桥，宜在接缝处的混凝土铺装层内或保护层内设置一层(36)的钢筋网。,(2)桥面纵横坡 对于沥青混凝土或水泥混凝土铺装，横坡为 1.52.0%。行车道路面用抛物线型横坡，人行道用直线型。,(3)桥面排水 原因：设置：桥长L50m，纵坡ih2时，雨水可流至桥头从引道上排除，在桥头引道的两则设置流水槽。当L50m，ih2时，在桥上每隔1215m设置一个泄水管。如桥面ih2,则宜每隔68m设置一 个泄水管。,常用泄水管的型式：金属泄水管：适用于具有贴式防水层的铺装结构。钢筋混凝土泄水管：适用于不设专门防水层而采用防水混凝土的铺装构造上。,金属泄水管,钢筋混凝土泄水管,3、桥面伸缩缝(1)原因：(2)设置：两梁端间以及梁端与桥台背墙间设置。(3)作用：保证梁能自由变形；车辆在设缝处能平顺地通过；防止雨水、垃圾泥土等渗入而阻塞。,(4)变量：以安装伸缩缝结构时为基准的温度伸长量lt+和收缩量lt-；收缩和徐变量ls以及计入梁的制造与安装误差的富裕量lE。lE可按计算变形量的30%估算。总变形量为：,(5)常用伸缩缝构造U形锌铁皮式伸缩缝 中小路径的桥梁，当变形量在24cm以内时，常采用。,跨搭钢板式伸缩缝:梁端变形量46cm以上的情况，最大可达40cm以上。,橡胶伸缩缝:橡胶伸缩缝适用于梁端变形量46cm以上，最大可达150cm，,3、人行道、栏杆、灯柱,3、人行道、栏杆、灯柱人行道及安全带：城镇和近郊的桥梁均应设置人行道，宽度可选用0.75cm，1m，大于1m按0.5m的倍数递增。行人稀少地区可改用安全带。安全带，宽度不小于25cm，与人行道相同，高出行车道25cm35cm。,栏杆和灯柱,第三节 桥梁的设计荷载,1、永久荷载 永久荷载亦称恒载，它是在设计使用期内，其作用位置和大小，不随时间变化或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。,例如当路径为30150m时，结构自重约占3060%，对于特大跨度的圬工桥、钢筋混凝土桥，或预应力混凝土桥，活载居于次要地位。故宜用轻质、高强材料。,2、可变荷载 可变荷载为在设计使用期内，其作用位置和大小、方向随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。(1)车辆荷载 标准中把大量、经常出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载；把偶然、出现的平板挂车或履带车作为验算荷载。,重量单位：吨；长度单位：米。,汽车车队纵向排列,10t,15t,20t 汽车平面尺寸,30t 汽车平面尺寸,55t 汽车平面尺寸,汽车横向布置,履带车50,履带车横向布置,挂车80、100、200,挂车横向布置,(2)车辆荷载的影响力 汽车荷载的冲击力：目前将荷载增大乘以冲击系数而得。汽车荷载的制动力：离心力：位于曲线上的桥梁，当R250m时，须考虑车辆离心力的作用，由车辆荷载(不计冲击力)乘以离心力系数。,车辆荷载引起的土侧压力：(3)人群荷载：公路桥梁的人群荷强规定为300kg/m。3、偶然荷载 偶然荷载包括地震力和船只或漂流物的撞击力。这种荷载在设计使用期内不一定出现，但一旦出现，其持续时间较短而数值很大。,第三章 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥,第一节 概述 一、分类及特点 采用抗压性能好的混凝土和抗拉能力强的钢筋结合在一起建成的。