《钢筋混凝土桥梁》课件

钢筋混凝土桥梁工程钢筋混凝土桥梁工程是土木工程领域的重要组成部分，在现代基础设施建设中发挥着关键作用本课程将系统介绍钢筋混凝土桥梁的设计原理、施工技术和工程应用，为学生掌握桥梁工程专业知识奠定坚实基础通过本课程学习，学生将全面了解桥梁工程的发展历程、结构特点、设计方法和施工工艺，培养解决实际工程问题的能力，为未来从事桥梁设计、施工和管理工作做好准备桥梁工程基本概念桥梁定义桥梁是为道路、铁路或其他交通线路跨越河流、峡谷、道路等障碍物而修建的架空建筑物，是交通运输系统的重要组成部分基本构成桥梁主要由上部结构（桥跨结构）、下部结构（桥墩、桥台）和附属设施（伸缩缝、支座、防护设施等）三部分组成主要功能桥梁承担着连接被阻断交通的作用，确保车辆、行人安全通过，同时需要满足通航、泄洪等其他功能要求桥梁历史发展简述1古代桥梁早期桥梁以木材、石材为主要材料，结构形式简单，主要包括梁桥、拱桥等基本形式，承载能力有限但耐久性较好2近代发展世纪钢材的广泛应用推动了桥梁技术的重大突破，钢桥、钢19筋混凝土桥梁相继出现，桥梁跨度和承载能力显著提升3现代桥梁世纪以来，预应力混凝土技术、斜拉桥、悬索桥等新技术不20断涌现，桥梁建设进入快速发展阶段，跨度不断刷新纪录钢筋混凝土基本原理材料特性混凝土抗压强度高但抗拉强度低，钢筋具有良好的抗拉性能，两者结合形成优势互补的复合材料体系协同工作钢筋与混凝土通过粘结力协同工作，混凝土承担压力，钢筋承担拉力，共同抵抗外荷载作用保护机制混凝土为钢筋提供碱性环境保护，防止钢筋锈蚀，同时两者具有相近的温度变形系数，保证结构稳定性钢筋混凝土桥梁分类板桥结构简单，主要由钢筋混凝土板构成，适用于小跨度桥梁，施工方便，造价较低，是城市立交和农村公路常用桥型梁桥由主梁和横梁组成，承载能力强，适用于中等跨度桥梁，可采用简支、连续等不同结构体系，应用范围广泛拱桥以受压为主的结构形式，充分发挥混凝土抗压性能，适用于地质条件良好的山区，具有造型美观、耐久性好的特点斜拉桥由塔、梁、索组成的组合体系，适用于大跨度桥梁，结构轻巧美观，是现代桥梁工程的重要桥型之一混凝土与钢筋材料性能混凝土性能指标钢筋性能与保护混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值划分，常用等级有钢筋按强度分为、、等牌号，具有良HPB300HRB400HRB

500、、等耐久性指标包括抗渗性、抗冻性、抗碳化好的塑性和焊接性能钢筋保护层厚度是防止锈蚀的关键措施，C20C30C40性能等，直接影响结构使用寿命需根据环境条件确定混凝土的弹性模量、泊松比、徐变和收缩特性是设计计算的重要钢筋锈蚀是影响结构耐久性的主要因素，通过控制混凝土质量、参数，需要根据工程要求和环境条件合理选择混凝土配合比保护层厚度和环境条件，可有效防止钢筋锈蚀，延长结构使用寿命钢筋混凝土与预应力混凝土区别工作原理差异预应力混凝土优势普通钢筋混凝土在荷载作用下充分利用高强度材料，提高结钢筋受拉，混凝土受压；预应构承载力，减少截面尺寸，控力混凝土通过预先施加压力，制裂缝开展，改善结构耐久使混凝土在使用阶段仍保持受性，适用于大跨度桥梁建设压状态技术要求与限制预应力混凝土施工工艺复杂，对材料要求高，需要专门的张拉设备，施工质量控制严格，适用于重要工程和大跨度结构桥梁结构体系分析上部结构桥跨结构，直接承受车辆荷载支座系统连接上下部结构的关键部件下部结构桥墩、桥台及基础，传递荷载桥梁结构体系中，力流传递路径为车辆荷载桥面主梁支座桥墩（台）基础地基每个构件都承担特定功能，相互协调→→→→→→工作上部结构主要承受弯矩和剪力，下部结构主要承受压力和