大跨度桥梁基本概念及设计流程

大跨度桥梁基本概念及设计流程主讲：卢志芳博士/副教授道路桥梁结构中心武汉理工大学

第1章

绪论大跨度桥梁设计本章的主要内容1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥梁工程1.3大跨度桥梁设计流程§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系桥梁的基本概念

桥梁：在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为跨越各种障碍（如江河、沟谷或其他路线等），而修建的建筑结构，我们称为桥梁。桥梁的基本组成1.桥跨结构2.支座系统3.桥墩4.桥台5.墩台基础下部结构上部结构§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系附属结构1.桥面铺装（行车道铺装）4.排水防水系统2.栏杆5.伸缩缝3.灯光照明§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系常用名词1.跨度2.计算跨径3.净跨径4.总跨径5.桥长6.桥下净空7.桥梁建筑高度§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系1、跨度

也称跨径，常指计算跨径，用l表示，是指桥梁两相邻墩支座中心间的距离。表示桥梁的跨越能力，对多跨桥，最大跨度称为主跨，是表征桥梁技术水平的重要指标。2、计算跨径§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系3、净跨径

对于梁式桥，净跨径是指设计洪水位线上相邻两个桥墩(或桥台)之间的水平净距,

l0

；拱式桥是指每孔拱跨拱脚截面内边缘之间的距离。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系4、总跨径

