本章架構

1b413000 公路橋梁工程

1b413010 橋梁的構造

1b413020 常用模板、支架和拱架的設計與施工

1b413030 橋梁工程施工技術

1b413040  特殊地段施工

1b412050  隧道工程質量通病及防治措施

1b413000公路橋梁工程

1b413010橋梁的構造

1b413011橋梁的組成與類型

知識點一、橋梁組成

橋梁由上部結構、下部結構、支座系統(tǒng)和附屬設施四個基本部分組成。橋梁附屬設施包括橋面系、伸縮縫、橋頭搭板和錐形護坡等，橋面系包括橋面鋪裝（或稱行車道鋪裝）、排水防水系統(tǒng)、欄桿（或防撞欄桿）、燈光照明等。

知識點二、相關尺寸術語

1．梁式橋凈跨徑是設計洪水位上相鄰兩個橋墩（或橋臺）之間的凈距，用l₀表示。對于拱式橋是每孔拱跨兩個拱腳截面最低點之間的水平距離。

2 ．總跨徑是多孔橋梁中各孔凈跨徑的總和，也稱橋梁孔徑(∑l₀)，它反映了橋下宣泄洪水的能力。

3．計算跨徑對于具有支座的橋梁，是指橋跨結構相鄰兩個支座中心之間的距離，用l表示。拱圈（或拱肋）各截面形心點的連線稱為拱軸線，計算跨徑為拱軸線兩端點之間的水平距離。

4．橋梁全長簡稱橋長，是橋梁兩端兩個橋臺的側墻或八字墻后端點之間的距離，對于無橋臺的橋梁為橋面系行車道的全長。

5．橋梁高度簡稱橋高，是指橋面與低水位之間的高差，或為橋面與橋下線路路面之間的距離。橋高在某種程度上反映了橋梁施工的難易性。

6．橋下凈空高度是設計洪水位或計算通航水位至橋跨結構最下緣之間的距離，以h表示。

知識點三、橋梁的分類

（一）按橋梁的結構分類

按結構體系劃分，有梁式橋、拱橋、剛架橋、懸索橋四種基本體系。

1．梁式體系

梁作為承重結構是以它的抗彎能力來承受荷載的。懸臂梁、固端梁和連續(xù)梁都是利用支座上的卸載彎矩去減少跨中彎矩，使梁跨內的內力分配更合理。

2．拱式體系

拱式體系的主要承重結構是拱肋（或拱箱），以承壓為主，可采用抗壓能力強的圬工材料（石、混凝土與鋼筋混凝土）來修建。拱分單鉸拱、雙鉸拱、三鉸拱和無鉸拱。拱是有推力的結構，對地基要求較高，一般常建于地基良好的地區(qū)?；炷凉皹蛞蜚q的構造復雜、不易制作，故一般采用無鉸拱體系。

3．剛架橋

剛架橋是介于梁與拱之間的一種結構體系，它是由受彎的上部梁（或板）結構與承壓的下部柱（或墩）整體結合在一起的結構。

4．懸索橋

就是指以懸索為主要承重結構的橋。其主要構造是：纜、塔、錨、吊索及橋面，一般還有加勁梁。其受力特征是：荷載由吊索傳至纜，再傳至錨墩，傳力途徑簡捷、明確。懸索橋的特點是：構造簡單，受力明確；跨徑愈大，材料耗費愈少、橋的造價愈低。懸索橋是大跨橋梁的主要形式，因其主要桿件受拉力，材料利用效率最高。

