第二章 桥梁的规划与设计,主讲人：焦驰宇,提 纲,,1,,2,,3,桥梁设计程序,桥梁设计内容,桥梁设计的基本原则,,4,桥梁美学,桥梁设计程序,1,,,前期工作,三阶段设计,预可行性研究,可行性研究,初步设计,技术设计,施工图设计,项目,,建议书,可行性,,研究报告,工程立项,招标文件,建设单位审批,建设单位审批,设计,,任务书,招投标及施工准备,施工,主管省市计划部门审批,,投资在限额以上时由国家发改委审批,招标文件,主管省市计划部门审批,,投资在限额以上时由国家发改委审批,设计过程,施工过程,,立项审批,一、前期工作,——,预可行性研究报告与可行性研究报告的编制,,1.,工程必要性论证,,2.,工程可行性论证,——,制定桥梁标准、自然条件及周围环境、桥式方案、桥位,,3.,经济可行性论证,——,造价及回报、资金来源及偿还,桥梁设计程序,1,二、初步设计,,1.,进一步开展水文、勘测工作,,2.,桥式方案比选,,3.,科研项目立项,,4.,概算,桥梁设计程序,1,三、技术设计（可选）,,,针对技术上复杂的特大桥、互通式立交桥、或新型桥梁结构,,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,桥梁设计程序,1,四、施工图设计,,两阶段设计,,细化设计方案，按照规范进行详细的结构计 算（强度、刚度、裂缝、稳定），给出施工方案，写出文字说明，编制施工图预算。
小桥有时也可一阶段设计桥梁设计程序,1,提 纲,,1,,2,,3,桥梁设计程序,桥梁设计内容,桥梁设计的基本原则,,4,桥梁美学,一、野外勘测与调查研究,,二、纵断面设计,,三、横断面设计,,四、平面布置,,,,桥梁设计内容,2,一、野外勘测与调查研究,,1.,明确规模,——,确定桥梁的规模,,2.,选择桥位,——,确定路桥的关系等,,3.,测量地形,——,测绘地形图,,4.,钻探桥位,——,工程地质报告,,5.,水文调查,——,确定桥梁跨径和净空,,6.,其它情况,——,材料、电力、施工道路等,桥梁设计内容,2,二、纵断面设计,,1.,总跨径,,2.,桥梁分孔,,3.,桥面标高,,4.,桥下净空,,5.,纵坡,桥梁设计内容,2,二、纵断面设计,,1.,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,因桥前雍水,及河床过度冲刷带来的,不利影响,；,,,特殊情况下，允许增加冲刷，以缩短总跨径桥梁设计内容,2,二、纵断面设计,,2.,桥梁分孔,,,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。
使用和技术要求,,(1),通航河流：满足通航要求布置在,航行最方便的河域,变迁河流，多设计个通航孔如山西临猗黄河大桥）,桥梁设计内容,2,二、纵断面设计,,2.,桥梁分孔（续）,,(2),平原区宽阔河流：,主河槽按需要布置较大的通航孔,，在两侧,浅滩,部分,按经济跨径进行分孔,苏通大桥,),,(3),对于山区深谷上、水深流急的江河上，或在水库上：,加大跨径，尽可能单孔跨越,矮寨大桥、四渡河大桥、坝陵河大桥、刘家峡大桥等,）,,(4),结构受力特性考虑：,合理确定相邻跨之间的比例,5),可以适当加大跨径，使桥基避开岩石破碎带、裂隙、溶洞等不良地质段如,赤石大桥,）,桥梁设计内容,2,山西临猗黄河大桥是山西运城附近的黄河段，河面宽约有,6.4km,，桥位轴线大致垂直于水流方向，河道属于摆动性河床，“,三十年河东，三十年河西,” 临猗黄河大桥桥位处黄河两岸整体上“西高东低”，是一个巨大的,“U”,形河谷，两岸地形陡峻，西岸陕西侧基本上呈黄土台塬地貌，黄土高崖耸立，崖顶至河床高差达,200,米左右，沟壑纵横、大型冲沟两侧有大量小冲沟呈；东岸山西侧地势较为平缓，基本上属典型的黄土高原地貌典型的“鸡爪”地形，如下图所示。