,分类1：,钢筋混凝土 梁桥,预应力混凝土梁桥,梁桥,全预应力混凝土梁桥,部分预应力混凝土梁桥,木梁桥,钢梁桥,石梁桥,分类2：,装配式梁桥(正交桥、直线桥),整体式梁桥(斜交桥、弯桥),梁桥,支座,端横隔梁,中横隔梁,主梁,桥面铺装,泄水管,栏杆,伸缩缝,人行道,特点：(1)装配式梁桥与整体式梁桥相比有：桥梁构件的型式和尺寸趋于标准化，有利于大规模工业化生产。采用先进的施工技术，节省劳动力和降低劳动强度，提高工程质量和劳动生产率，从而显著降低工程造价。,构件的制造不受季节性影响，且上、下部构造也可同时施工，加快施工速度，缩短工期。能节省大量支架模板等的材料消耗。缺点：预制构件需要有一定的运输和起重设备来进行运输和安装工作。,为了保证全桥的整体性，尚应设计牢固的接头构造，必要时还需采取“湿的”集整措施。特点：(1)钢筋混凝土桥与钢桥、石桥等比：具有钢筋混凝土构件的优点。设计理论和施工技术上发展成熟。,种类多，数量大，具有重要地位。缺点：自重大。就地浇筑时，施工工期长，耗材多。适用：简支梁桥：标准跨径10,13,16,20m。悬臂梁、连续梁桥：L6070m。,(1)预应力混凝土梁桥与钢筋混凝土桥相比：具有钢筋混凝土梁桥的所有优点。利用高强度材料(高强混凝土、高强钢材)，减小构件截面，并扩大混凝土结构的适用范围。,节省钢材，跨径越大，节省越多。梁的刚度大，建筑高度小，有较大的跨越能力。由于能消除裂缝，这就扩大了对多种桥型的适应性，并更加提高了结构的耐久性。预应力技术的采用，为现代装配式结构提高了接头和拼装质量。,适用:简支梁桥:L5060m;标准跨径有25,30,35,40m。悬臂梁、连续梁桥：L250m。,二、梁式桥的结构体系的类型及应用,按梁式桥承载结构体系可分为：简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥、T形刚架桥等。,二、梁式桥的结构体系的类型及应用,特点：静定结构；相邻桥孔各自单独受力；构造最简单，受力明确，,1、简支梁桥 应用最早，使用最广泛的一种桥型。,最易设计成各种标准跨径的装配式构件；简化施工管理工作，降低施工费用。,适用性：静定结构，结构内力不受地基变形影响，场地地基要求低。缺点：(1)伸缩缝(变形缝)多，行车巅簸，不平顺。(2)桥跨结构主要承受荷载引起的弯矩与剪力，且结构本身自重大，约占全部设计荷载的3060。；支座独立。,改进措施：减小结构自重所占的比例可由提高简支梁桥跨越能力的最有效途径：(1)高强、轻质材料；(2)预应力技术；(3)采用合理的主梁(板)截面形式。,l=48m,实心板桥,l=613m,空心板桥,l=816m,形式划分：标准跨径：,(1)简支板桥,l=820m,l=2050m,(2)简支肋梁桥 中等跨径，截面:T,I,钢筋混凝土简支梁桥,预应力混凝土简支梁桥,预应力空心预制板桥,(3)简支箱梁桥：预应力混凝土梁桥，仅用于桥面较宽的桥梁结构(抗扭性能)，较大跨径的斜交桥和弯桥。跨径：2070m2、连续梁桥 特点：承重结构不间断地连续跨越几个桥孔而形成一超静定的结构。,优点：支座处产生负弯矩，显著减小了跨中的正弯矩，使弯矩沿纵向分布更合理；,减小跨中的建筑高度，节省钢筋混凝土数量。缺点：地基有不均匀沉陷时,桥跨结构内会产生附加内力。,适用：对地基要求高，常适用于桥基十分良好的场合。