桥梁创新设计原则和创新设计姚讲义

1、桥梁创新设计原则和创新设计姚讲义一、总原则 技术先进，安全可靠，适用，经济合理，美观，环境保护技术先进技术先进l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。l安全可靠安全可靠所设计的桥梁结构在强度和稳定性方面应有足够的安全储备；防撞栏杆应具有足够的高度和强度；对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两岸引桥坡度不宜太陡；对于修建在地震区的桥梁，应按要求采取防震措施等。九江大桥被运沙船撞成“断头桥“l适用耐久适用耐久 应保证桥梁在100年的设计基准期内正常使用； 桥面宽度应满足交通量的需要； 桥梁结构的刚度要求； 在设计荷载下不出现较大的变形和过宽的裂

2、缝； 应考虑不同环境类别对桥梁耐久性的影响； 桥下应利于泄洪、通航或通车、行人； 桥梁两端便于车辆进入和疏散； 便于埋设管线。 经济合理经济合理 因地制宜、就地取材和方便施工； 综合考虑桥梁造价和养护、维修费用。 应选择地质、水文条件好、桥梁长度较短的桥位； 所选桥位应能缩短河道两岸的运距。5、美观、美观结构布置必须精练，并在空间有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调。施工质量对桥梁美观也有重大影响。公桥规：特殊大桥宜进行景观设计，高速、一级公路桥梁应与自然环境和景观相协调。 桥梁美学原则：l1、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。l2、美，主

3、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。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。模型检试有助于实感判断，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。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与环境协调的桥梁与环与环境协境协调的调的桥梁桥梁桥桥梁梁对对环环境境的的破破坏坏桥桥梁梁对对环环境境的的破破坏坏桥梁对环境的破坏桥梁对环境的破坏l5、技术先进、技术先进l在因地制宜的前提下，

4、尽可能采用成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺，必须认真学习国内外的先进技术，充分利用最新科学技术成就，把学习和创新结合起来，淘汰和摒弃原来落后和不合理的东西。l环境保护和可持续发展环境保护和可持续发展 设计时，应充分考虑环境保护和可持续发展的要求，设计时，应充分考虑环境保护和可持续发展的要求，包括生态、水、空气、噪声等几方面。包括生态、水、空气、噪声等几方面。 必要时建立环境监测保护体系，将不利影响减至最必要时建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。小。（1 1）使用上的要求：适用耐久）使用上的要求：适用耐久 保证在保证在100100年的设计基准期内正常使用年的设计基准期内正常使用 桥面宽

5、度满足当前以及今后规划年限内的交通流量；桥面宽度满足当前以及今后规划年限内的交通流量； 利于泄洪，通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱利于泄洪，通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）；桥）； 桥梁的两端方便于车辆的进入和疏散；桥梁的两端方便于车辆的进入和疏散； 考虑综合利用，方便各种管线的搭载。考虑综合利用，方便各种管线的搭载。桥梁设计的基本要求桥梁设计的基本要求（2 2）经济上的要求：合理的经济）经济上的要求：合理的经济u 选择造价和养护费用综合最省的桥型；选择造价和养护费用综合最省的桥型；u 遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则；遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则；u 桥位应考虑建

6、在能缩短河道两岸的运距，促进该地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；对于过桥收费的桥区的经济发展，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。的目的。（3 3）安全方面（结构尺寸和构造上）：）安全方面（结构尺寸和构造上）：在强度方面：足够的安全储备；在强度方面：足够的安全储备；在刚度方面：控制变形在刚度方面：控制变形稳定性方面：保持原形状和位置的能力。稳定性方面：保持原形状和位置的能力。l（4 4）施工上的要求：技术先进）施工上的要求：技术先进l 在因地制宜的前提下，尽

