桥梁工程的规划与设计-

1、第二章 桥梁工程的规划与设计2.1 桥梁设计的基本原则和基本依据2.2 桥梁平面、纵、横断面设计2.3 桥梁设计与建设程序2.4 桥梁设计方案的比选2.5 小结2.1.1 桥梁设计的基本原则（1）安全、适用、经济、美观 技术先进、环境保护、可持续发展1. 安全 结构有足够的强度、稳定性和耐久性的安全储备。 护栏栏杆、交通标志、水文、抗震、抗风2. 适用 交通量、刚度、泄洪、通航、管线2.1 桥梁设计的基本原则和基本依据2010年6月8日20时30分许，吉林省道302朝长公路194公里+100米处的锦江大桥突然垮塌宝成铁路广汉段石亭江铁路大桥被洪水冲断，一辆火车两节车厢掉进石亭江桥梁设计重在质量

2、内地9天内发生4座桥梁垮塌1座桥梁倾斜7月11日，江苏盐城通榆河桥坍塌；12日，武汉黄陂一高架桥引桥严重开裂，并向两边倾斜；14日，福建武夷山公馆大桥倒塌；15日，杭州钱江三桥引桥坍塌。19日零时40分，一辆载重超过160吨的严重超载货车在通过北京怀柔宝山寺白河桥时，该桥发生坍塌。这是9天来，中国第四座发生垮塌的桥梁。汶川境内的彻底关大桥武夷山公馆大桥钱江三桥2011年7月14日福建武夷山公馆大桥突发断裂 致10余人伤亡美国明尼苏达州明尼阿波利斯市横跨密西西比河2011年和2012年大桥垮塌事故分别发生11起和8起，19座桥梁坍塌共造成12人死亡，57人受伤。其中，1997年到2000年建成的

3、桥梁有6座，通车时间最长的不过15年，而自2007年算起，5年来，全国共有37座桥梁垮塌，其中13座在建桥梁发生事故，共致使182人丧生，177人受伤，平均每年有7.4座“夺命桥”。在37起事故中，官方明确事故原因的只有24起，占64.8%，其中涉及超载、船撞的有9起，下雨2起，洪水3起，违规施工4起，年久失修及机械故障等其他原因5起，只有1起涉及工程质量问题。超载、船撞原因，占到事故发生原因的37.5%;下雨、洪水等自然原因占20.8%;违规施工事故占 16.7%;而涉及工程质量问题事故，只占到4.2%。2.1.1 桥梁设计的基本原则（II）3. 经济 建设、养护、效益（回收）4. 美观 外

4、形优美, 与周围的环境协调.5. 技术先进 新结构、新设备、新材料、新工艺 6. 环境保护和可持续发展 环境监测、可持续发展 与环境协调的桥梁桥梁对环境的破坏2.1.2 桥梁设计的科学依据（1）1. 数学 计算、测量、绘图、复杂力学方程求解2. 力学 理论力学、材料力学、结构力学、结构动力学3. 计算机辅助技术 结构分析、设计和制图4. 工程材料学5. 工程地质学2.1.2 桥梁设计的科学依据（II）6. 岩土力学 基础与周围土体的相互作用7. 水力学 8. 混凝土结构工程 9. 钢结构工程10. 基础工程11. 铁道、公路工程：桥梁为线路服务 2.1.2 桥梁设计的科学依据（III）桥梁技术

5、规范工作细则 常用手册 TB 10203-2002 铁路桥涵施工规范TB 10116-1999 铁路桥梁抗震鉴定与加固技术规范TB 10002.1-2005 铁路桥涵设计基本规范TB 10212-1998 铁路钢桥制造规范CJJ 2-2008 城市桥梁工程施工与质量验收规范CJJ 11-93 城市桥梁设计准则CJJ/T 111-2006 预应力混凝土桥梁预制节段逐跨拼装施工技术规程CJJ 77-1998 城市桥梁设计荷载标准CJJ 11-1993 城市桥梁设计准则JTG/T D65-01-2007 公路斜拉桥实施细则JTJ 004-2005 公路桥梁抗震设计规范JTJ 204-85公路桥涵地基

6、与基础设计规范JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范JTG D61-2005 公路圬工桥涵设计规范JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范2.2 桥梁平、纵、横断面设计（I） 平、纵、横的概念 2.2.1 平面设计 小桥涵： 特大、大、中桥： 平面设计要素： 一般应符合路线走向，或斜或弯均可原则上服从路线走向，桥、路综合考虑，尽量直线位置、线型平曲线半径、平曲线超高和加宽、缓和曲线2.2 桥梁平、纵、横断面设计（II）2.2.2 纵断面设计2.2 桥梁平、纵、横断面设计（III）总跨径、分孔、确定标高、纵坡、基础埋深1、桥梁总跨径的确定：（1）满足水文计算要求 （2）依具体情况调

