桥梁工程教案(2008新版)

《桥梁工程》教案（版权所有，请勿复制）

郑州大学水利与环境学院李清富

目录

第一章绪论 (3)

第二章桥梁总体规划和设计原则、程序 (7)

第三章作用及作用效应组合 (9)

第四章桥面布置与桥面构造 (13)

第五章混凝土简支梁桥 (16)

第六章圬工和钢筋混凝土拱桥 (36)

第七章混凝土连续梁桥 (57)

第九章桥梁支座 (70)

第十章桥梁墩台 (74)

第一章绪论

本章主要讲述国内外桥梁建设的发展历史以及桥梁的分类与组成，要求学生重点掌握桥梁的分类方法、各组成部分名称与作用。

1.1 概述

1.1.1 桥梁地位和作用

（1）桥梁：当道路通过河流、山谷或与其他路线交汇时，所修建的人工结构物，即道路为跨越障碍物所建造的结构物，成为桥梁（涵洞）。

（2）地位和作用：桥梁是道路的重要组成部分，是确保道路畅通的重要环节，在造价上，桥涵一般占道路总造价的10%-20%,而且大桥往往是道路、公路建设控制工程和施工的关键。在政治、经济和国防上有重要意义，同时与建桥地区经济、工业发展、农业、人民生活等密切相关。

1.1.2 中国桥建史

中国是四大文明古国之一，在世界桥建史上写下了不少光辉灿烂的篇章。我国古代桥梁不但数量惊人，而且类型丰富多彩，几乎包含了近代桥梁中的最主要类型。

（1）史料记载：周文王时代，渭河上架设过大型浮桥；公元35年东汉光武帝时，在今宜都和宜昌之间修建了横跨长江的浮桥。

（2）春秋战国时期：黄河流域遍布梁式木桥。

（3）我国是最早有吊桥的国家：唐朝中期，我国由竹索、藤索发展到用铁链建造吊桥，西方在16世纪才开始建造铁链吊桥，晚中国近千年。四川泸定县的大渡河铁索桥（1706年）：桥跨100M ，宽2.8M，13条锚固于两岸的铁索组成；四川灌县的安澜竹索桥：全长340M ，8孔，最大跨径61M，由24根竹索组成。

（4）石桥：天然石料加工而成，遍布全国各地，数量在古代居首。其中：

石梁桥（代表）：

○11053-1059年，福建泉州的万安桥：长800多米，47孔以磐石铺遍桥位江底，匠心独运的用养殖海生牡蛎的方法胶固桥基使成整体，世界上绝无仅有的造桥方法。

○21240年，福建漳州虎渡桥：长335米，某些石梁长23.7米，宽1.7米，高1.9米，重达200多吨。历史记载：利用潮水涨落浮运架设。

石拱桥（代表）：

○1河北赵县的赵州桥：隋大业初年，李春所创。空腹式圆弧形石拱桥，净跨37.02米，宽9米，拱矢高7.23米。像这样的敞肩拱桥，欧洲19世纪中叶才出现，晚1200年。

（5）组合式梁桥：1169年，广东潮安县湘子桥：长517.95米，19孔，上部有石拱、木梁、石梁等多种形式。中间有18条浮船组成长97.3米的开合式浮桥。历史上最早

的开合式桥，石桥之长，石墩之大，桥型之多，施工条件之难，工程历时之长均为古代建桥史上罕见。

（6）1840年鸦片战争后至新中国成立：桥梁建设大部分是外国投资，洋人设计，外商承包。解放前，公路桥梁多为木桥，年久失修，破烂不堪。当时我国修建的公路钢架桥，吊桥和钢筋砼拱桥等，与当时世界水平相比相去甚远。

（7）新中国成立后：桥梁建设突飞猛进，修复和加固了许多老桥，又修建了大量新桥。

○11957年，武汉长江大桥，“一桥飞架南北，天堑变通途”。公路铁路两用桥全长1670.4米，正桥三联3×128m，连续钢桁梁，双线铁路，上层公路桥面宽18米，两侧各设2.25米人行道。

○2 1969年，南京长江大桥，我国自行设计、施工、建造，国产高强钢筋。公铁两用桥，上层公路，下层铁路。铁路部分全长6772米，公路部分全长4589米。正桥除北岸第一孔为128米简支钢桁梁外，其余9孔3联3×160米的连续钢桁梁。我国建桥技术达到国际水平。我国桥梁史上一个重要标志。

○31958年以来：因地制宜修建了大量的石拱桥，有的跨径已超过100米，1969年我国首创双曲拱桥，最大跨径达到150米。全国各地建造了许多各具特色的拱桥。

在拱桥施工技术方面，除了有支架施工，对于大跨径拱桥，广泛采用了无支架施工。

钢筋砼与预应力砼梁式桥，刚架桥获得了很大进展。中小型梁式桥设计实现了标准化，跨径进一步增大，施工技术越来越先进。最近几年，一些适合大跨度的桥梁型式相继建成。

（8）进一步发展：材料多样化，桥型多样化，大跨度，施工机械化，设计标准化，电算化，管理科学化。

1.1.3 国外桥建史

早在罗马时代，欧洲的石拱桥艺术在世界桥梁史上抒写了灿烂的篇章。意大利文艺复兴后，特别是18世纪工业革命，促进了工业的发展，促进了桥建技术方面的空前发展。（1）圬工拱桥：1855年起法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的拱桥。1899-1903年在卢森堡建成了跨度为84米的石拱桥。1870年德国建造了一批水泥砼拱桥。1946年瑞典建成了目前世界上跨度最大的石拱桥。

