《公路工程桥梁》PPT课件.ppt
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1、公路工程管理与实务桥梁工程桥梁的组成l上部结构(桥跨部分)l下部结构(桥墩和桥台)n净跨径n总跨径n计算跨径n桥梁全长:桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的水平距离。n桥梁高度n桥下净空高度n建筑高度n净矢高n计算矢高n矢跨比 桥梁的分类桥梁的基本体系:n梁式桥:梁体承重n拱式桥:拱圈和拱肋承重n吊桥:缆索承重n组合体系桥桥梁的分类 n按全长和跨径:特大桥,大桥,中桥,小桥。n按承重材料:圬工桥,钢筋混凝土桥,预应力混凝土桥,钢桥和木桥。n按跨越障碍的性质:跨河桥,跨线桥,高架桥和栈桥n按上部结构的行车道位置:上承式桥,中承式桥和下承式桥。桥梁基础桥梁基础:n刚性基础n桩基础(沉入桩和灌
2、注桩)n管柱n沉井n地下连续墙桥梁基础适用条件:l刚性基础:适用于各类土层l桩基础:沉桩:锤击沉桩法:适用于松散、中密砂石、粘性土 振动沉桩法:砂土,硬塑及软塑的黏性土和中密及较松的碎石土射水沉桩法:密实砂土,碎石土的土层静力沉桩法:标准贯入度N20的软黏土适用条件l灌注桩钻孔灌注桩:黏性土砂土砾卵石碎石岩石等挖孔灌注桩:无地下水或少量地下水,且较密实的土层或风化岩层l管柱:各种土质的基底,尤其是在深水、岩面不平、无覆盖层或覆盖层很厚的自然条件下,不宜修建其他类型基础时.l沉井:各种土质的基底,在深水、无覆盖层或覆盖层很厚的自然条件下,不宜修建其他类型基础时.l地下连续墙:桥梁下部结构下部结构
3、分类:n重力式桥墩n重力式桥台n轻型桥墩n轻型桥台重力式桥墩、台n靠自身重量来平衡外力而保持其稳定。n地基良好的大、中型桥梁,或流冰、漂浮物较多的河流中;n优点:墩、台比较厚实,可以不用钢筋;n缺点:圬工体积较大,自重和阻水面积较大,增加了对地基的要求。梁桥轻型桥墩n钢筋混凝土薄壁墩:低级土软弱地区。n柱式桥墩:城市立交和高架桥。n钻孔桩柱式桥墩:适合多种场合和各种地质条件。n柔性排架桥墩:低浅宽滩河流、通航要求低和流速不大的水网地区河流上修建小跨径桥梁。梁桥轻型桥台n设有支撑梁的轻型桥台:适合单跨桥梁。n埋置式桥台(后倾式、肋形埋置式、双柱式、框架式),跨径820米,填土高度35米,大于5米
4、时,宜用框架式。n钢筋混凝土薄壁桥台:适用于软弱地基。n加筋土桥台:台后路基填土不被冲刷的中、小跨径桥梁,台高35米。拱桥轻型桥墩n带三角杆件的单向推力墩:在桥不太高的旱地上采用。n悬臂式单向推力墩:适用于两铰双曲拱桥。拱桥轻型桥台n八字形桥台:桥下需要通车或过水。nU字形桥台:较小跨径的桥梁。n背撑式桥台:较大跨径的高桥和宽桥。n靠背式框架桥台:在非岩石地基上修建。n组合式桥台:适合各种地质条件。n空腹式桥台:n齿褴式桥台:桥台上部结构的主要施工技术n逐段悬臂平衡施工悬臂浇筑法悬臂拼装法n逐孔施工预制简支梁逐孔拼装预制单悬臂梁逐孔拼装现浇法桥台上部结构的主要施工技术n顶推法施工单点顶推多点顶
5、推n转体施工竖向转体施工法平面转体施工法n缆索吊装施工常用支架的设计原则n支架整体、杆配件、节点、地基、基础和其他支撑物进行强度、刚度和稳定性验算。常用支架的计算方法n考虑因素考虑因素:设计荷载预拱度沉落值常用支架的设计荷载计算n模板、支架和拱架自重。n新浇筑混凝土、钢筋混凝土或其他圬工结构物的重力。n施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载。n振动混凝土产生的荷载。n其他可能产生的荷载,如雪荷载、冬季保温设施荷载等。常用支架的施工预拱度计算n支架承受施工荷载引起的弹性变形。n超静定结构由于混凝土收缩、徐变及温度变化引起的挠度。n桥台水平位移引起的拱圈挠度。n结构重力以及1/2汽车荷载(
