桥梁工程的设计与规划.ppt

第二章 桥梁工程的设计与规划,第一节 桥梁设计原则和科学依据 第二节 桥梁纵断面、横断面和平面布置 第三节 桥梁设计与建设程序 第四节 桥梁设计方案比选与桥梁美学设计,二、桥梁工程的科学依据,三、桥梁设计的基本资料,第一节 桥梁设计原则和科学依据,一、桥梁设计原则,主要内容：,返回,1. 结构都是用当时的建筑材料建成的，具有特定的形式和构造，能满足一定的功能，具有一定的安全性。,一、桥梁设计原则,桥梁结构是土木工程结构的一种，它具备土木工程的基本属性：,2.结构的功能对社会的稳定、有效运行具有很大的作用，结构的建设必须是当时社会的财力物力所能承受的。,3.结构的功能不同、构造各异、形体庞大，其设计施工需因时因地而异。,4.结构的功能与人类的活动密切相关，故其使用寿命与美观性必须给予足够重视。,返回,返回,下页,目录,3.经济,1.适用,2.安全,4.美观,总之,桥梁工程的设计应该遵循四个基本原则：安全、适用、经济、美观。,目录,返回,5.技术先进,6.环境保护和可持续发展,（1）桥面宽度能满足当前及今后规划年限内的交通流量。,（2）桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形。,（3）桥跨结构的下面有利于泄洪通航或车辆和行人的通行。,（4）桥梁的两端方便车辆的进入和疏散，不致交通堵塞。,（5）考虑综合利用，方便各种管线的铺设搭接。,1. 适用,目录,返回,（1）桥梁结构在强度、稳定和耐久性等方面有足够的安全储备。,（2）防撞栏杆应具有足够的高度和强度，人与车辆之间应做好防护栏。,（3）交通繁忙的桥梁应做好照明设施并有明确的交通标志。引桥坡度不宜太大。,（4）对河床变迁的河道应设计好导流设施，防止桥梁基础冲刷。 对通航桥应做 好防撞构筑物。,（5）对地震区的桥梁采取抗震措施。对于大跨柔性桥梁，应考虑风振效应； 对于车速较高的铁路桥梁还应考虑车辆耦合振动问题。,目录,返回,3.经济,（1）桥梁的设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则。,（2）桥梁的造价应考虑养护维修的费用。,（3）桥位的选择应是地质、水文、条件好，并使桥长较短。,（4）桥位的选择应考虑缩短河道两岸的运距，以发挥最大的经济效益。,目录,返回,在适用、安全和经济的前提下尽量做到美观并与周围的环境相协调。,建筑艺术的基本原则在桥梁工程中的应用，主要有以下方面：,1.桥梁与周围环境融合，成为自然整体中的一个协调部分。,2.桥梁本身的造型须比例适当，匀称和谐。,4.桥梁建筑处理应当表现清新雅洁的风格。,3.桥梁造型应当注意结构简单，力线明快，线条流畅。,4. 美观,目录,返回,5.技术先进,桥梁设计和建造应尽可能采用先进成熟的新结构、新技术、新设备、新材料、新工艺。,目录,返回,桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展。,6.环境保护和可持续发展,目录,返回,数学 力学 电算技术 工程材料 工程地质 水力学 水文学 混凝土结构工程 钢结构工程 基础工程 铁路、公路工程,二、桥梁工程的科学依据,目录,返回,1、具体任务 2、桥位选择 3、地形图 4、桥位地质 5、水文情况,三、桥梁设计的基本资料,目录,返回,一、桥梁纵断面设计 二、桥梁横断面设计 三、桥梁平面设计,第二节 桥梁纵断面、横断面和平面设计,主要内容：,返回,一、桥梁纵断面设计,目录,返回,纵断面设计包括：,（3）桥道标高的确定,（1）确定桥梁总跨径,（2）桥梁的分孔,（4）纵坡,（1）确定桥梁总跨径,桥梁总长的确定一般依据水文计算。