桥梁工程-第二章桥梁工程规划及设计

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1、第 2 章 桥梁的规划与设计 桥梁工程 本章内容 2.1 桥梁总体规划原则 2.2 桥梁设计程序 2.3 桥梁规划设计 2.4 桥梁设计的方案比选 2.1 桥梁总体规划原则 u桥梁是铁路、公路或城市道路的重要组成部分，特别是大、 中桥梁，对国家的政治、经济、国防等都具有非常重要意义 ，在抗震救灾中起着举足轻重的作用，被视为生命线工程。 因此，桥梁建设应根据所在线路的作用、性质和将来发展的 需要，满足安全可靠、适用耐久、经济合理的设计要求，符 合美观和有利于环境保护和可持续发展的原则，并考虑因地 制宜、就地取材、便于施工等因素进行设计。 u（1） 安全可靠 桥梁的安全可靠既包括桥梁结构自身的安全

2、，即在制造 、运输、安装的施工过程和运营过程中都能满足强度、刚度 、稳定性的要求，还包括应能保证桥上、桥下的行人和车辆 在施工和运营过程中的安全。 2.1 桥梁总体规划原则 桥梁结构的强度应使整个结构及其各组成构件以及连接 构造的材料抗力或承载能力具有足够的安全储备。 桥梁的刚度要求应使结构在各种荷载作用下的变形不超 过规范规定的容许限值，因为过大的变形会导致行车困 难，给乘客和行人不舒适、不安全的感觉，严重的甚至 会危及桥梁结构的安全。 桥梁的稳定性要求就是要使结构在荷载和各种外界因素 作用下，具有保持原有形状和位置的能力。 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

3、刷； 对于通行大吨位船舶的河道，必要时应设置防撞构筑物 等； 2.1 桥梁总体规划原则 对于跨线桥，必要时应在桥梁两侧设置限高栏； 位于地震区内的桥梁，在构造和计算上还应满足抗震要 求； 对于大跨柔性桥梁，还应考虑风振效应。 为保证桥上和桥下行人、车辆的安全，应在桥上设置防 撞栏、分隔带、铁路桥梁护轨（高速铁路桥梁档砟墙或 防护墙）等设施，高速铁路桥梁超过3km时，还应结合 地面道路条件，在线路两侧交错设置可上下桥的救援疏 散通道。 对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施和明确的交通 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。 2.1 桥梁总体规划原则 u（2） 适用性 桥梁

4、的适用性是指桥梁结构在整个使用期内都应具有足 够的承载能力和良好的工作性能。 桥梁设计要保证车辆和行人通行的畅通、舒适和安全， 注意桥梁的两端要便于车辆的进入和疏散，防止产生交通堵 塞现象等；桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通 流量； 在满足交通运输本身需求的前提下，也要考虑到支援农 业、满足农田排灌的需要； 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、铁路及水利设施的桥梁还应结合各有 关方面的要求，考虑综合利用，以方便各种管线（水、电、 气、通信等）的搭载。 此外，桥梁还应考虑在战时适应国防的要求。 2.1 桥梁总体规划原则 u（3）耐久性 桥梁结构的耐久性

5、，既与工程的使用寿命相联系，也是使用期 内结构保持正常功能的能力。所谓“正常功能”，包括结构的安全性 和结构的适用性，尤其体现在适用性上。 耐久性的损伤缺失，直接导致了许多桥涵结构物在投入使用后 的较短时间内就出现了混凝土开裂、混凝土风化与碳化、钢筋与钢 结构锈蚀、冻融病害、盐侵蚀等问题，使桥涵结构的适用性甚至安 全性受损，使用寿命严重缩短。许多桥涵结构不得不进行大规模的 维修加固甚至拆除重建，不仅浪费了大量的人力物力，也给交通运 行带来重大影响。 耐久性已经成为影响桥梁长期正常运营需要考虑的重要问题。 在新建桥涵设计、施工和既有桥涵改造中，应充分考虑结构耐久性 问题，使桥梁实现长期安全、可靠