钢筋混凝土连续梁桥支座处有负弯矩，在支座处桥面易出现裂缝，影响桥梁耐久性和正常使用；就地浇筑的施工方法，费时费工，代价高，对大跨径很难适合。,预应力混凝土连续梁桥利用预应力有效地避免混凝土开裂，特别是支座有负弯矩处可避免桥面开裂，保证桥梁的耐久性和正常使用；采用现代桥梁施工技术，如顶推法、悬臂浇筑法等。,充分利用高强度材料，减小结构截面尺寸，提高其跨越能力；车辆荷载作用下变形和缓，行车平稳，伸缩缝少；结构全截面受力，抗弯刚度大，并有较大超载能力；连续梁桥的中间桥墩只布置单排支座。,截面形式：等截面连续梁(中小跨径)；变截面连续梁(大跨径)。对大跨径(l0100m)，多采用变截面箱形连续梁。施工特点：顶推法、悬臂浇筑法和拼装法等。适用性：跨径为40160m,3、悬臂梁桥和T形刚架桥 单悬臂梁和双悬臂梁。特点：内力分布上，支点处同连续梁桥，挂梁上同简支梁桥；,挂梁和剪力铰处是受力薄弱处；接缝多，不利于高速行车。,适用性：钢筋混凝土悬臂梁桥：5080m以下；预应力混凝土悬臂梁桥：100m以下；,钢筋混凝土T形刚架桥：50m以下；预应力混凝土T形刚架桥：60200m。,三、截面类型,(一)板桥 承重结构：特点：建筑高度较小，构造简单，施工方便。预制施工时，重量小，架设方便。,形式：整体式实心矩形板：刚度大，现浇，受季节性影响大，需模板、支架。受力方面：截面材料不经济，自重大，仅适用于小跨径6m。改进是矮肋式板，空心式。,装配式板桥：实心板(l8m)、空心板(l=613m)、预应力混凝土板(l=816m)。异形板截面：现代高架桥中用。有单波式和双波式。,异形板特点：桥下净空大，可布置与桥梁同向的线路，造型美观，但现浇，施工较为复杂。,(二)肋板式梁桥 现浇混凝土肋梁桥有双T形，一般由工厂或现场预制T形，形构件，然后工地装配施工。,显著减轻了结构自重。增大了跨越能力。适合于预制、安装，控制主梁质量，加快施工速度。预应力或受拉区布筋，将肋下缘做成马蹄形。,一般特点：肋与肋之间处于受拉区域的混凝土挖空后，,形梁桥：块件之间用穿过腹板的螺栓连结，以使施工简化。形构件的特点是：截面形状稳定，横向抗弯刚度大，块件堆放、装卸和安装都方便。,形梁桥：但构件制造较复杂；梁肋以只配钢筋网，刚度小。,适用性：形梁桥一般只用l=612m的小跨径桥梁。,T形梁：装配式桥梁工程中最普遍；优点：以T形梁的翼构成行车道板；制造简单，肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架，主梁之间借助间距为46m的横用梁来连结，整体性好，接头也较方便。,b),a),缺点：截面形状不稳定，运输和安装复杂；构件在桥面板跨中有接头，对板的受力不利。,c)d),e)f),(三)箱形梁桥 跨径(L050m)预应力混凝土、弯桥、斜交桥普遍采用。,形式及适用性：T形梁：装配式简支梁常用；钢筋混凝土梁桥，L0=7.520m；预应力混凝土梁桥，L0=2040m。,特点：(与T形梁相比)较大的抗正、负弯矩能力，底板受压区。抗扭能力大，故适用于偏心荷载作用下的宽桥。如大跨径预应力梁桥。横向刚度大，对抗弯、运输、安装阶段的稳定性好。缺点：箱形薄壁构件的预制、安装施工复杂，单根箱梁的安装重量大，只适用于较大跨径。,适用：中等宽度桥梁：单箱单室、单箱双室一般宽度桥梁：单箱多室、双箱单室现代城市高架道路：长悬臂斜腹形。,第二节 简支梁式桥的设计与构造,简支板桥,梁桥,箱形梁桥。一、简支板桥设计与构造 一般应用于小跨径桥梁中。