（2）钢筋砼拱桥：从19世纪末到20世纪50年代，钢筋砼拱桥无论在跨度，结构体系和主拱圈界面形式上均有很大发展。1873年法国的约瑟夫莫尼尔首创建成了跨度为390米的柯尔克大桥。

（3）钢筋砼和预应力砼梁桥：从小跨径到大跨度发展，钢筋砼梁桥自重大，跨度小。预应力砼桥发展较快：1928年法国福莱西奈将预应力技术付诸实施，1948年，法国用预应力修复了马恩河上的五座桥梁。1952年，西德莱茵河上的沃伦姆斯桥；1962年，莱茵河上的本道尔夫桥，悬臂施工，中跨208米；1976年，日本连续钢架桥－浜名大桥，55米+140米+240米+140米+55米；1980年菲律宾的科勒－巴贝尔塞浦桥，

中跨240.8米。连续梁桥，采用顶推法施工。

（4）吊桥和斜拉桥：世界上第一座有钢筋砼主梁的斜拉桥为1925年西班牙的跨越谭伯尔河的水道桥，跨度60.35米。1962年，委内瑞拉马拉开波湖大桥，预应力砼斜拉桥，主桥跨径160+5×235+160（M）；西班牙的路那巴里噢斯桥，中跨跨径440米，采用双面辐射型密索布置，斜拉桥；1937年，美国旧金山金门大桥，主跨达1280米，钢吊桥。

（5）国外桥建发展方向：

材料：砼向轻质、高强、耐久方面发展（高性能砼）；预应力筋，高强、低松弛、耐腐蚀、强粘结、便于拼接。

施工方法：快速简便，工业化制造，采用大型架设、起吊机具。

设计方面：40米跨度以内，趋于标准化，80米以上和稍大跨度，重点采用个别优化设计和构造方案，以利于总结经验，不断提高经济指标。

设计理论：容许应力→极限状态→概率极限状态；简化平面设计→空间立体→优化设计1.2 桥梁的组成和分类

1.2.1 桥梁的基本组成部分和作用

（1）基本组成和作用

○1上部结构（又称桥跨结构）：线路中断时跨越障碍的建筑物，包括承重结构和桥面系。主要承受车辆和人群荷载，并通过支座把荷载传递给桥墩、桥台。

○2下部结构（包括桥墩、桥台）：支撑上部结构的建筑物，并把上部结构传来的荷载连同自身重量较均匀的传递给基础。同时桥墩还起着联系相邻桥跨的作用，桥台起着与道路衔接的作用。

○3基础：介于下部结构和地基之间的结构物。承受上部结构、下部结构传来的荷载，并将荷载连同自身重量传递给地基。

○4附属工程：护坡、护岸及各种导流工程等。防止路堤被水冲刷，维护路堤边坡稳定，引导水流顺畅通过桥孔等。

（2）桥梁结构主要组成名称、术语和主要尺寸

○1净跨径：梁桥，设计洪水位上相邻两个桥墩或桥台之间的净距；对于拱桥，每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。

2.总跨径：各孔净跨径的总和，又称桥梁孔径，反映桥下泄洪能力。

○

○3计算跨径：有支座的桥梁，指桥跨相邻两支座中心的距离，拱桥为两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。

○4拱轴线：拱圈各截面形心点的连线。

○5桥梁全长：两个桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离；无桥台的桥梁为桥面系行车道全长。○6桥梁高度：桥面与低水位之间的高差或桥面与桥下线路路面之间的距离。

○7桥下净空高度：设计洪水位或计算道航水位至上部结构最下缘之间的距离。

○8建筑高度:行车路面或轨顶标高至上部结构最下缘之间的距离。

○9净矢高：从拱顶截面下缘到相邻两拱脚截面下缘最低点之间连线的垂直距离。

10计算矢高：拱顶截面形心点到相邻两拱脚截面形心连线的垂直距离

○

11矢跨比：计算矢高与计算跨径之比

○

12标准跨径：对于梁桥为桥墩中心线之间或桥墩中心线至桥台台背前缘的距离，对于拱桥，○

同净跨径。

13涵洞：宣泄路堤下水流的构造物。

○

1.2.2 桥梁的主要类型

（1）按受力体系分类：

①梁式桥（Beam Bridge）：垂直荷载作用下无水平反力结构。主要承重构件为梁或板，梁式桥属于受弯构件，在拉区配主筋承受拉力。梁式桥又分为简支梁桥，悬臂梁桥和连续梁桥三种基本类型。

②拱桥(Arch Bridge)：竖向荷载作用下，墩台承受较大水平推力，主要承重结构是拱圈或拱肋，弯矩和变形较小，以受压为主。拱桥按行车系位置不同可分为上承式、下承式和中承式三种类型。

