桥梁设计基本原则与平纵横断面设计

第二章桥桥梁梁设计概概述1、桥梁设设计的基基本原则则2、桥梁平平、纵、、横断面面设计3、桥梁设设计方案案比选4、桥梁上上的作用用第一节桥桥梁设设计的基基本原则则桥梁的总总体规划划基本原则则：安全、适适用、经经济、美美观和有有利于环环保。桥梁设计计的基本本要求（1）结构尺尺寸和构构造上：：在强度方方面：足足够的安安全储备备；在刚度方方面：控控制变形形稳定性方方面：保保持原形形状和位位置的能能力。（2）使用上上的要求求：适用用耐久保证在100年的设计计基准期期内正常常使用桥面宽度度满足当当前以及及今后规规划年限限内的交交通流量量；利于泄洪洪，通航航（跨河河桥）或或车辆和和行人的的通行（（旱桥））；桥梁的两两端方便便于车辆辆的进入入和疏散散；考虑综合合利用，，方便各各种管线线的搭载载。（3）经济上上的要求求：合理理的经济济选择造价价和养护护费用综综合最省省的桥型型；遵循因地地制宜，，就地取取材和方方便施工工的原则则；桥位应考考虑建在在能缩短短河道两两岸的运运距，促促进该地地区的经经济发展展，产生生最大的的效益；；对于过过桥收费费的桥梁梁应能吸吸引更多多的车辆辆通过，，达到尽尽可能快快回收投投资的目目的。（4）施工上上的要求求：技术术先进在因地制制宜的前前提下，，尽可能能采用成成熟的新新结构、、新设备备、新材料和新新工艺。。（5）美学和和景观上上的要求求：美观观香港昂船船州大桥桥“桥能满满足人们们到达彼彼岸的心心理希望望，同时时也是使使人印象象深刻的的标志性性建筑，，并且常常常成为为审美的的对象和和文化遗遗产”——摘自日本本伊藤学学的《桥梁造型型》一书瑞士萨尔尔基那山山谷桥（SalginatobelBridge）——被评为20世纪最美美丽的桥桥梁和环境相协协调（6）环境保保护和可可持续发发展多方面考考虑环境境要求，，采取必必要的工工程控制制措施，，建立环环境监测测保护体体系，将将不利影影响减至至最小。。二、野外外勘测与与调查桥梁调查查环境调查查施工单位位调查桥梁用途途桥位老桥情况况地形，地地质，水水文建筑材料料气象资料料造价地方保护护？三、桥梁梁设计程程序一阶段设计计：二阶段设设计三阶段设设计一阶段施工工图设计计初步设计计施工图设设计初步设计计技术设计计施工图设设计第二节桥桥梁平平、纵、、横断面面设计一、桥梁梁的平面面设计确定桥位位：小桥和涵涵洞的位位置与线线型一般般应符合合路线的的总走向向，为满满足水文文、线路路弯道等等要求，，可设计计斜桥和和弯桥；对于公路路上的特特大桥、、大、中中桥桥位位，原则则上应服服从路线线走向，，桥、路路综合考考虑，尽尽量选择择在河道道顺直、、水流稳稳定、地地质良好好的河段段上。桥梁的平平曲线半半径、平平曲线超超高和加加宽、缓缓和曲线线、变速速车道设设置等，，均应满满足相应应等级线线路的规规定。尽量正交交。大、中桥桥小桥必须斜交交时，交交角不大大于5度。不大于45度桥面纵坡

二、桥梁纵断面设计桥梁总跨径的确定桥梁的分孔桥道各种标高的确定1、桥梁梁总跨径径的确定定原则：在整个使使用年限限内，保保证泄洪洪及通航航，流冰冰；避免免因过分分压缩河河床引起起河道和和河岸的的不利变变迁；避避免因桥桥前壅水水及河床床过度冲冲刷带来来的不利利影响。。对于深埋埋基础，，一般允允许稍大大一点的的冲刷，，使总跨跨径能适适当减小小；对于平原原区稳定定的宽滩滩河段，，流速较较小、漂漂流物少少、主河河槽较大大，可以以对河滩滩的浅水水流区段段作较大大的压缩缩，但必必须慎重重校核，，压缩后后的桥梁梁的壅水水不得危危及河滩滩路堤以以及附近近农田和和建筑物物。特殊：2、桥梁的的分孔原则：在满足使使用和技技术要求求的前提提下，使使上、下下部结构构的总造造价趋于于最低。。