5．組合體系

(1)連續(xù)剛構

連續(xù)剛構都是由梁和剛架相結合的體系，它是預應力混凝土結構采用懸臂施工法而發(fā)展起來的一種新體系。

(2)梁、拱組合體系

（二）橋梁的其他分類

1．按用途劃分，有公路橋、鐵路橋、公路鐵路兩用橋、農橋、人行橋、運水橋（渡槽）及其他專用橋梁（如通過管路、電纜等）。

2．按橋梁全長和跨徑的不同，分為特殊大橋、大橋、中橋和小橋。

3．按主要承重結構所用的材料劃分，有圬工橋（包括磚、石、混凝土橋）、鋼筋混凝土橋、預應力混凝土橋、鋼橋和木橋等。

4．按跨越障礙的性質，可分為跨河橋、跨線橋（立體交叉）、高架橋和棧橋。

5．按上部結構的行車道位置，分為上承式橋、下承式橋和中承式橋。

例題：屬于橋梁附屬設施的是（  ）。

a．錐形護坡

b．橋墩

c．橋跨結構

d．基礎

答案：a   

解析：橋梁附屬設施包括橋面系、伸縮縫、橋頭搭板和錐形護坡等。

例題：按橋梁的結構體系劃分，其基本體系有（  ）。

a．梁式橋

b．拱橋

c．剛架橋

d．懸索橋

e．斜拉橋

答案：a、b、c 、 d

解析：按結構體系劃分，有梁式橋、拱橋、剛架橋、懸索橋等四種基本體系。

1b413012橋梁基礎分類和受力特點

橋梁基礎按施工方法可分為擴大基礎、樁基礎、管柱、沉井、地下連續(xù)墻等。

知識點一、擴大基礎

所謂擴大基礎，是將墩（臺）及上部結構傳來的荷載由其直接傳遞至較淺的支承地基的一種基礎形式，一般采用明挖基坑的方法進行施工，故又稱為明挖擴大基礎或淺基礎。

不配筋基礎的材料都具有較好的抗壓性，但抗拉、抗剪強度不高。

知識點二、樁基礎

1．樁的分類

(1)按樁的使用功能分類

·豎向抗壓樁。

·豎向抗拔樁。

·水平受荷樁。

·復合受荷樁。

(2)按樁承載性能分類

·摩擦樁。

·端承樁。

·摩擦端承樁。

·端承摩擦樁。

(3)按樁身材料分類

可分為木樁，混凝土樁，鋼樁，組合樁等。

(4)按樁徑大小分類

小樁：樁徑d≤250mm。

中等直徑樁：250mm<d<800mm。

大直徑樁：樁徑d≥800mm。

(5)按施工方法分類

可分為沉樁、鉆孔灌注樁、挖孔樁，其中沉樁又分為錘擊沉樁法、振動沉樁法、射水沉樁法、靜力壓樁法。

挖孔灌注樁適用于無地下水或少量地下水，且較密實的土層或風化巖層，如空氣污染物超標，必須采取通風措施。

知識點三、管柱

它是一種深基礎，埋人土層一定深度，柱底盡可能落在堅實土層或錨固于巖層中，作用在承臺的全部荷載，通過管柱傳遞到深層的密實土或巖層上。管柱基礎因其施工方法和工藝較為復雜，所需機械設備較多，所以較少采用。

不適用于有嚴重地質缺陷的地區(qū)。完管柱按材料分類有由鋼筋混凝土管柱、預應力混凝土管柱及鋼管柱三種。管柱基礎按地基土的支承情況可分為以下兩種：

(1)如管柱穿過土層落于基巖上或嵌于基巖中，則柱的支承力主要來自柱端巖層的阻力，稱為支承式管柱基礎；

(2)如管柱下端未達基巖，則柱的支承力將同時來自柱側土的摩擦力和柱端土的阻力，稱為摩擦式或支承及摩擦式管柱基礎。

由于管柱基礎的結構形式和受力狀態(tài)類似樁基礎，故其設計計算與樁基礎類同。

知識點四、沉井

沉井基礎是一種斷面和剛度均比樁要大得多的井筒狀結構。

沉井基礎施工時占地面積小，坑壁不需設臨時支撐和防水圍堰或板樁圍護，與大開挖相比較，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，操作簡便，無需特殊的專業(yè)設備。