③刚架桥(Rigid-Frame Bridge)：上、下部结构连成整体，梁柱连接处具有很大刚性。在竖向荷载作用下，墩台承受竖向反力、弯矩和水平力，属于压弯构件。

④缆索承重桥(Cable Supported Bridge)：自重轻，刚度差，较大变形和振动。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大拉力。或者缆索直接承受拉力，具有水平反力的结构。

⑤组合体系桥(Combined Bridge)：梁、拱、吊不同组合。梁-拱组合、梁-索组合。

（2）其他分类：

①按用途分：公路、铁路、公铁两用、农用桥、人行桥、运水桥

②按全长和跨径分：特大桥、大桥、中桥和小桥。

③按主要承重结构材料分：圬工、钢筋砼、预应力砼、钢桥

④按跨越障碍物的性质分：跨河、线、高架桥、栈桥

⑤按上部结构的行车道位置分：上承式、中承式和下承式

⑥按使用性质分为：临时、半永久、永久、浮桥、开启桥、漫水桥

⑦按梁轴线与河流相交的角度分：正交和斜交桥。

习题1

1. 桥梁主要由哪几部分组成？各部分作用是什么？

2. 简述桥梁的分类。

3. 解释桥梁工程常用名词和术语。

第二章桥梁总体规划和设计原则、程序

本章主要讲述桥梁总体规划的原则和设计程序，桥梁平面设计、纵断面设计和横断面设计的基本要求，要求学生重点掌握桥梁设计的基本要求和桥梁纵横断面、平面布置的原则。

2.1 桥梁设计原则和基本设计资料

2.1.1 设计的基本要求

（1）使用上的要求：安全、适用、耐久

（2）经济上的要求：技术经济比较，经济合理

（3）结构尺寸和构造上的要求：要有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性

（4）施工上的要求：便于制造和架设，施工安全

（5）美学上的要求：与周围景观协调，优美的外形

（6）环境保护和可持续发展

2.1.2 设计资料的调查

主要调查内容应包括：

（1）桥梁的使用任务；（2）桥位附近的地形；（3）桥位地质情况；

（4）河流的水文情况；（5）当地建筑材料的来源和供应；

（6）施工单位技术水平、装备；（7）当地气象资料；（8）新建桥位上、下游有无老桥2.2桥梁纵、横断面设计和平面布置

2.2.1 桥梁纵断面设计

确定桥梁总跨径、桥梁分孔、桥道标高、桥上和桥头引道纵坡、基础埋深等

（1）总跨径：满足桥下泄洪要求，使河床、河岸不致遭受过大冲刷。

（2）桥梁分孔：分孔后的孔径必须保证设计洪水频率和水流中夹带着的泥石、冰块、木材及其他漂浮物能安全通过桥孔。最经济的分孔方式是使上下部结构的总造价趋于最低。桥梁分孔以奇数为美，尽可能的采用等跨径。分孔要考虑使用任务、地形与环境、河床地质、水文等情况，经技术经济比较确定。

（3）桥道标高：跨河桥，保证桥下通航和排洪要求；跨线桥，确保桥下行车安全。

（4）基础埋深：为防止墩台基础四周和基底下土层被冲刷掏空，造成墩台失稳，桥梁基础必须埋置在设计洪水最大冲刷线以下一定深度，以确保基础稳定性。规范有各种基础埋深的最小值的规定

（5）纵坡设置：桥上不大于4% ，桥头引道不大于5%

2.2.2桥梁横断面设计

确定桥面宽度、桥跨结构横断面布置等。

（1）桥面宽度：取决于行车和行人的交通需要。桥面净宽包括行车道、人行道和自行

车道的宽度

（2）横断面布置：按不同结构类型，视具体情况而定。

（3）横坡设置：从桥面中央倾向两侧1.5%-3%的横向坡度。

2.2.3 平面布置

桥梁线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳通过。尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交。但对于一般小桥，也允许斜交，斜度不宜大于45°，在通航河流上不宜大于5°。

2.3 桥梁设计与建设程序

基本建设程序分为前期工作和正式设计两大步骤。

（1）“预可”阶段：建桥的必要性以及宏观经济上的合理性－上报立项问题。

（2）“工可”阶段：桥梁规模、技术标准和科研立项。

（3）设计阶段：一般桥梁按两阶段设计：

初步设计：用以编制设计文件。该阶段主要选择桥址、桥长、桥型和初步尺寸，方案比较，编制材料用量和造价的预算指标。报上级部门审批。

施工图设计：具体化的技术文件，桥梁各部分构件进行详细设计计算，绘制施工详图，编制施工组织设计和施工预算。

对于重要或新型大桥，根据需要可增加“技术设计”

2.4 桥梁设计方案的比较

2.3.1 拟定桥梁图式

制定设计方案，并经过初步综合分析和判断，剔除明显不合理的图式。

2.3.2 编制方案

提供各个中选图式的技术经济指标，以便比较判断，科学决策。指标主要有：主材用量、劳动力数量、全桥造价、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、要否特种机械、美观等。有定量的，有定性的。