(2)平原区宽宽阔河流流上的桥桥梁：通常在主主河槽部部分按需需要布置置较大的的通航孔孔，而在在两侧浅浅滩部分分按经济济跨径进进行分孔孔。(1)通航河流流：应满足桥桥下的通通航要求求。通航航孔应布布置在航航行最方方便的河河域。对对于变迁迁性河流流，根据据具体条条件，应应多设几几个通航航孔。使用和技技术要求求(3)对于在山区深深谷上、、水深流流急的江江河上，或需在在水库上上修桥时时，应加加大跨径径，甚至至采用特特大跨径径的单孔孔跨越。。(4)从结构的受受力特性性考虑，合合理地确确定相邻邻跨之间间的比例例。(5)可以适当当加大跨跨径避开开不利的地地质段。(6)上下游临近桥梁梁的情况3、桥面面高程的的确定原则：满足流水净空空的要求；；通航桥孔孔应满足足通航净空空的要求；；桥下通车车桥孔应应满足建筑净空空限界的要求；；桥的两端端能够与与公路或或城市道道路顺利衔接接。通航净空空要求为了保证证桥下安安全通航航，通航航孔桥跨跨结构下下缘的标标高应高高出自设设计通航航水位算算起的净净空高度度。流水净空空要求按设计水水位计算算桥面最最低高程程：最小桥面面标高=计算水位位+桥下净空空安全值值+建筑高度度最小桥面面标高=通航水位位+通航净空空高度+建筑高度度跨线桥桥桥下的交交通要求求:保证桥下下通车的的净空安安全跨线桥：：最小桥面面标高=桥下路面面标高+安全行驶驶高+建筑高度度安全行驶驶高：对于高等等级公路路H≥5.0m；对于低等等级公路路H≥4.5m，且h≥4.0m桥下路面标高bBHh4桥面纵坡坡：既利于交交通，美美观效果果好，又又便于桥桥面排水水单向或双双向坡度度的桥梁梁，对于于不太长长的小桥桥，可以以做成平平坡桥桥上纵坡坡不宜大大于4%桥头引道道纵坡不不宜大于于5%位于市镇镇混合交交通繁忙忙处的桥桥梁，桥桥上纵坡坡和桥头头引道纵纵坡均不不得3%，并应在在纵坡变变更的地地方按规规定设置置竖曲线线斯托尔马马桥高速公路路、一级级公路路路基标准准横断面面1.桥梁宽度度——根据《公路工程程技术标标准》中规定各各级公路路行车道道宽度、、中间带带宽度、、路肩宽宽度三、横断断面设计计取决于桥桥面的宽宽度和不不同桥跨跨结构横横断面的的形式。。2.桥面净空空——满足《公路工程程技术标标准》中的建筑筑界线规规定横坡桥面人行道双面坡1.5%~3.0%单面坡1%桥面净高高：对于高等等级（高高速公路路、一、、二级））公路H≥5.0对于低等等级（三三、四级级）公路路H≥4.5m3.桥面横坡坡第三节桥桥梁设设计方案案比选明确各种标高的要求桥梁分孔和初拟桥型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和文件汇总最佳的推荐方案第四节桥桥梁上上的作用用长期以来来，我们们一般习习惯地称称所有引引起结构构反应的的原因为为“荷载载”，这这种叫法法实际并并不科学学和确切切。引起起结构反反应的原原因可以以按其作作用的性性质分为为截然不不同的两两类，一一类是施施加于结结构上的的外力，，如车辆辆、人群群、结构构自重等等，它们们是直接接施于结结构上的的，可用用“荷载载”这一一术语来来概括。。另一类类不是以以外力形形式施加加于结构构，它们们产生的的效应与与结构本本身的特特性、结结构所处处环境等等有关，，如地震震、基础础变位、、混凝土土收缩和和徐变、、温度变变化等，，它们是是间接作作用于结结构的，，如果也也称“荷荷载”，，容易引引起人们们的误解解。因此此，目前前国际上上普遍地地将所有引起结构构反应的原因因统称为“作作用”,而“荷载”仅仅限于表达施施加于结构上上的直接作用用。