桥梁墩台和桥头路堤会侵入并压缩河床，使桥下的过水断面减小，水流流速加大，引起河床冲刷，故桥梁总长必须保证桥下有足够的排洪面积，以减小或避免桥梁基础受到过大冲刷；但也不能因为冲刷过度增加桥梁总长，导致工程投资增大。在确定桥梁总长时，既要依据计算结果，也要结合基础类型、埋置深度等因素来考虑,目录,返回,桥梁分孔是一个非常复杂的问题，各种条件和要求互相矛盾。需经过反复比较来确定。一般应注意以下问题。,1.采用经济跨径。,2.在通航河流，当通航净宽大于经济跨径时通常将通航桥孔的跨径按通航净宽来确定，其余孔径可采用经济跨径。但对变迁性河流，考虑航道可能发生变化，可多设几个通航孔。,（2）桥梁的分孔,目录,返回,桥梁孔径布置的影响因素很多，主要与经济、技术、结构体系、桥式、地形、通航要求、水文等有关。对具体的桥梁设计应详细分析反复比较，才能确定出最理想的方案。,一般由水文计算确定。总跨径必须保证桥下有足够的排洪空间，使河床不致产生过大的冲刷，同时也得考虑壅水对河堤及附近农田和建筑物可产生的危害。,桥梁孔径布置应注意的问题:,目录,返回,目录,返回,（3）桥道标高的确定 1）总前提：保证排洪、通航和桥下行车安全及桥梁自身安全 2）有关的具体规定： 对于非通航河流，梁底一般应高出设计洪水位不小于0.5m，高出最高 流冰水位不小于0.75m；支座底面高出设计洪水位不小于0.25m，高出最高 流冰水位不小于0.5m。对于无铰拱桥，拱脚允许被设计洪水位淹没，但一 般不超过拱圈矢高的2/3，拱顶底面至设计洪水位的净高不小于1.0m。对于 有漂流物或易淤积的河床，桥下净空应分别视情况适当加高。,通航净空顶部,（4）纵坡纵断面线形,大中桥梁：,将桥梁纵断面设计成单向或双向坡度，有利于交通、美观，又便于排水。一般的： 小桥：,二、桥梁横断面设计,桥梁横断面设计包括：桥面净空、桥面宽度、行车道宽度、机动车道设计和人行道、自行车道设计等。,目录,返回,排水要求：桥面横坡 1.53；人行道应向行车道倾斜1。 人行道宽0.75或1.0m，大于1.0m时，可按0.5m的倍数增加。且人行道宜高出行车道0.250.35m。 桥梁宽度取决于桥上交通要求，标准规定了各公路桥桥面行车道净宽标准。,车 道 宽 度,目录,返回,三、平面布置确定路、桥、水流的关系 原则：平顺、车辆平稳通过 （1）确定桥位 （2）大、中桥梁的线形一般为直线。 （3）由经济和施工而言，避免斜交，否则，45o， 通航河流5o。,第三节 桥梁设计与建设程序,一、基本程序,二、可行性研究,三、初步设计,四、技术设计,五、施工设计,返回,主要内容：,一、基本程序,大型桥梁的设计工作可分为前期工作及设计两个阶段。 前期工作包括编制预可行性研究报告和可行性研究报告，设计阶段按“三阶段设计”进行，即初步设计、技术设计与施工设计。 对常规桥梁，通常采用两阶段设计，即初步设计和施工设计。 详细的设计与建设过程见下图所示。,返回,返回,下页,目录,图2-5 设计与建设过程图,返回,返回,下页,目录,1.工程必要性论证 2.工程可行性论证制定桥梁标准、自然条件及周围环境、桥位选择 3.经济可行性论证造价及回报、资金来源及偿还,前期工作预可行性研究报告与可行性研究报告的编制,返回,下页,二、可行性研究,桥梁建设的前期工作包括预可行性研究报告和可行性研究报告。两者应包括的内容及目的是基本一致的，只是研究的深度不同。 预可行性研究报告是在工程可行的基础上，着重研究工程必要性和经济合理性； 可行性研究报告是在预可行性研究报告审批后，着重研究工程上的可行性及投资上的可行性。 