城市桥梁结构组成与类型

桥梁基本组成与常用术语

1）基本组成

桥梁由上部结构、下部结构、支座系统和附属设施4个基本部分组成。

（1）上部结构（桥跨结构）：线路跨越障碍（如江河、山谷或其他线路等）的结构物，是在线路中断时跨越障碍的主要承载结构。

（2）下部结构：包括桥墩、桥台和墩台基础，是支承桥跨结构的结构物。①桥墩：多跨桥的中间支承桥跨结构的结构物。

②桥台：设在桥的两端，一边与路堤相接，以防止路堤滑塌，另一边则支承桥跨结构的端部。为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做锥形护坡、挡土墙等防护工程。

③承台：为承受、分布由墩身传递的荷载，在桩基顶部设置的联结各桩顶的钢筋混凝土平台。

④墩台基础：是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。

1）城市桥梁主要类型有

（1）跨河桥（2）跨线桥（3）高架桥：是指代替高路堤的桥梁。（4）互通立交桥（5）人行天桥（6）廊桥

2）桥梁其他分类

（1）按受力特点分：

①梁式桥又可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥：

a.简支梁桥：主梁简支在墩台上，各孔独立工作，不受墩台变位影响。实腹式主梁构造简单，设计简便，施工时可用自行式架桥机或联合架桥机将一片主梁一次架设成功。

b.连续梁桥：主梁连续支承在几个桥墩上，在荷载作用下，主梁在不同截面上有的呈现正弯矩，有的呈现负弯矩，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。这样，可节省主梁材料用量。

连续梁桥通常是将3～5孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适。连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。

悬臂施工法

c.悬臂梁桥：又称伸臂梁桥。是将简支梁向一端或两端悬伸出短臂的桥梁。这种桥式有单悬臂梁桥或双悬臂梁桥。

悬臂梁桥往往在短臂上搁置简支的挂梁，相互衔接构成多跨悬臂梁。有短臂和挂梁的桥孔称为悬臂孔或挂孔，支持短臂的桥孔称为锚固孔。

②拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台承受水平推力，同时这种水平推力将显著抵消竖向荷载在拱圈（或拱肋）内引发的弯矩作用。

拱桥的承重结构以受压为主，通常用抗压能力强的圬工材料（砖、石、混凝土）和钢筋混凝土等来建造。

③刚架桥的主要承重结构是梁（或板）和立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构。

梁和柱的连接处具有很大的刚性，在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥和拱桥之间。

同样的跨径在相同荷载作用下，刚架桥的正弯矩比梁式桥要小，刚架桥的建筑高度可以降低；但刚架桥施工比较困难，用普通钢筋混凝土修建，梁柱刚结处易产生裂缝。

④悬索桥以悬索为主要承重结构，结构自重较轻，构造简单，受力明确，能以较小的建筑高度经济合理地修建大跨度桥。由于这种桥的结构自重轻，刚度差，在车辆动荷载和风荷载作用下有较大的变形和振动。