7、可能采用成熟且先进在因地制宜的前提下，尽可能采用成熟且先进的新结构、新设备、新材料和新工艺。的新结构、新设备、新材料和新工艺。（5 5）美学和景观上的要求：美观）美学和景观上的要求：美观香港昂船州大桥香港昂船州大桥随着经济的发展、人们生随着经济的发展、人们生活水平的提高，桥梁美学活水平的提高，桥梁美学越来越受到重视。越来越受到重视。 瑞士萨尔基那山谷桥瑞士萨尔基那山谷桥（Salginatobel BridgeSalginatobel Bridge） 被评为被评为2020世纪最美丽的桥梁世纪最美丽的桥梁二、设计资料调查野外勘测与调查研究二、设计资料调查野外勘测与调查研究 1.桥梁的任务桥梁的任务

8、确定桥梁的规模确定桥梁的规模2.选择桥位选择桥位确定路桥的关系等确定路桥的关系等3.测量地形测量地形测绘地形图测绘地形图4.钻探桥位钻探桥位工程地质报告工程地质报告5.水文调查水文调查确定桥梁跨径和净空确定桥梁跨径和净空6.其它情况其它情况材料、电力、施工道路等材料、电力、施工道路等前期工作前期工作正式设计正式设计预可行性预可行性研究研究可行性可行性研究研究初步设计初步设计技术设计技术设计施工图施工图设计设计项目项目建议书建议书可行性可行性研究报告研究报告相关部门相关部门审批审批相关部门相关部门审批审批工程立项工程立项建设单位审批建设单位审批招标文件招标文件开工报告开工报告招投标及招投标及施工

9、准备施工准备施工阶段施工阶段建设单位审批建设单位审批设计设计任务书任务书设计阶段建设程序三、 桥梁设计与建设程序一、前期工作一、前期工作预可行性研究报告与可行性研究报预可行性研究报告与可行性研究报告的编制告的编制1.工程必要性论证工程必要性论证2.工程可行性论证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.经济可行性论证经济可行性论证造价及回报、资金来源及偿还一、一、“预可预可”阶段阶段 着重研究：着重研究： 建桥的必要性建桥的必要性 宏观经济上的合理性宏观经济上的合理性 主要工作目标：主要工作目标： 上报立项问题上报立项问题 “预可报告预可报告”的主要内容：的主要内容：

10、桥型方案；桥型方案；1. 工程造价、资金来源、投资回报及偿还等的初步估算工程造价、资金来源、投资回报及偿还等的初步估算和设想。和设想。二、二、“工可阶段工可阶段”l主要任务：主要任务：l研究和制订桥梁的技术标准。研究和制订桥梁的技术标准。l设计荷载标准、桥面宽度、通航标准、设计荷载标准、桥面宽度、通航标准、l设计车速、桥面纵坡、桥面平纵曲线半设计车速、桥面纵坡、桥面平纵曲线半径等。径等。l提出多个桥型方案，并估算造价；提出多个桥型方案，并估算造价；1.基本落实资金来源和投资回报等问题。基本落实资金来源和投资回报等问题。三、初步设计三、初步设计主要目的：主要目的：确定设计方案确定设计方案,应通过

11、方案比选，推荐最优方案，报上应通过方案比选，推荐最优方案，报上级审批。级审批。主要内容主要内容1. 进一步开展水文、勘测工作进一步开展水文、勘测工作2.桥式方案比选桥式方案比选3.科研项目立项科研项目立项4.施工组织设计施工组织设计5.概算概算l主要资料主要资料 编制桥型方案时，应提供：编制桥型方案时，应提供：l平、纵、横布置图，标明主要尺寸；平、纵、横布置图，标明主要尺寸；l估算工程数量和主要材料数量；估算工程数量和主要材料数量；l提出施工方案的意见，编制设计概算；提出施工方案的意见，编制设计概算；l提供文字说明和图表资料等。提供文字说明和图表资料等。四、技术设计四、技术设计l对于技术复杂的

12、特大桥、互通式立交或新型桥对于技术复杂的特大桥、互通式立交或新型桥梁结构，需进行技术设计：梁结构，需进行技术设计：l主要目的：主要目的：l对重大的技术问题，通过科学试验、专题研对重大的技术问题，通过科学试验、专题研究、加深勘探调查及分析比较，完善桥型方究、加深勘探调查及分析比较，完善桥型方案的总体和细部各种技术问题及施工方案；案的总体和细部各种技术问题及施工方案；1.修正工程概算。修正工程概算。五、施工图设计五、施工图设计l主要任务主要任务l对桥梁各种构件进行详细的结构计算，确保对桥梁各种构件进行详细的结构计算，确保各种技术指标满足规范要求；各种技术指标满足规范要求；l绘制施工详图；绘制施工详