由施工方式分，整体式板桥和装配式板桥。由跨越河流的角度分，正交板桥和斜交板桥。,正交桥：荷载作用后：双向受力；由弹性薄板小挠度弯曲理论计算应力应变。,特点：均布荷载作用：单向受力状态；车轮荷载作用于板中：双向受力状态，近似单向计算；,车轮荷载作用于板自由边：双向受力状态,同上；,总结：设计按单向板计算，简化方法有折算法；简化刚接板法。,配筋：纵向受力钢筋：由计算确定。横向分布钢筋：垂直于主钢筋，15，S25cm。板中间2/3处按计算配筋；板边两端1/6处增加15。,整体正交现浇板桥,横截面为等厚度矩形，或矮肋式板桥。,装配式板桥 横截面有实心板和空心板两种。矩形实心板桥：施工方便，建筑高度小等优点，应用最广泛，跨径8m。,空心矩形板桥：自重小，可充分利用材料。跨径613m，预应力混凝土空心板桥在816m。目前使用较多。,装配式板的横向联结 有企口混凝土铰联结和钢板焊接联结。企口混凝土铰联结：用C25C30以上的细骨料混凝土填实，或将钢筋绑扎后，再浇筑。,钢板联结：两构件的预埋钢板焊接。纵向中距通常为 80150cm。,斜交桥的特点：理论和试验表明，在垂直荷载作用下：斜交角15，正交板桥设计。荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势。,斜板桥的最大主弯矩方向,各角点受力情况可以用比拟连续梁的工作来描述。,整体式斜板桥：由于l/b一般均小于1.3，主钢筋的配置有两种方案。A方案：按主弯矩方向的变化配置主筋，其分布钢筋与支承边平行。,底层钢筋,上层钢筋,B方案：在两钝角角点之间的范围内，主钢筋方向与支承边垂直。,底层钢筋,上层钢筋,装配式斜板桥：跨宽比(l/b)一般均大于1.3，主钢筋沿斜跨径方向配置，分布钢筋在钝角角点处与主钢筋垂直，在支承边附近，与支承力平行。,二、简支梁桥设计与构造,中小跨径桥梁中应用最广的桥型。简支梁桥按施工方式分有整体式和装配式简支梁桥。截面形式分：T形、工形、形肋梁和箱形。,(1)整体式简支梁桥：优点：现场浇筑，结构整体性好，刚度大；缺点：工期长，施工费用高，材料消耗大。应用：斜线桥，弯桥，一般用截面为双T形主梁。,(2)装配式简支梁桥 特点：用合理的构造类型。构造类型：涉及装配式主梁的横截面型式、沿纵截面上的横隔梁布置、块件的划分方式以及块件的连结集整等几方面的问题。它是直接影响桥跨结构的受力状态及其内力计算的方法。,(3)构造类型主梁的横截面型式 主梁的横截面型式有三种基本类型：形，T形和箱形梁桥。预制装配单元的划分,装配式梁桥设计中块件划分的原则是：现场实际的预制、运输和起重等条件，确定拼装单元的最大尺寸和重量；块件的划分应满足受力要求，拼装接头应尽量设置在内力较小处；拼装接头的数量要少，接头型式要牢固可靠，施工要方便；,构件要便于预制、运输和安装；构件的形状和尺寸应力求标准化，增强互换性，构件的种类应尽量减少。,目前，钢筋混凝土与预应力混凝土梁桥常用的块件划分方式有：纵向竖缝划分；纵向水平缝划分；纵、横向竖缝划分。,a)b),纵向竖缝划分 简支梁桥中应用最普遍。单元体：各主梁整体，如形梁和T形梁；,a)b),优点：接头和接缝横隔梁和行车道板内，或直接用螺栓连结；结构部分为预制拼装。故主梁受力可靠，施工也方便。,应用：装配式钢筋混凝土和预应力混凝土T形简支梁桥。缺点：构件的尺寸和重量都很大，增加运输与安装上的困难。,改进：预制矩翼T形梁，并现浇部分翼板和横隔梁。