各孔净跨径之和称为总跨径。

桥梁的净跨径l0

和总跨径是反映桥梁宣泄洪水的能力和通航标准的指标。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系5、桥长桥长是衡量桥梁梁大小的最简单单的技术指标：：一般把桥梁两两端桥台的侧墙墙或八字墙后端端点之间的距离离称为桥梁全长长，简称桥长，，L。无桥台时，桥梁梁全长为桥跨结结构的行车道板板全长距离。§1.1大跨度桥梁的基基本概念与结构构体系6、桥下净空桥下净空高度是是指设计洪水位位或设计通航水水位至桥跨结构构下边缘之间的的距离，H。该距离应满足足安全排洪及通通航的要求。§1.1大跨度桥梁的基基本概念与结构构体系7、桥梁建建筑高度度桥梁建筑筑高度是是指桥上上行车路路面(或轨顶)与桥跨结结构下边边缘之间间的高差差，h、h’。通常桥梁梁建筑高高度应小小于其容容许建筑筑高度。。§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系什么是大大跨度桥桥梁？§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系一、什么么是大跨跨度桥梁梁？注：单孔孔跨径Lｋ是指标准准跨径按跨径大大小分类类：分为特大桥、、大桥、中桥、、小桥。。我国《公路桥涵涵设计通通用规范范》(JTGD60——2004)规定特大、大大、中、小小桥的跨跨径划分分为：§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系顾名思义义，跨度度较大的的桥梁即即为大跨跨度桥梁梁；单跨跨径径大于40m、多孔跨跨径大于于100m的桥梁即即为大跨跨度桥梁梁；大跨度桥桥梁包括括规模大大（长桥桥）、跨跨度大两两种情况况。大跨度桥桥梁§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系什么是特特大跨度度桥梁？？§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系大跨度桥桥梁与中中小跨度度桥梁有有何不同同？结构体系系不同；；设计流程程不同；；施工方法法不同；；景观要求求高，单单位桥面面造价高高……§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系二、大跨跨径桥梁梁按结构构体系分分类大跨径桥桥梁按结结构体系系分类：：梁桥、拱拱桥、斜拉桥、、悬索桥桥、组合合体系桥桥。中小跨度度多§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系梁桥简支梁桥桥连续梁桥桥受力特点点：☆梁桥承重重构件是是梁与墩墩台，梁梁主要受受弯，墩墩台主要要受压。。应用情况况：量大面广广，施工工简便、、造价较较低，从从5m至300m均适用，，占桥梁梁总数的的60%以上。大大跨径混混凝土梁梁桥主要要采用预预应力混混凝土连连续刚构构桥和连连续梁桥桥，连续刚构构桥跨径径一般大大于连续续梁桥。连续刚构构桥§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系拱桥受力特点点：☆竖向荷载载下有水水平反力力，对地地基基础础要求高高；☆主要承重重构件为为拱肋和和系杆，拱肋受受压为主主，系杆杆受拉。。可采用用砖、石石、钢筋筋混凝土土等材料料。应用情况况：造型美观观、花样样繁多，，应用较较为广泛泛。主拱拱肋可采采用圬工工、钢-混凝土结结构及钢钢结构。。大跨度度拱桥施施工难度度较大。。中承式拱拱桥§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系斜拉桥受力特点点：☆主要承重重构件是是斜拉索索、主梁梁和主塔塔。拉索索受拉，，梁是压压弯构件件，塔主主要受压压。☆拉索相当当于加劲劲梁的弹弹性支承承，梁弯弯矩大小小及分布布取决于于拉索间间距；拉拉索水平平分力使使梁承受受较大的的轴力。。应用情况况：在400~1500m跨径内具具有较强强的竞争争力，是是大跨度度桥梁的的主要结结构型型式之一一。§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系悬索桥受力特点点：☆主要承重重结构为为主缆、、锚碇、、塔柱及及吊索、、加劲梁梁。主缆缆受拉，，锚碇承承受主缆缆传来的的巨大拉拉力，塔塔柱受压压为主。。☆跨越能力力最大，，曾经是是跨度大大于600m桥梁的唯唯一桥型型。应用情况况：经典传统统桥型，，全世界界大约建建成了200座。§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系其他组合合桥梁§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系大跨径桥桥梁设计计计算静力计算算动力计算算整体分析析：以全桥为为对象，，计算施施工和使使用过程程中结构构的最大大变形与与最不利利内力，，验算结结构的强强度、刚刚度和稳稳定性。。局部分析析：以局部为为对象，，应用相相对较精精细的模模型分析析构件的的局部受受力，为为优化局局部构造造设计提提供依据据。包括地震震、风等等动力荷荷载作用用下的结结构响应应与安全全分析计算软件件：桥梁梁博士、、Midas、ANSYS等§1.1大跨度桥桥梁的基基本概念念与结构构体系§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程改革开放放30余年来，，我国的的桥梁建建设取得得了举世世瞩目的的成就。。