⑤组合体系桥由几个不同体系的结构组合而成，最常见的为连续刚构，梁、拱组合等。斜拉桥也是组合体系桥的一种。

模板、支架和拱架的设计、制作、安装与拆除

答疑解惑：支架的概念

就地浇筑混凝土梁桥的上部结构，首先应在桥孔位置搭设支架，以支承模板、浇筑的钢筋混凝土，以及其他施工荷载的重力。

支架法施工工艺流程：（1）地基处理

支架法施工工艺流程：（2）设垫木，支架搭设

（4）支架预压

支架预压的目的为检查支架的整体稳定性，检验支架强度、刚度是否满足要求，确保施工安全；消除地基、支架非弹性变形的影响，同时确定支架弹性变形。

（4）支架预压

（5）支架设置预拱度

（6）钢筋混凝土工程

1）钢筋的名称和作用

按构件中钢筋所起作用的不同可分类为：

（1）受力筋：一般承受构件中的拉力，叫做受拉筋。在梁、柱构件中有时还需要配置承受压力的钢筋，叫做受压筋。

（2）分布筋：它与板内的受力筋一起构成钢筋的骨架。

（3）架立筋：它与梁内的受力筋一起构成钢筋的骨架。

（4）构造筋：因构件的构造要求和施工安装需要配置的钢筋。架立筋和分布筋也属于构造筋。

（5）箍筋：是构件中承受剪力或扭力的钢筋，同时用来固定纵向钢筋的位置，一般用于梁或柱中。

2）一般要求

（3）钢筋在运输、储存、加工过程中应防止锈蚀、污染和变形。在工地存放时应按不同品种、规格、分批分别堆置整齐，不得混杂，并应设立识别标志，存放时间不宜超过6个月；存放场地应有防水排水设施，且钢筋不得直接置于地面，应垫高或堆置在台座上，钢筋与地面之间应垫不低于200mm的地楞；顶部采用合适的材料覆盖，防水浸、雨淋。

（4）钢筋进场应按现行国家相关标准的规定，抽取试件作屈服强度、抗拉强度、伸长率、弯曲性能和重量偏差检验，检验结果应符合相应标准的规定。（口诀：重弯拉伸屈服）

答疑解惑：

1、屈服强度：是钢筋开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。（屈服强度是作为钢材抗力的重要指标）

2、抗拉强度：指材料在外力拉力作用下，抵抗破坏的能力。（抗拉性能是钢材的重要性能）

3、伸长率：指金属材料受外力（拉力）作用断裂时，试件伸长的长度与原来长度的百分比，它表示钢材塑性变形能力。（伸长率是衡量钢材塑性的一个指标。它的数值越大，表示钢材的塑性越好）