2.3.3 方案比选

各种决策方法可供利用。在方案比选中，除了绘制方案比较图外，还应编写方案比较说明书：编制方案原则，拟定图式理由，方案比较的综合评述，推荐方案的详细说明等。

习题2

1. 桥梁设计应满足哪些基本要求？

2. 桥梁的平面设计、纵断面设计和横断面设计的主要内容有哪些？

3. 简述桥梁结构的设计程序。

4. 简述桥梁设计方案比选的步骤。

第三章 作用及作用效应组合

本章主要讲述桥梁设计规范中关于作用的有关规定，是本书的重点章节，要求学生掌握桥梁作用的分类、各类作用的计算方法及作用效应的组合原则。

3.1 作用的分类

3.1.1 作用的定义

《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）：作用于桥梁上的荷载和引起结构外加变形或约束变形的原因统称为作用。作用是施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，前者称直接作用或荷载，后者称间接作用。

3.1.2 作用的分类

（1）永久作用（恒载）

设计使用期内，其作用位置、大小和方向不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。包括：自重、桥面铺装及附属设备、作用在结构上的土重和土侧压力、基础变位的影响力、水浮力、长期作用于结构上的人工预施力、砼收缩和徐变的影响力。

（2）可变作用（活载）

设计使用期内，其作用位置、大小和方向随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。车辆荷载和人群荷载、汽车制动力，支座摩阻力，风力，流水压力，温度影响力，冰压力等

（3）偶然作用

设计使用期内不一定会发生，但一旦出现，其持续时间短而数值大。包括地震力、船只或漂浮物的撞击力、汽车撞击力。

公路桥梁抗震设防：设计地震烈度8度。但连续梁桥、T 形刚构等宜用设计烈度7度。有抗震要求的桥梁应按地震力作用进行强度和稳定性验算。验算时只计恒载产生的地震力。

3.2 作用的选定和作用效应组合

3.2.1 作用的代表值

作用具有随机性，作用代表值是为结构设计而给定的量值。

作用的代表值：标准值、频遇值和准永久值。

永久作用的代表值：标准值

可变作用代表值：承载能力设计－标准值；正常使用极限状态－频遇值、准永久值 标准值K S ；频遇值系数1ψ；准永久值系数2ψ

偶然作用代表值：标准值

3.2.2 作用的设计值

设计值＝标准值×作用分项系数

3.2.3 作用效应组合

所有作用并非同时作用于桥梁上，因此应考虑各种可能的作用组合：《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）：

（1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计

①基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合

00111

200112()

()

m n ud Gi GiK Q Q K c Qj QjK i j m n ud Gid Q d c Qjd i j S S S S S S S S γγγγψγγγψ=====++=++∑∑∑∑

注：要求理解掌握公式中各字母代表的涵义。

②偶然组合：永久作用的标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合

（2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计

①作用短期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合

111m n

sd GiK j QjK i j S S S ψ===+∑∑

②作用长期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合

211m n

ld GiK j QjK i j S S S ψ===+∑∑

3.3 作用的规定与计算

3.3.1 永久作用

（1）结构重力：体积×重度

（2）预加力：

（3）土的重力和土侧压力：

（4）水的浮力：

（5）混凝土的收缩与徐变作用、基础沉降：

3.3.2 可变作用

（1）汽车荷载及其影响力

①汽车荷载

汽车荷载分为公路Ⅰ级和公路Ⅱ级两个等级，由车道荷载和车辆荷载组成。

车道荷载由均布荷载和集中力组成，桥梁结构整体计算采用车道荷载，桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载，两种荷载的作用不得叠加。

高速公路和一级公路设计：公路Ⅰ级；二级以下公路设计：公路Ⅱ级

汽车荷载的加载规定：车道荷载的纵向加载为均布荷载标准值应满布于使结构产生最不

利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。横向分布系数应按设计车道数布置车辆荷载进行计算。

汽车荷载的折减规定：多车道折减系数，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应；桥梁计算跨径大于150m 时，纵向折减系数。

②汽车冲击力

汽车以较高速度通过桥梁时，由于荷载的动力作用使桥梁发生振动而造成内力加大的现象称为冲击作用，以冲击系数μ计及荷载冲击作用。

③汽车离心力

曲线半径小于等于250m 时，计及离心力。其值＝车辆荷载标准值×离心力系数

2

127V C R

= 离心力的着力点在桥面以上1.2m 处。

④汽车引起的土压力

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，可换算成等代均布土层厚度计算：0G h Bl γ

=∑ 计算涵洞顶车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下作300角分布。

几个车轮的压力扩散线重叠时，扩散面积以最外边的扩散线为准。

⑤汽车制动力

制动力是汽车在桥梁上制动时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力。由于一行汽车不可能同时刹车，所以制动力不等于摩擦系数乘以桥上全部车道荷载。《桥规》规定：一个设计车道上汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10％计算，但公路Ⅰ级不得小于165KN,公路Ⅱ级不得小于90kN ，同向行驶双车道为单车道的2倍，同向行驶3车道为一条设计车道的2.34倍，同向行驶4车道为一条设计车道的2.68倍.