沉井是橋梁墩臺常用的一種深基礎型式，有較大的承載面積，可以穿過不同深度覆蓋層，將基底放置在承載力較大的土層或巖面上，能承受較大的上部荷載。

沉井基礎剛度大，有較大的橫向抗力，抗振性能可靠，尤其適用于豎向和橫向承載力大的深基礎。

沉井基礎按其制造情況可分為就地澆筑下沉沉井、浮式沉井；

知識點五、地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻可用于除巖溶和地下承壓水很高處的其他各類土層中施工。地下擋土墻墻體剛度大，主要承受豎向和側向荷載，通常既要作為永久性結構的一部分，又要作為地下工程施工過程中的防護結構。

地下連續(xù)墻分類如下：

按成墻方式可分為樁排式、壁板式、組合式；

按墻的用途可分為臨時擋土墻、用作主體結構一部分兼作臨時擋土墻的地下連續(xù)墻、用作多邊形基礎兼作墻體的地下連續(xù)墻；

按挖槽方式大致可分為抓斗式、沖擊式、回轉式。

例題：樁基礎按施工方法可分為（  ）。

a．管柱

b．沉樁

c．鉆孔灌注樁

d．挖孔樁

e．摩擦樁

答案：bc

1b413013橋梁下部結構分類和受力特點

知識點一、橋梁下部結構分類

公路橋梁下部結構可分為重力式橋墩、重力式橋臺、輕型橋墩、輕型橋臺。

（一）重力式墩、臺

重力式橋墩與重力式橋臺的主要特點是靠自身重量來平衡外力而保持其穩(wěn)定。

主要缺點是圬工體積較大，因而其自重和阻水面積也較大。

拱橋重力式橋墩分為普通墩與制動墩，制動墩要能承受單向較大的水平推力，防止出現一側的拱橋傾坍，因而尺寸較厚實；與梁橋重力式橋墩相比較，具有拱座等構造設施。

（二）輕型墩、臺

1．梁橋輕型橋墩、臺

(1)梁橋輕型橋墩

·鋼筋混凝土薄壁橋墩：施工簡便，外形美觀，過水性良好，適用于低級土軟弱的地區(qū)。需耗費用于立模的木料和一定數量的鋼筋。

 (2)梁橋輕型橋臺

2．拱橋輕型橋墩、臺

(1)拱橋輕型橋墩

·帶三角桿件的單向推力墩：只在橋不太高的旱地上采用。

·懸臂式單向推力墩：適用于兩鉸雙曲拱橋。

(2)拱橋輕型橋臺

拱橋輕型橋臺適用于13m以內的小跨徑拱橋和橋臺水平位移量很小的情況。其工作原理是，當橋臺受到拱的推力后，便發(fā)生繞基底形心軸而向路堤方向的轉動，此時臺后的土便產生抗力來平衡拱的推力，從而使橋臺的尺寸較小。

