桥梁设计的基本原则.ppt

2010届 桥梁毕业设计讲座,颜 东 煌 2010年3月11日,第一部分 毕业设计(论文)开题报告,一、本课题设计（研究）的目的 二、设计（研究）现状和发展趋势 三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径 四、设计（研究）进度计划 五、参考文献,一、本课题设计（研究）的目的：,熟悉桥梁设计的整个过程,加强对规范手册的了解和应用； 掌握桥梁的基本概念，增强综合运用各种所学知识的能力； 提高桥梁结构分析能力和运用电算能力，使用商业软件或者其他计算程序； 提高利用计算机辅助设计（CAD）水平； 培养独立解决实际问题的能力； 培养严肃认真，一丝不苟的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。,二、设计（研究）现状和发展趋势 （文献综述）,（公路跨线桥，拟采用预应力混凝土连续梁桥） 1.梁桥的发展概况 2.跨线桥的发展概况,1.梁桥的发展概况,梁桥作为最简单实用的桥型，在桥梁史上出现得最早，在中国古代曾被拱桥的光环所湮没，但却是现代桥梁的始作俑者。中国的预应力混凝土简支梁桥和连续梁桥在八十年代以后得到广泛采用，成为长桥和大跨径桥梁的主要桥型。浙江省瑞安飞云江桥最大跨径62米，桥长1722米，是中国当时最大跨径的预应力混凝土简支梁公路桥。八十年代以来，预应力混凝土连续梁桥成为中国公路桥梁的重要桥型。1984年建成的湖北省沙洋汉江桥是首座跨径超过100米的连续梁桥，跨径100米以上的连续梁桥还有广东省广州大桥、江门外海桥、惠州东江桥、湖南省常德沅江桥、贵州省思南乌江桥、天津市永定新河华北桥、湖北省宜城汉江桥、宜昌乐天溪桥、江苏省南京长江第二大桥北汊桥等，其中南京长江第二大桥北汊桥的最大跨径达到165米，外海桥的连续长度达到880米。,1.梁桥的发展概况,随着交通运输业特别是高等级公路的迅速发展,对行车平顺舒适提出了更高的要求.而多伸缩缝的悬臂梁和T型刚构桥均难以满足这个要求,超静定结构连续梁桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点而得到了迅速的发展.普通钢筋混凝土连续梁桥的适用跨径在15-30米之间,当跨径进一步增大时，结构自重产生的弯矩迅速增大，混凝土开裂难以避免，于是预应力混凝土连续梁桥得到广泛的应用。 由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱形梁桥较多。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土4060号；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大一般，250m左右的连续箱梁桥比较合理，超过这一跨径，也不是太经济的。,2.跨线桥的发展概况,高速公路上跨天桥跨度不大，桥梁受力不大，其造型发挥的余地很大，应尽量采用新的设计方法与理念，并结合施工的新工艺新方法，尽量采用结构合理新颖、美观大方、体现时代气息的新型上跨大桥。箱梁桥可以是变高度，也可以是等高度。从美观上看，有较大主孔和边孔的二跨箱梁桥，用变高度箱梁是较美观的；多跨桥（三跨以上）用等高箱梁具有较好的外观效果。 高速公路因其为全封闭型，可满足车辆的高速行驶，故在为社会带来巨大效益的同时也给高速公路两侧居民的交往带来了一定的不便。为了满足高速公路两侧居民的正常生活，高速公路上跨天桥应运而生。上跨天桥能创造较舒适的行车环境，各种天桥的美观得体，桥型的差异、色彩的变换、与环境的协调搭配能消除高速行车中司乘人员的疲劳，有助于行车安全。这就是技术与艺术的统一。,2.跨线桥的发展概况,上跨天桥应因地制宜，充分与地形和自然环境相结合。上跨天桥的建筑高度选取除保证必要的桥下净空外，还需结合地形以减少桥头接线挖方或填方量，最终再谈到经济实用的目的。如果桥两端地势较低，主要采用梁式桥；略高的则主要采用中承式拱肋桥；更高的则宜采用斜腿刚构、双向坡拱等形式。在桥型的选择时，一方面从“轻型”着手，以减少圬工体积，另一方面结合当地的资源材料条件，以满足就地取材的原则。随着社会和经济的发展，生态环境越来越受到人们的关注与重视，高速公路上跨天桥将作为一种人文景观，与自然相协调将会带来“点石成金”的效果。高速公路上跨天桥常常是一种标志性建筑物，桥型本身具有的曲线美，能够与周围环境优美结合。 上跨天桥在结构合理、施工方便的前提下，尽量使桥型美观大方，桥型多样化，体现时代气息，并在主体工程验收后进行适当的美化装饰高速公路因线型较好、路面宽阔平顺，而使行车单调乏味，司乘人员易于疲劳。而司机视野内的空间感觉对行车安全、舒适起很大作用。为能创造较舒适的行车环境，除适量的绿化点缀外，各种天桥的美观得体、桥型的差异、色彩的变换，与环境的协调搭配给司乘人员以美的享受。因此，在结构合理、施工方便的前提下，应尽量使桥型美观大方，多样化，以体现时代气息，并在运营前进行美化装饰，可大大提高行车安全及舒适感以提高高速公路的社会效益。