前期工作的重点在于论证建桥的必要性和可行性，并确定建桥的地点、规模、标准、投资控制等一系列宏观和重大的问题。为科学地进行决策提供依据，避免盲目性及其带来的不良后果。,下页,返回,目录,桥梁建设的可行性论证包括工程可行性和经济可行性。,工程可行性确定桥梁设计标准、桥位、桥式等技术问题。,经济可行性确定工程投资、资金筹措及偿还等问题。,返回,返回,下页,目录,1、桥梁标准的制定,2、桥位的选择,3、自然条件及周围环境问题,工程可行性研究中需要注意的问题：,返回,目录,返回,返回,目录,1、造价及回报问题 2、资金来源问题,经济可行性研究中需要注意的问题：,三、初步设计,1、初步设计的目的,2、初步设计的内容,返回,返回,目录,（1）说明本桥梁工程的特点和要求 （2）提出若干可行的比较方案 （3）推荐准备采用的较好的方案 （4）估算实现推荐方案所需的费用、工期、技术措施等目的,1、初步设计的目的,返回,返回,目录,2、初步设计的内容,（1）设计任务的来源和要求 （2）桥址自然条件的基本资料 （3）技术条件的选定 （4）桥位方案的比选，上、下部结构方案的研究比较和确定。 （5）推荐方案及其理由 （6）推荐方案的指导性施工组织 如：施工方法、进度安排、场地布置、主要机具、材料和劳动力配置等。 （7）工程概预算,返回,下页,目录,初步设计的重点是在桥式方案和结构总体构思方面。各方案均要求提供桥式布置图，标明桥跨布置高程布置上下部结构形式及工程数量。对推荐方案，要求提供上下部结构的结构布置图，以及一些主要的及特殊部位的细节处理图。各类结构都要经过验算并提出可行的施工方案。 在确定桥式方案时，需要对桥梁平面、立面和断面的具体布置以及它们之间的关系进行反复比较研究和调整,返回,返回,下页,四、技术设计,对常规桥梁，一般不需要进行技术设计而直接进行施工设计；对新型、复杂、重要、大型的桥梁结构，需要对初步设计进行细化，以便发现可能存在的问题，进一步优化设计。 主要设计内容： 选定的桥式方案中的各个结构的总体的、细部的技术问题作进一步研究解决，对结构各部分的设计提出详尽的设计图纸（包括：结构断面、配筋、构造细节处理、材料清单、工程量等）。,返回,返回,目录,五、施工设计,设计内容：详细的结构设计计算，绘制施工详图，根据施工设计资料编制施工组织设计和工程概预算。,返回,返回,目录,第四节 桥梁设计方案比选与桥梁美学设计,方案比选考虑的问题： 经济 适用 美观 步骤： 明确各种标高等具体要求 桥梁分孔和初拟桥梁方案草图 方案初筛 详绘桥型方案 编制估算或概算 方案选定或文件汇总,桥梁美学原则 1.在满足功能要求的前提下，要选用最佳的结构型式纯正、清爽、稳定。质量统一于美，美从属质量。 2.美，主要表现在结构选型和谐与良好的比例，并具有秩序感和韵律感。过多的重复会导致单调。,3.重视与环境协调。材料的选择，表面的质感，特别色彩的运用起着重要作用。模型检试有助于实感判断，审视阴影效果。 4.美丽的桥梁应以其个性对人们产生积极的影响。美和伦理本是相通的，美的环境将直接陶冶人们的情操，大自然的美，人为环境的美，对人们身心健康是必需的。,与环境协调的桥梁,1980年建成的南斯拉夫克尔克桥，跨径390m，钢筋混凝土拱桥，与周围环境协调自然,悉尼海港桥位于澳大利亚悉尼港，主桥为单跨503m的中承式钢桁两铰拱公铁两用桥。自身较笨重，但由于紧挨着别致的悉尼歌剧院，无论在质感还是在颜色和造型上都达到相得益彰的效果，因而以其优美环境而闻名于世。,与环境协调的桥梁,与环境协调的桥梁,高耸的桥墩与挺拔的山峰以及斜拉板构成的尖峰与山