,纵向水平缝划分,组合式梁,T形组合梁桥：钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥箱形组合梁桥：预应力混凝土梁桥。优点：安装单元尺寸小，重量轻。缺点：主梁的梁肋与翼板之间存在混凝土施工接缝。改进：加大肋顶宽度和伸出肋内钢筋。,纵、横向竖缝划分 优点：块件尺寸小，重量轻，可以工厂化成批预制后，方便运输。,横向分段装配式梁或称串连梁,缺点：块件的预制精度要求很高。预制时，采用全梁预制的方法。国内应用很少。,构造布置 定义：对于设计给定的桥面宽度，如何选定主梁的间距(或片数)。钢筋混凝土简支梁桥，T形最普遍。标准跨径为10、13、16和20m的四种。主梁布置：间距为1.52.2m，四梁式或五梁式桥，常用1.6m。,T形梁的横隔梁布置：作用：将各主梁连结成整体。无横隔梁时：翼板接缝处易产生纵向裂缝，且桥梁整体性不好。横隔梁布置：两梁端必须设置端横隔梁，中横隔梁：当跨径13m，在跨内的跨中、距支座l/4或l/3处设中间横隔梁13道，间距46m。,主梁的设计与构造：主梁尺寸：钢筋混凝土桥，l/11l/16，标准跨径为10、13、16和20m，这时主梁间距2.2m，相应梁高0.9、1.1、1.3和1.5m；预应力混凝土桥，l/14l/25，标准跨径为 25、30、35和40m，这时主梁间距2.2m，相应梁高1.75、2.0、2.25和2.5m。梁肋宽常用1518cm。,横隔梁尺寸：跨中横隔梁的高度为主梁高度的3/4，端横隔梁与主梁近同高。横隔梁的肋宽常为1216cm，且上宽下窄和内宽外窄的楔形。横隔梁配筋与连接：以中横隔梁为设计计算对象；配筋：受力钢筋与构造钢筋，均由计算所得。,连接有两种：钢板接缝：先预埋钢板，再在预埋钢板上加焊盖按钢板或用螺栓与预埋钢板连接。,湿接缝：翼板悬臂边做成企口形，将伸出钢筋连接，或放置钢筋网，浇筑混凝土。,不等截面梁：简支梁桥在横截面上可采用不等截面梁，具体变化为：(1)变截面等高梁：沿纵向腹板厚度发生变化、马蹄部分也逐渐加高的变截面T梁。(2)变截面不等高梁：横截面由跨中向支点减小的鱼腹形变高度梁。,实例：(1)钢筋混凝土桥：跨径为20m。,实例2：预应力混凝土桥，跨径为30m。,第三节 简支梁式桥的计算,一、计算内容 简支梁桥设计计算的项目有主梁、横隔梁、桥面板和支座等。原因：,二、行车道板计算,荷载沿双向传递,二、行车道板计算 1、行车道板的类型,单向板：la/lb2，四边支承板；悬臂板：将三边支承，翼缘端边是自由边的板沿短跨一端嵌固，另一端为自由端的悬臂板；,铰接板：将三边支承，翼缘端边是铰接的板沿矩跨一端嵌固，另一端为铰接的铰接板；双向板：la/lb2，四边支承；少用；两方向配受力钢筋。,2、板的荷载有效分布宽度,对于混凝土或沥青面层，荷载呈45扩散。沿纵向：a1a2+2H；沿横向：b1b2+2H；,式中：H为铺装层的厚度。,于是桥面板上作用于行车道板面上的局部分布荷载p为：,式中：P加重车后轴的轴重。,(1)单向板 跨径为l、宽度较大的梁式行车道板的受力状态。当荷载以a1b1的分布面积作用在板上时，板在跨中弯矩的实际图形是呈曲线形分布的，在荷载中心处达到最大值mxmax，,式中：M车轮荷载产生的跨中总弯矩；mxmax荷载中心处的最大单宽弯矩值，可按弹性板的理论算得。,设想用矩形amxmax来替代此曲线图形：,此式为板的有效工作宽度，或荷载有效分布宽度，以此板宽来承受车轮荷载产生的总弯矩，它满足了弯矩最大值的要求。