6、地保持其使用性能。 安全可靠是设计的目的，适用性和耐久性是设计的功能需求。 在满足了这三个基本条件后，还应根据工程的具体情况考虑桥梁的 经济、美观和环境保护要求。 2.1 桥梁总体规划原则 u（4）经济合理 桥梁是重要的交通基础设施工程，特别是在高速铁路、 高速公路、城市道路和城市轨道交通工程中占有很大的比重 ，因此，桥梁设计必须注重经济性。 对于重大的桥梁工程，必须进行多方案的比选，详细研 究技术上的可行性和先进性，以及经济上的合理性。根据因 地制宜、就地取材和方便施工的原则，对桥梁的建造消耗（ 材料、机械设备和劳力）、施工（工期、技术和费用）、技 术发展（新结构、新材料和新工艺）和运营使用

7、（养护、维 修、加固的技术和费用）等因素进行统筹考虑，得出合理的 经济结论。 方案比较中应充分考虑桥梁在使用期间的运营条件以及 维修时尽可能不中断交通，或使中断交通的时间最短。 经济合理的桥型应该是工程造价和养护费用综合最省的 桥型。 2.1 桥梁总体规划原则 u（5）美观 一座桥梁，尤其是城市和风景区的桥梁，有使用 和观赏两方面功能。 从使用功能而言，桥梁是工程结构物，它具有跨 越障碍和承受交通荷载的功能； 从观赏功能而言，它应具有优美的轮廓，并且其 布局、风格、色彩应与周围的环境相协调。 桥梁是工程技术与人文艺术和谐的统一体，其美 可以通过桥梁造型的技术手段得以实现。一座造型优 美、雄伟壮

8、观的桥梁，既显示出一个国家的先进技术 与生产工艺水平，更反映出时代精神和当代人们的创 造力。桥梁结构的造型和美学处理常会对桥梁建筑的 成败起到关键的作用。 2.1 桥梁总体规划原则 因此，桥梁的设计必须与周围景观相协调。合理 的轮廓造型和布局、正确表达力的传递、保持结构风 格和色彩与周围环境的和谐一致，是体现美感的主要 因素。根据桥梁建筑艺术的基本原则和美学观点，桥 梁与景观的协调包括以下几方面的内容。 1）桥梁与周围环境的融合 2）桥梁造型比例适当，匀称和谐 3）桥梁造型结构简单，线条流畅 与环境协调的桥梁 与环境协调的桥梁 与环境协调的桥梁 德国Weitingen桥 与环 境协 调的 桥梁

9、 AUTOBAHN BRIDGE 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 香港青马大桥主塔灯光 韩国半坡大桥 澳凼大桥 哈德森波纹(新加坡) Ruck桥方案 与环 境协 调的 桥梁 2.1 桥梁总体规划原则 u （6）环境保护和可持续发展 新时期的土木工程应满足可持续发展的需要，环境 友好、节能、节材、减少土地占用是对工程建设提出的 新的要求。 桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展，包括生态 、水、空气、噪声等几方面。应从桥位选择、桥跨布置 、墩身外形、基础方案、施工方法、施工组织设

10、计等多 方面考虑环境要求，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。 在选用桥梁建设材料方面，尽可能使用可循环利用 的材料，减少使用不可再生资源。如当前粉煤灰替代水 泥，在混凝土中大量使用，就是“变废为宝”、节约材料 的典型。提高桥梁结构的耐久性，对降低桥梁工程的后 期养护、维修费用是重要的，这就要求从全寿命周期的 角度来综合考虑工程建设。 2.1 桥梁总体规划原则 此外，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

11、，以便于桥梁的制造和架设，并利于 减少劳动强度，加快施工进度。 2.2 桥梁设计程序 桥梁的设计程序可分为规划设计及正式设计两大 阶段，桥梁设计与建设程序的关系如图2.1所示。 2.2 桥梁设计程序 规划设计是桥梁的前期工作，在该阶段进行预可行性研究 和可行性研究，分别编制预可行性研究报告和可行性研究报告 。预可行性研究着重研究建桥的必要性、工程建设的重要性和 经济上的合理性，同时初步探讨技术上的可行性。可行性研究 报告是在预可行性研究报告批准后，在必要性和合理性得到确 认的基础上，着重研究工程上和投资上的可行性，同时还要进 行环境评价，这也是必不可少的步骤。规划设计的研究是为科 学地进行项目

