第3讲：城市桥梁工程与材料
桥梁工程
本章历年考情：
本章近三年平均分值约21分，题型为单选题、多选题、案例题。具体情况如下表：
章目
年度题量与
分值
单选多选
案
例
合
计题
量
分
值题量分值分值
第一章2011 5 5 1 2 16 23 2010 3 3 1 2 15 20 2009 4 4 3 6 10 20 平均 4 3.33 13.67 21
本章重点：
1.桥梁的组成与类型
2.桥梁下部结构施工技术
3.桥梁上部结构施工技术
1K412000 城市桥梁工程
1K412010 城市桥梁工程与材料
1K412011 掌握城市桥梁结构组成与类型
一、桥梁基本组成与常用术语
(三)相关常用术语
1．净跨径：梁式桥是设计洪水位上相邻两个桥墩(或桥台)之间的净距，用l0表示。对于拱式桥，净跨径是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。
2．总跨径：是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径( 0l)，它反映了桥下宣泻洪水的能力。
3．计算跨径：对于具有支座的桥梁，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，用l表示。拱圈(或拱肋)各截面形心点的连线称为拱轴线，计算跨径为拱轴线两端点之间的水平距离。
4．拱轴线：拱圈各截面形心点的连线。
5.桥梁全长：是桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离，用L表示，简称桥长。
6．桥梁高度：是指桥面与低水位之间的高差，或为桥面与桥下线路面之间的距离,简称桥高。
7．桥下净空高度：是设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离，以H表示。它应保证能安全排洪，并不得小于对该河流通航所规定的净空高度。
8．建筑高度：是桥上行车路面(或轨顶)标高至桥跨结构最下缘之间的距离。
9.容许建筑高度：公路(或铁路)定线中所确定的桥面(或轨顶)标高，与通航净空顶部标高之差。
10．净矢高：是从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下线最低点之间连线的垂直距离，f0表示；
11.计算矢高：是从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之间连线的垂直距离，用f表示。
12．矢跨比：是拱桥中拱圈(或拱肋)的计算矢高f与计算跨径l之比(f/l)，也称拱矢度，它是反映拱桥受力特性的一个重要指标。
13．涵洞：用来宣泄路堤下水流的构造物。通常在建造涵洞处路堤不中断。凡是多孔跨径的全长不到8m 和单孔跨径不到5m的泄水结构物，均称为涵洞
二、桥梁的主要类型
(一)按受力特点分
按结构体系划分，有梁式、拱式、悬吊式3种基本体系以及它们之间的各种组合。
1．梁式桥
梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力(恒载和活载)的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其他结构体系相比，梁内产生的弯矩最大。
2．拱式桥
拱式桥的主要承重结构是拱肋(或拱箱)。桥墩或桥台承受水平推力。以承压为主，可采用抗压能力强的圬工材料(石、混凝土与钢筋混凝土)来修建。
3．刚架桥
受力状态介于梁与拱之间，，柱脚处有水平反力。
4．悬索桥
以悬索为主要承重结构的桥。特点：自重轻，刚度差，有较大的变形和振动。悬索桥是大跨桥梁的主要形式。
5.组合体系
(1)连续钢构：连续钢构是由梁和钢架相结合的体系。
(2)梁、拱组合体系。
(3)斜拉桥。
（二）其他分类
5、按上部结构的行车道位置。分为上承、中承和下承。
1K412012 掌握不同形式挡土墙的结构特点
一、常见挡土墙的结构形式及特点
按照挡土墙结构形式及结构特点，可分为重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、柱板式、锚杆式、自立式、加筋土等不同挡土墙；
重力式挡土墙依靠墙体的自重抵抗墙后土体的侧向推力（土压力），以维持土体稳定，多用料石或混凝土预制块砌筑，或用混凝土浇筑，是目前城镇道路常用的一种挡土墙形式。
加筋土挡墙是柔性结构。
二、挡墙结构受力
静止、主动、被动土压力三种定义区别：
三种土压力中，主动最小，静止其次，被动最大，位移也最大。
