桥梁基础知识讲义

桥梁工程基础知识一、桥梁的组成从传递荷载功能划分：•桥跨结构（上部结构）–是线路遇到障碍（如河流、山谷或其它线路等）而中断时，跨越这类障碍的结构物，它直接承担使用荷载。

•桥墩、桥台、支座（下部结构）–是支撑桥跨结构的建筑物–将上部结构的荷载传递到基础中去–挡住路堤的土，防止路堤滑塌–保证桥梁的温差伸缩•基础–将桥梁结构的反力传递到地基常用名词：•桥梁全长：（对梁式桥而言）桥梁两个桥台侧墙或八字尾端间的距离L（无桥台的桥梁为桥面系行车道长度）；•桥梁总长：两桥台台背间前缘间距离L1；•计算跨径：桥跨结构两支点间的距离l;•总跨径：各孔净跨径的总和；•净跨径：（对梁式桥而言）设计洪水位线上相邻两桥墩（或桥台）的水平净距l0•建筑高度：桥面（或轨顶）对桥跨结构最低边缘的高度h；•桥下净空：设计洪水位或设计通航水位对桥跨结构最下缘的高差H；桥梁附属设施：•1、桥面铺装(或称行车道铺装)•2、排水防水系统•3、栏杆(或防撞栏杆)•4、伸缩缝•5、灯光照明二、桥梁的分类1、按跨径大小分类我国公路工程技术标准桥梁分类桥梁分类多孔跨经总长L（m）单孔跨经L0(m)特大桥L≥1000L0≥150大桥100≤L＜100040≤L0＜150中桥30＜L＜10020≤L0＜40小桥8≤L≤305≤L0＜20涵洞/L0＜5国际特大桥梁分类标准桥型跨经L0(m)悬索桥＞1000斜拉桥＞500钢拱桥＞500混凝土拱桥＞3002、按桥面的位置划分上承式——构造简单、施工方便；视野好、建筑高度大下承式——建筑高度小、视野差中承式——兼有两者的特点3、按桥梁用途来划分公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥农桥、人行桥、运水桥(渡槽)、其它专用桥梁(如通过管路、电缆等)4、按材料来划分木桥、钢桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)、钢筋混凝土桥、预应力钢筋混凝土桥5、按结构体系划分梁式桥——主梁受弯拱桥——主拱受压刚架桥——构件受弯压缆索承重——缆索受拉组合体系——几种受力的组合6、按跨越方式固定式的桥梁开启桥浮桥漫水桥7、按施工方法整体施工桥梁——上部结构一次浇筑而成节段施工桥梁——上部结构分节段组拼而成三、桥梁墩台第一节、桥梁墩台类型与构造一、概述组成墩台帽墩台身基础承受荷载上部结构竖向力水平力弯矩地震力风力流水压力等二、桥墩的类型与构造构造实体墩空心墩柱式墩框架墩等受力刚性墩柔性墩按截面形式分矩形圆形园端形尖端形实体桥墩由一个实体结构组成，按其截面尺寸及重量的不同又可分为实体重力式桥墩和实体轻型桥墩。

实体重力式桥墩是一实体圬工墩，主要靠自身的重量（包括桥跨结构重力）平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。

此种桥墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。

实体轻型桥墩可用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成，此结构显著减少了圬工体积，但其抗冲冲击力较差，不宜用在流速大并夹有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰、漂流物撞击的河流中，一般用于中小跨径桥梁上墩帽是直接支承桥跨结构，应力较集中，因此对大跨径的重力式桥墩墩帽厚度一般不小于0.4m，中小跨梁桥也不应小于0.3m，并设有50～100mm的檐口。

支座边缘到墩（台）身边缘最小距离表2-1-13方向顺桥向横桥向(m)跨径(m)圆弧形端头（自支座边角量起）矩形端头大桥0.250.250.40中桥0.200.200.30小桥0.150.150.20注：①采用钢筋混凝土悬臂式墩台帽时，上述最小距离为支座至墩台帽边缘的距离；②跨径100m及以上的桥梁应按实际情况决定。

空心桥墩有两种形式：一种为部分镂空实体桥墩，另一种为薄壁空心桥墩。

3、桩（柱）式桥墩和柔性墩柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式。

它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，特别适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。

柱式桥墩一般可分为独柱、双柱和多柱等形式，它可以根据桥宽的需要以及地物地貌条件任意组合。

柱式桥墩由承台、柱式墩身和盖梁组成，对于上部结构为大悬臂箱形截面，墩身可以直接与梁相接。

柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与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。

4、框架式桥墩框架式桥墩采用钢筋混凝土或预应力混凝土等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多层的框架。

三、桥墩防撞流冰对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩的撞击力和大面积流冰堆积现象以及流冰对桥墩的磨损。

对此，在中等以上流冰河道（冰厚大于0.5m，流水速度1m/s左右）及有大量漂流物的河道，应在迎水方向设置破冰棱体航运繁忙的河道，船只往往因突发原因引起航行失控，或是因能见度低造成船舶与桥墩相撞。