荷载有效分布宽度与板的支承条件、荷载性质及荷载位置有关。,根据最大弯矩按矩形换算的有效分布宽度aa)简支板，跨中单个荷载；b)固缝板，跨中单个荷载c)简支板，全跨窄条荷载；d)简支板，1/4跨径处单个荷载；,桥面板属于弹性固结支承，为了计算方便，对于单向板的荷载有效分布宽度，桥规规定：,荷载在跨径中间 对于单独一个荷载：aa1+l/3=a2+2H+l/32l/3 对于几个靠近的相同荷载：aa1+d+l/3=a2+2H+d+l/32l/3,荷载在板的支承处：aa1+t=a2+2H+t l/3 式中：t板的厚度。荷载靠近板的支承处：axa+2x 式中:x荷载离支承边缘的距离。,t,悬臂板受力状态,(2)悬臂板,(2)悬臂板 由弹性板理论，板端作用P时，板条的最大负弯矩mxmax0.465P，而总弯矩为M0Pl0，因此，按最大负弯矩值换算的有效工作宽度为：,可见，悬臂板的有效工作宽度接近于二倍悬臂长度，即荷载可近似按45向悬臂板支承处分布。公路桥面设计规范对悬臂板规定的活载有效分布宽度为：,a=a1+2b a2+2H+2b；式中：b 为承重板上荷载压力面外侧边缘至悬臂根部的距离。,履带荷载：取一米宽板条按实际荷载强度p进行计算。,单向板,悬臂板,3、行车道板的内力计算 实体的矩形行车道板由弯矩控制设计。设计时，以每米宽板条来进行计算。(1)多跨连续单向板的内力,固端 铰支 弹性固缝,当t/h1/4时：跨中弯矩：M中0.5 M0；支点弯矩：M支0.7 M0；当t/h1/4时：跨中弯矩：M中0.7 M0；支点弯矩：M支0.7 M0；式中：M0M0p+M0g。,工程中，简化方法是先算出跨度相同的简支板的M0，然后修正。,(2)铰接悬臂板的内力 T形梁翼缘板作为行车道板往往用铰按的方式连接，最大弯矩在悬臂根部。当车轮荷载对中布置在铰接处是最不利的荷载位置，这时铰内的剪力为零，两相邻悬臂板各承受半个车轮荷载，即P/4。由材料力学或结构力学可计算得跨中弯矩。,三、荷载横向分布计算,(一)概念 结构内力是空间问题，但工程中合理转化成平面问题。并通过荷载横向分布系数考虑荷载的空间作用的影响。,对于横隔梁的刚度：设想五根主梁所组成的桥梁在跨度内承受荷强P的跨中横截面。,对于横隔梁的刚度为0；若中梁的跨中有P作用，则全桥中只有中梁受力，即中梁的横向分布系数m1，其它梁的m0；这种形式的整体性差，而且是很不经济的。,EIH=0，m中=1,wa,此时五根主梁的挠度均相等，荷载P由五根梁均匀分担，每梁只承受P/5，各梁的横向分布系数m0.2。,EIH=，m中=0.2,wc,若各主梁间的横隔梁刚度很大，可设想横隔梁的刚度接近无穷大(EIH=)，则在荷载P作用下，横隔梁无弯曲变形，所有五根主梁共同参与受力。,EIH=，m中=0.2,0 EIH，0.2m中1,wb,wc,EIH=0，m中=1,wa,实际工程中钢筋混凝土或预应力混凝土梁桥的构造情况是：各根主梁有横向结构联成整体，但是横向刚度达不到无穷大。因此，在荷载P作用下，各根主梁变形复杂，此时中梁的挠度wb小于wa而大于wc，设中梁所受的荷载为mP，则其横向分布系数m也小于1而大于0.2。,所以，桥上荷载横向分布的规律与结构的横向连结刚度有关，横向连结刚度愈大，荷载横向分布作用愈显著，各主梁的负担也愈趋均匀。,在实践中，目前常用几种荷载横向分布计算方法有：杠杆原理法把横向结构(桥面板和横隔梁)视为在主梁上断开而简支在其上的简支梁。