13、图；l提出文字说明及施工组织计划；提出文字说明及施工组织计划；1.编制施工图预算。编制施工图预算。附：附：中、小桥可以简化程序中、小桥可以简化程序国外施工设计由施工承包商进行国外施工设计由施工承包商进行国内所有设计由设计单位进行国内所有设计由设计单位进行桥面纵坡桥面纵坡 桥梁纵断面设计桥梁纵断面设计桥梁总跨径的确定桥梁总跨径的确定桥梁的分孔桥梁的分孔桥道各种标高的确定桥道各种标高的确定第二节第二节 桥梁平、纵、横断面设计桥梁平、纵、横断面设计1 1、 桥梁总跨径的确定桥梁总跨径的确定 原则：在整个使用年限内，保证泄洪及通航，流冰；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

14、引起河道和河岸的不利变迁；避避免因过分压缩河床引起河道和河岸的不利变迁；避免因桥前壅水及河床过度冲刷带来的不利影响。免因桥前壅水及河床过度冲刷带来的不利影响。对于深埋基础，一般允许稍大一点的冲刷，使总跨对于深埋基础，一般允许稍大一点的冲刷，使总跨径能适当减小；径能适当减小；对于平原区稳定的宽滩河段，流速较小、漂流物少、对于平原区稳定的宽滩河段，流速较小、漂流物少、主河槽较大，可以对河滩的浅水流区段作较大的压缩，主河槽较大，可以对河滩的浅水流区段作较大的压缩，但必须慎重校核，压缩后的桥梁的壅水不得危及河滩但必须慎重校核，压缩后的桥梁的壅水不得危及河滩路堤以及附近农田和建筑物。路堤以及附近农田和建

15、筑物。 特殊：特殊： 2 2、桥梁的分孔、桥梁的分孔 原则：在满足使用和技术要求的前提下，使上、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。下部结构的总造价趋于最低。(2) (2) 平原区宽阔河流上的桥梁：通常在主河槽部分按需平原区宽阔河流上的桥梁：通常在主河槽部分按需要布置较大的通航孔，而在两侧浅滩部分按经济跨径进行要布置较大的通航孔，而在两侧浅滩部分按经济跨径进行分孔。分孔。(1) (1) 通航河流：应满足桥下的通航要求。通航孔应布通航河流：应满足桥下的通航要求。通航孔应布置在航行最方便的河域。对于变迁性河流，根据具体条置在航行最方便的河域。对于变迁性河流，根据具体

16、条件，应多设几个通航孔。件，应多设几个通航孔。使用和技术要求使用和技术要求(3) (3) 对于在山区深谷上、水深流急的江河上，或需对于在山区深谷上、水深流急的江河上，或需在水库上修桥时，应加大跨径，甚至采用特大跨径在水库上修桥时，应加大跨径，甚至采用特大跨径的单孔跨越。的单孔跨越。(4) (4) 从结构的受力特性考虑，合理地确定相邻跨之从结构的受力特性考虑，合理地确定相邻跨之间的比例。间的比例。 (5) (5) 可以适当加大跨径避开不利的地质段。可以适当加大跨径避开不利的地质段。(6) (6) 战备方面的考虑战备方面的考虑(7)(7) 施工能力的考虑施工能力的考虑设计通航水位0.25m0.5m