制动力的方向为行车方向，着力点在桥面以上1.2m 处。

各种支座传递的制动力按《桥规》采用。

（2）人群荷载：

（3）风荷载：

（4）流水压力：

（5）温度作用：

（6）支座摩阻力

3.3.3 偶然作用

（1）地震作用：

（2）撞击作用（船舶、漂浮物及汽车）：

习题3

1. 作用分为哪几类？各类作用的涵义是什么？

2. 什么是作用的代表值？主要代表值有哪些？

3. 为什么要进行作用效应组合？按承载能力进行设计时基本组合表达式中各字母的涵义是

什么？

4. 简述桥梁设计规范中关于汽车荷载的有关规定。

5. 什么是汽车荷载的冲击作用？设计时如何考虑？

6. 什么是汽车荷载的制动力？设计时如何考虑？

7. 为什么要考虑多车道横向折减和大跨径纵向折减？

第四章桥面布置与桥面构造本章主要介绍桥面构造的组成，各组成部分的功能、设置原则、常用类型和构造细节。要求学生重点掌握桥面铺装、桥面防水和排水和桥面伸缩缝等的作用、常用类型和构造。

4.1 概述

桥面构造通常包括桥面铺装、防水和排水设施、伸缩缝、人行道（安全带）、缘石、栏杆和灯柱等。

桥面布置按道路等级、桥梁宽度及行车要求等条件综合确定：

（1）双向车道布置；（2）分车道布置；（3）双层桥面布置

4.2 桥面铺装

4.2.1 桥面铺装的作用与要求

作用：保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨损，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。

要求：足够的强度、良好的整体性以及抗冲击、耐疲劳、防水性、温度变化的适应性。

4.2.2 桥面横坡的设置

作用：迅速排除桥面雨水。

常用方法：○1不等厚铺装层（T梁桥常用）；○2墩台顶面做成双向倾斜的横坡（常用）；○3行车道板做成双向倾斜的横坡。

4.2.3 桥面铺装的类型

（1）沥青表面处置：沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑成厚度不超过30mm的沥青面层，供车轮磨耗。耐久性差，中低级公路桥梁上使用。

（2）沥青混凝土铺装：直接铺5-8cm厚，沥青混凝土也可分层铺4-5cm+3-4cm（面层）（3）普通水泥混凝土：直接铺8cm以上，强度等级与桥面板混凝土等级接近，宜不低于C40，内设钢筋网（直径不小于8mm，间距不大于100mm）。

（4）防水混凝土铺装：8-10cm厚防水混凝土。为延长寿命再加铺2cm厚沥青表面处治作磨耗层。

（5）具有贴式防水层的水泥混凝土或沥青混凝土铺装：贫混凝土三角垫层→抹平，硬化→涂一层热沥青+一层油毛毡→涂一层沥青胶砂+一层油毛毡→涂一层沥青胶砂（三油二毡）（1-2 cm ）→铺不低于C20的细骨料混凝土保护层→路面铺装（水泥混凝土或沥青混凝土）5cm 。

4.3 桥面防水、排水设施

作用：迅速排除雨水，防止构件冻融破坏及钢筋腐蚀。

4.3.1 桥面防水层

防止桥面雨水向主梁渗透，一般设在桥面铺装层与桥面板之间，伸缩缝处应连续铺设，不可切断；纵向应铺过桥台背；横向两侧应伸过缘石底面从人行道和缘石砌缝里向上叠起100mm 。

类型：（1）理清涂胶下封层：（2）高分子聚合物涂胶：（3）沥青或改性沥青防水卷材以及浸渍的无纺土工布等。

4.3.2 桥面排水设施

纵横坡、泄水管。

泄水管设置原则：

（1）纵坡大于2%，桥长小于50m 时不设。

（2）纵坡大于2%，桥长大于50m 时，每隔10-12m 设一个。

（3）纵坡小于2%，每隔6-8m 设一个。

（4）沿行车道两侧对称排列或交错排列，离路缘石距离为20-50cm 。

（5）跨线桥或城市桥梁设落水管（封闭式排水系统）。

（6）可以横向设置。

类型：（1）金属泄水管： （2）钢筋混凝土泄水管： （3）塑料泄水管

4.4 桥面伸缩缝与桥面连续

4.4.1 桥梁伸缩缝

（1）作用：○1保证桥跨结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩与徐变等影响下按静力图式自由变形；○2使车辆在设缝处能平顺通过和防止雨水、垃圾泥土等渗入阻塞。

（2）设置位置：两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间

（3）应满足的构造要求：①自由伸缩和转动；②牢固可靠；③车辆行驶时平顺、无突跳和噪声；④防止雨水渗入和及时排除，防止污物侵入和阻塞；⑤易于安装、检查、养护和清理污物；⑥造价低等。

（4）伸缩缝变形量：t t s e E l l l l l l +-?=?+?+?+?+?

特别注意：伸缩缝附近的栏杆结构也要相应自由变形。

（5）伸缩缝类型：对接式、钢制支承式、橡胶组合剪切式、模数支承式和无缝式伸缩缝五

大类。

4.4.2 桥面连续

将简支梁在伸缩缝处的桥面部分做成连续体。基本构造参见教材P52.