偏心压力法把横隔梁视作刚件极大的梁，当计及主梁抗扭刚度影响时，称为修正偏心压力法；,横向铰接板(梁)法把相邻板(梁)之间视为铰接，只传递剪力；横向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；比拟正交异性板法将主梁和横隔梁的刚度换算成两向刚度不同的比拟弹性平板来求解，并由实用的曲线图表进行荷载横向分布计算。,共同特点是：从分析荷载在桥上的横向分布出发，求得各梁的荷载横向分布影响线，从而通过横向最不利布载来计算荷载横向分布系数m。有了作用于单梁上的最大荷载，就能按熟知的方法求得主梁的活载内力值。,(二)杠杆原理法(1)特点：基本假定：忽略主梁之间横向结构的联系作用，桥面板和横隔梁在主梁上断开，并视作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑。,若工字形主梁的装配式桥梁、双柱式、双主梁桥，本法计算荷载横向分布系数是准确的。一般多梁式桥，由于不考虑支座的弹性压缩和主梁本身的微小压缩变形，近似计算靠近主梁支点处的横向分布系数。,对于无横隔梁的装配式箱形梁桥的初步设计，在绘制主梁荷载横向影响线时可以假设箱形截面是不变形的，故箱梁内的竖标位为等于l的常数。,1,实际主梁荷载的极值,以杠杆原理计算值,近似计算横向联系很弱的无中间横隔梁的桥梁，计算的荷载横向分布系数，对于 中间主梁会偏大些，而对于边梁则会偏小。,(2)计算举例 例：一桥面净空为净7附20.75m人行道的钢筋混凝土T梁桥，共设五根主梁。试求荷载位于支点处时1号梁和2号梁相应于汽车15级、挂车80和人群荷载的横向分布系数。,对于1梁：汽车15：m0=0.875/2=0.438挂80：m0=0.563/4=0.141对于2梁：汽车15：m0=1/2=0.5；挂80：m0=(0.437+1.0+0.437)/4=0.469,(三)偏心压力法(刚性横梁法),(三)偏心压力法(刚性横梁法)钢筋混凝土或预应力混凝土梁桥都在梁的两端设置横隔梁外，还在跨度中央，甚至还在跨度四分点处，设置中间横隔梁。在具有可靠横向联结的桥上，且在桥的宽跨比B/l小于或接近于0.5的情况时，车辆荷载作用下中间横隔梁的弹性挠曲变形同主梁的相比较微不足道。,特点：宽跨比B/l0.5(窄桥)，中横隔梁作用是主梁跨中变形保持近似的直线形状。中横隔梁的弹性挠曲变形同主梁的相比，很小，如同刚性梁一样。结果边梁受力偏大。,(1)不考虑主梁抗扭刚度的偏心压力 在中间横隔梁刚度相当大的窄桥上，在沿横向偏心布置的活载作用下，总是靠近活载一侧的边梁受载最大。1)中心荷载P1的作用,1)中心荷载P为1的作用,假定中间横隔梁是刚性的，且横截面对称于桥中线，各根主梁的挠度相同，即：,即：,若I1=I2=.=In，则Ri=1/n。,2)偏心矩M1e的作用,2)偏心矩M1e的作用 在M作用下，横截面产生绕O的转角，因此各主梁的竖向挠度为：,当偏心荷载P=1时的总作用：,其中：e为P的作用位置。,当荷载P作用于k号梁上(e=ak)，则第i号主梁的荷载为：,当荷载P作用于i号梁上(e=ai)，则第k号主梁的荷载为：,3)第i号主梁的荷载的影响线ik：,当各梁的惯性矩相同时，则：,3)计算举例例：计算跨径l19.50m，试求荷载位于跨中时l号边梁的荷载横向分布系数mq(汽车荷载)、mg(挂车荷载)。