桥梁工程的规划与设计.ppt

第二章 桥梁工程的规划与设计,本章内容,第一节 桥梁设计原则和科学依据第二节 桥梁立面、断面和平面布置第三节 桥梁设计与建设程序第四节 桥梁建筑美学的基本观点,第一节 桥梁设计原则和科学依据,一、桥梁设计的基本原则 1、土木工程结构的基本属性：1）满足使用功能：使用要求、承受荷载 2）安全、经济 3）单件性：规划、设计、施工需因时因地而异 4）美观,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第一节 桥梁设计原则和科学依据,一、桥梁设计的基本原则 2、桥梁设计的基本原则 1）安全（Safety）结构在使用年限内，在各种荷载作用下，应具有足够的承载能力，以保证桥梁车辆、行人，以及桥梁本身的安全 2)适用（Serviceability）保证行车的通畅和舒适；通行能力既能满足当前需要，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，还应当综合考虑桥头和引桥区域的环境和发展；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,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第一节 桥梁设计原则和科学依据,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第一节 桥梁设计原则和科学依据,一、桥梁设计的基本原则 2、桥梁设计的基本原则 3）经济（Economic）在安全、适用的前提下，经济是衡量技术水平和做出方案选择的主要因素。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。4)美观（Aesthetics）在安全、适用和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的造型，并与周围的环境相协调。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第一节 桥梁设计原则和科学依据,二、桥梁工程的科学依据1、数学：理论基础、工具2、力学：理论力学、材料力学、结构力学、结构动力学等3、计算机辅助设计技术：通过计算机辅助进行结构分析、绘图4、工程材料学：石材、木材、钢材、混凝土、复合材料、防腐材料等5、工程地质学：覆盖土层、上部岩床、地下水以及相关物理探测方法6、岩土力学：岩石、土的力学性能，承载力、变形、稳定性等7、水力学：开敞渠道内水流机理和位能动能转变关系；管道内水压力；水浮力8、水文学：桥位处建桥前后水的运动规律及对路、桥、周围环境的影响9、混凝土结构工程：包括设计、施工和科研，素砼、钢筋及预应力砼10、钢结构工程：钢构件加工、拼装、防腐及整体疲劳、稳定等问题11、基础工程：扩大基础、桩基础、沉井基础等12、铁道、公路工程：桥路连接、线形协调,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第一节 桥梁设计原则和科学依据,三、桥梁技术规范、工作细则和常用手册 桥梁技术规范（Specifications,Standard）以科学的工程知识和成熟的工程经验为基础，全面系统地汇集整理有关桥梁设计、施工、养护的技术要求，形成统一的标准规定，并以此作为桥梁各项工作必须遵循的准则，这种成册的准则条文，就称之为桥梁技术规范。工作细则（Regulation,Rule,Guide）对内容广泛或技术复杂而在规范条文中不便一一纳入的技术文件，通常采用工作细则的形式加以补充。常用手册（Manual,Handbook）为工作方便，有关部门常常汇集与桥梁设计有关的原始资料、规范规定、应用公式、参考数据等，编成手册，可以迅速查解经常遇到的技术问题，提高工作效率。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,一、桥梁立面布置,桥梁立面（elevation）包括确定桥梁总长、桥梁孔径布置、桥梁高程与桥下净空、桥上及桥头的纵坡设置等。,桥梁总长：根据水文计算确定。既要保证过水空间又要保证经济孔径布置：与经济、技术、结构体系、桥式、通航要求、地形地 质以及水文情况有关。经济跨径,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,桥面高程的确定：1）由线路纵断面确定；2）由设计洪水水位、通航净空、建筑高度确定。,坡道设置：节省路基填方，将桥梁抬高，设置坡道 公路桥：桥面纵坡4%，桥头引道纵坡5%市镇交通繁忙桥梁：均3%铁路桥：明桥面和无碴桥面一般应设平坡，跨度大于40m或 桥长大于100m，纵坡4，不设竖曲线 道碴桥面可设于坡道上，一般30,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,二、桥梁断面布置,桥梁断面布置包括桥面净空、桥面宽度、行车道宽度、机动车道布置和人行道、自行车道布置等,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应符合公路或铁路建筑限界的要求建筑限界：路面（轨面）以上的一定宽度和高度范 围内，不允许有任何设施及障碍物侵入 的规定最小净空尺寸,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,桥面宽度,-公路桥宽需要考虑行车道宽度、路缘带宽度、分隔带宽度、路肩（或紧急停车带）宽度、非机动车道宽度等。