,三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（设计手段）：,1设计的主要内容 按任务书写。 2设计的重点与难点 重点： （1） 成桥状态下的结构分析； （2） 截面的钢筋配置； （3） 施工过程结构内力和位移的计算。 难点： （1） 结构尺寸的合理拟定； （2） 施工过程结构受力状态的正确模拟。,三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（设计手段）：,3、拟采用的途径 设计手段: （1）正确使用桥梁计算软件（Brcad、Midas等）； （2）收集参考图（标准图、设计图）； （3）正确使用规范和手册。 技术路线： （1）合理选择桥型，正确拟定结构尺寸； （2）根据桥型特点和施工条件，设计合理的施工方案； （3）用桥梁设计软件准确计算整个施工过程及成桥状态的受力； （4）在施工的每一个阶段，充分考虑混凝土的收缩徐变、临时荷载等因素对成桥的影响； （5）计算活载和荷载组合，合理配置钢筋； （6）通过适当的手算来检验电算结果的正确性。,三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（设计手段）：,4、桥型方案比选 在方案比选中主要有以下三项任务： 一是拟定桥梁图式， 二是编制方案， 三是技术经济比较和最优方案的选定。 一般选23个方案，设计深度相同，进行技术经济比较。,三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（设计手段）：,编制方案中，主要指标包括： 主要材料用量(包括普通钢筋、预应力钢筋、混凝土等) 、 劳动力数量、工期、 全桥总造价(分上、下部结构列出)、 养护费用、运营条件、 有无困难工程、特种机具等。,桥型方案1连续箱梁桥,桥型方案2中承式拱桥,桥型方案比较表,四、设计（研究）进度计划：,毕业设计是从第3周到第17周。计划安排如下： 1、 熟悉毕业设计的任务和要求、调研、撰写开题报告、准备好上机条件（1-3周）； 2、 收集资料、方案比选、拟定推荐方案的结构尺寸=交比选方案报告和图纸（3-5周） 3、 推荐方案上部结构设计计算、电算（5-9周）； 4、 配筋计算（10-11周）； 5、 强度、刚度、稳定性验算（11-12周）； 6、 下部结构设计计算（12-13周）； 7、 绘制施工图（13-15周）； 8、 专业文献翻译（16周）。 9、 整理资料、汇总结果、准备答辩（17周） 10、 答辩,五、参考文献：,1邵旭东.桥梁工程M.北京：人民教育出版社，2005. 2叶见曙.构设计原理M.北京：人民交通出版社，2005. 3JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范S.北京：人民交通出版社，2004. 4JTJ D63-2005.公路砖石及砼桥涵设计规范S.北京：人民交通出版社，2005 5JTG D62-2004.公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范S.北京：人民交通出版社，2004. 6JTJ 024-85.公路桥涵地基与基础设计规范S.北京：人民交通出版社，1985. 7贺拴海，谢仁物.公路桥梁荷载横向分布计算方法M.北京：人民教育出版社，1996. 8贺拴海.桥梁结构理论与计算方法M.北京：人民交通出版社，2003. 9徐光辉，刘晓尧.公路桥涵设计手册丛书梁桥M.北京：人民教育出版社，1996. 10邵旭东.桥梁设计百问M.北京：人民交通出版社，2001. 11江祖铭，王崇礼.公路桥涵设计手册丛书墩台与基础M.北京：人民交通出版社，1994. 12易建国.桥梁计算示例集混凝土简梁（板）桥M.北京：人民交通出版社，1998. 13徐岳.预应力混凝土连续梁桥设计M.北京：人民交通出版社，2000. 14徐光辉.桥梁计算示例集预应力混凝土刚构桥M.北京：人民交通出版社，1995. 15程翔云.桥梁理论与计算M.北京：人民交通出版社，1996. 16范立础.预应力混凝土连续梁桥M.北京：人民交通出版社，1992 17Wanshui,Chen Janbin,Yu Wenbing,ectExperimental Study and Design of Prestressed Concrete Box-girder with Corrugated Steel WebsIABSE Symposium 2004 Meteropolitan Habitats and InfrastructureZShanghai,China 18JonHeacock,PE,Steven starkey,PEDavid Goodyear,PE,Norm Smit,PE,SE Cliff-HangerJCivil Engineering,2001:January,41-45,第二部分 桥梁设计的基本原则,桥梁的总体规划 基本原则：安全、适用、经济、美观和有利于环保。 