·八字形橋臺：適合于橋下需要通車或過水的情況；

·u字形橋臺：適合于較小跨徑的橋梁；

·背撐式橋臺：適用于較大跨徑的高橋和寬橋；

·靠背式框架橋臺：適合于在非巖石地基上修建拱橋橋臺。拱橋的其他形式橋臺

·組合式橋臺：適用于各種地質條件；

·空腹式橋臺：一般是在軟土地基、河床無沖刷或沖刷輕微、水位變化小的河道上采用；

·齒檻式橋臺：適用于軟土地基和路堤較低的中小跨徑拱橋。

知識點二、橋梁下部結構的構造特點與受力特點

 （二）橋梁下部結構的受力特點

橋梁墩臺承擔著橋梁上部結構所產生的荷載，并將荷載有效地傳遞給地基基礎，起著“承上啟下”的作用。

例題：下列橋墩中屬于梁橋輕型橋墩的有（  ）。

a．鋼筋混凝土薄壁橋墩

b．柱式橋墩

c．柔性排架橋墩

d．鉆孔樁柱式橋墩

e．懸臂式單向推力墩

答案：abcd

例題：下列橋臺中屬于梁橋輕型橋臺的有（  ）。

a．有支撐梁的輕型橋臺

b．埋置式橋臺

c．鋼筋混凝土薄壁橋臺

d．加筋土橋臺

e．組合式橋臺

答案：abcd

1b413014橋梁上部結構分類和受力特點

1．斜交板橋

(1)荷載有向兩支承邊之間最短距離方向傳遞的趨勢；

(2)各角點受力情況可用比擬連續(xù)梁的工作來描述，鈍角處產生較大的負彎矩，反力也較大，銳角點有向上翹起的趨勢；

(3)在均布荷載作用下，當橋軸向的跨長相同時，斜板橋的最大跨內彎矩比正橋要小；

(4)在均布荷載作用下，當橋軸向的跨長相同時，斜板橋的跨中橫向彎矩比正橋要小。

2．裝配式鋼筋混凝土簡支t梁：梁肋與翼板（橋面板）結合在一起作為承重結構，肋與肋之間的處于受拉區(qū)域的混凝土得到較大挖空，減輕結構自重。既充分利用擴展的橋面板的抗壓能力，又有效地發(fā)揮了梁肋下部受力鋼筋的抗拉作用。

3．預應力混凝土簡支t梁：預應力混凝土簡支梁存在核心距的概念，其越大則抗力效應增加，為提高核心距，在構造上可采用大翼緣、薄肋板、寬矮馬蹄的結構形式。配合梁內正彎矩的分布，防止出現拉應力，縱向預應力筋須在梁端彎起或中間截斷張拉。但彎起可增強支點附近的抗剪能力。

4．連續(xù)體系橋梁

(1)由于支點存在負彎矩，使跨中正彎矩顯著減少，可以減少跨內主梁的高度，提高跨徑，當加大支點截面附近梁高形成變截面時，還可進一步降低跨中彎矩；

(2)由于是超靜定結構，產生附加內力的因素包括預應力、混凝土的收縮徐變、墩臺不均勻沉降、截面溫度梯度變化等；

(3)配筋要考慮正負兩種彎矩的要求，頂推法施工要考慮截面正負彎矩的交替變化。

5．斜拉橋

(1)斜拉索相當于增大了偏心距的體外索，充分發(fā)揮抵抗負彎矩的能力，節(jié)約鋼材；

(2)斜拉索的水平分力相當于混凝土的預壓力；

(3)主梁多點彈性支承，高跨比小，自重輕，提高跨徑。

6．懸索橋

(1)主纜為主要承重結構，其巨大的拉力需要牢固的地錨承受，對于連續(xù)吊橋，中間地錨的兩側拉索水平推力基本平衡，主要利用自重承受向上的豎向力；

(2)主纜的變形非線性，一般采用撓度理論或變形理論。

7．拱橋

拱橋的拱圈是橋跨結構的主要承載部分，在豎直荷載作用下，拱端支撐處不僅有豎向反力，還有水平推力，這樣拱的彎矩比相同跨徑的梁的彎矩小得多，而使整個拱主要承受壓力。

例題：拱橋的承重結構以（  ）為主。

a．受拉

b．受壓

c．受彎

d．受扭

答案：b

1b413015橋梁計算荷載

知識點一、橋梁設計作用的分類

直接作用，亦稱荷載，和間接作用。公路橋涵設計采用的作用分為永久作用、可變作用和偶然作用三類。

知識點二、橋梁工程作用取值方法

（一）公路橋涵設計時，對不同作用應采用不同的代表值

1．永久作用應采用標準值作為代表值。

2．可變作用應根據不同的極限狀態(tài)分別采用標準值、頻遇值或準永久值作為其代表值。承載能力極限狀態(tài)設計及按彈性階段計算結構強度時應采用標準值作為可變作用的代表值。正常使用極限狀態(tài)按短期效應（頻遇）組合設計時，應采用頻遇值作為可變作用的代表值；按長期效應（準永久）組合設計時，應采用準永久值作為可變作用的代表值。

