竞赛培训之大跨桥梁结构选型思路解说

大跨度桥梁结构选型思路解说结构设计大赛竞赛培训之04：长江大学结构设计竞赛培训课件（黄文雄）关键词：知识培训抛砖引玉拨云见日1现在是1页\一共有46页\编辑于星期四讲座内容桥梁结构设计原则的回顾1桥梁设计构思上的一些原则2桥梁构思实现上的控制环节32现在是2页\一共有46页\编辑于星期四讲座目的目的抛砖引玉拨云见日备战大赛形成专业思维素养围绕“桥梁”结构知识，从概念设计角度上对

设计构思方面的原则和方法进行轮廓性介绍。

TOC3现在是3页\一共有46页\编辑于星期四1.桥梁结构设计原则的回顾桥梁是供汽车、火车、行人、特殊构筑物等跨越障碍（河流、山谷或其它线路）的建筑工程物。跨越4现在是4页\一共有46页\编辑于星期四1.桥梁定义和设计原则的回顾1.2桥梁设计的基本原则安全适用经济美观有利环保5现在是5页\一共有46页\编辑于星期四1.桥梁定义和设计原则的回顾桥上车辆、行人及施工机具的安全，也包括桥梁本身的安全。结构在使用年限内，在各种自然情况和荷载作用下，具有足够的承载能力和足够的安全度，是对每一座桥梁的基本要求。安全要求核心要求结构安全交通安全人员安全结构安全体系安全（整体）构件安全（局部）构造安全（细节）6现在是6页\一共有46页\编辑于星期四1.桥梁定义和设计原则的回顾能保证行车的通畅、舒适和安全；桥梁运量既能满足当前需要，也可适当照顾今后发展；对跨越线路或河流的桥梁，要求不妨碍桥下交通或通航；靠近城市、村镇等的桥梁，还当综合考虑桥头和引桥地区的环境和发展；在使用年限内，桥梁一般只需常规养护维修就可保证日常使用。适用要求桥梁适用性运营荷载的需求结构的适用性主要由其功能所决定大赛中的体现移动加载的体现7现在是7页\一共有46页\编辑于星期四1.桥梁定义和设计原则的回顾在安全、适用的前提下，经济是衡量技术水平和作出方案选择的主要因素。桥梁设计应体现出经济特性。对于重大的桥梁工程，必须进行多方案的比较，详细研究技术上的可行性和先进性以及经济上的合理性。这样，才能对桥梁的建造消耗、施工、技术发展和今后使用等因素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。经济要求大赛中的体现参赛模型结构质量最小化桥梁经济性需按结构全寿命周期考虑8现在是8页\一共有46页\编辑于星期四1.桥梁定义和设计原则的回顾

在安全、适用和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调，这就是对桥梁美观的基本要求。合理的轮廓造型和布局、正确的表现力传递、以及结构风格和色彩与周围环境的和谐一致，是体现美观的主要因素。在城市和游览地区，可适当考虑桥梁建筑的艺术处理，但不应当追求浮华和繁琐的细部装饰。美观要求大赛中的体现体现受力特点的体系造型TOC9现在是9页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.1桥梁设计上的总体把握层次和环节对桥梁工程的总体把握和认识安全适用经济美观砼组合其他木钢材料拱组合索梁体系10现在是10页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.2桥梁设计构思上的实用原则桥梁设计构思需要在对结构整体行为认识深化下总结提炼出一些指导实际工作的思维方法。草木皆兵以柔克刚欲擒故纵取长补短移花接木TOC11现在是11页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.3“草木皆兵”原则结构设计中实现“物尽其用”。拱组合索梁体系结构级构件级构造级体系分类A.组成结构的构件充分发挥作用B.构件的断面组成能充分发挥强度性能结构层次12现在是12页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.3“草木皆兵”原则梁与桁13现在是13页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.3“草木皆兵”原则桁的更多应用14现在是14页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.3“草木皆兵”原则拱与梁拱桥梁桥VS拱桥与梁桥的截面应力分布对比15现在是15页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.3“草木皆兵”原则超强的索单根（镀锌）高强钢“丝”多根钢丝平行成“股”多股钢束夹紧成“缆”悬索桥的传力途径大缆的断面形成TOC216现在是16页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.4“以柔克刚”原则“柔性”的桥梁斜拉桥传力分析示意对比悬索桥传力分析示意结构设计中采用柔性的结构、构件、构造来实现其特定的功能预期。17现在是17页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.4“以柔克刚”原则“柔性”的构件连续刚构桥中需要采取减小墩柱“抗推刚度”的措施，以释放收缩、降温等因素对结构的不利影响。18现在是18页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.4“以柔克刚”原则“柔性”的（隔振）措施希腊里翁--安蒂雷翁大桥主梁为钢和混凝土面板的叠合图梁，主梁在纵向和横向都有位移阻尼系统。在90m直径的圆形扩大基础下，有更大范围的钢管桩群来加固地基，两者之间为砾石垫层，在有地震或位移时可以产生滑动和缓冲，起了隔震的作用。如果主塔基础不滑动，那么桥上就会作用很大的地震力，使结构难以抵抗，而现在的处理方法，能消解巨大的地震力，而且也不会发生成为问题的塑性变形。TOC219现在是19页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.5“欲擒故纵”原则——反向措施“预应力”的应用预应力作用对截面产生了两个效果：A.Ny作用下截面受压B.My=Ny*ey作用下截面受弯结构设计中采用预先施加的“反向措施”来提高结构的承载能力。20现在是20页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则按抵消弯矩为目标，按弯矩图形态布置预应力钢筋形态。荷载产生的弯矩预应力产生的弯矩预应力产生的轴力荷载产生的应力预应力产生的应力叠加应力截面均匀受压的目标从等效荷载的角度，预应力产生的效果弯全抵消荷载弯矩，截面只受到轴力作用。因此，预应力布置形状可参考弯矩图的形态。21现在是21页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.5“欲擒故纵”原则斜拉桥中“体系预应力”的应用跨越能力大建筑高度小以弯为主的压弯构件恒载内力可调整主梁在斜拉索支承下，就象多跨弹性支承连续梁那样工作，使“局部跨度”显著减小，让“整体跨度”能显著提高，主梁高度“相对”降低。主梁把斜拉索索力的水平分力作为轴力传递，形成自锚体系结构。借助斜拉索的预拉力，可以对主梁的内力进行调整。TOC222现在是22页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.6“取长补短”原则结合梁的使用结构设计中合理搭配构件或材料组合，以使得不同构件或材料发挥其优势特点。混凝土梁钢梁如果二者无连接，受荷弯曲时各自变形，结合面存在相对滑移。二者通过剪力键连接，受荷弯曲时协调变形，结合面仅存在微小相对滑移。剪力键通过承担水平剪力来抵抗相对滑移，使得钢、混凝土协同受力，截面整体抗弯刚度大大提高。结合梁工作原理示意性图解23现在是23页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则混凝土钢结合梁养护容易养护困难造价高抗拉强度低抗压强度高造价低拉压强度高压板易失稳混凝土翼缘板24现在是24页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.6“取长补短”原则混合梁的使用自重小混合梁钢梁混凝土梁轻柔贵刚重贱强度低强度高强弱造价低造价高刚度大自重大刚度小Why?在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁，这种布置方式称为混合式主梁布置，简称“混合梁”。25现在是25页\一共有46页\编辑于星期四钢梁砼梁混凝土梁诺曼底桥，钢梁伸入主跨116米。多多罗桥，边跨末端设置混凝土梁。砼梁钢梁混凝土梁Where?重庆石板坡桥，主跨330m26现在是26页\一共有46页\编辑于星期四结合面混凝土梁钢梁PC梁过渡段钢加劲段PC梁标准段钢梁标准段钢混结合段钢混结合段立面过渡示意How?TOC227现在是27页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.7“移花接木”原则结构设计中使用不同的受力体系相搭配，形成纷繁变化的组合受力体系。拱－梁（刚构）组合体系桥梁柔性系杆刚性拱