4.5 人行道、栏杆与灯柱

4.5.1 人行道

供行人过桥，宽度由行人交通量决定，一般取0.75或1.0m，大于1.0m时，按0.5m的倍数递增。

（1）人行道布置方式：○1人行道板直接搁在墩台加高部分；○2与主梁一起浇筑成悬臂挑梁；○3附设在板上的人行道构造

（2）构造类型：○1.现浇式（小桥）；○2预制装配式(广泛采用)；○3部分预制，部分现浇4.5.2 安全带和防撞护栏

作用：保护行车安全；高出行车道，宽度≧0.25m，高为25-35cm，护栏是为了防止车辆突破、下穿或翻越桥梁而设置。

护栏的防撞等级：阻挡车辆碰撞的能力，它是衡量桥梁护栏防撞性能的重要指标，一般用车辆的碰撞动能表示，分为PL1，PL2，PL3三级。

类型：（1）金属制梁柱式护栏（2）钢筋混凝土防撞护栏（3）组合式护栏

4.5.3 栏杆

安全保护设施，应简洁适用，朴素、美观、大方

栏杆高度80-120cm。标准设计为100cm，柱间距为160-270cm。标准设计为250cm，栏杆在伸缩缝处应断开。

4.5.4 灯柱与照明

保证行车安全舒适，景观悦目，要限制眩光

照明方式：

（1）分散照明（栏杆照明）：杆高80－120cm（两侧栏杆上）

（2）集中照明（高杆照明）：杆高15－40m （平面对称式、径向对称式、非对称式）（3）混合照明（常规照明）：杆高8－12m（单侧布置、双向对称布置、中心对称、交错布置）

灯柱类型：混凝土灯柱、金属灯柱

灯柱安装：钢筋锚固、螺栓锚固。

习题4

1. 桥面构造主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

2. 桥面铺装有哪些类型？

3. 桥面横坡有哪几种设置方式？

4. 桥面连续的本质是什么？

5. 什么是桥梁护栏的防撞等级？如何确定？

第五章混凝土简支梁桥

本章主要介绍梁式桥的一般特点和类型；简支梁桥的截面形式、结构特点和受力特点；简支梁桥的计算；混凝土简支梁桥常用的施工工艺等。要求学生重点掌握简支梁桥的受力特性、荷载横向分布的计算方法、主梁、行车道板和横隔梁的内力计算、常用的施工方法。

5.1 概述

5.1.1 梁桥的一般特点

（1）钢筋混凝土梁桥的一般特点

优点：就地取材，工业化施工，耐久性好，适应性强，整体性好，美观。

缺点：自重大，跨越能力受限制。简支20m左右，悬臂和连续梁桥可做到50-60m。现浇钢筋混凝土桥施工期长，支架、模板耗损多。

（2）预应力混凝土梁桥一般特点

具备钢筋混凝土梁桥的优点外，还有：

－利用高强材料，减小构件自重，增大跨越能力，简支50-60m，连续、悬臂达250m

－节省钢材（与钢筋混凝土相比省30-40%）

－梁的刚度大，裂缝受到严格控制，耐久性好

－可在纵、横、竖向施加预应力，整体性好

缺点：施工工艺复杂，需专门张拉设备和锚具

5.1.2梁式桥主要类型及适用情况

（1）按承重结构的截面形式划分

①板桥：承重结构为矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板。施工方便，构造简单。适用较小跨径，10m左右或以下。

②肋板式梁桥：截面内形成明显肋形结构，梁肋（腹板）与板面板结合在一起作为承重结构。自重小，结构构造与受力性能较合理，适用于中等跨径（13-15m以上）

③箱形梁桥：截面呈一个或多个封闭的箱形。抗弯、抗扭刚度大，足够的混凝土受压区受正负弯矩。适用于较大跨径的连续梁桥或悬臂梁桥。普通钢筋混凝土简支梁桥不宜采用，但可用于全截面参与受力的预应力混凝土简支梁桥。

（2）按承重结构的静力体系分

①简支梁桥（Simply supported beam）：静定结构

②连续梁桥(Continuous beam)：超静定结构

③悬壁梁桥(Cantilever beam)：静定结构

（3）按施工工艺分

①整体式：横向刚度大，稳定性好

②装配式：施工方便，工期短

5.2 混凝土简支梁桥的构造

5.2.1 混凝土简支板桥

（1）板桥的优缺点

优点：建筑高度小；外形简单，制作方便；装配式板桥构件，重量轻，易架设。

缺点：适应跨径小，简支钢筋混凝土板桥跨径4－8m以下，简支预应力混凝土板桥采用装配式施工时可达16m。

（2）整体式简支板桥的构造

――截面：一般做成等厚矩形或矮肋截面，城市高架桥的板桥可采用单波或双波截面。

――配筋要点：○1主筋：计算配筋；○2板中间2/3范围内按计算配筋；○3板两侧各1/6范围按1.15倍计算配筋配置；○4横向分布筋：单位长度上面积不得小于单位板宽主筋面积的15%，间距不大于0.25m为宜；○5可不设弯筋，但习惯上仍将一部分弯起。

