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1、第二章 桥梁规划设计概述及桥梁设计荷载,2.1桥梁的总体设计 2.1.1 桥梁设计的基本原则和要求 2.1.2 桥梁设计的基本资料 2.1.3 桥梁设计程序 2.1.4 桥位及桥型选择 2.1.5 桥梁的纵断面和横断面设计 2.2 桥面构造布置及细部 2.2.1 桥面构造组成与布置 2.2.2 桥面铺装及排水、防水系统,2.2.3 伸缩缝 2.2.4 人行道、栏杆、灯柱 2.3 桥梁的设计荷载及荷载组合 2.3.1 永久荷载 2.3.2 可变荷载 2.3.3 偶然荷载 2.3.4 荷载组合,返回,2.1.1桥梁设计的基本原则和要求,桥梁应根据所设计桥梁的使用任务、性质和所在线路的远景发展需要，
2、按照适用、经济、安全、美观的原则设计。 1.使用上的要求：要有足够的承载和泄洪能力；既满足当前的要求，又照顾今后的发展，既满足交通运输本身的需要，也要兼顾其它方面的要求。 2.经济上的要求：一切桥梁设计应体现经济上的合理性。必须经过详细周密的技术经济比较，并满足快速施工的要求。 3.设计上的要求：桥梁设计应积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺和新的设计思想。保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 4.施工上的要求：桥梁结构应便于制造和安装，尽量采用先进的工艺技术和施工机械。 5.美观上的要求：在满足上述要求的前提下，尽可能使桥梁具
3、有优美的建筑外型，并与周围的景物相协调。,返回,2.1.2 桥梁设计的基本资料,桥梁总体设计涉及的因素很多，必须经过充分的调查研究，根据具体的情况，提出正确合理的设计方案和计划任务书。因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在勘测时应收集如下资料： 1.桥梁承担的具体任务：调查桥上的交通信息和交通要求。调查桥上有无各类管线需要通过。 2.桥位附近的地形：包括测量桥位处的地形、地貌，并绘成地形图。 3.地质资料：通过桥位处的地质勘探，编制工程地质勘探报告，作为基础设计的重要依据。 4.河流的水文情况：收集和分析历年的洪水资料；测量桥位处河床断面和桥位附近河道纵断面；通航河
4、流的通航要求。 5.其他资料 ：建筑材料的来源、气象资料、施工单位的技术水平和施工的机械装备情况以及其余相关资料。,返回,2.1.3 桥梁设计程序,我国桥梁的设计程序：大、中桥采用两阶段设计；小桥也可采用一阶段设计。 桥梁设计的第一阶段是初步设计(方案设计)。依据计划任务书拟定桥梁结构形式和初步尺寸，估算工程数量，提出主要用材数量指标，选择施工方案，并据此编制工程概算与文字说明、图表资料等技术文件，形成初步设计方案，供投标使用。 桥梁设计的第二阶段是编制施工图。 在现代桥梁设计中、由于计算机的应用与发展大大提高了结构分析的效率。在初步设计阶段已普遍采用较精确的结构计算、大大提高了初步设计对工程
5、数量的估算精度。 对于大型桥梁在初步设计之前需进行项目可行性研究和规划设计，根据所搜集的相关资料制定桥梁规划设计的方案，编制计划任务书。,返回,2.1.5 桥梁的纵断面和横断面设计-1,桥梁纵断面设计主要的任务是确定桥梁的总跨径；桥梁的分孔；桥道标高与桥下净空；桥上及桥头引道的纵坡等。 桥梁总跨径的确定 桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。要求桥梁总跨径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。 同时应根据具体情况经过全面分析后加以确定。对于非坚硬岩层上修筑的浅基础桥梁，总跨径应该大一些；对于深埋基础，一般允许较大的冲刷，总跨径就可适当减小。山区河流一般河床流速很大，应尽可能少压缩
6、或不压缩河床；平原区的宽滩河流可允许有较大的压缩，但必须注意壅水对河滩路堤以及附近农田和建筑物可能造成的危害。,继续,(2)桥梁的分孔,一座较长桥梁的分孔不仅影响到使用效果、施工难易等，并且在很大程度上关系到桥梁的总造价。 最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价最低。 通常跨径在60m以下时，应尽可能采用标准跨径，各孔跨径最好一样； 为了避开不利的地质段（如岩石破碎带、裂隙、溶洞等），可将桥基位置移开，也可适当加大跨径； 在有些体系中，为了结构受力合理和用材经济，分孔布置时要考虑相邻桥跨跨径的合理比例； 在山区建桥时，往往采用大跨径桥梁跨越深谷，以便减少中间桥墩。 各孔跨径的选择还与施工能