-铁路桥宽主要依据建筑限界的要求和线数决定。-弯道上的桥梁，应按线路要求加宽弯道内侧并于外侧设置超高,车道宽度,-一般与线路等级有关，根据规范确定。-公路桥行车道宽度等于车道宽度与车道数的乘积。,人行道,-高速公路桥梁不设人行道，设置检修道。-一般公路桥梁人行道宽度0.75或1.0m，大于1.0m时按0.5m级差递增-铁路桥梁明桥面设单侧或双侧带栏杆人行道；道碴桥面设双侧带栏杆人行道；市区铁路桥视具体情况设置-直线铁路桥梁线路中心至人行道栏杆内侧净距：小桥2.45m，大中桥3.0m-避车台,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第二节 桥梁立面、断面和平面布置,三、桥梁平面布置,桥梁的平面布置与线路和河道（或其他道路）两者的相交情况有关 斜交时桥梁纵轴线与河道主流流向交角一般不大于45，通航河流不宜大于5 曲线桥可由直线梁布置成折线或曲线梁构成，避免采用反向曲线；墩台布置沿曲线径向排列；曲线半径符合有关规定。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,第三节 桥梁设计与建设程序,一、基本程序,一般桥梁建设程序：审批项目建议书可行性报告并确定设计任务书工程立项设计招标施工竣工验收,大型桥梁设计工作可分为前期工作及设计两个阶段，前期工作包括编制与可行性研究报告和可行性研究报告，设计阶段按“三阶段设计”进行，即初步设计、技术设计和施工设计。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,二、可行性研究,前期工作有时也称为桥梁规划设计，包括预可行性研究和可行性研究，重点在于论证建桥的必要性和合理性，并确定建桥的地点、规模、标准、投资控制等一系列宏观和重大问题，为科学地进行项目决策提供依据，避免盲目性及其带来的不良后果。预可行性研究与可行性研究：内容一致，深度不同 预可行性研究着重于工程的必要性和经济合理性 可行性研究在预可行性研究之后，着重于工程上和投资商的必要性,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,二、可行性研究,桥梁的必要性主要论证是否需要建桥的问题，评估所建议修建的桥梁工程在国民经济和交通工程中的作用。铁路桥梁评估以规划和近、远期可能的运量为研究对象 干线公路桥梁评估以规划和交通量为研究对象 地方公路桥梁评估以交通量为研究对象 城市桥梁评估以规划和交通量为研究对象 桥梁的可行性论证包括工程可行性和经济可行性。需要对建桥进行相关的勘测和调查工作。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,二、可行性研究,工程可行性研究的主要问题：1、桥梁标准的制订 首先调查桥上可能同型的交通种类及其要求、预测交通量和今后可能发生的增长率，由此确定线路等级、需要的车道数或行车道宽度，以及非机动车道宽度等。其次要确定容许车速、桥梁纵坡和曲线半径等。此外还要确定航运标准、航运水位、通航净空、船舶吨位以及要求的航道数量及位置等。2、桥位选择 桥位选择大方向上，应服从桥梁所在线路的走向；大范围内，应服从路网规划的要求；小范围内，桥位可作适当挪动以便比较；城市桥梁应满足城市总体规划的要求。桥位选择要注意线与桥的辩证关系 重要桥梁应通过路桥综合比较后确定桥位 一般需提交2-3个桥位，以便进行多方面综合比选，选出合理桥位,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,二、可行性研究,3、桥式方案比较 目的仅在于评估各方案的技术可行性，特别是基础工程的可行性，而不是为了提出某一推荐方案。应对成熟方案进行评估以提高可信性。同等深度比较各方案技术指标，并提供工程量 以工程量中适当偏高、技术先进并且可行的方案作为一个桥位的桥式参选方案。4、调查工作 桥梁前期调查工作包括：1）地形测量：“草测”2）地质勘探：以收集资料为主，辅以适当布置钻孔进行验证，对各桥位从地质角度做出初步评价；3）水文资料：调查设计流量，历史最高、最低水位，百年一遇洪水位，常水位及流速等资料。考虑上游是否有水库或拟建水库。论证河道是否稳定以及建桥后对河段上下游的影响。4）外部条件：其他有关建桥情况，如砂石料、水、电、运输、人力等。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,三、初步设计,在桥梁可行性研究报告的基础上，经建设主管部门审查通过，确定一座桥梁工程的建设项目并编制设计任务书。建设单位可采用招标或委托设计的方式进行桥梁的初步设计。