17、设计水位最高流冰水位3 3、 桥道高程的确定桥道高程的确定 原则：原则： 应根据设计洪水位、桥下净空的需要，结合桥型、跨径应根据设计洪水位、桥下净空的需要，结合桥型、跨径等综合考虑。等综合考虑。 位于河中各跨，均应首先满足位于河中各跨，均应首先满足流水净空要求流水净空要求；通航桥孔应满足通航桥孔应满足通航净空要求通航净空要求通车桥孔满足通车桥孔满足跨线桥桥下的交通要求跨线桥桥下的交通要求；考虑桥的两端能够与线路顺利相接。考虑桥的两端能够与线路顺利相接。通航水位BbHhl通航净空要求通航净空要求为了保证桥下安全通航，通航孔桥跨结构下缘的标为了保证桥下安全通航，通航孔桥跨结构下缘的标高应高出自设计

18、通航水位算起的净空高度。高应高出自设计通航水位算起的净空高度。l 流水净空要求流水净空要求 按设计水位按设计水位 流冰水位计算桥面流冰水位计算桥面最低高程：最低高程：min0jjHHhh 设计通航水位 23 f 01.0m设计水位min0THHHHh l跨线桥桥下的交通要求跨线桥桥下的交通要求: 保证桥下通车的保证桥下通车的净空安全净空安全CEEEEH4.0WL2S21MS11M2SL2W2SC0.25高速公路、一级公路2L2S1S4.0HEEWL1LWHEL4.0E高速公路、一级公路(分离式)二、三、四级公路H H 净空高度，高速公路和一净空高度，高速公路和一级、二级公路为，三级、四级、二级

19、公路为，三级、四级公路为级公路为（4 4）桥面纵坡：）桥面纵坡： 既利于交通，美观效果好，又便于桥面排水既利于交通，美观效果好，又便于桥面排水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，可以做成平坡桥桥上纵坡不宜大于桥上纵坡不宜大于4%4%桥头引道纵坡不宜大于桥头引道纵坡不宜大于5%5%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均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均不得大于不得大于3%3%，并应在纵坡变更的地方按规定设置竖曲线，并应在纵坡变更的地方按规定设置竖曲线斯托尔马桥斯托尔马桥CEEEEH4.0WL2S21MS

20、11M2SL2W2SC0.25高速公路、一级公路2L2S1S4.0HEEWL1LWHEL4.0E高速公路、一级公路(分离式)二、三、四级公路 高速公路、一级公路路基标准横断面高速公路、一级公路路基标准横断面1. 1. 桥梁宽度桥梁宽度根根据据公路工程技术标公路工程技术标准准中规定各级公路中规定各级公路行车道宽度、中间带行车道宽度、中间带宽度、路肩宽度宽度、路肩宽度三、横断面设计三、横断面设计 取决于桥面的宽度和不同桥跨结构横断面的形式。取决于桥面的宽度和不同桥跨结构横断面的形式。2. 2. 桥面净空桥面净空满足满足公路工程技术标准公路工程技术标准中中的建筑界线规定的建筑界线规定l各级公路设计速

21、度公路等级公路等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三级公路三级公路四级公四级公路路设计速度设计速度(km/h)1201008010080608060403020设计速度设计速度(km/h)1201008060403020车道宽度车道宽度(m)3.753.753.753.53.53.253.00(单车道时为单车道时为3.5)单个车道宽度四、平面布置四、平面布置确定路、桥、水流的关系确定路、桥、水流的关系l小桥和涵洞小桥和涵洞：l位置与线形应符合路线的总走向；位置与线形应符合路线的总走向；l为满足水文和线路弯道的要求，可设计斜为满足水文和线路弯道的要求，可设计斜桥和弯桥桥和弯桥l特

22、大桥、大桥和中桥特大桥、大桥和中桥： 原则上应服从路线走向，桥、路综合考虑，原则上应服从路线走向，桥、路综合考虑，尽量选在河道顺直、水流稳定、地质良好尽量选在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。的河段上。l其它要素：应满足相应等级线路的规定。其它要素：应满足相应等级线路的规定。第四节第四节桥梁设计方案的比选桥梁设计方案的比选l主要步骤：主要步骤：l明确各种标高的要求；明确各种标高的要求；l桥梁分孔和初拟桥型方案草图；桥梁分孔和初拟桥型方案草图；l方案初选；方案初选；l详绘桥型方案；详绘桥型方案；l编制估算或概算；编制估算或概算；1.选定最优方案和文件汇总。选定最优方案和文件汇总。l明确各种标