,此桥在跨度内设有横隔梁，具有强大的横向连结刚性，且承重结构的长宽比为：l/B=19.5/(5*1.60)=2.42，为窄桥，,故可按偏心压力法来绘制横向影响线并计算横向分布系数m。本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n5，梁间距为1.60m，则：,第1号主梁的荷载的影响线竖标值11：,于是，1号梁的活载横向分布系数可计算：,汽15：m0=(0.575+0.350+0.188-0.038)/2=0.538；挂80：m0=(0.513+0.4+0.288+0.175)/4=0.344,于是，1号梁的活载横向分布系数：汽15：m0=（0.575+0.350+0.188-0.038)/2=0.538；挂80：m0=(0.513+0.4+0.288+0.175)/4=0.344,(2)修正偏心压力法 由于横隔梁近似为绝对刚性和忽略主梁抗扭刚度，导致了边梁受力偏大。因此在实用中处理方法有：将偏心压力法求得的边梁最大横向分布系数乘以0.9折减方法。若考虑主梁抗扭刚度，则为修正偏心压力法。,第i号主梁的荷载的影响线ik：,(四)铰接板法,特点：对于用现浇混凝土纵向企口缝连接的装配式板桥以及仅在翼板间用焊接钢板或伸出交叉钢筋连结的无中间横隔梁的装配式桥。,翼板间伸出交叉钢筋连结,翼板间企口桥面接缝,装配式板桥纵向企口缝横截面及类型,翼板间用焊接钢板的中间横隔梁的装配式桥,特点：竖向荷载作用下，铰接纵缝内只传递向剪力。基本假定：对于简支梁桥，常截面横向传递的荷载为半波正弦荷载。(1)铰接板(梁)法 首先来分析铰接板桥的受力特点。,某块板上有竖向荷载P作用时，通过结合缝所承受的内力在起传递板间荷载的作用。纵向剪力t(x)和法向力n(x)同竖向剪力g(x)相比，影响极小；在构造上，结合缝(企口缝)的高度不大、刚性甚弱，通常可视作近似铰接，则横向弯矩m(x)对传布荷载的影响极微，也可忽略。,表示结合缝上内力为竖向剪力g(x)、横向弯矩m(x)、纵向剪力t(x)和法向力n(x)。,简化计算时，就假定竖向荷载作用下结合缝内只传送竖向剪力g(x)，这就是横向铰接板(梁)计算理论的假定前提。把空间计算问题，简化为平面问题，应仍满足荷载、铰接力和挠度三者的协调性，即：,对于每条板梁有：,但是，实际上无论对于集中轮重或分布荷载的作用情况，不能满足上式的条件(在x方向为有限长度)。但当采用具有某一峰值p0的半波正弦荷载：,1)铰接板桥的荷载横向分布 在正弦荷载p0psin(x/l)作用下，各条铰缝内也产生正弦分布的铰接力gi gi sin(x/l)。,对于具有n条板的桥梁，就有(n-1)条铰缝。因此就有(n-1)个欲求的未知铰接力峰值gi。求gi可按结构力学中“力法”原理求解。11g1+12g2+13g3+14g4+1p=0 21g1+22g2+23g3+24g4+2p=0 31g1+32g2+33g3+34g4+3p=0 41g1+42g2+43g3+44g4+4p=0,式中：ik铰接缝k内作用单位正弦铰接力，在铰接缝i处引起的竖向相对位移；ip 外荷载p在铰接缝i处引起的竖向位移。,求得系数后代入即得正则方程：2(1+)g1-(1-)g2=1-(1-)g1+2(1+)g2-(1-)g3=0-(1-)g2+2(1+)g3-(1-)g4=0-(1-)g3+2(1+)g4=0即：,式中：(b)/(2w)=5.8I(b/l)2/IT。I：板的抗弯惯性矩；b：板宽；l：板的跨度；IT：板的抗扭惯性矩。详见材