从改革革开放之之初大跨跨径桥梁梁几乎是是空白，，到目前前我国保保持三大大类型桥桥梁跨径径的世界界纪录。。目前，桥桥梁建设设工地遍遍布祖国国大江南南北，江江河湖海海，桥梁梁结构形形式也百百花齐放放，不少少桥梁建建筑都成成为城市市交通地地标性建建筑物。。1.2.1梁桥——古代梁桥桥梁桥是我我国古代代最普遍遍、最早早出现的的桥梁，，古时称称作平桥桥。其结结构简单单，外形形平直，，比较容容易建造造。把木木头或石石梁架设设在沟谷谷河流的的两岸，，就成了了梁桥。。泉州安平平桥,共362孔，桥长长5里（2223m），故又又名五里里桥，保保持了700余年的桥桥长记录录。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.1梁桥——古代梁桥桥木梁桥上一般建建有桥屋屋或桥廊廊，侗族族风雨桥桥就是一一种桥屋屋。广西的程阳永济济桥为木伸臂臂桥屋，，全长644m，建于1916年，5座墩台上上均有桥桥亭，用用桥廊把把桥亭相相互贯通通。桥亭亭起着重重力平衡衡作用，，把装饰饰与功能能有机结结合在一一起。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.1梁桥——现代梁桥桥（混凝凝土梁桥桥）1997年建成的的广东虎虎门辅航航道桥，，连续刚刚构桥跨跨径为150+270+150m，是我国国已建成成的最大大跨径混混凝土梁梁桥。1998年挪威建建成的Stolma桥，连续续刚构桥桥跨径为为94+301+72m，是世界界上已建建成的最最大跨径径混凝土土梁桥。。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.1梁桥——现代梁桥桥（钢桁桁梁桥））1957年建成的的武汉长长江大桥桥，为双双层钢桁桁梁桥，，上层为为双向四四车道的的公路桥桥，下层层为京广广铁路复复线，跨跨径为9*128m，是万里里长江第第一桥。。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.2拱桥——古代桥中国现存存最早，，并且保保存良好好的是隋隋代赵州州安济桥桥，又称称赵州桥桥，净跨跨37.02m，距今已已有1300多年。1991年列为世世界文化化遗产。。北京卢沟沟桥(元朝，1192年)，石拱桥桥，桥长长268m，跨越永永定河，，桥宽9.4m，11跨，跨度度11.6m~14.6m不等，桥桥面上共共有装饰饰石狮狮498只。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.2拱桥——现代桥2003年建成的的上海卢浦浦大桥，是世界界上跨径径最大的的钢箱拱拱桥，为为中承式式系杆拱拱桥，主主跨跨径径550m。2009年建成的的湖北支井井河大桥桥，为主跨跨430m的上承式式钢管混混凝土拱拱桥。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.2拱桥——现代桥33中国工程程院院士士范立础础教授说说：南宁宁大桥是是世界上上独一无无二的非非对称性性肋拱桥桥，它的的建成改改写了拱拱桥建造造技术的的新纪录录展翅欲飞的彩蝶飞架邕江的“竖琴”§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.3斜拉桥苏通大桥桥跨江大桥桥工程：：总长8206米，主桥采用用100+100+300+1088+300+100+100=2088米的双塔塔双索面面钢箱梁梁斜拉桥桥。斜拉桥主主孔跨度度1088米，列世世界第一一；主塔高度度306米,列世界第第一；斜拉索的的长度580米,列世界第第一；群桩基础础平面尺尺寸113.75米×48.1米，列世世界第一一。位于江苏苏省东南南部长江江口南通通河段，，连接苏苏州、南南通两市市;2003年6月，2008年建成通通车§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.3斜拉桥上海长江江大桥世界上最大的公轨合建斜拉桥万里长江第一门户桥大桥全长16.5km，包括约10km的跨江桥梁和6.5km的接线道路。横跨长兴兴岛和崇崇明岛主桥为双塔双索面分离钢箱梁斜拉桥，主塔采用形如“人”字的无横梁弧形塔柱结构，主通航孔跨径达730m。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.3斜拉桥——武汉在长长江上的的斜拉桥桥（5座）武汉二七七长江大大桥距上游的的长江二二桥3.2km，距下游游的天兴兴洲大桥桥6.7km，北岸连连接汉口口中心区区和后湖湖组团，，南岸连连接武昌昌中心区区和青山山组团，，是二环环线的重重要组成成部分616m两连跨的的三塔双索面结结合梁斜拉桥，不影响响航道，，而且造造价相对对经济世界上最大跨度的三塔斜拉桥和世界上最大跨度的结合梁斜拉桥三塔寓意美丽的武汉三镇，主塔像个大花瓶§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.4悬索桥——古代桥四川泸定定铁索桥桥，跨越越大渡河河，是铁铁索桥中中现存制制作最精精良的一一座。桥桥建于清清朝（公公元1705年）。桥桥宽2.8m，上铺木木板。底底索9根，每根根索长约约128m，两侧各各有两根根栏杆索索，由四四川善于于制作铁铁索桥的的天全州州修建。。两岸石石砌桥台台，用台台身自重重来平衡衡铁索的的拉力。。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.4悬索桥——现代桥2005年建成的的润扬长江江公路大大桥南汊悬索索桥主跨跨1490米，是目目前中国国第2、世界第第4的特大跨跨径悬索索桥。