3．偶然作用取其標準值作為代表值。

（二）作用的代表值按下列規(guī)定取用

1．永久作用的標準值，對結構自重（包括結構附加重力），可按結構構件的設計尺寸與材料的重力密度計算確定。

2．可變作用的標準值應符合下列規(guī)定。

(1)汽車荷載分為公路一i級和公路一ⅱ級；汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁結構的整體計算采用車道荷載；橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算采用車輛荷載。車輛荷載與車道荷載的作用不重疊。

(3)公路-i級車道荷載的均布荷載標準值為q_k=10. 5kn/m;集中荷載標準值按以下規(guī)定選?。簶蛄河嬎憧鐝叫∮诨虻扔?span lang=en-us>5m時，p_k=180kn;橋梁計算跨徑等于或大于50m時，p_k=360kn；橋梁計算跨徑在5～50m之間時，p_k值采用直線內插求得。計算剪力效應時，上述集中荷載標準值p_k應乘以1.2的系數。

(4)公路一ⅱ級車道荷載的均布荷載標準值q_k和集中荷載標準值p_k按公路一i級車道荷載的0. 75倍采用。

(5)車道荷載的均布荷載標準值應滿布于使結構產生最不利效應的同號影響線上；集中荷載標準值只作用于相應影響中一個最大影響線峰值處。

(6)人群荷載標準值按下列規(guī)定采用當橋梁計算跨徑小于或等于50m時，人群荷載標準值為3.0kn/m²；當橋梁計算跨徑等于或大于150m時，人群荷載標準值為2.5kn/m²；當橋梁計算跨徑在50～150m之間時，可由線性內插得人群荷載標準值。對跨徑不等的連續(xù)結構，以最大計算跨徑為準。城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)的公路橋梁，人群荷載標準值取上述規(guī)定值的1. 15倍。專用人行橋梁，人群荷載標準值為3. 5kn/m²。

3.偶然作用應根據調查、試驗資料，結合工程經驗確定其標準值。

（三）作用的設計值規(guī)定為作用的標準值乘以相應的作用分項系數。

知識點三、作用組合效應

（一）公路橋涵結構設計應考慮結構上可能同時出現的作用，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行作用效應組合，取其最不利效應組合進行設計：

1．在結構上可能同時出現的作用，才進行其效應的組合。當結構或結構構件需做不同受力方向的驗算時，則應以不同方向的最不利的作用效應進行組合。

2．可變作用的出現對結構或結構構件產生有利影響時，該作用不應參與組合。

3．施工階段作用效應的組合，應按計算需要及結構所處條件而定，結構上的施工人員和施工機具設備均應作為臨時荷載加以考慮。組合式橋梁，當把底梁作為施工支撐時，作用效應宜分兩個階段組合，底梁受荷為第一個階段，組合梁受荷為第二個階段。

4．幾個偶然作用不同時參與組合。

（二）公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用以下兩種作用效應組合：

1．基本組合。永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相結合。

2．偶然組合。永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應相組合。偶然作用的效應分項系數取1.0；與偶然作用同時出現的可變作用，可根據觀測資料和工程經驗取用適當的代表值。

 

（三）公路橋涵結構按正常使用極限狀態(tài)設計時，應根據不同的設計要求，采用以下兩種效應組合：

1．作用短期效應組合。永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合。

2．作用長期效應組合。永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合。

例題：公路橋涵設計采用的偶然作用包括有（  ）。

a．地震作用

b．船舶或漂流物的撞擊作用

c．汽車制動力

d．汽車撞擊作用

e．基礎變位作用

答案：abd