4、钢筋的弯曲性能：指其在受到弯矩作用下，能够承受的最大弯曲程度以及弯曲后的强度和复弯性能等指标。

（5）钢筋的级别、种类和直径应按设计要求采用。当需要代换时，应由原设计单位作变更设计。

（6）预制构件的吊环必须采用未经冷拉的HPB300热轧光圆钢筋制作，不得以其他钢筋替代，且其使用时的计算拉应力应不大于65MPa。

（7）在浇筑混凝土之前应对钢筋进行隐蔽工程验收，确认符合设计要求并形成记录。

3）钢筋加工

（1）钢筋弯制前应先调直。钢筋宜优先选用机械方法调直，且不得使用卷扬机调直。

（4）箍筋末端弯钩形式应符合设计要求或规范规定。弯钩平直部分的长度，一般结构不宜小于箍筋直径的5倍，有抗震要求的结构不得小于箍筋直径的10倍。

（5）钢筋宜在常温状态下弯制，不宜加热。钢筋宜从中部开始逐步向两端弯制，弯钩应一次弯成。

4）钢筋连接

（1）热轧钢筋接头应符合设计要求。当设计无要求时，应符合下列要求：

①钢筋接头宜采用焊接接头或机械连接接头。

③当普通混凝土中钢筋直径等于或小于22mm，在无焊接条件时，可采用绑扎连接，但受拉构件中的主钢筋不得采用绑扎连接。

④钢筋骨架和钢筋网片的交叉点焊接宜采用电阻点焊。

答疑解惑：电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。

⑤钢筋与钢板的T形连接，宜采用埋弧压力焊或电弧焊。

（2）钢筋接头设置应符合下列要求：

①在同一根钢筋上宜少设接头。

②钢筋接头应设在受力较小区段，不宜位于构件的最大弯矩处。

③在任一焊接或绑扎接头长度区段内，同一根钢筋不得有两个接头。

④接头末端至钢筋弯起点的距离不得小于钢筋直径的10倍。

⑤施工中钢筋受力分不清受拉、受压的，按受拉处理。

⑥钢筋接头部位横向净距不得小于钢筋直径，且不得小于25mm。

⑦钢筋机械连接接头

在混凝土结构中要求充分发挥钢筋强度或对延性要求高的部位应选用Ⅱ级或I级接头；当在同一连接区段内钢筋接头面积百分率为100%时，应选用I级接头。

⑧直螺纹钢筋丝头加工时，钢筋端部应采用带锯、砂轮锯或带圆弧形刀片的专用钢筋切断机切平；

镦粗头不应有与钢筋轴线相垂直的横向裂纹；钢筋丝头长度应满足产品设计要求，极限偏差应为0～2.0p（答疑解惑：螺纹的螺距）

钢筋丝头采用专用直螺纹量规检验，通规应能顺利旋入并达到要求的拧入长度，止规旋入不得超过3p。各规格的自检数量不应少于10%，检验合格率不应小于95%。

⑨直螺纹接头安装时可用管钳扳手拧紧，钢筋丝头应在套筒中央位置相互顶紧，标准型、正反丝型、异径型接头安装后的单侧外露螺纹不宜超过2p；对无法对顶的其他直螺纹接头，应附加锁紧螺母、顶紧凸台等措施紧固。

⑩直螺纹接头安装后用扭力扳手校核拧紧扭矩，校核用扭力扳手每年校核一次。

⑪直螺纹接头现场抽检项目应包括极限抗拉强度试验、加工和安装质量检验。抽检应按验收批进行，同钢筋生产厂、同强度等级、同规格、同类型和同型式接头应以500个为一个验收批进行检验与验收，不足500个也应作为一个验收批。

5）钢筋骨架和钢筋网的组成与安装

（3）钢筋的混凝土保护层厚度：

钢筋的混凝土保护层厚度，必须符合设计要求。设计无要求时应符合下列要求

①普通钢筋和预应力直线形钢筋的最小混凝土保护层厚度不得小于钢筋公称直径，后张法构件预应力直线形钢筋不得小于其管道直径的1/2。

②当受拉区主筋的混凝土保护层厚度大于50mm时，应在保护层内设置直径不小于6mm、间距不大于100mm的钢筋网。

③钢筋机械连接件的最小保护层厚度不得小于20mm。

④应在钢筋与模板之间设置垫块，确保钢筋的混凝土保护层厚度，垫块应与钢筋绑扎牢固、错开布置。混凝土垫块应具有不低于结构本体混凝土的强度，并应有足够的密实性。宜采用专业化压制设备和标准模具生产的垫块。

⑤混凝土浇筑前，应对垫块的位置、数量和紧固程度进行检查。

混凝土的抗压强度是通过试验得出的，用边长为150mm的立方体试件作为混凝土抗压强度的标准尺寸试件。按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081—2019，制作边长为150mm的立方体在标准养护【温度（20±2）℃、相对湿度在95%以上】条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度，称为混凝土标准立方体抗压强度，混凝土的强度等级应按照其立方体抗压强度标准值确定。采用符号C与立方体抗压强度标准值（以N/mm²或MPa计）表示。

1）一般要求

（2）混凝土的强度达到2.5MPa后，方可承受小型施工机械荷载，进行下道工序前，混凝土应达到相应的强度等级。

3）混凝土配合比设计

（3）预应力混凝土中的水泥用量不宜大于550kg/m³。

（4）预应力混凝土中严禁使用含氯化物的外加剂及引气剂或引气型减水剂。

（5）预应力混凝土从各种材料引入混凝土中的水溶性氯离子最大含量不宜超过胶凝材料用量的0.06%。

4）混凝土施工

混凝土的施工包括：原材料的计量，混凝土的搅拌、运输、浇筑和混凝土养护等内容。

（2）混凝土搅拌：

混凝土拌合物的坍落度应在搅拌地点和浇筑地点分别随机取样检测。每一工作班或每一单元结构物不应少于两次。评定时应以浇筑地点的测值为准。

塌落度是指混凝土的和易性，主要是为了保证正常施工。其包括保水性、粘聚性和流水性。

在检测坍落度时，还应观察混凝土拌合物的黏聚性和保水性。

（3）混凝土运输：

①混凝土的运输能力应满足混凝土凝结速度和浇筑速度的要求，使浇筑工作不间断。

③混凝土拌合物在运输过程中，应保持均匀性，不产生分层、离析等现象，如出现分层、离析现象，则应对混凝土拌合物进行二次快速搅拌。

⑥严禁在运输过程中向混凝土拌合物中加水。

（4）混凝土浇筑：

①浇筑混凝土前，应检查模板、支架的承载力、刚度、稳定性，检查钢筋及预埋件的位置、规格，并作好记录，符合设计要求后方可浇筑。在原混凝土面上浇筑新混凝土时，相接面应凿毛，并清洗干净，表面湿润但不得有积水。