7、整2、桥梁分孔（1）桥型（跨越能力）（2）经济跨径（3）通航要求 （4）地质、地形 （5）各孔径间比例 （6）战备考虑 （7）施工能力 （8）美观方面 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： 流水净空跨河桥 通航净空跨河桥 车辆净空跨线桥4、纵坡纵断面线形 大中桥梁：引道i5%i4% (12%)i4% (12%)城镇桥上及引道i 3% 引道i5%平坡 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。 小桥：5、基础的埋置深度地质、冲刷、上部结构2.2.3 横断面设计1、桥梁宽度 依据公路桥涵设计通用规范中规定的各级公路

8、行车道宽度、中间带宽度、路肩宽度确定。2、桥面净空 应满足公路桥涵设计通用规范中关于建筑界限的规定。2.3 桥梁设计与建设程序 大型桥梁的设计工作可分为前期工作及正式设计两个阶段。 前期工作：预可和工可 三阶段设计：初步设计、技术设计与施工图设计。 常规桥梁采用两阶段设计：初步设计和施工图设计。 简单的小桥可采用一阶段设计：施工图设计。前期工作可行性研究报告 预可行性研究报告 初步设计 技术设计 施工设计 项目建议书 主管计划部门审批 建设单位审批 招标文件 开工报告工程立项 设计任务书 招标投标及施工准备 施工阶段三阶段设计 主管计划部门审批 建设单位审批1. 预可阶段(1) 工作内容： 工

9、程必要性论证和宏观经济合理性论证(2) 工作目标： 工程的上报立项2. 工可阶段(1) 工作目标： 工程可行性论证桥梁规模、技术标准 经济可行性论证造价及回报、资金来源及偿还桥梁设计与建设程序 3. 初步设计(1) 目的确定设计方案(2) 内容:进一步开展水文、勘测工作(3) 桥梁方案比选 平、纵、横断面布置图、主要尺寸 估算工程数量和主要材料用量(4) 设计概算(5) 技术设计立项桥梁设计与建设程序 4. 技术设计复杂的特大桥、互通式立交或新型大型的桥梁 主要设计内容： 进一步完善选定的桥梁方案的总体、细部的技术问题和施工方案，解决技术难点：抗风、抗震、局部受力分析等。修正工程概算。 5.

10、施工图设计 详细的结构设计计算：强度、刚度、裂缝等 绘制施工详图 提出文字说明、施工组织计划和编制施工图预算。桥梁设计与建设程序2.4 桥梁设计方案的比选1. 桥位方案比选2. 桥型方案比选桥位的选择应符合平面布置原则：(1) 对于小桥、涵洞，其平面位置要符合道路线路的走向，因为其设计和施工的难度相对较低，可以设计成斜桥和弯桥。(2) 对于特大桥、大桥、中桥，一般设计为直线，线路走向要符合和服从于桥位，尽量避免把特大桥、大桥设计成斜桥和弯桥。1. 桥位方案比选桥梁设计方案的比选(1) 确定多个分孔方案，尽可能多的拟定桥型 (2) 方案初选，剔除不合理方案，遴选24个优选方案(3) 绘制优选方案

11、详图(4) 编制优胜方案文件2. 桥型方案比选桥梁设计方案的比选方案比选示例:长春市102国道跨伊通河桥梁工程主要设计技术指标 (1) 道路等级：城市I级主干道 (2) 设计行车速度：60km/h (3) 基本车道数：按双向六车道设计，两侧设非机动车道、人行道 (4) 设计荷载：城-A 人群荷载：3.5kN/m2 (5) 设计洪水频率：1/200。 (6) 抗震烈度：地震峰动值加速度0.10g地震力反应谱特征周期0.35s (7) 通航标准：无通航 (8) 桥梁结构设计安全等级：一级1. 平面设计：与河道基本正交2. 纵断面设计：高程、纵坡3. 桥梁横断面 4. 设计背景分析(1) 1984年

12、，长春市政府将君子兰命名为市花。(2) 方案设计以“君子兰”为景观设计“主要视觉元素”。5. 桥型方案(1)桥位处规划河堤间距为240m，考虑景观要求，以主桥长度基本覆盖河道为原则，两侧引桥以40m经济跨布设，桥梁总长500m。(2)桥型方案构思中结合伊通河上桥梁现状，本着一桥一景的设计指导思想，在充分研究长春市地域、历史、文化特点的基础上，根据桥址区特殊地理位置、河道宽度，共确定了五种桥型方案。 桥型方案君子兰拱桥（方案一）景观设计 提蓝式拱桥的横向连接支撑采用了君子兰姿态，取其神而意之，形成一个空间壳体结构。突破了以往提蓝拱拱肋横向连接的形式，使全桥轻盈飘逸，美观大方。桥型方案由钢拱组成的

