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1、第二讲 桥梁基本知识 （II）第二讲 桥梁基本知识 （II）主要内容：1 桥梁的规划与设计2 桥梁的设计作用3 桥梁材料4 桥面布置与构造第二讲 桥梁基本知识 （II） 桥梁的规 划与设计设计原则:安全、适用、经济、美观 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； 防撞栏杆应具有足够的高度和强度； 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 车祸； 采取防震措施、设计好导流设施、必要 时设置防撞构筑物等。第二讲 桥梁基本知识 （II）设计原则:安全、适用、经济、美观（ 续） 适用（Serviceability） 桥面宽度能满
2、足当前以及今后规划年限 内的交通流量，包括行人通行； 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； 桥跨结构的下面有利于泄洪、通航（跨 河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）； 两端方便于车辆的进入和疏散，避免交 通堵塞等； 方便各种管线（水、电气、通信等）的 搭载。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）设计原则:安全、适用、经济、美观（ 续） 经济（Economic） 应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的 原则； 经济的桥型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中断交通 的时间短 选择地质、水文条件好的河段，桥梁
3、长度 也较短 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 。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）设计原则:安全、适用、经济、美观（ 续） 耐久（Durable） 西兴大桥（钱塘江三桥） 位置：北靠钱江新城，南连滨江区。 建设情况：1993年12月开工，1997 年1月通车。 2011年7月15日凌晨2时许，钱塘江三 桥北向南离滨江转盘不到800米处右 侧车道部分桥面突然塌落 。“桥脆脆”桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）第二讲 桥梁基本知识 （II）钱塘江大桥 钱塘江大桥位于浙江省杭州市六和塔 附近，全长1453米，宽9.1米，高71
4、米。 茅以升修的这座桥，设计寿命50年， 已经超期24年，就是不倒，连大修都 没修过。 设计：20公里的时速，荷载铁路面轴 重50吨、公路面15吨 。 实际：动车时速120公里，汽车也可 以跑到时速100公里，40吨、甚至60 吨重的汽车可以。 “桥坚强”第二讲 桥梁基本知识 （II）第二讲 桥梁基本知识 （II）设计原则:安全、适用、经济、美观（ 续） 美观（Aesthetics） 一座桥梁应具有优美的外形； 结构布置必须精练，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 游览地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美观的主要因 素，另外，施工质量
5、对桥梁美观也有重大 影响。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）桥梁建筑美学的基本观点 桥梁需与周围环境融合，成为自然整体 中的一个协调部分； 桥梁本身的造型需比例适当，匀称和谐 ； 桥梁造型应注意结构简单，力线明快， 线条流畅； 桥梁建筑处理应当表现清新雅洁的风格 ；“正确的都是美丽的”桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）悉尼海港桥第二讲 桥梁基本知识 （II）与环境协 调的桥梁第二讲 桥梁基本知识 （II）设计步骤：前期工作、正式设计桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）设计步骤 预可行性研究 “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； 从经
6、济、政治、国防等方面详细阐明建 桥理由和工程建设的必要性和重要性； 同时初步探讨技术上的可行性； “预可”阶段的主要工作目标是解决建 设项目的上报立项问题。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）设计步骤（续） 可行性研究 “工可”阶段着重研究和制定桥梁的技 术标准，包括：设计荷载标准、桥面宽度 、通航标准、设计车速、桥面纵坡、桥面 平、纵曲线半径等； 在“工可”阶段应提出多个桥型方案， 并估算造价，基本落实资金来源和投资回 报等问题； “预可”与“工可”内容一致，深度不 同，前者着重于工程的必要性和经济合理 性；后者着重于工程上和投资商的必要性 。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知
7、识 （II）设计步骤（续） 初步设计 初步设计的目的是确定设计方案，应通 过多个桥型方案的比选，推荐最优方案； 在编制各个桥型方案时，应提供平、纵 、横布置图，标明主要尺寸，并估算工程 数量和主要材料数量，提出施工方案的意 见，编制设计概算，提供文字说明和图表 资料； 初步设计是施工准备，编制施工图设计 文件和控制建设项目投资等的依据。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）设计步骤（续） 技术设计 对于技术上复杂的特大桥、互通式立交 或新型桥梁结构,需进行技术设计； 对重大复杂的技术问题通过科学试验、 专题研究、加深勘探调查及分析比较，进 一步完善批复的桥型方案的总体和细部各 种技术
8、问题以及施工方案，并修正工程概 算。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）设计步骤（续） 施工设计 进一步对所审定的修建原则、设计方案 、技术决定加以具体和深化； 对各种构件进行详细的结构计算，确保 强度、稳定、刚度、裂缝、构造等技术指 标满足规范要求； 绘制出施工详图，提出文字说明及施工 组织计划，并编制施工图预算； 国内一般的桥梁采用两阶段设计，即初 步设计和施工图设计。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）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 、桥道标高、坡度。 桥梁总长：根据水文计算确定。既要保 证过水空间