1K412013掌握钢筋混凝土施工技术
一、钢筋施工
(二)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。当采用冷拉法进行调直时，HPB235钢筋冷拉率不得大于2％；HRB335、HRB400钢筋冷拉率不得大于1％。
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。
(三)钢筋连接
1．热轧钢筋接头
热轧钢筋接头应符合设计要求。当设计无规定时，应符合下列规定：
(1)钢筋接头宜采用焊接接头或机械连接接头。
(2)焊接接头应优先选择闪光对焊。
(3)机械连接接头适用于HRB335和HRB400带肋钢筋的连接。
(4)当普通混凝土中钢筋直径等于或小于22mm时，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。
(5)钢筋骨架和钢筋网片的交叉点焊接宜采用电阻点焊。
(6)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
(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。
(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。
(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。
(四)钢筋骨架和钢筋网的组成与安装
(5)绑扎接头搭接长度范围内的箍筋间距：当钢筋受拉时应小于5d，且不得大于100mm；当钢筋受压时应小于10d，且不得大于200mm。
4．钢筋的混凝土保护层厚度
(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。
二、混凝土施工
（二）混凝土搅拌、运输和浇筑
1.混凝土搅拌
混凝土拌合物应拌合均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。
混凝土拌合物的坍落度应在搅拌地点和浇筑地点分别取样检测。
2.混凝土运输
6、严禁在运输过程中向混凝土拌合物中加水。
7、采用泵送混凝土时，应保证混凝土泵连续工作，受料斗应有足够的混凝土。泵送间歇时间不宜超过15min
3.混凝土浇筑
（1）浇筑前的检查
混凝土浇筑前，要检查模板、支架的承载力、刚度、稳定性，检查钢筋及预埋件的位置、规格，并做好记录，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。
（2）混凝土浇筑
①混凝土一次浇筑量要保证混凝土的连续浇筑。
②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。
(三)混凝土养护
1．一般混凝土浇筑完成后，应在收浆后尽快予以覆盖和洒水养护。对干硬性混凝土、炎热天气浇筑的混凝土、大面积裸露的混凝土，有条件的可在浇筑完成后立即加设棚罩，待收浆后再予以覆盖和养护。．2．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，
不得少于7d。掺用缓凝型外加剂或有抗渗等要求以及高强度混凝土，不少于14d。
3．当气温低于50C时，应采取保温措施，不得对混凝土洒水养护。
三、模板、支架和拱架
(一)模板、支架和拱架的设计与验算
1．模板、支架和拱架应结构简单、制造与装拆方便，应具有足够的承载能力、刚度和稳定性。
5．验算模板、支架和拱架的刚度时，其变形值不得超过下列规定：
(1)结构表面外露的模板挠度为模板构件跨度的1／400；
(2)结构表面隐蔽的模板挠度为模板构件跨度的1／250；
(4)钢模板的面板变形值为1．5mm；
6．模板、支架和拱架的设计中应设施工预拱度。施工预拱度应考虑下列因素：
(1)设计文件规定的结构预拱度；
(2)支架和拱架承受全部施工荷载引起的弹性变形；
(3)受载后由于杆件接头处的挤压和卸落设备压缩而产生的非弹性变形；
(4)支架、拱架基础受载后的沉降。
(二)模板、支架和拱架的制作与安装
1．模板与混凝土接触面应平整、接缝严密。
2．支架立柱必须落在有足够承载力的地基上，立柱底端必须放置垫板或混凝土垫块。
3．支架通行孔的两边应加护桩，夜间应设警示灯。
5．支架或拱架不得与施工脚手架、便桥相连。
10．模板工程及支撑体系满足下列条件的，还应进行危险性较大分部分项工程安全专项施工方案专家论证。
(1)工具式模板工程：
(2)混凝土模板支撑工程：