7、力有关。,继续,(3)桥面标高的确定,桥面标高是通常根据设计洪水位标高、桥下通航所需要的净空来确定，或由路线纵断面设计确定。跨河桥梁其桥面的标高应保证桥下排洪和通航的需要；跨线桥梁则应确保桥下安全行车。 非通航河流，梁底一般应高出设计洪水位（包括壅水和浪高）不小于0.5m，高出最高流冰水位0.75m；支座底面应高出设计洪水位不小于0.25m，高出最高流冰水位不小于0.5m，支座处有围护隔水者不受此限。对于无铰拱桥，拱脚允许被设计洪水位淹没，拱顶底面至设计洪水位的净高不小于1.0m。对于有漂流物和流冰阻塞以及易淤积的河床，桥下净空应适当加高。 通航及通行木筏的河流，桥跨结构下缘至设计通航水位的净
8、空高度应满足通航净空的要求(参见有关规范的通航净空要求)。 (4)桥上及桥头引道的纵坡 桥上纵坡4%，桥头引道纵坡5%，城市中心的桥梁引道纵坡3%；当桥梁受到两岸地形限制时，允许修建坡桥。,继续,纵断面规划图,2.1.5 桥梁的纵断面和横断面设计-2,桥梁横断面设计，主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。 公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)(以下简称桥规)规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸规定(见表2-1和图2-3)。 桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，并与路线前后布置配合,必要时自行车道和行车道宜设置适当的分隔设施。 不设自行车道和人行道时，可设置栏杆和
9、安全带。 为了桥面上排水的需要,桥面应根据不同类型的桥面铺装,设置从桥面中央倾向两侧的1.5%3.0%的横坡,人行道宜设置向行车道倾斜1%的横坡。,返回,W行车道宽度（见表21的规定)； C当计算行车速度等于或大于100km/h时为0.5m,小于100km/h时为0.25m； L1、L2公路左、右侧硬路肩或紧急停车带的宽度； L侧向宽度； S1行车道左侧路缘带宽度； S2行车道右侧路缘带宽度； M1中间带宽度； M2中间分隔带宽度； E建筑限界顶角宽度； H净高。,图23公路建筑限界(尺寸单位：m),返回,2.2.1 桥面构造组成与布置,桥面构造直接与车辆、行人接触，它对桥梁结构起保护作用，使
10、桥梁能正常使用。同时，桥面构造多属外露部位，其选择是否合理，布置是否恰当，直接影响桥梁的使用功能、布局和美观。因此，必须要了解桥面构造各部位的工作性能，合理选择构造类型，精心设计，精心施工。,返回,2.2.2桥面铺装及排水、防水系统,1桥面铺装 桥面铺装即行车道铺装，亦称桥面保护层，它是车轮直接作用的部分。桥面铺装的作用是防止车辆轮胎或履带直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀；并对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。因此，行车道铺装要求有一定强度，防止开裂，并保证耐磨。 2桥面纵横坡 桥面设置纵横坡有利于雨水迅速排除，防止或减少雨水对铺装层的渗透，保护行车道板，延长桥梁使用寿命。 3桥面排水
11、和防水设施 桥面的积水渗入结构会导致钢筋或金属构件的锈蚀；在北方冬季会结冰引起混凝土破坏，影响桥梁的耐久性降低其使用寿命。,返回,1.桥面铺装的型式,水泥混凝土或沥青混凝土铺装 装配式钢筋混凝土、预应力混凝土桥通常采用水泥混凝土或沥青混凝土铺装，其厚度为6080mm。 防水混凝土铺装 在需要防水的桥梁上，当不设防水层时，可在桥面板上铺装厚80100mm带有横坡的防水混凝土作铺装层，其上一般可不另设面层而直接承受车轮荷载(见图) 。 桥面铺装一般不作受力计算。为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性，一般宜在混凝土中铺设直径为46mm的钢筋网。,返回,2.桥面纵横坡,桥面的纵坡，一般都做成双向纵坡