6、不计冲击荷载)引起的梁或拱圈的弹性挠度。n受载后由于杆件接头的挤压和卸落设备压缩而产生的非弹性变形。常用支架的计算方法n支架的强度和稳定性计算:应考虑作用在支架上的风力。设于水肿的支架,还应考虑水流的压力、流冰压力和船只漂流物等冲击力荷载。n验算支架刚度:支架受载后挠曲的杆件,其弹性挠度不超过相应结构跨度的1/400。模板的设计原则n宜优先使用胶合板和钢模板。n验算模板、支架的强度、刚度和稳定性。n模板板面之间应平整,接逢严密,不漏浆。n结构简单,制作、装拆方便。模板的计算方法n需要考虑因素需要考虑因素:设计荷载模板刚度设计荷载n模板自重。n新浇筑混凝土、钢筋混凝土或其他圬工结构物的重力.n施
7、工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载.n振动混凝土产生的荷载n新浇筑混凝土对侧面模板的压力n倾倒混凝土时产生的水平荷载n其他可能产生的荷载,如雪荷载、冬季保温设施荷载等模板刚度n结构表面外露的模板,挠度为模板构件跨度的1/400n结构表面隐蔽的模板,挠度为模板构件跨度的1/250n钢模板的面板变形为n钢模板的钢棱和柱箍变形为L/500和B/500(其中L为计算跨径,B为柱宽)桥梁基础构造特点l刚性基础:整体性好,但埋深小。l桩基础:埋置深度大。灌注钢筋混凝土桩:实心断面,混凝土强度不低于C20,对仅承受竖直力的基桩可用C15,水下仍不应低于C20。转孔桩设计直径一般为米,挖孔桩直径或最
8、小边宽度不宜小于米。承台的平面尺寸和形状:矩形或圆端形。承台厚度应保证承台有足够的强度和刚度。公路桥梁多采用混凝土或钢筋混凝土刚性承台(本身材料变形远大于其位移),厚度不宜小于米。桩基础(桩的中距)n摩擦桩:锤击沉桩,在桩尖处的中距不得小于桩径(或边长)的 3 倍,对于软土地基宜适当增大,振动沉入砂土内的桩,在桩尖处的中距不得小于桩径(或边长)的 4 倍。桩在承台底面处的 中距均不得小于桩径(或边长)的 1.5 倍。钻孔桩中距不得小于成孔直径的 2.5 倍。管柱中距可达管柱外径的 2.53.O 倍。n柱桩支撑在基岩上的沉桩中距,不宜小于桩径(或边长)的 2.5 倍;支撑或嵌固在基岩中的钻孔桩中
9、距,不得小于实际桩径的 2.O 倍。嵌入基岩中的管柱中距,不得小于管柱外径的 2.O 倍,但计算管柱内力不考虑覆盖层的抗力作用时,其中距可酌情减小。刚性基础的受力特点n在基础埋置深度和构造尺寸确定以后,应先根据最不利而且有可能情况下的荷载组合,计算出基底的应力,然后进行基础的合力偏心距、稳定性以及地基的强度(包括持力层、弱下卧层的强度)的验算,需要时还应进行地基变形的验算。基底应力计算:n计算由于外力(包括基础自重)在基底上产生的应力。基底应力分布;用弹性理论可得到较精确的解,在土力学中己作了初步简要的分析。当前实践中采用简化方法即按材料力学中心或偏心受压公式来计算基底的应力。n刚性基础埋置深
10、度较小。在计算中略去基础四周土的摩阻力和弹性抗力的作用。基底合力偏心距验算l墩、台基础的设计计算中,必须控制合力的偏心距,其目的是尽可能使基底应力分布比 较均匀,以免基底两侧应力相差过大,使基础产生较大的不均匀沉降,墩、台发生倾斜,影响正常使用。对非岩石地基以不出现拉应力为原则.根据荷载性质对偏心距的控制有不同的要求:仅受恒载作用时的墩台基础,其偏心距 eo 分别不大于基底核心半径 p 的 0.1 倍(桥墩)和 0.75 倍(桥台);基础倾覆稳定性验算p除了地基的强度和变形原因外,往往发生在承受较大的单向水平推力而其合力作用点又离基础底面的距离较高的结构物上。基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关.