设计任务书是初步设计的依据。初步设计目的：在设计任务书的技术范围内提交一份供比选的建桥项目文件，达到：1、说明本桥梁工程的特点和要求；2、提出若干可行的比较方案；3、推荐准本采用的较好方案；4、估算实现推荐方案所需的费用、工期、技术措施等目的。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,三、初步设计,初步设计内容包括：1、设计任务的来源和要求；2、桥址处自然条件的基本资料；3、技术条件的选定；4、桥位方案的必选，上下部结构方案的研究、比较和确定；5、推荐方案及其理由；6、推荐方案的指导性施工组织，包括施工方法、进度安排、场地布置、主要机具、材料和劳动力配置等；7、工程概算。初步设计的重点在桥式方案和结构总体构思方面。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,三、初步设计,在确定桥式方案时，需对桥梁平面、立面和断面的具体布置以及它们之间的关系进行反复、交互的研究和调整。1、平面布置 试定正桥的桥轴线位置。在轴线上研究河岸及堤防情况，拟定两岸边墩（台）位置并布置其他桥墩。结合线路方向、两岸地形和立面布置，可以试选引桥轴线的走向、弯道和坡度。2、立面布置 从平面轴线布置，结合地形图、地质剖面图、水位高程、计算冲刷线和以确定的上下部结构，可以绘成沿轴线的桥梁立面图。3、断面布置 沿桥轴线各关键处，结合选定的结构类型、地形、地质横断面、水位高程和冲淤计算等，可以做出桥梁的断面布置图。当三个面的布置都能互相配合，满足技术要求时，桥式方案就能成立。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,三、初步设计,桥式布置中首先要慎重确定桥梁跨度，特别是主跨的跨度。大跨度对通航有利，且能减少基础工程量。但在桥长相同时大跨度比小跨度造价高、工期长。通航跨要与航道相适应。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,三、初步设计,在初步设计阶段还要进一步开展水文和勘测工作。通过水文工作，提供基础设计、施工所需要的水文资料等。初步设计阶段进行的勘测工作成为“初勘”。在初勘中要求建立以桥位中心线为轴线的控制三角网，提供桥址范围内1/2000地形图。勘测工作一般在桥轴线上的陆地及水上布置必要的钻孔。必要时在桥轴线的上下游也适当布置一些钻孔，以便能控制岩层构造情况及其变化。根据钻探取得的资料，确定岩性、强度及基岩风化程度，覆盖层的物理、化学指标以及地下水位情况等。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,三、初步设计,根据工程量、施工组织设计以及标准定额编列工程概算。各个桥式方案都要编列相应的概算，以便进行不同工程费用的比较。初步设计概算不宜大于前期工作已批准的“估算”的10%。对概算适当调整作为“标底”。如果主管部门对初步设计提出修改意见，则需另外编制“修改初步设计”报送上级审批。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,四、技术设计,常规桥梁一般不需要进行技术设计。对于新型、复杂、重要、大型桥梁结构，往往需要对初步设计进行细化，以便发现可能存在的问题，进一步优化设计。技术设计阶段主要内容：对选定的桥式方案中的各个结构总体的、西部的技术问题作进一步研究解决，对结构各部分设计详尽的设计图纸，包括结构断面、配筋、构造细节处理、材料清单及工程量等。技术设计阶段要进行补充勘探（简称“技勘”）。技术设计的最后工作是调整概算（修正概算）。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第三节 桥梁设计与建设程序,五、施工设计,施工设计需按照已批准的技术设计（或初步设计）进行。施工设计一般由原编制技术设计（或初步设计）的单位继续进行，也可由中标的施工单位进行。施工设计内容：结构设计计算，绘制施工详图等。施工设计阶段还需进一步根据施工需要进行补充钻探（称“施工钻探”）。根据施工设计资料，施工单位编制施工组织设计和工程概算。所有设计文件经主管部门审批后即可实施桥梁施工各项工作。桥梁建成后，通常需进行成桥荷载试验、质量检查验收及办理交接手续，由接收部门负责今后的桥梁通车运营和养护维修。,第二章 桥梁工程的规划与设计,桥梁工程,第四节 桥梁建筑美学的基本观点,第四节 桥梁建筑美学的基本观点,建筑艺术的基本原则在桥梁工程中的应用，可大致归纳为以下几个方面：（1）桥梁需与周围环境融合，成为自然整体中的一个协调部分（2）桥梁本身的造型需比例适当，匀称和谐（3）桥梁造型应注意结构简单，力线明快，线条流畅（4）桥梁建筑处理应当表现清新雅洁的风格 桥梁美学要兼顾使用和美观。,悉尼海港桥,为使青马大桥与周围的环境更加和谐,桥身部分涂上多种颜色,以达到更佳的视觉效果一般时段系列夏日系列周年纪念秋日系列节日庆祝系列,与环境协调的桥梁,与环境协调的桥梁,与环境协调的桥梁,与环境协调的桥梁,与环境协调的桥梁,桥梁对环境的破坏,桥梁对环境的破坏,桥梁对环境的破坏,