目    录

第一章       桥梁的基本知识

第二章       混凝土梁桥和刚架桥

第三章       拱桥

第四章       桥梁的墩台与基础

第五章       桥梁的总体设计和抗震

第六章       复习题

第六讲  桥 梁 结 构

第一章  桥梁的基本知识

第一节  前  言

2001年一级注册结构工程师专业考试大纲与以往的注册考试大纲相比，对从事建筑结构的工程师来说，桥梁结构的份额加重了。这对提高注册结构工程师的素质、适应设计咨询市场的需要、与国际接轨都有积极的意义。由于现行的桥梁设计规范与建筑结构设计规范不同（我国不同、其他国家也不同），结构工程师所受教育和设计实践范围又较窄，这就增加了备考和辅导的难度。因此我们必须抓住常用桥梁结构的体系、和有别于建筑结构的特点，紧紧把握常用桥梁结构的范围，突出重点，才能事半功倍。

基本受力构件：讲钢筋混凝土、预应力混凝土梁；其他略作介绍。

常用桥梁：讲钢筋混凝土、预应力混凝土简支梁桥，拱桥；其他略作介绍。

桥梁基础：讲浅基础、桩基础；其他略作介绍。

从2004年10月开始，与一级注册结构工程师专业考试“桥梁结构”有关的桥涵设计规范，有3本发布、实施了新编制规范；有4本还在执行“85规范”：正处在新旧交替过程中。由于注册结构工程师专业考试，以正在实施的规范为标准，因此2005年的复习教程、辅导，分别依据3本新编制规范、4本“85规范”。同时也介绍了新编制规范的修改点和新编制规范对4本“85规范”的影响。

第二节  桥梁的组成与分类

一、桥梁的组成

桥梁是道路、水渠、管线等跨越天然或人工障碍物而修建的结构物。

桥梁由桥梁上部结构（也称为桥跨结构）和桥梁下部结构组成。

桥梁上部结构由桥面系、主要承重结构和支座三部分组成具有承担线路、跨越障碍的功能。

桥梁下部结构：桥墩、桥台、基础。桥梁墩台承受的各种荷载经由桥梁基础传至地基。

桥梁的地基和基础应具有足够的强度、整体稳定性和耐久性，以保证整个桥梁的正常使用。

二、桥梁的分类

桥梁可以从不同角度进行分类：

1．按桥梁的用途分，有公路桥、铁路桥、公铁路两用桥、城市桥、渠道桥、管道桥等。

2．按跨越障碍分，有跨河桥、跨线桥、高架桥等。跨过湖泊、跨越海峡的桥可归入跨河桥之列。跨线桥是跨越公路、铁路和城市道路等交通线路的桥梁。高架桥是在公路、铁路和城市道路上代替路堤的桥梁。

3．按上部结构的主要建筑材料分，有木桥、圬工桥、钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥、钢桥等。还有，钢梁与混凝土或预应力混凝土桥面板相结合的联合梁桥。

4．按承重结构的静力体系分，有梁桥、拱桥、刚构桥、悬索桥、斜拉桥和组合体系桥。

5.按桥面系的位置分，有位于上部结构之上的上承式桥，有位于上部结构之下的下承式桥。

6．按平面造型分，有正桥、斜桥和弯桥。桥梁的纵轴线与其跨越河流的流向或路线轴线相垂直的为正交桥，不相垂直的为斜交桥。斜交桥可以作成桥梁的纵轴线与墩台轴线不相垂直的斜桥，也可以做作成桥梁的纵轴线与墩台轴线相垂直的正桥。桥面的中心线在平面上为曲线的为弯桥。

7．按工程的规模分，《技术标准》（JTG B01-2003表5.0.2）规定，按多孔跨径总长（L）或单孔跨径（L_K），公路桥梁分为特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞（见表6-1）。

表6-1  桥 梁 涵 洞 分 类

桥涵分类	多孔跨径总长L（m）	单孔跨径LK(m)
特大桥	L>1000	LK>150
大  桥	100≤L≤1000	40≤LK≤150
中  桥	30<L<100	20≤LK<40
小  桥	8≤L≤30	5≤LK<20
涵  洞		LK<5

多孔跨径总长L，用以反映建设规模；单孔跨径L_K；，用以反映技术复杂程度,符合其中一个指标即可归类。

桥梁的单孔跨径，系指桥梁的标准跨径。桥梁的标准跨径，对于梁式桥、板式桥是指两桥墩中线之间桥中心线长度，或桥墩中线与桥台的台背前缘线之间桥中心线长度；对于拱式桥和涵洞是指桥梁的净跨径。

多孔跨径总长，对于梁式桥、板式桥为多孔标准跨径的总和；拱式桥为两岸桥台内侧起拱线间的距离；其他形式桥梁为桥面系行车道长度。

城市桥梁总宽度大于或等于30m的城市桥梁，可在原类别的基础上提高一类对待。铁路桥只按桥梁长度一个指标区分桥梁的规模。

8．按使用期限分，有永久性桥梁，半永久性桥梁，临时性桥梁。

第三节  现行桥梁设计施工规范

一、公路桥梁

现行的有关桥梁规范，由交通部颁布的。主要有：

《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283-1999）；

《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；

《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；

《公路混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；

《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85）；

《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85）；

《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）；

《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004-89）；

《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）。

在世纪之交发布了新一轮规范，其他85规范将逐步取代。

二、城市桥梁

城市桥梁的设计，一般均遵照当时实行的公路桥涵设计规范。考虑到城市桥梁的特点，1994年，建设部颁布了《城市桥梁设计准则》（CJJ 11-93）。该准则对城市桥梁的设计和规划、横断面布置、管线、特殊荷载、人群荷载、建筑艺术处理等做了规定。