作用的定义编号作用分类作用名称1永久作用（恒载）结构重力（包括结构附加重力）2预加应力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度(均匀温度和梯度温度)作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船舶或漂流物的撞击作用21汽车撞击作用作用的分类一、永久作用用（恒载）1、永久作用（（恒载）的定定义永久作用（恒恒载）——作用位置和大大小、方向固固定不变的荷荷载。（二）桥梁下下部结构的恒恒载：由支座传递下下来的结构重重力、墩台本身的重重力、土压力及水浮力等。（一）桥梁上上部结构的恒恒载：结构重力、附属设备等外加力。2、永久作用的的类型3、永久作用的的计算结构重力=结构体积×材料容重结构重力注意：在进行桥梁结结构分析时，，通常需要预预先估计恒载载，当估算的的恒载与最终终的设计恒载载之间的差距不超过5%时，不必修正正设计；否则，需重重新进行结构构分析。常用材料容重重见表2-3可变作用（活活载）的定义义可变作用是指在设计使使用年限内其其作用位置、、大小和方向向随时间变化化，且其变化化值与平均值值相比不可忽忽略的作用。汽车荷载汽车冲击力汽车离心力汽车引起的土土侧压力人群荷载汽车制动力可变作用（活活载）的类型型风荷载流水压力冰压力温度(均匀温度和梯梯度温度)作用支座摩阻力一、公路桥梁梁可变作用（（活载）1.汽车荷载公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路—I级公路—I级公路—II级公路—II级公路—II级各级公路桥涵涵的汽车荷载载等级（新规规范）公路车辆荷载载的类型a.等级:b.由车道荷载和和车辆荷载组组成汽车荷载分为为公路—I级和公路—II级。汽车荷载由车车道荷载和车车辆荷载组成成。车道荷载载用于桥梁结结构的整体计计算（例如主主梁、主拱和和主桁架等的的计算）；车车辆荷载用于于局部加载、、涵洞、桥台台和挡土墙压压力等计算。。c.车道荷载的标标准值均布荷载标准准值：a)公路—Ⅰ级车道荷载车道荷载图集中荷载：计算跨径小于于等于5m时，180kN计算跨径大于于等于50m时，360kN计算跨径在5至50m之间时，直线内插。。剪力效应应再再乘以1.2的系数。qk=10.5kN/m车道荷载标准准值应取公路路—Ⅰ级汽车荷载的的车道荷载标标准值的0.75倍b)公路—Ⅱ级车道荷载车辆荷载的立立面、平面和和横向分布车辆荷载在每每个设计车道道上布置一辆辆总重550kN的单车。公路——I级和公路路—II级采采用相同的车车辆荷载标准准值。车辆荷载的主主要技术指标标15×2.5m车辆外形尺寸（长×宽）0.6×0.2m中、后轮着地宽度及长度0.3×0.2m前轮着地宽度及长度1.8m轮距3+1.4+7+1.4m轴距2×140后轴重力标准值2×120中轴重力标准值30前轴重力标准值550车辆重力标准值技术指标单位项目表2-5桥梁设计时，每一设计计车道上的车车道荷载均模模拟为一车辆辆荷载，其横横向位置如图布置置，用以计算车车道荷载的横横向分布。横向布置设计车道数及及车道折减1）桥涵设计计车道数应符符合表2-6的规定。多车车道桥梁上的的汽车荷载应应考虑多车道道折减。当桥桥涵设计车道道数大于2时时，由汽车荷荷载产生的效效应应按表2-7规定的多车道道折减系数进进行折减，但但折减后的效效应不得小于于两设计车道道的荷载效应应。行车道宽度W（m）桥涵设计车道数车辆单向行驶时车辆双向行驶时W＜7.07.0≤W＜10.510.5≤W＜14.014.0≤W＜17.517.5≤W＜21.021.0≤W＜24.524.5≤W＜28.028.0≤W＜31.57.0≤W＜14.014.0≤W＜21.021.0≤W＜28.028.0≤W＜35.012345678桥涵设计车道道数表2-6横向布置设计车道数345678横向折减系数0.780.670.600.550.520.50横向折减系数数表2-72）施加于长长跨桥梁上的的车道荷载，，其计算效应应考虑纵向折折减。