13、曲面的网状物强有力地从内侧支撑着桥梁。壳的形状和其纤细的构件给人一种非常轻巧的印象。花瓣型钢网在不同季节、白天、夜晚，随着太阳照射角度及强弱变化，金属拱网对于阳光的反射效果不同，使花瓣显得精巧、通透。 君子兰拱桥（方案一）景观设计 桥型方案月亮拱桥（方案二）景观设计方案二为钢管混凝土拱结构，两片副拱肋提供了强大的稳定性能。主拱肋与两片副拱肋之间的连接隐含了君子兰叶片的景观元素。从整体上看整个结构更象一弯月亮，因此，第二方案被命名为月亮拱桥。桥型方案自锚式悬索桥（方案三）景观设计悬索桥桥型优美，受力明确，高耸的索塔是结构与建筑的完美结晶。桥塔景观设计融合了力学、美学、建筑学及雕塑等个方面的知识，

14、力求设计出一个色彩鲜明、结构明确、建筑元素丰富的美丽桥塔。桥型方案独塔斜拉桥、部分斜拉桥与V构组合体系景观设计 第四和第五方案均使用了君子兰花为主要景观视觉元素，但是他们在表现形式上有所不同。第四方案取其神，以行为辅，第五方案取其形，以神为辅助。两个方案形神兼备，使斜拉桥塔的塔型美观大方，独具特色。桥型方案方案一初设(1) 总体布置 图：君子兰拱桥总体布置图主桥采用飞雁式君子兰拱桥，长260m，孔跨布置55m+150m +55m。桥面宽度46m（3.0m人行道+2.5m拱肋保护区15米车行道+5m拱肋保护区+15m车行道+2.5m拱肋保护区+3.0m人行道）。桥型方案(2) 主拱体系 图：君子

15、兰拱桥标准横断面拱肋由两个边拱与一个中拱组成，拱线采用悬链线，两外拱由竖向面向内旋转11，形成提篮形状，计算跨径150m，矢高40.5m，矢跨比1/3.7，截面采用倒钟型；中拱位于桥面中央，竖直布置，计算跨径150m，矢高25.5m，矢跨比1/5.89，截面采用倒钟型。三片拱之间通过空间网架相互连接。方案一初设（3）加劲梁图：君子兰拱桥主梁标准横断面主梁桥采用流线型扁平钢箱加劲梁，宽46m，高2.0m，材料采用Q345qE钢材。 （4）边跨V腿边跨V腿采用钢箱矩型截面，与主梁通过横梁固结，V腿内灌注C50微膨胀混凝土，形成钢混凝土组合截面。方案一初设(5) 系杆体系系杆采用环氧喷涂钢绞线成品系

16、杆,系杆设置在三片拱肋保护区内，两端锚固于边跨V腿与主梁固结横梁上。(6) 吊杆体系吊杆纵向间距均按6m设置，两个边拱一个中拱共三个索面。 (7）下部结构主墩基础采用三个分离式承台，通过系梁联结成整体，承台顶设拱座。每个承台下接6根桩径1.8m的桩基础，每墩共18根桩基。 方案一初设(8) 施工方案伊通河属宽滩性河流，主河道较窄，下部、上部结构施工均可按陆地施工考虑。桥位处地质条件较好，桩基可采用钻孔灌注施工，桩长较短时，也可采用挖孔桩工艺。主桥上部结构采用先梁后拱施工方案，在满铺膺架上施工：君子兰拱桥施工步骤图方案一实施总工期约21个月方案一初设6. 方案一优缺点优点 景观价值高 主桥采用君

17、子兰景观设计元素，建筑造型新颖，外形优美。拱肋间联结网架构件犹如展开的花瓣，形似君子兰；壳的形状和其纤细的构件给人轻巧的印象，具有非常好的景观效果 。大、小拱弧线组合，如水面升起的新月，刚与柔、力与美，形成完美融合。其建设必将成为伊通河上标志性建筑，成为长春市的一道城市名片。 (2)缺点 施工工艺复杂，技术难度较大，造价较高。后期钢结构维修养护工作量较大。7. 方案一结构计算图：斜视全桥有限元模型 图：前视全桥有限元模型图：侧视全桥有限元模型计算表明方案一的三片拱肋刚度基本匹配，应力、刚度、稳定性满足规范要求，设计方案合理可行。序号方案名称总投资估算（万元）其中：建筑安装工程费（万元）方案一君子兰拱桥方案19235.3815127.97方案二月亮拱桥方案14436.9411244.12方案三悬索桥方案16410.0212845.61方案四独塔斜拉桥方案12154.819437.52方案五部分斜拉桥与V构组合体系10175.717840.288. 投资估算表投资估算范围包括桥梁工程、桥面附属工程、照明工程等。 长春市市政工程设计研究院