11、合力偏心距越大,则基础的抗倾覆安全储备越小。设计时,可以用限制合力偏心距来保证基础的倾覆稳定性.基础稳定性验算基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性.基础抗滑动的安全度大小,可以用基底与土间的摩擦阻力和水平推力的比值来表示。地基强度验算应保证基底发生的应力不超过地基持力层的强度(地基容许承载力),对持力层下软弱下卧层,也应验算其强度。地基沉降计算n地基的沉降验算包括沉降量,相邻基础沉降差,基础由于地基不均匀沉降而发生的倾 斜等。n地基(基础)的沉降主要由竖直荷载作用下土竖直荷载作用下土层的压缩变形引起层的压缩变形引起。沉降量过大将影响结 构物的正常使用和安全,应加以限制。在确定一般土质的地
12、基容许承载力时,已考虑这一变 形的因素,所以修建在一般土质条件下的、小型桥梁的基础,只要满足了地基的强度要求,地 基(基础)的沉阵也就满足要求。必须验算基础沉降的情况n但对于下列情况,必须验算基础的沉降,使其不大于规定的容许值。修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软蒙古土地基及湿陷性黄土上的基础。修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础;当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降 差时;对于跨线(主要指跨铁路)桥、跨线渡槽要保证桥(或槽)下净空高度时。地基的稳定性n地基稳定验算方法可按土坡稳定分析方法,即用圆弧滑动面法来进行验算。在验算时一般假定滑动
13、面通过填土一侧基础剖面角点,但在计算滑动力矩时,应计入桥台上作 用的外载荷(包括上部结构自重和活载等)以及桥台和基础的自重的影响。然后求出稳定系数满足规定的要求值。桩基础的计算 n基桩的计算,可按下列规定进行:n1)承台底面以上的竖直荷载假定全部由基桩承受;n2)桥台土压力可按填土前的原地面起算。当基桩上部位于内摩擦角小于 20度的软土中时,应验算桩因该层土施加于基桩的水平力所产生的挠曲;n3)在一般情况下,桩基不需进行抗倾覆和抗滑动的验算;但在特殊情况下,应验算桩基向前移动或被剪断的可能性;n4)在软土层较厚、持力层较好的地基中,桩基计算应考虑路基填土荷载或地下水位下降所引起的负摩阻力的影响
14、。下部结构的构造特点 n重力式桥墩;梁桥重力式桥墩有墩帽、墩身、基础等组成,墩帽要满足支座布置和局部承压得需要;拱桥重力式桥墩分为普通墩与制动墩,制动墩承受单向较大的水平推力,防止出现一侧的拱桥倾坍,因而尺寸较厚实。与梁桥重力式桥墩相比较,具有拱座等构造设施。n重力式桥台(U形桥台):由台帽、背墙、台身(前墙、侧强)、基础、锥坡等几部分组成。梁桥轻型桥墩n钢筋混凝土薄壁桥墩:体积小、结构轻巧,比重力式桥墩可节约巧工量 70%左右。n柱式桥墩:由分离的两根或多根立柱分离的两根或多根立柱(或桩柱)组成,是公路桥梁中采用较多的桥墩形式之一。n柔性排架桩墩:由单排或双排的钢筋混凝土桩与单排或双排的钢筋
15、混凝土桩与钢筋混凝土盖梁钢筋混凝土盖梁连接而成。其主要特 点是,可以通过一些构造措施,将上部结构传来的水平力(制动力、温度影响力等)传递到全 桥的各个柔性墩台,或相邻的刚性墩台上,以减少单个柔性墩所受到的水平力,从而达到减 小桩墩截面的目的。梁桥轻型桥台n设有支撑梁的轻型桥台:台身为直立的薄壁薄壁墙墙,台身两侧有翼墙翼墙,在两桥台下部设置支支撑梁撑梁,上部结构与桥台锚栓连接,构成四铰框架。n埋置式桥台:将台身埋在锥形护坡中台身埋在锥形护坡中,只露出台帽在外以安置支座及上部结构。n钢筋混凝土薄壁桥台:由扶壁式挡土墙和两扶壁式挡土墙和两侧的薄壁侧墙侧的薄壁侧墙构成。n加筋士桥台:一般由台帽和由竖向