山西临猗黄河大桥方案效果图,主通航孔（,891mx62m,）,辅通航孔,苏通大桥位于江苏省东南部长江口南通河段，连接苏州、南通两市主桥为七跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主跨,1088,米、全长,2088,米辅桥为,140+268+140,米三跨连续刚构桥工程于,2003,年,6,月,27,日开工，,2008,年,5,月底建成通车苏通长江公路大桥,湖南矮寨大桥（,L=1176m,）,湖北四渡河大桥（,L=900m,）,赤石特大桥,是,厦蓉高速汝城（湘赣界）至郴州段高速公路第,19,合同段上的一座特大桥,，桥位区属山岭重丘区，地质地形条件极为复杂初步设计方案,2008,年,5,月获交通运输部批复后，设计单位在开展,施工图阶段勘察设计工作中，对大桥主墩位置进行地质详勘,，,经,钻探和物探发现部分主墩处于强岩溶发育带和断层破碎带,，发育最大深度超过,100,米，不能满足刚构桥基础的稳定性，需进行初步设计变更,经过深入细致的地勘工作后，设计单位变更了初步设计方案根据批复意见，交通运输部原则同意该设计变更方案，即大桥主桥部分为,四塔大跨径预应力混凝土斜拉桥,，,最高塔柱近,290,米,，下塔柱高达,180,米，规模居国内第一，世界上仅次于法国米约大桥。
预计,12,月,15,日合拢二、纵断面设计,,3.,桥梁高程的确定,,,,原则,,,(1),满足流水净空,要求,,,(2),通航孔应满足桥下,通航净空,要求3),跨线桥应满足桥下,建筑净空,要求4),桥的两端能与路堤或现有道路,顺利衔接,1,）流水净空要求,,,按,设计水位,计算桥面最低高程时，应满足下式要求：,,,（,1,）,,式中：,——,桥面最低高程（,m,）；,,——,计算水位（,m,）（设计水位计入壅水、浪高等）；,,——,桥下净空安全值（,m,）应符合下表的规定；,,——,桥梁上部构造,建筑高度,，包括桥面铺装高度（,m,）桥梁的部位,,高出计算水位（,m,）,高出最高流冰面（,m,）,梁底,洪水期无大漂流物,0.50,0.75,,洪水期有大漂流物,1.50,-,,有泥石流,1.00,-,支座垫石顶面,,0.25,0.50,拱脚,,0.25,0.25,注：无铰拱的拱脚，可被洪水淹没，淹没高度不宜超过拱圈高的,2/3,；拱顶底面至设计水位的净高不应小于,1m,对于山区河流，则桥下净空安全值可适当加大按,设计最高流冰水位,计算桥面最低高程时，应按下式计算： （,2,）,,,式中，,——,设计最高流冰水位，应考虑床面於高（,m,）；其余符号同前。
桥面设计高程应不低于（,1,）、（,2,）的计算值通航净空要求：,,,通航孔桥跨结构下缘高程应高出自设计通航水位起算的净空高度该净空高度值,H,应满足,《,内河通航标准,》,（,GB50139-2004,）、,《,通航海轮桥梁通航标准,》,（,JTJ311-97,）,.,跨线桥交通净空要求：,,保证桥下净空满足净空安全要求,H-,净空高度：高速公路和一级、二级公路为,5.0m,，三、四级公路为,4.5m,二、纵断面设计,,4.,桥面纵坡,,,,原则：,既利于交通，美观效果好，又便于桥面排水,,(1),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,,(2),桥上纵坡不宜大于,4%,,(3),桥头引道纵坡不宜大于,5%,,(4),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不得大于,3%,，并应在纵坡变更的地方按规定设置竖曲线综合以上 全桥位于河中的桥梁桥面高程均应首先满足流水净空的要求；对于通航或桥下行车的桥孔，欢迎满足通航净空或建筑净空界限的要求；另外，还要考虑桥两端的接线能够与公路或城市道路顺利衔接因此，桥面高程的确定必须综合考虑，从交通、美观、排水等多方位进行考虑。
三、横断面设计,,1.,桥梁宽度,——《,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,,2.,桥面净空,——,满足,《,公路工程技术标准,》,中的建筑界限规定,桥宽：,取决于行人和交通量的需要，桥面宽度一般与路基宽度保持一致，具体规定参考,《,公路工程技术标准,》,（,JTG B01-2003,）（如下图所示）在建筑限界内不得有任何部件侵入C ——,当设计速度大于,100km/h,时为,0.5m,；等于或小于,100km/h,时为,0.25m,；（,根据设计车速确定的一个安全空间！,）,,E ——,建筑限界顶角宽度，,L<=1.0m,时，,E=L, L>1.0m,时，,E=1.0m,L,为侧向宽度）,,H ——,净空高度，高速公路、一级、二级公路为,5.0m,，三、四级路为,4.5m,L2——,右侧硬路肩宽度，一般规定见表,3.0.5-1; L1——,左侧硬路肩宽度，见表规定W——,行车道宽度，为设计车道数与,单个车道宽度（与设计车速有关，具体见表）,乘积，并计入所设置的加（减）速车道，紧急停车道、爬坡车道、慢车道或错车道的宽度S1——,行车道左侧路缘带宽度（,与设计车速有关,）；,,S2 ——,行车道右侧路缘带宽度，应为,0.5m,。