水平力，支座实现力的有效传递和结构变形的适应桥跨布置与桥梁长度选择净空与防洪跨径优化设计满足通航净空要求，确保桥下泄洪断面，地形地质调查综合考虑施工难度、材料用量、美观要求考虑桥墩对水流的影响，合理确定桥墩位根据河流宽度、通航要求、地质条件等因等因素，确定最优跨径组合，平衡工程造置和桥跨布置素，初步确定桥梁总长度和跨径布置方价和使用功能案，考虑经济性和技术可行性板桥基本构造主板结构配筋系统板厚一般为跨径的分为受力钢筋和分布钢筋1/20~1/25承受车辆荷载主筋承担主要弯矩••传递力至支承结构分布筋传递横向力••防护措施支承构造伸缩缝与排水设施支座布置与边界条件变形适应简支支承••水损防护连续支承••板桥受力与配筋设计配筋计算荷载分析根据受弯承载力要求计算主筋数量，按计算恒载、活载及其组合，确定设计弯构造要求布置分布筋，确保满足最小配矩和剪力，为配筋计算提供依据筋率验算检查钢筋布置验算裂缝宽度、挠度等正常使用极限状合理安排钢筋间距和锚固长度，确保施态，确保结构安全可靠工质量，满足规范构造要求简支板桥的构造与特点结构特点支座与端部构造简支板桥是最基本的板桥形式，结构简单，受力明确，每跨独立支座通常采用板式橡胶支座或四氟滑板支座，能够适应结构的温工作板的两端自由支承在桥墩或桥台上，主要承受正弯矩作度变形和收缩徐变端部构造需要考虑伸缩缝设置用梁端锚固区需要加强配筋，防止局部应力集中常见应用包括城这种结构形式施工方便，对地基变形适应性强，是小跨度桥梁的市立交匝道桥、农村公路桥梁等中小跨径工程首选方案一般适用于跨径小于米的情况13连续板桥与悬臂板桥连续板桥特点悬臂板桥应用施工安装要点多跨连续受力，中间支点产生负弯适用于跨越道路或有特殊净空要求连续板桥需要整体现浇或采用体外矩，跨中正弯矩相对减小，材料利的场合，悬臂端承受较大负弯矩，预应力连接，施工时需要控制各跨用更加合理，整体刚度大，行车舒需要加强配筋，通常与简支跨组合的同步性，悬臂板桥施工需要临时适性好使用支撑措施梁桥结构类型简支梁桥连续梁桥刚构梁桥每跨独立，结构简多跨连续，整体性梁墩固结，无支单，受力明确，施好，行车平顺，材座，适应变形能力工方便，适用于标料利用率高适用强常用于高墩大准化预制是高速于跨径较大的桥梁跨度桥梁，减少支公路和铁路常用桥工程座养护工作型横梁构造连接各主梁，传递横向荷载，增强桥梁横向刚度分为端横梁和中横梁两种类型梁桥受力特性弯矩分析简支梁桥主要承受正弯矩，最大弯矩在跨中剪力分布剪力在支点附近最大，跨中为零或很小变形控制控制挠度确保使用功能和行车舒适性病害防控防止裂缝、渗水、钢筋锈蚀等常见问题梁桥在车辆荷载作用下，主要产生弯曲变形，跨中截面承受最大正弯矩，支点截面剪力最大连续梁桥在中间支点还会产生负弯矩，使结构受力更加复杂常见病害包括跨中下挠过大、支点附近剪切裂缝、负弯矩区纵向裂缝等，需要通过合理设计和施工质量控制来预防梁桥配筋计算与细部设计承载力计算确定纵向受力钢筋数量和布置箍筋设计2按剪力计算箍筋间距和直径构造要求满足锚固、搭接等构造规定梁桥配筋设计需要综合考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态要求纵向受力钢筋按弯矩计算确定，需要满足最小配筋率要求箍筋按剪力计算，在支点附近剪力大的区域需要加密布置配筋构造必须满足规范要求，包括钢筋间距、保护层厚度、锚固长度、搭接长度等设计时还要考虑施工的可操作性，避免钢筋过于密集影响混凝土浇筑质量预应力混凝土梁桥预应力原理施工工艺通过预先张拉高强钢筋或钢绞线，在构包括先张法和后张法两种工艺先张法件中建立预压应力，改善结构受力状先张拉钢筋再浇筑混凝土，后张法先浇态