桥墩在设计中不但要有一定抵抗船舶冲击荷载的能力，还要考虑采用缓冲装置和保护系统，预防或改变船只冲击荷载的方向或减少对桥墩的冲击荷载，不使其破坏四、桥台的类型与构造类型重力式桥台轻型桥台框式桥台组合式桥台承拉式桥台（一）重力式桥台1、重力式桥台类型U型桥台埋式桥台八字式和一字式桥台重力式桥台也称实体式桥台，它主要靠自重来平衡台后的土压力。

桥台台身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并采用就地建造施工方法2、结构构造钢筋混凝土轻型桥台，其构造特点是利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。

（三）框架式桥台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，它埋置土中，所受的土压力较小，适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。

其构造型式有双柱式、多柱式、墙式、半重力式和双排架式、板凳式等（二）轻型桥台支承梁型桥台薄壁轻型桥台（四）组合式桥台四桥梁的支座第一节概述传递上部结构的各种荷载•支座的作用适应温度、收缩徐变等因素产生的位移竖向力水平力•按受力特性分为活动支座：竖向力简支梁桥一般一端采用固定支座,一端采用活动支座.•支座布置连续梁一般每一联中的一个桥墩设固定支座.支座的设置应有利于墩台传递水平力.第二节支座的类型和构造支座通常用钢，橡胶等材料来制造,主要类型有：简易支座弧形钢板支座板式橡胶支座橡胶支座盆式橡胶支座应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度等因素来选取支座类型。

中小跨度公路桥一般采用板式橡胶支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座铁路桥采用钢支座一、简易支座采用几层油毛毡或石棉制成，压实后的厚度不小于1cm，可用于跨径小于10m的板梁桥。

二、钢支座1、弧形钢支座•适用范围：跨径10∼20m•构造特点：由上下垫板所组成，下垫板顶面切剥成圆柱体。

固定支座需在上垫板上做齿槽（或销孔），在下垫板上焊以齿板（或销钉），安装后使齿板嵌入齿槽(或销钉伸入销孔)，以保证上下垫板之间不发生相对水平位移•安装要点•其它钢支座2、其它钢支座三、橡胶支座1、板式橡胶支座板式橡胶支座有矩形和圆形。

支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。

氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-250C的地区，天然橡胶用于-300C∼-400C的地区。

根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E、容许压应力[σ]和容许剪切角[tgr]面积与自由表面积之比，矩形支座为：式中：a⎯b ⎯横桥方向橡胶支座的宽度；t ⎯中间橡胶层的厚度。

为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应梁端转动的要求，支座的长度a 与宽度b 之比取决于主梁下的有效宽度及所需的剪切角γ。

一般应充分利用有效宽度b ，而尽可能减小a 的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与a 5成正比）。

根据支座稳定的要求，支座的总厚度不得大于平面最小尺寸的30%。

形状系数•构造特点：常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。

•变形机理：（1）不均匀弹性压缩实现转动；（2）剪切变形实现水平位移；（3）无固定和活动支座之分。

•性能指标：（1）容许应力；（2）弹性模量和剪切模量（3）容许剪切的正切值。

•适用范围：支座反力为70－7000kN 的公路、城市桥梁。

•局限性：2、四氟滑板式橡胶支座3、其它类型板式橡胶支座•桥梁球冠圆板式橡胶支座•坡型板式橡胶支座铅芯橡胶支座4、桥梁盆式橡胶支座盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合而成的新型桥梁支座。

具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，适用于支座承载力为1000KN以上的大跨径桥梁。

盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。

活动盆式橡胶支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承压橡胶块、橡胶密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板以及上下支座连接板组成。

组合上、中支座板构造或利用上下支座连接板即可形成固定支座。

•盆式橡胶支座构构造要点1.钢盆2.承压橡胶板3.钢衬板4.聚四氟乙烯板5.上支座板6.不锈钢滑板7.钢紧箍圈8.密封胶圈固定与滑动盆式橡胶支座多向活动支座（DX）纵向活动支座（ZX）固定支座（GD）5、其它支座•QGZ球型钢支座•QGZ球型钢支座（四）成品盆式橡胶支座的选配１．成品盆式橡胶支座的系列成品盆式橡胶支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。

其中，GPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。

另外，还有其它科研院所设计的类同系列的盆式橡胶支座。

这些系列支座，适用于各类桥梁及具类似受力与变形特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其它工程结构之分。

各种系列的盆式橡胶支座吨位一般从1000起至50000，最多分为近40个级；并以DX、SX、GD分别表示单向、双向活动支座及固定支座，而GDZ则为抗震型固定支座的代号。

２．成品盆式橡胶支座的地区适用性成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度和地震两个因素。

以确定适配常温型或耐寒型支座和采用何种震型支座或抗震措施。

3．各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配盆式橡胶支座能否适用于所设计的桥梁，当然首先考虑的是其容许转角及水平能承受的推力能否满足要求。

一般来说，GPZ、TPZ-1等系列的支座对这两个要求均能满足。

若转角和水平推力超出容许范围，则需要改变支座的设计。

转角特大，可采用球型支座。

关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题，即究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图式的要求决定。

当然，在一般情况下，固定端选用固定支座，活动端选用活动支座。

但若横桥向伸缩值不容忽视的时候，结构图式的固定端就不能单一采用GD类型的支座。

这是由于现代桥梁的桥面越来越宽，超过20已屡见不鲜，这时由温度等因素引起的横桥向伸、缩量便不可忽略了，有的可达到中等跨径桥梁纵向的伸缩量。