12、，在桥中心设置曲线，纵坡一般以不超过3%为宜。 桥面的横坡通常是在桥面板顶面铺设混凝土三角垫层来构成(见图b)； 板桥或就地浇筑的肋梁桥可将横坡直接设在墩台顶部而做成倾斜的桥面板(见图a)； 在比较宽的桥梁中，可直接将行车道板做成双向倾斜的横坡(图c)，以减小混凝土用量和结构自重，但这样会使主梁的构造和施工稍趋复杂。,返回,3.桥面排水和防水设施, 桥面排水 桥梁设计时要有一个完整的排水系统。在桥面上除设置纵、横坡排水外，常常需要设置一定数量的泄水管。 当桥面纵坡大于2%而桥长大于50m时，为防止雨水积滞桥面，就需要设置泄水管，一般顺桥长方向每隔1215m设置一个； 桥面纵坡小于2%时，泄水管
13、就需设置更密一些，一般顺桥长方向每隔68m设置一个。 防水层 国内常用的为贴式防水层，桥面伸缩缝处应连续铺设，不可切断；桥面纵向应铺过桥台背；截面横向两侧，则应伸过缘石底面从人行道与缘石砌缝里向上叠起100mm。而在气候温和地区，可在三角垫层上涂一层沥青混凝土，或用防水混凝土作铺装层，以增强防水能力。,返回,2.3桥梁的设计荷载及荷载组合,作用在桥梁上的荷载可分为三大类： 永久荷载(恒载) ：在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。 可变荷载：在设计使用期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。按其对桥涵结构的影响程度，又分为基本可变荷载(活载
14、)和其它可变荷载。 偶然荷载：在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷载，它包括船只或漂浮物撞击力、地震力。 桥梁设计时许考虑荷载组合。,返回,2.3.1永久荷载,结构物的重力及桥面铺装、附属设备等外加重力均属结构重力，可按照结构物的实际体积或设计时所假定的体积及其材料的容重计算。 作用于墩台上的土压力、土侧压力可参照桥规和公路桥涵地基与基础设计规范中规定计算。 对于预应力混凝土桥梁结构，预加应力在结构使用极限状态设计时，应作为永久荷载计算其效应；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载。 混凝土收缩、徐变和基础变位使超静定结构产生内力。 水的浮力对桥梁墩台的影
15、响，当墩台位于透水性地基上时，验算墩台的稳定性，应采用设计水位的浮力，验算地基应力，仅考虑低水位时的浮力，或不考虑水的浮力；当墩台位于不透水性地基上时，可不考虑水的浮力。,返回,2.3.2 可变荷载,1.基本可变荷载 公路桥梁车辆荷载 桥梁上行驶的车辆荷载种类繁多，需要拟定一种荷载标准。我国交通部在公路桥涵通用设计规范中规定了桥涵设计的标准化荷载。标准中把大量、经常出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载(图2-15及图2-16)；把偶然、个别出现的平板挂车或履带车作为验算荷载(图2-17)。 汽车荷载的车队分为汽车10级、汽车15级、汽车20级和汽车超20级四个等级。当设计按两行车队布载时
16、，汽车荷载不予折减；按三行车队布载时，汽车荷载折减20%；按四行车队布载时，汽车荷载折减30%。 汽车车队在桥上的纵横位置均按最不利情况布置，以使计算部位产生最大的内力。汽车外侧车轮的中线，离人行道或安全带边缘的距离不得小于0.5m。,继续,设计荷载(图2-15、图2-16),继续,验算荷载,验算荷载分为四种。用验算荷载进行验算时，对于履带车，顺桥纵向可考虑多辆行驶，但两车间净距不得小于50m；对于平板挂车，全桥均以通过一辆计算，履带车或平板挂车通过桥涵时，应靠中线以,慢速行驶。履带车外侧履带的中线或平板挂车外侧车轮的中线，离人行道或安全带边缘的距离不得小于1m。验算时，不考虑冲击力、人群荷载和其它非经常作用在桥上的各种外力。,继续,车辆标准荷载的等级选用,注：一条公路上的桥涵，一般应采用同一设计荷载和验算荷载； 当改建三级干线公路时，对原有桥涵达到汽车15级、挂车80荷载标准的 可适当利用； 在有集装箱运输的一级公路，应采用汽车超20级、挂车120的车辆荷载； 桥面行车道净宽4.5m的桥涵，其平板挂车不作具体规定，设计时可按实际 情况，自行确定； 临时性桥涵的车
