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1、2023/7/19,桥梁工程 第二章,1,第二章：桥梁工程的总体规划设计,2.1 桥梁设计基本原则,2.2 桥梁设计内容,2.3 桥梁设计与建设程序,2.4 桥梁设计方案的比选,2023/7/19,桥梁工程 第二章,2,2.1 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),2023/7/19,桥梁工
2、程 第二章,3,1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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,4,工程实
3、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
4、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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,5,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,2023/7/19,桥梁工程 第二章,6,新Tacoma桥,2023/7/19,桥梁工程 第二章,7,2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
5、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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,8,3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
6、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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,9,4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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,10,5美观 一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何
7、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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,11,2023/7/19,桥梁工程 第二章,12,2023/7/19,桥梁工程 第二章,13,6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。,2023/7/1
8、9,桥梁工程 第二章,14,2023/7/19,桥梁工程 第二章,15,2.2 桥梁设计内容,2023/7/19,桥梁工程 第二章,16,2023/7/19,桥梁工程 第二章,17,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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,18,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
9、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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,19,（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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,20,（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
10、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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,21,桥梁的分孔,2023/7/19,桥梁工程 第二章,22,（三）桥道标高的确定,2023/7/19,桥梁工程 第二章,23,（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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,24,1、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。,
11、2023/7/19,桥梁工程 第二章,25,2023/7/19,桥梁工程 第二章,26,2 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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,27,2023/7/19,桥梁工程 第二章,28,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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,29,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75
12、cm；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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,30,（五）桥梁纵坡布置纵断面线形,返回,2023/7/19,桥梁工程 第二章,31,二、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
13、条自行车道的宽度。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,32,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 1/20,2023/7/19,桥梁工程 第二章,33,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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,34,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,2023/7/19,桥梁工程 第二章,35,三、平面布置 对大桥、特大桥的
14、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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,36,2.3 桥梁设计与建设程序,2023/7/19,桥梁工程 第二章,37,2023/7/19,桥梁工程 第二章,38,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。,2023/7/19,桥梁工程 第二章,39,2023/7/19,桥梁工程 第二章,40,2023/7/19,桥梁工程 第二章,41,2.4 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：,