1998年，建设部颁发了《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ 77-98）。

第四节  桥梁结构的设计方法

一、极限状态设计法

《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283-1999）和《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），较《公路工程技术标准》（JTJ01-97）在安全等级、设计状况、概率极限状态表达式等三个方面有了改进：

我国《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）[以下简称《技术标准》（JTG B01-2003）]，《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），[以下简称《通用规范》（JTG D60-2004）]，《公路混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[以下简称《混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）]，已采用“概率极限状态设计法”。

目前，《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85）仍采用半概率极限状态设计法。

1.极限状态设计法的定义

以结构的种种极限状态作为结构设计依据的设计方法称为：“极限状态设计法”。

结构的极限状态分为两类：一是承载能力极限状态，它关系到结构安全性的功能；一是正常使用极限状态，它关系到结构适用性和耐久性功能。

对荷载（荷载效应）和材料强度标准值，分别以数理统计方法取值，而建立极限状态方程的称为“半概率极限状态设计法”。

按照结构的作用（荷载）效应与结构抗力的联合分布建立极限状态方程，并用结构的失效概率（Pf）或可靠性指标（β）判定结构的可靠度（结构完成预定功能的概率）的设计方法，称为“概率极限状态设计法”。

2. 设计状况、安全等级

（1）根据桥涵所处的环境条件，考虑三种设计状况：

持久状况：是指桥梁的使用阶段，承受自重、汽车荷载等的持续作用。该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。

短暂状况：对应的是桥梁的施工阶段，承受临时性作用。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。

偶然状况：是使用过程中可能偶然出现的状况，如罕遇地震。偶然状况的设计原则是：主要承重结构不致因非主要承重结构发生破坏而导致丧失承载能力；或允许主要承重结构发生局部破坏而剩余部分在一段时间内不发生连续倒塌。显然，偶然状况只需进行承载能力极限状态计算。

（2）设计安全等级

按持久状况承载能力极限状态设计时，公路桥涵结构，按照结构破坏可能产生的后果的严重程度，划分为三个设计安全等级。设计工程师也可根据桥涵的具体情况，与业主商定，但并不低于表6-2的规定。

表6-2  公路桥涵结构的设计安全等级

设计安全等级	桥 涵 结 构
一 级	特大桥、重要大桥
二 级	大桥、中桥、重要小桥
三 级	小桥、涵洞

注：本表所指特大、大、中桥等系按表6-1中的单孔跨径确定，多孔桥以的最大跨径为准。本表的“重要”的大桥、小桥，系指高速公路、一级公路、国防公路和城市附近交通繁忙公路上的桥梁。

同一桥涵结构构件的安全等级宜与整体结构相同，有特殊要求时可作部分调整，但调整后的级差不得超过一级。

设计安全等级的规定，以体现不同情况的桥涵的可靠度差异。安全等级二级的结构，其可靠度相当于原规范“隐含”的可靠度水平；安全等级一级和三级的结构其可靠度水平相应于在二级的基础上增加或减小一个数量级。在计算上，不同的安全等级是用结构重要性系数γ₀来表示的。

3.现行建规与现行桥规的主要异同点

（1）极限状态的定义与分类是相同的；

（2）桥梁结构设计规范没有使用“设计使用年限”的概念。设计使年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定的目的使用的时期。桥梁结构设计规范没有使用“设计基准期”是随机过程的时间域。

（3）由于桥梁结构的工环境作有别于建筑结构，结构可靠度的要求不同。《统一标准》（GB／T50283-1999）和《通用规范》（JTG D60-2004）规定：公路桥梁的概率极限状态设计中的设计基准期为100年（建筑为50年），结构目标可靠性指标β_K，安全等级为二级的结构取4.2（建筑结构β＝3.2），相应的结构的失效概率P_f＝1.3×10^－5（建筑结构P_f＝6.9×10^－4）。

（4）材料了材料强度的标准值f_K的定义相同的，但材料强度的设计值不同、桥梁结构设计所用略低。

二、容许应力设计法

《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85）、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）仍采用容许应力设计法。

1.容许应力设计法的强度设计准则，是结构构件任意截面的最大计算应力σ_max不应大于有关规范规定的材料容许应力〔σ〕。

σ_max≤〔σ〕                        (6-1)

2.设计桥涵时，分别计算各种荷载在整个结构各控制截面上效应(应力和变形等)，并根据同时发生的可能性进行组合。经常作用的为主要组合，加入其他荷载和外力的效应为附加组合。用结构各构件的各种效应的最不利组合核算各构件。

3.计算桥梁结构的各种荷载的效应时，可将桥梁划分成若干平面结构，按照线弹性论并用毛截面几何特征求解内力，利用材料力学公式计算各构件的强度,刚度和稳定性。

4.材料的容许应力〔σ〕，由规定的材料的弹性极限（或极限强度或流限）除以（主要以经验确定的）大于1的安全系数（公路桥取1.7～2.0）而得。核算主要组合的效应时，使用基本容许应力。核算附加组合的应力时，其容许值可依照规范的规定提高25%～50%。

5.容许应力设计法，不仅要核算强度，而且要算其刚度(变形)和稳定性。有的结构件还应验算裂缝宽度和疲劳之力。