M1 ——,中间带（由两条左侧路缘带,+,中央分隔带组成）宽度，见表；,,M2 ——,中央分隔带宽度，见表（,与设计车速有关,）四、平面布置,,确定路、桥、水流的关系,-----------,确定桥位,,小桥和涵洞： 桥随路中桥、大桥、特大桥：,过去,--,路随桥,,,现在,--,原则上也随路，但路桥综合考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上,,,,塔岭沟旧桥,是,京拉线（,G109,）,上的一座中桥，,跨越清水河,，中心桩号为,K73,＋,010.5,该桥曾是,G109,的主线桥，,1997,年,，塔岭沟新桥修好以后，,旧桥封闭通行,塔岭沟旧桥,塔岭沟新桥,示例：广东江顺大桥桥位图,提 纲,,1,,2,,3,桥梁设计程序,桥梁设计内容,桥梁设计的基本原则,,4,桥梁美学,,技术先进,,安全可靠,,适用耐久,,经济合理,,美观,,环保和可持续发展,桥梁设计原则,4,五、桥梁设计原则,,技术先进,,中国制造,,中国创造,,,桥梁技术大国 桥梁技术强国,,,原则：在因地制宜的前提下，尽可能,采用成熟的新结构,、,新设备、新材料、新工艺、认真学习国内外的先进技术,，充分利用最新科学成就，提高我国桥梁建设水平，赶超世界先进水平。
桥梁设计原则,4,重庆菜园坝大桥（,L=420m,）,希腊,Rion-AntiRion,桥（,L=560m,）,,The 2006 IABSE Outstanding Structure Award,重庆菜园坝长江大桥,主桥的关键技术创新主要包括：,,组合式预应力混凝土“,Y”,型刚构,-,钢箱系杆拱拱式桥梁结构体系；,,组合式公轨交通正交异性板,-,钢桁架梁梁体结构体系；,,组合式公轨交通正交异性板,-,钢桁架梁的节段化设计、节段化运输、节段化施工的工业化技术；,,,中跨,-,边跨分离系杆体系与刚构,-,系杆拱主体结构主动控制技术安全可靠,,在,强度,方面：足够的安全设备在,刚度,方面：,控制,变形,,稳定性,方面：保持原形状和位置的能力,桥梁设计原则,4,,,适用耐久,,（,1,）,保证,100,年,的设计基准期内,正常使用,,（,2,）,桥面宽度,满足当前以及今后规划年限内的,交通流量,,（,3,）桥梁结构在,通过设计荷载时不出现过大的变形和过大的裂缝,4,）应考虑,不同的环境类别,对桥梁耐久性的影响；,,（,5,）满足,泄洪、通航,（跨河桥）或,车辆和行人的通行,（旱桥）；,,（,6,）桥梁的两端,方便于车辆的进入和疏散,；,,（,7,）考虑综合利用，,方便各种管线的搭载,。
桥梁设计原则,4,,,经济,,（,1,）遵循因地制宜，,就地取材和方便施工,的原则2,）全,寿命造价最低，即建设造价与使用期内维护造价综合最低；,,（,4,）桥位应考虑,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,桥梁设计原则,4,,,美观,,瑞士萨尔基那山谷桥,,Salginatobel Bridge----,被评为,20,世纪最美丽的桥梁,“桥能满足人们到达彼岸的心理希望，同时也是使人印象深刻的标志性建筑，并且常常成为审美的对象和文化遗产”,,--------《,桥梁造型,》,伊藤学,桥梁设计原则,4,提 纲,,1,,2,,3,桥梁设计程序,桥梁设计内容,桥梁设计的基本原则,,4,桥梁美学,1,．在满足功能要求的前提下，要选用最佳,,的结构型式,——,纯正、清爽、稳定,质量,,统一于美，美从属质量2,．美，主要表现在结构选型和谐与良好的,,比例，,并具有秩序感和韵律感,过多的,,重复会导致单调桥梁美学,4,3,．,重视与环境协调材料的选择，表面的 质感，特别色彩的运用起着重要作用。
效果图有助于实感判断，审视阴影效果4,．美丽的桥梁应以其个性对人们产生积极,,的影响美和伦理本是相通的,，美的环境将直接陶冶人们的情操，大自然的美，人为环境的美，,对人们身心健康是必需的桥梁美学,4,与环境协调的桥梁,桥梁美学,4,与环境协调的桥梁,桥梁美学,4,与环境协调的桥梁,桥梁美学,4,与环境协调的桥梁,桥梁美学,4,桥梁对环境的破坏,桥梁美学,4,桥梁对环境的破坏,桥梁对环境的破坏,桥梁美学,4,课后作业：,,1.,简述桥梁建设的基本程序2.,通过互联网查阅重庆菜园坝大桥和,Rion-AntiRion,的相关文献资料，试对其技术创新点进行评论。