，提高承载能力筑混凝土再张拉预应力筋防护措施张拉锚固预应力筋需要可靠的防腐保护，孔道压采用专用锚具锚固预应力筋，张拉过程浆密实，锚具外露部分需要封闭保护，需要严格控制张拉力和伸长值，确保预防止锈蚀应力有效建立空心板桥与箱梁桥结构空心板桥特点箱梁桥优势采用空心截面减轻自重，提高跨越能力，同时保持足够的刚度箱形截面具有良好的抗扭刚度，适用于弯曲桥梁和宽桥面箱内空心板之间通过现浇接缝连接，形成整体受力空间可以布置管线，箱梁自重相对较轻预制空心板标准化程度高，工厂化生产质量稳定，现场安装快施工工艺包括现浇和预制拼装两种大跨度箱梁常采用悬臂浇筑速，是中小跨径桥梁的优选方案适用跨径一般为米或顶推施工，技术复杂但适用范围广10-25交通荷载标准55公路I级车道荷载标准值kN/m320车辆总重标准车辆荷载kN

0.75冲击系数动力放大系数

3.75车道宽度标准设计车道m我国公路桥梁荷载标准分为公路级和公路级，城市桥梁采用城级荷载荷载模式包括车道荷载和车辆荷载两种，设计时取两者的不利情I II-A况车道荷载考虑车辆排队的情况，车辆荷载模拟重型车辆通过荷载分布需要考虑横向分布系数，将车辆荷载合理分配给各主梁使用极限状态与承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态结构达到最大承载能力或不适结构达到正常使用或耐久性要于继续承载的变形状态，包括求的某项限值，包括变形、裂强度破坏、失稳、疲劳破坏等缝、振动等，影响正常使用功情况，关系结构安全能但不危及安全安全系数设置通过荷载分项系数和材料分项系数保证结构安全度，考虑荷载和材料的不确定性，确保结构具有足够安全储备材料与耐久性设计抗冻融措施抗裂防渗在寒冷地区，混凝土需要具备抗通过优化配合比，控制水化热，冻融性能采用引气剂改善混凝加强养护，设置收缩缝等措施控土孔结构，控制水胶比，选用优制裂缝采用防水混凝土，设置质骨料，确保抗冻标号满足要防水层，提高抗渗性能求使用年限设计根据工程重要性确定设计使用年限，一般公路桥梁为年，重要桥梁为50年通过耐久性设计确保在设计年限内安全使用100施工阶段力学分析模板支架体系模板支架承受新浇混凝土重量、施工荷载和风荷载，需要进行承载力和稳定性验算，确保施工安全施工时序控制合理安排浇筑顺序和拆模时间，避免过早拆除支撑导致结构开裂，考虑混凝土强度增长过程临时荷载影响施工期间的人员、设备、材料堆放等临时荷载可能超过设计荷载，需要验算结构承载能力变形监测施工过程中监测结构变形，及时发现异常情况，确保施工质量和安全，预防施工事故发生桥梁施工总体流程1前期准备场地清理、测量放线、临时设施建设、材料设备进场，为正式施工创造条件2基础施工桩基或扩大基础施工，承台和墩台身施工，为上部结构提供可靠支承3上部结构现浇或预制梁板安装，预应力张拉，桥面系施工，形成完整的桥梁结构4附属工程栏杆、伸缩缝、支座、排水等附属设施安装，道路连接和交通组织现浇混凝土桥梁施工周期较长但整体性好，适用于复杂结构预制装配式施工速度快，质量稳定，适用于标准化桥梁选择施工方法需要考虑工期要求、质量标准、经济效益和环境影响等因素现浇混凝土板梁桥施工养护与拆模混凝土浇筑及时覆盖保湿养护，控制养护温钢筋工程连续浇筑混凝土，控制浇筑速度度和湿度，达到拆模强度后拆除模板工程按设计图纸绑扎钢筋，控制钢筋和厚度，及时振捣密实，表面收模板，继续养护至设计强度搭设满堂支架或门式支架，安装间距、保护层厚度和锚固长度，浆抹平，防止出现蜂窝麻面等质底模和侧模，确保模板刚度和精安装预埋件和预留孔道，确保钢量缺陷度满足要求，预留各种孔洞和预筋位置准确埋件位置预制梁桥施工及安装预制场布置质