(3)承重支撑体系：
(三)模板、支架和拱架的拆除
1．模板、支架和拱架拆除应符合下列规定：
(1)非承重侧模应在混凝土强度能保证结构棱角不损坏时方可拆除，混凝土强度宜为2.5MPa及以上。
2．浆砌石、混凝土砌块拱桥拱架的卸落应遵守下列规定：
(1)浆砌石、混凝土砌块拱桥应在砂浆强度达到设计要求强度后卸落拱架，设计未规定时，砂浆强度应达到设计标准值的80％以上。
3．模板、支架和拱架拆除应遵循先支后拆、后支先拆的原则。支架和拱架应按几个循环卸落，卸落量宜由小渐大。每一循环中，在横向应同时卸落、在纵向应对称均衡卸落。
4．预应力混凝土结构的侧模应在预应力张拉前拆除；底模应在结构建立预应力后拆除。
1K412014掌握预应力混凝土施工技术
一、预应力混凝土配制与浇筑
(一)配制
1．预应力混凝土应优先采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，不宜使用矿渣硅酸盐水泥，不得使用火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥。粗骨料应采用碎石，其粒径宜为5～25mm。
2．混凝土中的水泥用量不宜大于550kg／m3。
3．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。
4．从各种材料引入混凝土中的氯离子总含量(折合氯化物含量)不宜超过水泥用量的0.06％。
二、预应力张拉施工
(一)基本规定
2．预应力筋采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值之差应控制在6％以内。否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施后，方可继续张拉。
3．预应力张拉时，应先调整到初应力，该初应力宜为张拉控制应力(fon)的10％～15%，伸长值应从初应力时开始量测。
4．预应力筋的锚固应在张拉控制应力处于稳定状态下进行，锚固阶段张拉端预应力筋的内缩量，不得大于设计或规范规定。
(二)先张法预应力施工
l张拉台座应具有足够的强度和刚度，其抗倾覆安全系数不得小于1．5，抗滑移安全系数不得小于1．3。张拉横梁应有足够的刚度，受力后的最大挠度不得大于2mm。锚板受力中心应与预应力筋合力中心一致。
2．就位后，严禁使用电弧焊对梁体钢筋及模板进行切割或焊接。隔离套管内端应堵严。
3．同时张拉多根预应力筋时，各根预应力筋的初始应力应一致。张拉过程中应使活动横梁与固定横梁始终保持平行。
5．张拉过程中，预应力筋的断丝、断筋数量不得超过表1K412014-2的规定。
预应力筋种类项目控制值
钢筋断筋不允许
钢丝、钢绞线同一构件内断丝数不得超过总数的1％6．放张预应力筋时砼强度必须符合设计要求，设计未规定时，不得低于强度设计值的75％。放张顺序应符合设计要求，设计未规定时，应分阶段、对称、交错地放张。放张前，应将限制位移的模板拆除。
(三)后张法预应力施工
1．预应力管道安装应符合下列要求：
(3)管道应留压浆孔与溢浆孔；曲线孔道的波峰部位应留排气孔，在最低部位宜留排水孔。
2．预应力筋安装应符合下列要求：
(1)先穿束后浇混凝土时，浇筑混凝土之前，必须检查管道并确认完好；浇筑混凝土时应定时抽动、转动预应力筋。
(2)先浇混凝土后穿束时，浇筑后应立即疏通管道，确保其畅通。
(3)混凝土采用蒸汽养护时，养护期内不得装入预应力筋。
3．预应力筋张拉应符合下列要求：
(1)混凝土强度应符合设计要求，设计未要求时，不得低于强度设计值的75％。
(2)预应力筋张拉端的设置应符合设计要求。当设计未要求时，应符合下列规定：
曲线预应力筋或长度大于等于25m的直线预应力筋，宜在两端张拉；长度小于25m的直线预应力筋，可在
一端张拉。
当同一截面中有多束一端张拉的预应力筋时，张拉端宜均匀交错的设置在结构的两端。
(3)张拉前应根据设计要求对孔道的摩阻损失进行实测，以便确定张拉控制应力值，并确定预应力筋的理论伸长值。
(4)预应力筋的张拉顺序应符合设计要求。当设计无要求时，可采取分批、分阶段对称张拉。宜先中间，后上、下或两侧。
(5)预应力筋张拉程序应符合表1K412014-3的规定。
(6)张拉过程中预应力筋断丝、滑丝、断筋的数量不得超过表1K412014-4的规定。
注
4．张拉控制应力达到稳定后方可锚固。锚具应用封端混凝土保护，当需较长时间外露时，应采取防锈蚀措施。锚固完毕经检验合格后，方可切割端头多余的预应力筋。
(四)孔道压浆