（施工缝的处理常规方法）

③自高处向模板内倾卸混凝土时，其自由倾落高度不得超过2m；当倾落高度超过2m时，应通过串筒、溜槽或振动溜管等设施下落；倾落高度超过10m时应设置减速装置。

④混凝土应按一定厚度、顺序和方向水平分层浇筑，上层混凝土应在下层混凝土初凝前浇筑、捣实，上下层同时浇筑时，上层与下层前后浇筑距离应保持1.5m以上。混凝土分层浇筑厚度不宜超过表2.1-4的要求。

表2.1-4 混凝土分层浇筑厚度

⑤浇筑混凝土时，应采用振动器振捣。当施工无特殊振捣要求时，可采用振捣棒进行捣实，插入间距不应大于振捣棒振动作用半径的1.5倍，连续多层浇筑时，振捣棒应插入下层拌合物50～100mm进行振捣；振捣时不得碰撞模板、钢筋和预埋部件。振捣持续时间宜为20～30s，以混凝土不再沉落、不出现气泡、表面呈现浮浆为度。浇筑厚度不大于200mm的表面积较大的平面结构或构件时，宜采用表面振动成型。

⑧混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。同一施工段的混凝土应连续浇筑，并应在底层混凝土初凝之前将上一层混凝土浇筑完毕。

⑨施工缝设置应符合下列要求：

a.施工缝宜留置在结构受剪力和弯矩较小、便于施工的部位，且应在混凝土浇筑之前确定。施工缝不得呈斜面。

b.先浇混凝土表面的水泥砂浆和松弱层应及时凿除。凿除时的混凝土强度，水冲法应达到0.5MPa；人工凿毛应达到2.5MPa；机械凿毛应达到10MPa。

c.经凿毛处理的混凝土面，应清除干净，在浇筑后续混凝土前，应铺10～20mm同配合比的水泥砂浆。

f.施工缝处理后，应待下层混凝土强度达到2.5MPa后，方可浇筑后续混凝土。

（5）混凝土养护：

②混凝土施工可采用浇水、覆盖保湿、喷涂养护剂、冬季蓄热养护等方法进行养护。

③洒水养护的时间，采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥的混凝土，不应少于7d。掺用缓凝型外加剂或有抗渗等要求以及高强度的混凝土，不应少于14d。

④对于大体积混凝土，养护过程应进行温度控制，混凝土内部和表面的温差不宜超过25℃，表面与外界温差不宜大于20℃。

⑤当气温低于5℃时，应采取保温措施，不应对混凝土洒水养护。

5）混凝土检验评定

（2）《混凝土强度检验评定标准》GB/T50107—2010中规定了评定混凝土强度的方法，包括标准差已知统计法、标准差未知统计法以及非统计法三种。

（3）试件的取样频率和数量应符合下列要求：

①每100盘，但不超过100m³的同配合比混凝土，取样次数不应少于一次。

②每一工作班拌制的同配合比混凝土，不足100盘和100m³时其取样次数不应少于一次。

③当一次连续浇筑的同配合比混凝土超过1000m³时，每200m³取样不应少于一次。

（4）对C60及以上的高强度混凝土，当混凝土方量较少时，宜留取不少于10组的试件，采用标准差未知的统计方法评定混凝土强度。

本节小结：

案例题考点：混凝土施工技术

1、混凝土检验评定、抗压强度试验

2、混凝土施工

（1）工作性能的检测

（2）浇筑前的准备工作

（3）防离析

（4）施工缝的处理

（5）养护