工程計算手冊橋梁工程?一、橋梁工程概述橋梁作為跨越障礙物（如河流、山谷、道路等）的交通設施，其作用至關重要。它不僅連接了不同區(qū)域的交通，促進了經濟發(fā)展和人員往來，還對地區(qū)的基礎設施完善有著關鍵影響。

橋梁工程包含多種類型，常見的有梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋等。梁橋以梁作為主要承重結構，通過梁的抗彎能力來承受荷載；拱橋利用拱的受壓特性，將荷載傳遞至橋墩和基礎；斜拉橋依靠拉索將主梁的荷載傳遞到索塔；懸索橋則是通過主纜和吊索將荷載傳遞到兩端的錨碇。

二、橋梁設計基本參數計算

（一）橋梁跨徑確定1.依據使用要求：根據橋梁所跨越的障礙物寬度、交通流量、通航要求等確定跨徑。例如，跨越小型河流的橋梁，跨徑可能在幾十米以內；而跨越大型河流或航道的橋梁，跨徑可能達到數百米。2.考慮經濟性：在滿足使用功能的前提下，通過技術經濟比較確定合理跨徑。一般來說，跨徑增加，上部結構造價可能增加，但下部結構造價可能降低，存在一個經濟跨徑范圍。

（二）橋梁荷載計算1.恒載計算結構自重：根據橋梁各部分的材料（如混凝土、鋼材等）體積和相應材料容重計算。例如，鋼筋混凝土梁的自重可通過梁的尺寸（長、寬、高）乘以混凝土容重得出。附屬設施自重：包括橋面鋪裝、欄桿、伸縮縫等的重量，分別計算后匯總。2.活載計算公路橋活載：按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》采用車道荷載和車輛荷載進行計算。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成，考慮不同車道位置和荷載組合。車輛荷載則模擬實際車輛情況，考慮車輛的軸重、軸距等參數。鐵路橋活載：依據鐵路相關規(guī)范確定，如列車荷載的軸重、編組等，同樣要考慮荷載的不利組合。

（三）橋梁坡度計算1.縱坡確定：根據路線設計要求和橋梁所處地形確定縱坡?？v坡不宜過大，以保證車輛行駛安全和舒適性，同時要滿足排水要求。一般公路橋梁縱坡不超過3%5%，特殊情況需進行專門論證。2.橫坡設置：為了橋面排水，通常設置1.5%3%的橫坡。橫坡可通過在橋面板上設置三角墊層或調整鋪裝層厚度等方式實現。

三、橋梁下部結構計算

（一）橋墩計算1.受力分析豎向力：包括上部結構傳來的恒載、活載豎向力以及橋墩自身重量。水平力：如風力、流水壓力、地震力等。在不同設計工況下，分析這些力的組合對橋墩的影響。2.計算方法軸心受壓橋墩：根據材料力學公式計算橋墩的軸向抗壓承載力，確保橋墩在豎向荷載作用下不會發(fā)生壓潰破壞。偏心受壓橋墩：考慮豎向力和水平力偏心作用，采用偏心受壓構件的計算方法。通過計算橋墩各截面的應力和偏心距，保證橋墩的安全性。例如，可利用結構力學中的力法或位移法求解橋墩在各種荷載作用下的內力。

（二）橋臺計算1.橋臺類型及受力特點重力式橋臺：依靠自身重力來平衡臺后土壓力，受力較為簡單直接，但體積較大。輕型橋臺：如薄壁橋臺、樁柱式橋臺等，利用樁基礎或其他輕型結構形式來抵抗土壓力，具有較好的經濟性。2.計算內容土壓力計算：根據橋臺高度、填土性質等，采用合適的土壓力計算理論（如朗肯土壓力理論、庫侖土壓力理論）計算作用在橋臺上的土壓力。橋臺內力計算：考慮土壓力、上部結構傳來的荷載等，計算橋臺各截面的內力，包括彎矩、剪力和軸力等，確保橋臺在各種荷載作用下的穩(wěn)定性。

（三）基礎計算1.基礎類型選擇根據地質條件、橋梁荷載等因素選擇基礎類型，常見的有擴大基礎、樁基礎、沉井基礎等。例如，在地基承載力較好的地方可采用擴大基礎；在軟土地基上，樁基礎更為合適。2.基礎計算方法擴大基礎：計算基底壓力，確?；讐毫Σ怀^地基承載力設計值。通過基底尺寸的合理確定，使基底壓力分布均勻。樁基礎：計算單樁承載力，可采用靜載試驗法或經驗公式法確定。同時，進行群樁基礎的沉降計算，考慮樁土相互作用，保證基礎沉降滿足設計要求。

四、橋梁上部結構計算

（一）梁橋計算1.簡支梁橋計算內力計算：采用結構力學方法計算簡支梁在恒載、活載作用下的彎矩和剪力。例如，可利用簡支梁的彎矩和剪力影響線，確定最不利荷載位置，計算相應截面的內力。變形計算：根據材料力學公式計算梁的撓度，保證梁的變形不超過設計允許值，以確保行車舒適性。2.連續(xù)梁橋計算內力分析：運用結構力學的矩陣位移法或有限元法進行連續(xù)梁的內力計算?？紤]恒載、活載、支座沉降等因素，分析連續(xù)梁各跨的彎矩、剪力和支座反力。施工階段分析：對于懸臂施工的連續(xù)梁橋，要進行施工階段的內力和變形分析，確保施工過程中橋梁結構的安全性。