1．预应力筋张拉后，应及时进行孔道压浆，多跨连续有连接器的预应力筋孔道，应张拉完一段灌注一段。孔道压浆宜采用水泥浆。水泥浆的强度应符合设计要求，设计无要求时不得低于30MPa。
2．压浆后应从检查孔抽查压浆的密实情况，如有不实，应及时处理。压浆作业，每一工作班应留取不少于3组砂浆试块，标养28d，以其抗压强度作为水泥浆质量的评定依据。
3．压浆过程中及压浆后48h内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。当白天气温高于350C时，压浆宜在夜间进行。
4．埋设在结构内的锚具，压浆后应及时浇筑封锚混凝土。封锚混凝土的强度等级应符合设计要求，不宜低于结构混凝土强度等级的80％，且不低于30MPa。
5．孔道内的水泥浆强度达到设计规定后方可吊移预制构件；设计未要求时，应不低于水泥浆设计强度的75％。
1K412015 熟悉预应力材料的技术要求
本条文简要介绍有后张有粘结预应力和无粘结预应力的材料、锚具和连接器的技术要求。
一、后张预应力材料
常用后张预应力材料主要有预应力筋和管道。
(一)后张预应力筋
1．后张预应力筋主要有钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋等。
2．每批钢丝、钢绞线、钢筋应由同一牌号、同一规格、同一生产工艺的产品组成。
3．新产品及进口材料的质量应符合相应现行国家标准的规定。
4．预应力筋进场时，应对其质量证明文件、包装、标志和规格进行检验，并应符合下列规定：
5．存放的仓库应干燥、防潮、通风良好、无腐蚀气体和介质。存放在室外时不得直接堆放在地面上，必须垫高、覆盖、防腐蚀、防雨露，时间不宜超过6个月。
6．预应力筋的制作
(2)预应力筋宜使用砂轮锯或切断机切断，不得采用电弧切割。
(二)管道
1．后张有粘结预应力混凝土结构中，预应力筋的孔道一般由浇筑在混凝土中的刚性或半刚性管道构成。一般工程可由钢管抽芯、胶管抽芯或金属伸缩套管抽芯预留孔道。浇筑在混凝土中的管道应具有足够强度和刚度，不允许有漏浆现象，且能按要求传递粘结力。
4．管道的其他要求
(7)管道需设压浆孔，还应在最高点处设排气孔，需要时在最低点设排水孔。
(10)预应力原材料必须保持清洁，在存放和运输时应避免损伤、锈蚀和腐蚀。预应力筋和金属管道在室外存放时，时间不宜超过6个月。预应力锚具、夹具和连接器应在仓库内配套保管。
二、锚具和连接器
常用后张预应力锚具包括各类锚具以及连接器。
锚垫板连接器
(一)基本要求
1．后张预应力锚具和连接器按照锚固方式不同，可分为夹片式(单孔和多孔夹片锚具)、支承式(镦头锚具、螺母锚具)、锥塞式(钢制锥形锚具)和握裹式(挤压锚具、压花锚具等)。
3．适用于高强度预应力筋的锚具(或连接器)，也可以用于较低强度的预应力筋。仅能适用于低强度预应力筋的锚具(或连接器)，不得用于高强度预应力筋。
(二)验收规定
1．锚具、夹具及连接器进场验收时，应按出厂合格证和质量证明书核查其锚固性能类别、型号、规格、数量，确认无误后进行外观检查、硬度检验和静载锚固性能试验。
2．验收应分批进行，批次划分时，同一种材料和同一生产工艺条件下生产的产品可列为同一批量。锚具、夹片应以不超过1000套为一个验收批。连接器的每个验收批不宜超过500套。锚具、夹具及连接器进场验收时，应进行外观检查、硬度检验和静载锚固性能试验。
锚具、夹具及连接器检查一览表
三、张拉后预应力筋与锚具的保护
后张预应力张拉作业应按规范要求严格执行。预应力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固。预应力筋锚固后的外露长度不宜小于30mm，锚具应用封端混凝土保护。预应力筋张拉后，孔道应尽早压浆。
1K412016 熟悉混凝土强度及配比要求
本条文简要介绍常用的混凝土抗压强度及配比要求。
一、混凝土的抗压强度
(一)在进行混凝土强度试配和质量评定时，混凝土的抗压强度应以边长为150mm的立方体标准试件测定。试件以同龄期者3块为一组，并以同等条件制作和养护。
(二)现行国家标准《混凝土强度检验评定标准》GBJ 107中规定了评定混凝土强度的方法，包括方差已知统计方法、方差未知统计方法以及非统计方法三种。工程中可根据具体条件选用，但应优先选用统计方法。
三、混凝土配合比设计步骤
(一)初步配合比设计阶段；(二)试验室配合比设计阶段；(三)基准配合比设计阶段；(四)施工配合比设计阶段，根据实测砂石含水率进行配合比调整，提出施工配合比。
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