量控制标准化生产线布局工厂化生产优势台座设计与制作标准化作业流程••钢筋加工区域严格质量检验1••混凝土搅拌站环境条件可控••拼装连接吊装施工构件之间的连接机械化安装作业湿接缝浇筑起重机械选择••预应力张拉吊装方案设计••支座安装调整安全措施完善••悬臂施工与大跨度桥梁技术悬臂平衡施工从桥墩向两侧对称悬臂浇筑，保持结构平衡，适用于大跨度连续梁桥和斜拉桥施工，减少支架用量2节段施工工艺将桥梁分成若干节段，逐段施工，每个节段长度米，施工周期天，3-47-15通过精确控制确保线形质量线形控制技术采用先进测量技术和计算分析，实时监控桥梁线形变化，及时调整施工参数，确保成桥线形符合设计要求4合龙段施工合龙段是关键工序，需要控制合龙时间和温度，采用专门的合龙措施，确保应力状态符合设计要求伸缩缝与支座设计伸缩缝类型与选择支座功能与分类伸缩缝适应桥梁温度变形、混凝土收缩徐变和汽车制动力作用支座承受上部结构传来的荷载，同时允许结构产生一定的位移和常用类型包括填塞式、钢制式、模数式等，选择依据变形量大转角按材料分为钢支座、橡胶支座和钢橡胶组合支座-小板式橡胶支座适用于中小跨径桥梁，盆式橡胶支座适用于大跨径小变形量（）采用填塞式或板式伸缩缝，中等变形量桥梁，球形支座可承受较大竖向力和水平力，适用于特大桥梁≤50mm（）采用梳形钢板伸缩缝，大变形量（＞）采50-80mm80mm用模数式伸缩缝桥面铺装层与排水系统铺装材料防水处理排水设施混凝土桥面常用水泥混桥面防水是关键技术，合理设置桥面横坡和纵凝土铺装或沥青混凝土采用防水涂料或防水卷坡，布置雨水口和排水铺装，需要考虑与桥面材，防止雨水渗入损坏管，确保雨水迅速排结构的粘结性能和耐久结构，延长桥梁使用寿除，避免积水影响行车性要求命安全维护管理定期检查铺装层状况，及时修补裂缝和坑槽，清理排水设施，保持桥面良好的使用状态跨河、跨公路钢筋混凝土桥梁案例设计参数确定根据水文、地质、交通等条件确定桥型施工难点分析水中作业、交通疏导、环境保护要求技术解决方案采用适宜的施工工艺和安全措施跨河桥梁需要考虑通航净空、防洪影响、水中施工等特殊要求基础施工常采用钢围堰或沉井技术，确保水下作业安全跨公路桥梁需要保证下方交通正常通行，常采用预制梁快速架设或顶推施工等技术，最大限度减少对交通的影响设计时还要考虑景观效果，与周围环境协调统一桥梁抗震设计与分析地震作用分析抗震设计原则根据场地条件和设防烈度确定地震荷遵循小震不坏、中震可修、大震不倒载，分析结构在地震作用下的动力响应原则，合理设置抗震构造措施特征构造细节设计减震隔震技术加强节点构造，提高结构延性，设置合采用隔震支座、阻尼器等装置，减小地理的连接方式，防止落梁等震害震力传递，保护桥梁结构安全桥梁常见质量通病钢筋锈蚀问题裂缝产生原因由于保护层厚度不足、混凝土包括荷载裂缝、温度裂缝、收密实性差或氯离子侵蚀等原因缩裂缝和沉降裂缝等荷载裂导致钢筋锈蚀，钢筋体积膨胀缝多出现在受拉区，温度和收引起混凝土开裂剥落，严重影缩裂缝呈不规则分布，需要区响结构安全别对待预防控制措施严格控制混凝土配合比和施工质量，确保保护层厚度，加强养护，采用优质材料，建立完善的质量控制体系，从源头预防质量问题桥梁加固与修补技术承载力评估通过现场检测和计算分析，评估既有桥梁的承载能力，确定是否需要加固以及加固程度要求加固方法选择常用方法包括增大截面法、粘贴钢板法、粘贴碳纤维法、体外预应力法等，根据具体情况选择最适宜的方案修补施工技术裂缝修补采用压力灌浆或表面封闭，混凝土缺陷修补采用高性能修补材料，确保修补效果持久可靠施工质量控制加固修补施工需要在不中断交通的情况下进行，对施工工艺和质量控制要求更加严格，需要专业的施工队