（二）拱橋計算1.主拱圈計算拱軸線選擇：根據拱橋的類型、跨度、荷載等因素選擇合適的拱軸線，如圓弧拱、拋物線拱等。內力計算：采用結構力學方法或有限元法計算主拱圈在恒載、活載作用下的內力，包括軸向力、彎矩和剪力等。考慮拱上建筑的聯合作用，準確計算主拱圈的內力。2.拱上建筑計算實腹式拱上建筑：計算腹拱圈、側墻等構件的內力，考慮其與主拱圈的協同工作?？崭故焦吧辖ㄖ撼嬎愀构叭Φ葮嫾攘ν?，還要分析空腹部分對主拱圈的影響，保證拱上建筑的結構安全。

（三）斜拉橋計算1.主梁計算受力特點分析：斜拉橋主梁在拉索的作用下，其受力狀態(tài)與普通梁橋不同，存在較大的軸向力。內力計算：采用有限元法建立斜拉橋空間模型，計算主梁在恒載、活載、拉索索力等作用下的內力和變形?？紤]拉索的非線性影響，準確模擬斜拉橋的實際受力情況。2.拉索計算索力計算：根據斜拉橋的設計目標（如成橋狀態(tài)索力分布、結構內力合理等），采用優(yōu)化算法確定拉索索力。常見的方法有零位移法、最小彎矩法等。拉索強度和穩(wěn)定性計算：保證拉索具有足夠的強度和抗風、抗振穩(wěn)定性，滿足橋梁的長期使用要求。

（四）懸索橋計算1.主纜計算主纜線形確定：根據橋梁跨度、荷載等因素，通過懸鏈線理論或拋物線理論確定主纜的線形。主纜內力計算：計算主纜在恒載、活載作用下的拉力，考慮主纜與加勁梁、吊索之間的相互作用，準確確定主纜的受力狀態(tài)。2.加勁梁計算受力分析：加勁梁在主纜和吊索的作用下，主要承受彎曲和軸向力。內力計算：采用有限元法計算加勁梁在各種荷載作用下的內力和變形，保證加勁梁的結構安全和行車性能。

五、橋梁結構耐久性計算

（一）混凝土結構耐久性計算1.混凝土碳化深度計算：根據環(huán)境條件（如濕度、二氧化碳濃度等），采用相關公式計算混凝土的碳化深度。碳化會使混凝土堿含量降低，影響鋼筋的耐久性，需控制碳化深度在一定范圍內。2.鋼筋銹蝕計算：考慮混凝土保護層厚度、氯離子含量等因素，評估鋼筋銹蝕的可能性和速率。通過計算鋼筋銹蝕引起的體積膨脹，分析對混凝土結構的破壞作用，采取相應的防護措施，如增加混凝土保護層厚度、使用防腐涂層鋼筋等。

（二）鋼結構耐久性計算1.鋼結構防腐計算：根據鋼結構所處環(huán)境（如海洋環(huán)境、大氣環(huán)境等），確定防腐涂層的厚度和防腐周期。通過計算涂層的使用壽命和防護效果，保證鋼結構在設計使用年限內不發(fā)生嚴重腐蝕。2.鋼結構疲勞計算：對于承受反復荷載的鋼結構構件，如橋梁的某些連接部位，進行疲勞計算?？紤]應力幅、循環(huán)次數等因素，評估鋼結構發(fā)生疲勞破壞的可能性，采取合理的構造措施和設計方法，提高鋼結構的疲勞壽命。

六、橋梁施工過程計算

（一）橋梁基礎施工計算1.明挖基礎施工計算：計算基坑的穩(wěn)定性，包括邊坡穩(wěn)定性和坑底抗隆起穩(wěn)定性?？紤]土的性質、坑深、坑壁支護方式等因素，確定合理的基坑開挖方案和支護措施，確保施工安全。2.樁基礎施工計算：對于鉆孔灌注樁，計算鉆孔過程中的泥漿護壁壓力、孔壁穩(wěn)定性等；對于打入樁，計算打樁過程中的樁錘沖擊力、樁身應力等，保證樁基礎施工質量和安全性。

（二）橋梁上部結構施工計算1.支架施工計算：對于采用支架法施工的橋梁上部結構，計算支架的強度、剛度和穩(wěn)定性?？紤]支架的材料特性、荷載分布、支架高度等因素，合理布置支架，確保施工過程中結構的安全性。2.懸臂施工計算：對于懸臂施工的梁橋、斜拉橋等，計算懸臂施工過程中的結構內力和變形。通過控制掛籃的重量、施工荷載的分布等，保證懸臂施工的順利進行和結構的線形控制。

七、橋梁工程計算實例

（一）某簡支梁橋計算實例1.工程概況：該簡支梁橋跨徑為20m，采用鋼筋混凝土結構，設計荷載為公路Ⅰ級。2.計算過程恒載計算：梁體自重通過梁的尺寸計算得出，橋面鋪裝、欄桿等附屬設施自重分別計算后匯總，得到恒載作用下梁的內力?；钶d計算：按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》的車道荷載和車輛荷載進行計算，利用影響線確定最不利荷載位置，計算梁的活載內力。內力組合：根據規(guī)范要求，進行恒載、活載的不同組合，得到梁各截面的最不利內力設計值。配筋計算：根據梁的內力設計值，按照混凝土結構設計規(guī)范進行梁的配筋計算，確保梁的承載能力滿足設計要求。

（二）某拱橋計算實例1.工程概況：該拱橋為空腹式石拱橋，跨徑50m，主拱圈采用等截面圓弧拱。2.計算過程拱軸線確定：根據拱橋的跨度和設計要求，選擇合適的圓弧拱軸線。恒載內力計算：計算主拱圈、拱上建筑等的自重，采用結構力學方法計算主拱圈在恒載作用下的內力，考慮拱上建筑的聯合作用?；钶d內力計算：按照規(guī)范采用車道荷載和車輛荷