2009年建成的的浙江西堠堠门大桥桥主跨1650米，是目目前中国国第1、世界第第2的特大跨跨径悬索索桥。§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程阳逻长江江大桥是武汉市市的第一一座悬索索桥，大大桥采用用一跨过过江悬索索桥型，，主跨1280米，居世世界第八八，国内内第四。。1.2.4悬索桥——武汉长江江上的悬悬索桥（（2座）§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程1.2.4悬索桥——武汉长江江上的悬悬索桥（（2座）武汉鹦鹉鹉洲长江江大桥该桥主桥长2.1公里，主跨跨径为2×850米的三塔四跨悬索桥。2014年，该桥的建成，把长江大桥从重负中解救出来施工中的的鹦鹉洲洲长江大大桥是武武汉市第第八座长长江大桥桥，位于长江江大桥上上游2公里处，，是规划划的新内内环线的的重要组组成部分分§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程20141995195738年19年10月15日长江大大桥通车车6月18日长江二二桥的建建成白沙洲大大桥军山大桥桥阳逻大桥桥天兴洲大大桥二七大桥桥鹦鹉洲大大桥相继建成成§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程421、沌口长长江大桥桥是武汉市市四环线线跨越长长江的节节点工程程，位于于白沙洲洲长江大大桥和军军山长江江大桥之之间，是是武汉市市长江上上的第九座大大桥主跨760m；主桥宽46m，是长江上最宽的桥武汉市待待建成的的几座长长江大桥桥§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程武汉市待待建成的的几座长长江大桥桥43432、杨泗港港长江大大桥大桥采用用主跨1700m大跨度钢桁梁悬悬索桥方案。大大桥主缆缆的跨度度布置为为：465+1700+465m，主跨矢矢跨比为为1/9。江中主桥跨度度为1700m第十座长长江大桥桥，位于武武汉长江江大桥上上游约6公里处，，跨线全全长约5.8公里；采采用双层层12车道桥面面布置方方案§1.2大跨度桥桥梁建设设现状与与未来特特大桥规规工程武汉市待待建成的的几座长长江大桥桥443、青山长江江大桥是武汉市市长江上上的第十十一座长长江大桥桥，位于于天兴洲洲下游游，桥桥梁全长长7494米，南汊汊主河道道主跨为为938米混合梁梁斜拉桥桥，双塔三三索面半半漂浮体体系，倒倒“丫””型索塔塔，桥面面以上塔塔高220.61m，空间三三索面扇扇形斜拉拉索§1.2大跨度桥梁建建设现状与未未来特大桥规规工程海上桥梁工程程1、东海大桥该桥全长32.5km，其中陆上段段约3.7km，芦潮港新大大堤至大乌龟龟岛之间的海海上段约25.3km，大乌龟岛至至小洋山岛之之间的港桥连连接段约3.5公里；东海大大桥2002年6月26日开工建设，，于2005年12月建成通车东海大桥主通通航孔为双塔塔单索面叠合合梁斜拉桥，，主跨420m。主塔为倒Y型钢筋混凝土土结构，塔高高150m§1.2大跨度桥梁建建设现状与未未来特大桥规规工程海上桥梁工程程2、杭州湾跨海海大桥杭州湾跨海大大桥是一座横横跨杭州湾海海域的跨海大大桥，它北起起浙江嘉兴海海盐，南至宁宁波慈溪，全全长36km，是目前世界上上已建成的最最长的跨海大大桥。开工时间：：2003年11月14日；贯通时间间：2007年6月26日；通车时间间：2008年5月1日北航道桥为主主跨448m的钻石型双塔塔双索面钢箱箱梁斜拉桥南航道桥为主主跨318m的A型单塔双索面面钢箱梁斜拉拉桥§1.2大跨度桥梁建建设现状与未未来特大桥规规工程海上桥梁工程程3、青岛海湾大大桥该工程由沧口、红岛和大沽河航道桥桥以及海上非通通航孔桥和路路上引桥等组组成，全长约约28km，其中跨海大大桥全长25km主跨260m稀索钢斜拉桥桥，塔、梁、、索均为直线线条，以简洁洁轻盈的造型型为原则。斜拉索采用稀稀索体系，呈呈竖琴形布置置§1.2大跨度桥梁建建设现状与未未来特大桥规规工程海上桥梁工程程4、港珠澳大桥桥该桥是一座连连接香港、珠海和和澳门的巨大桥梁，，全长49.968km，主体工程采采用桥隧组合方案案，大桥主体工工程全长约29.6km，海底隧道长长约6km，海中桥隧长长35.6km，成为世界上最长的的跨海大桥。大桥主体建造造工程于2009年12月15日开工建设，，计划2016年建成。建成成通车后，开开车从香港到到珠海的时间间将由目前的的3个多小时缩减减为半个多小小时。§1.2大跨度桥梁建建设现状与未未来特大桥规规工程我国桥梁建设设无论是在各各种桥型的跨跨径、规模上上，还是建桥桥技术等方面面均已处于世世界先进水平平。拱桥与斜拉桥桥这两种桥型型上，我国所所建的桥梁最最大跨径已居居世界第一，，悬索桥最大跨跨径已居世界界第二。世界桥梁的发发展趋势是朝朝着大跨径、、新材料、新新工艺、新技技术方向发展展。高强度、高弹弹性模量、轻轻质材料的出出现时材料的的发展方向。。§1.2大跨度桥梁建建设现状与未未来特大桥规规工程§1.3大跨度桥梁设设计流程中小跨度：桥从属于道路路，两阶段设设计法（初步步设计、施施工图设计））或一阶段设设计法（施工工图设计）；；大跨度：路从属于桥，，可行性研究究（预可、工工可）、三三阶段设计（（初步设计、、技术设计、、施工图设计计）.大桥设计一般般程序（1）各国不同，与与其投资、建建设与管理体体制相适应。。我国对于大型型桥梁而言，，设计程序主要要分为前期工工作和设计阶阶段。前期工作☆预可行性研究究报告：研究究建设必要性性、经济社会会价值；☆可行性研究报报告：研究工工程上和投资资上可行