（3）装配式简支板桥的构造

①截面形式：矩形实心：跨径不超过8m；矩心空心：最薄处不得小于7cm。

②配筋：按矩形截面梁进行配筋。

③装配式板的横向连接：企口混凝土连接和钢板连接。

（4）斜交板桥的受力特点与构造

斜交板桥的桥轴线与支承线的垂线呈一夹角，习惯上称此角为斜交角。虽有改善线形的优点，但他的受力状态复杂。目前以计算机求得数值解。

①斜交板的受力性能

斜板在垂直荷载作用下一般具有下列特点：

a荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势

――斜板中部最大主弯矩方向几乎接近与支承边正交。

――两侧主弯矩方向接近平行于自由边，但有向支承边垂线方向偏转的趋势。

b各角点受力情况可以用比拟连续梁的工作来描述。

在钝角B，C处产生较大的负弯矩，其方向垂直于钝角的二等分线，同时在B，C点的反力也较大，锐角A，D反力较小，当斜交角与斜的跨宽比都较大时，锐角有向上翘起的趋势。此时，固定锐角点，势必导致板内有较大的扭矩。

c在均布荷载作用，当板轴线方向的跨长相同时，斜板桥的最大跨内弯矩比正桥要小，跨内纵向最大弯矩或最大应力的位置随斜交角的变大而自中央向钝角方向移动。角在15度以内时，近似按正交板桥计算。

d在上述相同情况下，斜板桥的跨中横向弯矩比正桥要大，可以认为横向弯矩增大的量，相当于跨径方向弯矩减小的量。

②斜板桥的构造

a整体式斜板

整体式斜板斜跨长L与垂直于行车方向的桥宽b之比一般小于1.3。根据上面所述斜板

主弯矩方向的特点，主筋配置有以下两种方案：

第一方案：按主弯矩方向的变化配置主筋，其分布筋则与支承边平行。

钝角处有较大的反力和负弯矩，在钝角处1/5跨径范围内应配加强钢筋，在下层其方向与钝角的二等分线平行；在上层与二等分线垂直。加强筋的每米数量为主筋的每米数量的0.6-1.0倍；自由边缘的上层加设一些钢筋网，以抵抗板内的扭矩。

第二方案：两钝角角点之间，主筋方向与支承边垂直，靠近自由边处主筋则沿斜跨方向，直至与中间主筋完全衔接为止，横向分布筋与支承边平行，其余同第一种方案。

b装配式斜板桥

跨宽比L/B一般均大于1.3，主筋沿斜跨方向，分布筋在两钝角角点之间范围内与主筋垂直，靠边支承边附近与支承边平行。

第一方案：￠=25°—35°时，主筋沿斜跨方向，分布筋平行于支承边。

第二方案：￠=40°—60°时，主筋沿斜跨方向，分布筋在两钝角点之间与主筋垂直，支承处平行。另外，在各种块件两端布置一些加强钢筋。￠=40°—50°时，要布置底层加强钢筋，其方向则与支承边垂直；￠=55°—60°时，除上述钢筋外，在顶层设与钝角二等分线相垂直的加强钢筋。为使铰接斜板支承处不翘扭以及防止发生位移，在板端部中心处预留锚栓孔，安装完毕后，用栓钉固定。

5.2.2混凝土简支肋梁桥

具有明显的肋形结构，受力明确，能充分利用混凝土抗压和钢筋抗拉的特征，施工也较方便，中小跨径桥梁常用。

（1）肋梁桥的截面形式

○1∏形肋梁桥：

特点：截面形状稳定，横向抗弯刚度大，块件堆放、装卸和安装方便。但构造较复杂，腹板用钢筋网来配筋，难以做成刚度大的钢筋骨架。跨径大时，构件很重，因此适合于小跨径桥梁，l=6—12 m。

○2T形肋梁桥：

特点：制造简单，肋内配筋可制成刚劲的钢筋骨架，主梁之间借助于间距为4—6m的横梁来连接，整体性好，接头也方便。不足之处是：截面形状不稳定，运输和安装较复杂；构件正好在板的中间接头，对板的受力不利。适用跨径：钢筋混凝土T形7.5-20m。预应力混凝土T形20-40m.

几种派生形式：当横隔梁高度较大时，为减轻自重可将其中部挖空，但沿挖空部分的边缘应做成钝角并配置钢筋，挖空不宜过大，以免内角处裂缝和过多削弱其刚度；保证抗剪等条件下尽可能减小梁肋的厚度，以减轻自重，可做成马蹄形的梁肋底部，这种构造可使主筋及预应力筋集中的布置或者为了满足预应力的受压需要，但腹板较薄时（如小于0.15-0.16m）对于浇筑混凝土有困难；无横隔梁的T形简支梁桥，主梁间横向联系主要由加强桥面板来实现，但效果不如设置横隔梁好。