伍桥梁健康监测与检测技术应变监测系统在关键截面安装应变传感器，实时监测结构应力状态，及时发现异常应力集中，为结构安全评估提供数据支撑位移变形监测采用、激光测距等技术监测桥梁变形，包括挠度、支座位移、伸缩缝开合量等参GPS数，判断结构工作状态裂缝检测技术采用数字图像处理、激光扫描等先进技术检测裂缝的位置、长度、宽度和发展趋势，为维修决策提供依据无损检测方法超声波检测混凝土密实性，回弹法检测混凝土强度，雷达检测内部缺陷，红外线检测表面温度分布等桥梁评定与安全等级划分一类桥梁1状况良好，正常使用二类桥梁轻微缺陷，加强观测三类桥梁明显缺陷，限制使用四类桥梁严重缺陷，加固改造五类桥梁危险状态，封闭交通桥梁技术状况评定按照现行规范进行，综合考虑上部结构、下部结构、桥面系等各部分的技术状况评定结果作为桥梁管理决策的重要依据，指导维修加固和改造重建工作定期检测和评定是桥梁安全管理的重要环节管理与养护体系日常巡查每月至少一次，检查桥面、栏杆、伸缩缝等可见部位，发现问题及时处理，记录检查结果2定期检测每年进行一次全面检测，每三年进行一次详细检测，评估结构技术状况，制定维修计划特殊检测在地震、洪水、超重车辆通过后进行专项检测，评估结构是否受损，必要时采取应急措施预防性养护根据检测结果制定养护计划，包括清洁、防腐、更换易损件等措施，延长桥梁使用寿命绿色桥梁与环保设计低碳材料应用资源循环利用优先选用环保材料减少资源消耗高性能混凝土废料回收再利用••再生骨料利用模板重复使用••工业废料掺合料钢筋余料统筹••节能降耗技术生态保护措施施工过程节能最小化环境影响照明系统水土保持•LED•太阳能利用野生动物通道••节水措施植被恢复••钢筋混凝土桥梁典型施工案例高速公路桥工程概况技术创新点某高速公路特大桥全长公里，主桥采用米预应力采用悬臂施工工艺，应用技术进行施工模拟，建立实时监控

2.870+130+70BIM混凝土连续梁，引桥采用米预制小箱梁设计荷载为公路系统创新采用免张拉支座技术，减少后期维护工作量40I级，设计时速公里每小时120在软土地基处理中采用桩复合地基技术，大幅提高地基承载CFG主要技术挑战包括大跨度连续梁施工、高墩施工、软基处理等力高墩施工采用滑模工艺，提高施工效率和质量工程总投资亿元，建设周期个月

4.236钢筋混凝土桥梁典型施工案例城市立交桥复杂节点设计立交桥汇集多个方向的交通流，节点构造复杂，需要精确的空间定位和复杂的钢筋配置，确保各方向力的有效传递交通组织方案施工期间需要保证地面交通正常通行，采用分期施工，局部断交，临时交通疏导等措施，最大限度减少对城市交通的影响施工工艺创新采用钢桁架平台作为施工操作面，提高安全性和施工效率预制构件在工厂制作，现场快速安装，缩短施工周期新型高性能混凝土在桥梁中的应用特性优势技术突破工程应用实例HPC UHPC高性能混凝土（）具有高强超高性能混凝土（）抗压强在大跨度桥梁、海洋环境桥梁、重HPC UHPC度、高耐久性、低渗透性等特点，度超过，具有优异的韧性载桥梁等特殊工程中应用，显著改150MPa抗压强度可达，大幅和耐久性，可以实现更大跨度和更善结构性能，延长使用寿命，降低80-100MPa提高结构承载能力轻结构全生命周期成本钢筋混凝土桥梁施工安全管理危险源识别个人防护防护设施高空作业、起重机械、临所有施工人员必须佩戴安设置安全网、防护栏、警时用电、深基坑等重大危全帽、安全带等防护用示标志等安全防护设施，险源需要重点管控，建立品，接受安全教育培训，确保施工现场安全，防止危险源清单和管控措施持证上岗作业人员坠落和物体打击应急预案制定完善的应急预案，配备应急救援设备和人员，定期进行应急演练，提高事故应急处置能力。