北京交通大学桥梁工程教案第二章-桥梁工程的规划与设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,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,