12、决策提供依据，避免盲目性带来严重后果。 规划设计阶段包括以下主要工作： 工程必要性论证。评估桥梁建设在国民经济中的作用。 工程可行性论证。首先是选择好桥位，其次是确定桥梁 的建设规模、技术标准，同时还要解决好桥梁与河道、航运、 城市规划、环保以及已有设施的关系。 经济可行性论证。主要包括工程造价及回报、资金来源 及偿还等问题。 环境评价。 2.2 桥梁设计程序 正式设计依据桥梁的规模和复杂程度可采用三阶 段设计、两阶段设计和一阶段设计。 三阶段设计包括初步设计、技术设计和施工图设 计三个阶段，一般用于大型、复杂的工程，如复杂的 特大桥、互通式立交或新型桥梁结构。 两阶段设计包括初步设计和施工设

13、计两个阶段， 其中初步设计又称为扩大的初步设计。国内一般（常 规）桥梁设计工作通常采用这种设计步骤。 一阶段设计仅包括施工图设计一个阶段，一般适 用于技术简单、方案明确的中、小桥建设项目。 2.2 桥梁设计程序 初步设计的目的是确定桥梁设计方案。在该阶段，应根 据桥梁规划设计中所确定的桥位、设计荷载等级以及其他各 项设计要求，如在桥面宽度、桥梁建筑高度、通航标准、设 计行车速度、桥面最大纵坡、桥面平纵曲线半径以及抗震安 全等级等要求，按照安全可靠、适用耐久、经济合理、技术 先进和美观环保等设计原则设计桥梁方案，拟定结构型式与 主要构造尺寸，确定需要的附属构造物，估算工程数量和主 要材料数量，提

14、出施工方案，并据此编制工程概算与文字说 明、图表资料等技术文件，进行不同方案综合评比，确定推 荐方案，报送上级主管部门审批。初步设计的概算应作为控 制建设项目和以后编制施工预算的依据。 2.2 桥梁设计程序 技术设计是对初步设计的进一步深化，是在已批 准的初步设计及审批意见的基础上，对重大、复杂的 技术问题通过科学试验、专题研究、加深勘探调查(补 充勘测)及分析比较，进一步解决和完善批复的初步设 计中未能解决的技术问题。批准后则成为编制施工图 设计的依据。技术设计后应对施工概算重新进行调整 ，这项工作又称为调概。 2.2 桥梁设计程序 施工图设计是根据初步设计或技术设计的批复意 见，进行桥梁各

15、部分结构、构件的详细设计计算，绘 制施工详图，为施工提供所必须的图纸、材料数量表 及有关说明。与前一设计阶段比较，设计图的设计和 绘制应有更加详细、具体的细部构造和尺寸、材料用 量等图纸的设计和计算工作，并应编制施工组织设计 和施工预算。施工图设计一般应全面贯彻初步术设计 与技术设计的各项技术要求。除上级指定需要审查者 外，一般均不需再审批，可直接交付施工部门作为施 工依据，因此，设计部门必须保证设计文件的质量。 施工图文件也是安排材料和设备、加工制造非标准设 备、编制施工图预算和决算的依据。 2.3 桥梁规划设计 u2.3.1 桥梁设计的基本资料 桥梁规划设计涉及的因素很多，必须经过充分的调

16、 查研究，根据具体情况，提出正确合理的设计建议和计 划任务书，为此必须进行一系列的野外勘测和资料的收 集工作。对于跨越河流的桥梁一般包括以下几方面的内 容。 (1) 调查研究桥梁承担的具体任务 (2) 桥位的选择 (3) 桥位处地形、地质情况调查 (4) 河流的水文情况调查 (5) 调查了解其他与建桥有关的资料 很显然，为选择桥位就需要知道必需的地形、地质 和水文资料，而对于所选定的桥位，又需要为进一步的 桥梁设计提供更为详尽的资料和数据依据。因此，以上 各项工作往往是互相渗透，交错进行的。 2.3 桥梁规划设计 u2.3.2 桥梁纵、横断面设计和平面布置 桥梁纵断面设计 桥梁纵断面设计的主要任务是确定桥梁的总跨径 、对桥梁进行分孔、确定桥面标高与桥下净空、设置 桥上及桥头引道的纵坡等。 1) 桥梁总跨径的确定 对于一般跨河桥，桥梁总跨径往往参考桥涵水文 的计算结果，并结合桥位地形、断面形态、河床地质 、桥头引道填土高度等综合分析确定。 2.3 桥梁规划设计 2) 桥梁的分孔 根据通航要求、所跨越线路情况、水文情况、地 形与地质条件