9、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”桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）桥梁立面布置（续） 桥道标高： ：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。对于跨河桥梁，桥道的标高应保 证桥下排洪和通航的需要；对于跨线桥， 则应确保桥下安全行车。 坡度设置：桥面纵坡4%，桥头引道纵 坡5%，市镇交通繁忙桥梁：均3%桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）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
10、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。 桥面宽度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。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）桥梁断面布置（续） 机动车道布置：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。 机动车道布置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 。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）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
11、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 一级公路上的各类桥梁除特殊大桥外，其线形布设应满足路线总体布设的要求， 而特殊大桥应尽量顺直，以方便桥梁结构 的设计。桥梁的规 划与设计第二讲 桥梁基本知识 （II）桥梁的设 计作用作用(action)：所有引起结构反应的 原因 一类是直接施加于结构上的外力，如结 构重力、车辆、人群等，称为“荷载 ”(Load)； 另一类不是以力的形式施加于结构，其 产生的效果与结构本身的特性及结构所处 环境等有关，如基础变位、混凝土收缩和 徐变，温度变化等，以前习惯上也称其为 “荷载”，但这种叫法并不确切。第二讲 桥梁基本知识 （II）作用分类
12、永久作用:习惯上称为恒载(deadload) ，是指在设计基准期内，其量值不随时间 变化，或其变化与平均值相比可忽略不计 的作用，如结构重力。 可变作用:指在设计基准期内，其量值 随时间变化，且其变化与平均值相比有不 可忽略的作用，如汽车、列车、人群荷载 (活载，live load)。 偶然作用:指在设计基准期内不一定出 现，但一旦出现，其值很大且持续时间很 短的作用，如地震力。桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）永久作用包括结构重力、预加力、土 的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐 变作用、水的浮力和基础变位作用。 结构重力：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，结
13、构自 重可按结构构件的设计尺寸与材料的重力 密度进行计算确定。 土压力：按其产生的条件，分为静土压力 、主动土压力和被动土压力。桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）永久作用（续） 预加应力(对于预应力结构):按正常使 用极限状态设计时,永久作用；按承载能 力极限状态设计时,预加应力不作为荷载 ，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。 但在超静定结构中，由预加力引起的次内 力应属永久荷载。 水浮力:指由地表水或地下水通过地基 土壤的孔隙而传递给建筑物基础底面的( 由下而上的)水压力，其值等于建筑物所 排开的同等体积的水重。桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）永久作用（续） 混凝土
14、收缩及徐变作用：在外部超静定 结构的混凝土桥梁中，混凝土收缩徐变影 响力是长期存在并起作用的。混凝土收缩徐变的计算可按结构降温 考虑；混凝土徐变影响的计算可依据混凝 土应力与徐变变形呈直线关系的假定并确 定适当的徐变系数来进行。 基础变位一旦发生，对结构的影响也是 长期的。基础变位的影响可按工程实际情 况加以分析。桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）可变作用 包括:汽车荷载、汽车冲击力、汽车 离心力 汽车引起的土侧压力、汽车制 动力人群荷载、风荷载、流水压力 、冰压力温度（均匀温度和梯度温度） 作用支座摩阻力桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）可变作用汽车荷载 公路桥梁汽车
15、荷载：车道荷载 车辆荷载 桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）可变作用汽车荷载（续） 公路桥梁汽车荷载：桥梁结构的整体计算采用车道荷载， 桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土 墙土压力等的计算，则采用车辆荷载。车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加 。车道荷载的均布荷载标准值，应满布 于使结构产生最不利效应的同号影响线上 ，集中荷载标准值只作用于相应影响线中 一个最大影响线峰值处。桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）可变作用汽车荷载（续） 公路桥梁汽车荷载：设计车道数，公路桥涵设计车道数与 车行道宽度相关。多车道荷载效应的横向折减，由于当 桥梁横向布置车道数等于或大于2时，单 向
16、并行通过的几率较小。荷载效应的纵向折减，当桥梁计算跨 径大于150m时，应考虑车道荷载的纵向折 减。桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）可变作用汽车荷载（续） 城市桥梁汽车荷载：适用于城市内新建、改建的永久性桥 梁与涵洞、高架道路及承受机动车的结构 物荷载设计。车道荷载 qM 计算弯矩效应qQ 计算剪力效应考虑车道荷载效应的横向折减，不考 虑荷载效应的纵向折减。桥梁的设 计作用第二讲 桥梁基本知识 （II）可变作用汽车冲击力 汽车以一定速度在桥上行驶，由于桥面 不平整、车轮不圆以及发动机抖动等原因 ，会使桥梁结构产生振动，致使桥梁产生 的应力与变形比相应的静载引起的应力与 变形要大，称为冲击作用。 计算冲击力