③Ⅰ形肋梁桥

组合梁结构使用。

（2）整体式简支肋梁桥（目前应用不多）

（3）装配式简支肋梁桥（常用）

构造型式：装配式主梁的横截面型式及其配筋，沿纵截面上的横隔梁布置，块件的划分方式以及块件的连接集整等几方面的问题。

①装配式简支桥梁的截面型式

∏形梁桥：

T形梁桥：常用

②块件的划分方式

即预制拼装单元的形式。直接影响结构受力、构件预制、运输、安装以及拼接头的施工等各种因素，因此应综合考虑。

Ⅰ划分原则：

－按实际可能的预制、运输和起重条件等，确定拼装单元的最大尺寸和重量。

－快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。

－接头数量要少，形式要可靠，施工方便。

－构件要便于预制，运输和安装。

－构件的形式和尺寸力求标准化，增强可换性，种类应尽量减少。

Ⅱ常用的块件划分方式：

纵向竖缝划分：在简支梁桥中应用最为普遍。在这种结构中，作为主要承重构件的每根主梁，包括相应的行车道板，都是整体预制，接头和接缝仅布置在次要构件如横梁和行车道板内，或直接用螺丝连接。而且结构构件全为预制拼装，不需要现浇混凝土。主梁施工可靠，施工也方便。缺点：构件尺寸和重量大，运输安装困难。

纵向水平缝划分：减轻拼装构件的起重重量和尺寸，便于集中预制和运输安装。可用纵向水平缝将桥梁的全部梁肋与板分隔开，再借助于纵横向的竖缝将板划分成平面呈矩形的预制构件。施工时先架设梁肋，再安装预制板，然后在接缝内或连同在板上现浇混凝土使结构连成整体。这样的装配式梁桥常称为组合式桥梁。由于在主要的承重结构的梁肋与翼板之间存在混凝土施工缝，大大削弱了梁板之内抵抗弯曲剪应力的能力。因此，为使组合梁可靠的整体受力，就必须保证接合面的抗剪强度。通常以适当加大肋顶宽度和借助自身内的伸出钢筋来达到。施工时，接合面按规定作接缝处理。另外，组合梁是分阶段受力的。

纵横向竖缝：进一步减小尺寸和减轻重量，用纵横向竖缝把主梁划分成小段。在安装对位后串联以预应力筋施加预压力才能保证所有接缝具有足够的连接强度，使梁整体受力，这种梁也叫串联梁。目前在国内较少使用。

③装配式钢筋混凝土简支T梁桥构造

Ⅰ构造布置

A主梁布置：

主要选定主梁间距：一般在1.6—2.5 m之间，对于净—7+2×1.0m的桥面净空，一般采用主梁间距为1.6m的五梁式设计。

B横隔梁布置：

在T形梁桥中，横隔梁起着保证各根主梁相互连接成整体的作用，使各梁能协同工作。一般间距为4—6m。

Ⅱ截面尺寸

A主梁的梁肋尺寸

主梁的合理高度与梁的间距、活载大小有关。对于跨径10m和20m的T梁，梁高与跨径之比（高跨比）的经济范围为1/11—1/16。跨径大的取偏小值。标准设计：l=10，13，16，20m时，梁高采用0.9，1.0，1.1，1.3m。

梁肋宽度常用15—18cm，视梁内主筋直径和钢筋骨架的片数而定。

B主梁翼板尺寸

宽度视主梁间距而定，预制时，比主梁中距小2cm，便于安装（调整梁位置和制作的误差），厚度应满足强度和构造最小尺寸的要求。一般为变厚度，与梁肋衔接的厚度应不小于主梁高度的1/12。具体尺寸有两种处理方法：板的受力钢筋全部设在翼板内，端部一般取8cm。另一种是翼板只承担本身自重，受力钢筋布置在钢筋混凝土铺装层内，端部厚度6cm。

C横隔梁尺寸

横隔梁高度应保证具有足够的抗弯刚度，通常为3/4主梁高。当梁肋下端为马蹄形加宽时，伸至加宽处。肋宽为12—16cm。做成上宽下窄和内宽外窄的契形，以便脱模工作。

Ⅲ主梁钢筋构造

A一般构造：

包括主筋、架立筋、斜筋、箍筋和分布筋等几种。构造要点如下：

a 主筋可在跨中适当位置处切断或者弯起。当切断时，被切断的钢筋应当比理论切断点再放长一个规定的锚固长度，弯起钢筋应按圆弧弯折，圆弧半径不小于10d。

b 至少应有两根，并不少于20%的主筋伸过支承截面，以保证主筋在梁端有足够的锚固长度和加强支承部分的强度。

c 简支梁两侧主筋应伸出支点截面以外，并弯成直角顺梁端延伸至顶部。两侧间不向上弯曲的受拉主筋伸出支承截面的长度，对带半圆弯钩的光钢筋不小于15d，对带直角弯钩的螺纹钢筋不小于10d。

d 当需要配置斜筋用于抗剪时，斜筋应焊于主筋和架立筋上，斜筋与梁轴线一般成45°角。

e 当T形梁的梁肋高度大于100cm时，应配置纵向防裂分布筋。其截面积对于整体浇注时，As=（0.0005—0.0010）bh。对于焊接骨架的薄壁梁时As=(0.0015—0.0020)bh. 靠近下缘布置密些。

f 箍筋间距不大于梁高的3/4和50cm。且梁支点附近的第一个箍筋应设置在距支承边