桥梁设计的基本要求 （1）安全方面（结构尺寸和构造上）：,在强度方面：足够的安全储备； 在刚度方面：控制变形 稳定性方面：保持原形状和位置的能力。,（2）使用上的要求：适用耐久,保证在100年的设计基准期内正常使用 桥面宽度满足当前以及今后规划年限内的交通流量； 利于泄洪，通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）； 桥梁的两端方便于车辆的进入和疏散； 考虑综合利用，方便各种管线的搭载。,（3）经济上的要求：合理的经济,选择造价和养护费用综合最省的桥型； 遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则； 桥位应考虑建在能缩短河道两岸的运距，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应能吸引更多的车辆通过，达到尽可能快回收投资的目的。,（4）施工上的要求：技术先进 在因地制宜的前提下，尽可能采用成熟且先进的新结构、新设备、新材料和新工艺。,（5）美学和景观上的要求：美观,香港昂船州大桥,随着经济的发展、人们生活水平的提高，桥梁美学越来越受到重视。,瑞士萨尔基那山谷桥（Salginatobel Bridge） 被评为20世纪最美丽的桥梁,（6）环境保护和可持续发展,多方面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。,一、桥梁的平面设计 确定桥位：小桥和涵洞的位置与线型一般应符合路线的总走向，为满足水文、线路弯道等要求，可设计斜桥和弯桥；对于公路上的特大桥、大、中桥桥位，原则上应服从路线走向，桥、路综合考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。 桥梁的平曲线半径、平曲线超高和加宽、缓和曲线、变速车道设置等，均应满足相应等级线路的规定。,桥梁平、纵、横断面设计,1、 桥梁总跨径的确定 原则：在整个使用年限内，保证泄洪及通航，流冰；避免因过分压缩河床引起河道和河岸的不利变迁；避免因桥前壅水及河床过度冲刷带来的不利影响。,对于深埋基础，一般允许稍大一点的冲刷，使总跨径能适当减小； 对于平原区稳定的宽滩河段，流速较小、漂流物少、主河槽较大，可以对河滩的浅水流区段作较大的压缩，但必须慎重校核，压缩后的桥梁的壅水不得危及河滩路堤以及附近农田和建筑物。,特殊：,2、桥梁的分孔 原则：在满足使用和技术要求的前提下，使上、下部结构的总造价趋于最低。,(2) 平原区宽阔河流上的桥梁：通常在主河槽部分按需要布置较大的通航孔，而在两侧浅滩部分按经济跨径进行分孔。,(1) 通航河流：应满足桥下的通航要求。通航孔应布置在航行最方便的河域。对于变迁性河流，根据具体条件，应多设几个通航孔。,使用和技术要求,(3) 对于在山区深谷上、水深流急的江河上，或需在水库上修桥时，应加大跨径，甚至采用特大跨径的单孔跨越。 (4) 从结构的受力特性考虑，合理地确定相邻跨之间的比例。 (5) 可以适当加大跨径避开不利的地质段。 (6) 上下游临近桥梁的情况,3、 桥道高程的确定 原则：,满足流水净空的要求； 通航桥孔应满足通航净空的要求； 桥下通车桥孔应满足建筑净空限界的要求； 桥的两端能够与公路或城市道路顺利衔接。,通航净空要求 为了保证桥下安全通航，通航孔桥跨结构下缘的标高应高出自设计通航水位算起的净空高度。,流水净空要求 按设计水位计算桥面最低高程：,跨线桥桥下的交通要求: 保证桥下通车的净空安全,H 净空高度，高速公路和一级、二级公路为5.0m，三级、四级公路为4.5m,（4）桥面纵坡： 既利于交通，美观效果好，又便于桥面排水,单向或双向坡度的桥梁，对于不太长的小桥，可以做成平坡桥 桥上纵坡不宜大于4% 桥头引道纵坡不宜大于5% 位于市镇混合交通繁忙处的桥梁，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3%，并应在纵坡变更的地方按规定设置竖曲线,斯托尔马桥,高速公路、一级公路路基标准横断面,1. 桥梁宽度根据公路工程技术标准中规定各级公路行车道宽度、中间带宽度、路肩宽度,三、横断面设计 取决于桥面的宽度和不同桥跨结构横断面的形式。,2. 桥面净空满足公路工程技术标准中的建筑界线规定,桥梁的设计与建设程序,一、“预可”阶段 “预可”阶段着重研究建桥的必要性以及宏观经济上的合理性，编制预可行性研究报告。 二、“工可”阶段 “工可”阶段的主要工作目标是解决建设项目的上报立项问题，编制可行性研究报告。,三、初步设计：确定桥梁的设计方案 1.进一步开展水文、勘测工作 2.桥梁方案比选 3.科研项目立项 4.施工组织设计 5.概算,四、技术设计 进一步深化初步设计：充分勘探、确定细部尺寸、截面配筋、确定施工方法、调整概算 （技术上复杂的特大桥、互通式立交、或新型桥梁结构）,五、施工设计 编制施工图、编制工程预算,塔顶 1:1模型试验,桥梁设计方案的比选,洞庭湖大桥桥型方案比较图,优 缺 点 比 较,优 缺 点 比 较,