刚性系杆柔性拱

刚性系杆刚性拱

28现在是28页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.7“移花接木”原则连续－刚构体系桥梁连续梁桥连续刚构桥VS对长大桥梁，连续刚构体系往往是刚构主体与连续梁的组合。连续－刚构体系桥29现在是29页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.7“移花接木”原则斜拉－悬索体系桥梁土耳其伊兹米特海湾（IzmitBay）大桥[设计方案]30现在是30页\一共有46页\编辑于星期四直布罗陀海峡大桥（Gibraltarbridge）

[设计方案]斜拉－悬索体系桥梁，主跨约5000m（方案构思）。林同炎设计。31现在是31页\一共有46页\编辑于星期四跨越墨西拿海峡（TheMessinaStraits)桥梁史上跨时代的桥梁现在是32页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.7“移花接木”原则斜拉－刚构组合体系桥梁33现在是33页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.7“移花接木”原则拱－斜拉组合体系桥梁马来西亚的SeriSaujana斜拉拱桥组合体系斜拉拱桥，主跨300m34现在是34页\一共有46页\编辑于星期四2.桥梁设计构思上的一些原则2.7“移花接木”原则其它建筑结构的组合？TOCTOC2膜结构35现在是35页\一共有46页\编辑于星期四3.桥梁构思实现上的控制环节结构体系确定材料体系确定设计及优化细节工艺方案结构级构件级构造级定型及定性定量定制3.1桥梁结构的设计流程36现在是36页\一共有46页\编辑于星期四3.桥梁构思实现上的控制环节3.2PC简支梁桥设计的关键环节混凝土简支梁的设计关键：混凝土简支梁的设计关键是截面的拟定、（预应力）钢筋面积和位置设计。二者又是相互关联的。截面尺寸设计拟定预应力设计/钢筋设计力钢筋面积力钢筋布置受力计算是纽带参照经验数据参照已有图纸估算布置设计37现在是37页\一共有46页\编辑于星期四3.桥梁构思实现上的控制环节3.3PC连续梁桥设计的关键环节PC连续梁桥设计计算基本流程38现在是38页\一共有46页\编辑于星期四3.桥梁构思实现上的控制环节3.4拱桥设计的关键环节混凝土拱桥的设计流程示意39现在是39页\一共有46页\编辑于星期四3.桥梁构思实现上的控制环节3.5悬索桥设计的关键环节主跨跨度Lc垂度f边跨跨度Ls边跨跨度Ls‘塔高H主跨Lc边跨Ls边中跨比垂跨比垂度塔高高跨比宽跨比梁高梁宽高宽比考虑水位和通航由使用要求确定40现在是40页\一共有46页\编辑于星期四3.桥梁构思实现上的控制环节3.6斜拉桥设计的关键环节斜拉桥桥型总体设计中，影响因素多，变量参数也复杂，交叉组合的方案更是千变万化。但为了抓住主要矛盾，其总体构思时，首先要