当桥梁梁计算跨径L≥150m时应按表2-8规定的纵向折折减系数进行行折减。当为为多跨连续结结构时，整个个结构均应按按最大的计算算跨径考虑汽汽车荷载效应应的纵向折减减。计算跨径L（m）纵向折减系数计算跨径L（m）纵向折减系数150≤L＜400400≤L＜600600≤L＜8000.970.960.95800≤L＜1000L≥10000.940.93表2-8纵向折减系数人群荷载标准值按下列列规定采用：：1）当桥梁计算算跨径L≤50m时，人群荷载载标准值为3.0；当桥梁计算算跨径L≥150m时，人群荷载载标准值为2.5；当桥梁计算跨跨径在50m和150m之间时，由线性内插得到到人群荷载标标准值。对跨跨径不等连续结构，以最大大计算跨径为为准。城市郊区行人密密集地区的的公路桥梁梁，人群荷荷载标准值值取上述规规定值的1.15倍。专用人行桥梁，，人群荷载载标准值为为3.5。2.人群荷载2）人群荷载载在横向应应布置在人人行道的净净宽度内，，在纵向施施加于使主主梁产生最最不利荷载载效应的区区段内。3）人行道板板（局部构构件）可以以一块板为为单元，按按标准值为为4.0的均布荷载载。4）计算人行行道栏杆时时，作用在在栏杆立柱柱顶上的水水平推力标标准值取0.75；作用在栏栏杆扶手上上的竖向力力标准值取取1.0。二、城市桥桥梁可变作作用1.车辆荷载汽车荷载等等级分为两两个等级，，即城-A级汽车荷载载和城-B级汽车荷载载。城市桥梁汽汽车荷载可可分为车辆辆荷载和车车道荷载。。桥梁的横横隔梁、行行车道板、、桥台或挡挡土墙后土土压力的计计算应采用用车辆荷载载。桥梁的的主梁、主主拱和主桁桁架等的计计算应采用用车道荷载载。当桥面面车行道内内有轻轨车车辆混合运运行时，尚尚应按有关关轻轨荷载载规定进行行验算，并并取其最不不利者进行行设计。城-A级标准载重重汽车应采采用五轴式式货车加载载，总重700KN前后轴距为为18.0m，行车限界界横向宽度度为3.0m。城-B级标准载重重汽车应采采用三轴式式货车加载载，总重300KN，前后轴距距为4.8m，行车限界界横向宽度度为3.0m。城—A级车道荷载载和城—B级车道荷载载应按均布布荷载加一一个集中荷荷载计算。。均布荷载载和集中荷荷载的标准准值应按桥桥梁的跨径径确定，并并应符合下下列规定：：跨径为2～20m时跨径大于20m且小于等于于150m时车道荷载横横向布置当设计车道道数目大于于2时，应计入入车道的横横向折减系系数，车道道横向折减减系数可按按表4.1.6采用。加载载车道位置置应选在结结构能产生生最不利的的荷载效应应之处。车车道的纵向向折减不予予考虑。2.人群荷载城市桥梁的的人群荷载载：专用人行桥桥的人群荷荷载计算桥上人人行道栏杆杆时，作用用在栏杆扶扶手上的活活载：竖向荷载采采用1.2kN/m；水平向外外荷载采用用1.0kN/m。两者应分分别考虑，，不得同时时作用。作用在栏杆杆立柱柱顶顶的水平推推力应为1.0kN/m。防撞栏杆杆应采用80kN横向集中力力进行验算算。作用点点应在防撞撞栏杆板的的中心。1、地震作用用定义：指地地震时强烈烈的地面运运动引起的的结构惯性性力，它是是随机变化化的动力荷荷载，其值值的大小决决定于地震震强烈程度度和结构的的动力特性性（频率与与阻尼等））以及结构构或杆件的的质量。三偶然作作用地震基本烈烈度与地震震动峰值加加速度系数数的对应关关系地震动峰值加速度系数＜0.05g0.05g0.10g0.15g0.20g0.30g≥0.40g地震基本烈度＜ⅥⅥⅦⅦⅧⅧ≥Ⅸ设计要求简易设防抗震设计专门的抗震研究和设计抗震设防要要求以地震震时地面最最大水平加加速度的统统计值——即地震动峰峰值加速度度确定。2、船只或漂漂流物撞击击力船只或漂流流物撞击力力在有可