16、面板、拉台帽和由竖向面板、拉杆、锚定板及其间填料杆、锚定板及其间填料共同组合的台身组成。拱桥轻型桥墩n带三角杆件的单向推力墩带三角杆件的单向推力墩:在普通墩普通墩的墩柱上,从两侧对称地增设钢筋混凝土斜撑和水平拉增设钢筋混凝土斜撑和水平拉杆杆,用来提高抵抗水平推力的能力。为了提高构件的抗裂性,可以采用预应力混凝土结构。n悬臂式单向推力墩悬臂式单向推力墩,墩柱顶部向两桥跨处伸出顶部向两桥跨处伸出悬臂段悬臂段,当该墩的一侧桥孔遭到破坏以 后,可以通过另一侧拱座上的竖向分力与悬臂长所构成的稳定力矩来平衡由拱的水平推力 所导致的倾覆力矩。拱桥轻型桥台 n八字形桥台:台身由前墙和两侧的八字翼墙构成。nU
17、字形桥台:由前墙和平行于车行方向的侧墙组成,与 U 形重力式桥台比较,桥台侧墙是拱上侧墙的延伸。n背撑式桥台:在八字形桥台或 U 字形桥台的前墙背后加一道或几道背撑,稳定性好。n靠背式框架桥台:用三角形框架把台帽、前壁、耳墙和设置在不同标高且具有不同斜度的分离式基础连接而成。水平和仰斜的基底能满足施工期间的稳定性,且能合理承受主拱作用力。下部结构的受力特点 l梁桥重力式桥墩 第一种组合:按在桥墩各截面上可能产生的最大竖向力的情况进行组合。第二种组合:按桥墩各截面在顺桥方向上可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。第三种组合:按桥墩各截面在横桥方向上可能产生最大偏心和最大弯矩的情况组合。l拱
18、桥重力式桥墩 第一种组合:顺桥方向的荷载及其组合 第二种组合:横桥方向的荷载及其组合下部结构的受力特点n重力式桥台的受力特点 对于桥台尚要考虑车辆荷载引起的土侧压力,其次,桥台的强度、偏心距和稳定性的验算与桥墩相同,但只作顺桥方向的验算。混凝土空心板桥n钢筋混凝土空心板桥:跨径适用范围 613m;n 预应力混凝土空心板桥:跨径适用范围 1020m。装配式钢筋混凝土简支T梁n主梁中心间距 1.62.2m,高跨比为 1/111/16,梁肋宽度 1518cm,横隔梁的肋宽 1216cm,主梁翼板与梁肋衔接处的厚度不小于 h/12预应力混凝土简支T梁构造n主梁中心间距 1.82.3m,高跨比为 1/1
19、61/18,梁 肋宽度 1416cm,马蹄宽度约为肋宽的 24 倍,梁端部与马蹄同宽,因此在靠近梁端部存在变截面或过渡段。连续体系桥梁n一般 37 孔为一联,3 孔连续梁的各跨径比常为:,5 孔连续梁的各跨径比常为:1.O:0.65;n预应力混凝土等截面连续梁的高跨比取 1/161/26(顶推法施工为 1/121/16),n变高度连续梁跨中的高跨比取 1/251/35,支点的 高跨比取 1/141/21;中间桥墩只设一排支座,可减少桥墩尺寸;n变形连续,行车顺适。斜拉桥n一般采用扇形密索布置,在主梁与主塔均等间距,主梁间距 68m,主塔间距 4.56mz 主梁采用等截面,形式应考虑抗风稳定性和
20、索面配合的要求,高跨比常 取 1/401/150;双塔斜拉桥桥面以上塔柱高度与主跨之比常为 1/4.51/6。悬索桥n主梁对于柏架式加劲梁为 1/701/180,对于箱型加劲梁为 1/3001/400;n三跨悬索桥的边中跨之比一般为 0.30.5:1。上部结构的受力特点 n斜交板桥n装配式钢筋混凝土简支T梁n预应力混凝土简支T梁n连续体系桥梁n斜拉桥n悬索桥 斜交板桥n荷载有向两支撑边之间最短距离方向传递的趋势;n各角点受力情况可用比拟连续梁的工作来描述,钝角处产生较大的负弯矩,反力也 较大,锐角点有向上翘起的趋势;n在均布荷载作用下,当桥轴向的跨长相同时,斜板桥的最大跨内弯矩比正桥要小;n在
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