桥梁规划设计.ppt

第二章：桥梁工程的总体规划设计,2.1 桥梁设计原则,1 安全可靠(Safety and Reliability)2 适用耐久(Serviceability and Durability)3 经济性(Economy)4 先进性(Modernity)5 美观(Esthetics)6 环境保护和可持续发展(Environment Friendly and Sustainability),1安全可靠(1)所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备。(2)防撞栏杆应具有足够的高度和强度，人与车流之间应设防护栏，防止车辆撞入人行道或撞坏栏杆而落到桥下。(3)对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸。(4)对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁基础底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。(5)对修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于大跨柔性桥梁，尚应考虑风振效应。,工程实例：塔科马（Tacoma）桥风振致毁 1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年7月1日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速(19m/s)下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道，“损失：一座桥、一辆汽车、一条狗”。10年以后，才开始重新修建塔科马桥。仍采用悬索桥型式，但加劲梁改为桁架式。新桥总长较旧桥长12m，于1950年10月14日建成通车。该桥破坏时，当地Tacoma报社的编辑Leonard Costsworth恰好路过，并用摄影机记录下一段珍贵的胶片。这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。,破坏之前,扭曲运动,主跨破坏,边跨下垂,塔科马（Tacoma）桥风振致毁,新Tacoma桥,2适用耐久(1)桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量(包括行人通道)。(2)桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝。(3)桥跨结构的下方要有利于泄洪、通航(跨河桥)或车辆(立交桥)和行人的通行(早桥)。(4)桥梁的两端要便于车辆的进入和疏散，而不致产生交通堵塞现象等。(5)考虑综合利用，方便各种管线(水、电气、通信等)的搭载。,3经济合理(1)桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。(2)经济的桥型应该是造价和养护费用综合最省的桥型。设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或使中断交通的时间最短。(3)所选择的桥位应是地质、水文条件好，并使桥梁长度较短。(4)桥梁应考虑建在能缩短河道两岸运距的位置，以促进该地区的经济发展，产生最大的效益。对于过桥收费的桥梁就能吸引更多的车辆通过，达到尽快回收投资的目的。,4技术先进 在因地制宜的前提下，桥梁设计应尽可能采用成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺。在注意认真学习国内外的先进技术、充分利用最新科学技术成就的同时，努力创新，淘汰和摒弃原来落后和不合理的设计思想。只有这样才能更好地贯彻适用、经济、安全、美观的原则，提高我国的桥梁建设水平，赶上和超过世界先进水平。,5美观 一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的。结构布置必须简练，并在空间上有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和游览区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是桥梁美观的主要因素，另外，施工质量对桥梁美观也有很大影响。,6环境保护和可持续发展 桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。,2.2 桥梁设计内容,桥梁设计内容,1 选择桥位：进行多个桥位的对比分析，并结合线路走向；2 确定桥梁长度和桥面标高；3 选择桥式：进行多个桥型方案的比选；4 对桥跨、墩台、基础等进行结构设计：拟定细部尺寸，进行计算，结合施工方案，并进行各项检验。使所设计的桥梁满足强度、刚度、稳定性、耐久性等要求。,桥梁规划设计包括桥梁纵断面设计，横断面设计和平面布置。一、桥梁纵断面设计 桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥梁的标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。,（一）桥梁总跨径的确定 桥梁的总跨径一般根据水文计算确定，必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷。在安全前提下，设计者应适当缩短桥梁的总长度，以节约总投资。由此可见，桥梁的总跨径应根据具体情况经过全面分析后加以确定。,（二）桥梁的分孔 根据通航要求、地理和地质情况，水文情况以及技术经济和美观的条件加以确定。但有时各矛盾互相冲突，使其成为设计中最基本、最复杂的问题。跨径越大、孔数越少，上部结构的造价就很高，墩台的造价就减少；反之，则上部结构的造价降低，而墩台的造价将提高。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价趋于最低。,桥梁的分孔,（三）桥道标高的确定,（四）桥梁净空,桥梁净空包括桥面净空和桥下净空。桥面净空 是保证车辆、行人安全通过桥梁所需要的桥梁净空界限，在净空界限范围内不得有桥跨结构的构件或其他建筑物侵入。,1、公路：按公路桥规JTJ021-85，高速、汽车专用、一、二级公路净高为5米；三、四级公路净高为4.5米。,2 铁路：,“标准轨距铁路限界 国标GB146-59”；双线铁路线间距（线路中心间距离）4m，高速铁路5m曲线上受外轨超高等的影响桥上净空限界应加宽。,桥下净空 包括立交桥下净空和跨河桥下净空。指为通航、流冰、流木等所需的净跨和净高。,跨河桥下净空：通航、排筏、流水、漂流物等所 需的净跨和净高。(1)对于梁式桥：梁底应高出设计水位（包括壅水和浪高）50cm；高出最高流冰水位75cm；支座底面应高出设计水位25cm，高出最高流冰水位50cm。(2)对于拱式桥：从拱顶底面到设计水位应有大于100cm的净空高度。,（五）桥梁纵坡布置纵断面线形,返回,二、桥梁横断面设计 桥梁横断面的设计取决于桥上交通需求，主要内容是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面宽度决定于行车和行人的交通需要。各级公路的桥面行车道净宽标准的一般规定见公路工程技术标准第6.0.4条。桥上人行道和自行车道的设置，应根据实际需要而定。人行道的宽度0.75m或1m，一条自行车道的宽度为一米，当单独设置自行车道时，一般不应少于两条自行车道的宽度。,桥梁横断面设计公路：车道数、车道宽度、分隔设施、防撞栏杆等铁路：单线、双线、线间距；大跨桥满足横向刚度要求，B/L 1/20,横断面设计：桥梁宽度依据公路工程技术标准中规定的各级公路行车道宽度、中间带宽度、路肩宽度确定。,相同桥面净宽的上承式桥和下承式桥的横截面布置。由于结构布置上的需要，下承式桥承重结构的宽度B要比上承式桥的大，而其建筑高度h却比上承式桥的为小。,返回,三、平面布置 对大桥、特大桥的大跨度梁一般在直线上；当受地形限制布置在曲线上时，曲线的各项指标应符合设计规范的要求。从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交，但对于一般小桥，为了改善路线线型，或城市桥梁受原由街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜度通常不宜大于45度，在通航河流上则不宜大于5度。,2.3 桥梁设计与建设程序,桥梁的规划设计规划设计阶段（含预可行性研究、工程可行性研究）城市及公路桥梁根据交通流量及其增长率、所需要的车道数、车道宽、人行道等，再综合考虑社会效益、投资的经济效益等进行可行性研究。做投资估算；对干线铁路、公路而言，是线路决定桥梁，还是桥梁决定线路？一般原则：中小桥服从线路走向，可修弯、坡、斜桥；而大桥和特大桥，先选桥位，跨河桥与河流正交，线路服从桥梁。初步设计做工程概算；施工图设计做工程预算。,2.4 桥梁设计方案的比选,1、明确各种高程的要求2、桥梁分孔3、初拟桥型方案草图4、方案初筛5、详细绘制桥型方案6、编制估算或概算7、方案选定和文件汇总,方案比选的步骤：,