23、高的要求明确各种标高的要求 在桥位纵断面图上，按比例绘出设计水位，通航水位，在桥位纵断面图上，按比例绘出设计水位，通航水位，堤顶标高，桥面标高，通航净空、堤顶行车净空位置堤顶标高，桥面标高，通航净空、堤顶行车净空位置图。图。 2、桥梁分孔和初拟桥型方案草图、桥梁分孔和初拟桥型方案草图l在确定了各种标高的纵断面图上，根据泄洪总跨径的在确定了各种标高的纵断面图上，根据泄洪总跨径的要求，做桥梁分孔和桥型方案草图。要求，做桥梁分孔和桥型方案草图。3、方案初选；、方案初选； 对草图方案做技术和经济上的初步分析和判断，剔除对草图方案做技术和经济上的初步分析和判断，剔除一些在技术经济上明显相形见绌的图式，初

24、步选出一些在技术经济上明显相形见绌的图式，初步选出24个构思好，各具特点的方案，做进一步详细研个构思好，各具特点的方案，做进一步详细研究和比较。究和比较。l详绘桥型方案；详绘桥型方案； 根据不同的桥型、不同跨度、和施工方法，拟定主要根据不同的桥型、不同跨度、和施工方法，拟定主要尺寸，绘制各桥型方案的尺寸详图。尺寸，绘制各桥型方案的尺寸详图。5、方案的详图，计算上、下部结构的主要工程数量、方案的详图，计算上、下部结构的主要工程数量 依据依据“估算定额估算定额”或或“概算定额概算定额”，编制出各个方案，编制出各个方案的主要材料用量、劳动力数量和全桥总造价。的主要材料用量、劳动力数量和全桥总造价。6

25、、选定最优方案和文件汇总、选定最优方案和文件汇总l全面考虑建设造价、养护费用、建设工期、营运灵全面考虑建设造价、养护费用、建设工期、营运灵活性、美观等因素进行综合分析，选定最佳方案为活性、美观等因素进行综合分析，选定最佳方案为推荐方案。推荐方案。编写方案说明。编写方案说明。桥梁设计方案的比选桥梁设计方案的比选明确各种标高明确各种标高的要求的要求桥梁分孔和初拟桥型桥梁分孔和初拟桥型方案草图方案草图方案初筛方案初筛详绘桥型方案详绘桥型方案编制估算或编制估算或概算概算方案选定和方案选定和文件汇总文件汇总最佳的推荐最佳的推荐方案方案洞庭湖大桥桥型方案比较图洞庭湖大桥桥型方案比较图16171819202

26、1222324252650m现浇连续梁012345678950m顶推连续梁101112131415122.15021.00-17.00122.15026.00-20.00105000310000140003000014000105000188000立 面(1:2000)01234567891050m顶推连续梁1516171819202122232450m现浇连续梁1112131410500016000280002800016000105000188000立 面(1:2000)11.50-16.008.50-17.007.50-20.0001234567891011122423222120191

27、8171615141350m顶推箱梁124.2326.00-16.00151.4826.00-17.00124.2326.00-20.0050m预应力砼T梁立 面(1:2000)31000188000105000130001050003100013000161718192021222324252650m现浇连续梁012345678950m顶推连续梁101112131415122.15021.00-17.00122.15026.00-20.00105000310000140003000014000105000188000立 面(1:2000)01234567891050m顶推连续梁1516171

28、819202122232450m现浇连续梁111213141050001600028000280001600010500018800011.50-16.008.50-17.007.50-20.00立 面(1:2000)三塔斜三塔斜拉桥方拉桥方案案系杆拱系杆拱配斜拉配斜拉桥方案桥方案连续连续刚构刚构方案方案优优 缺缺 点点 比比 较较三塔斜拉桥方案三塔斜拉桥方案（第（第方案）方案）系杆拱配斜拉桥方案系杆拱配斜拉桥方案（第（第方案）方案）连续刚构方案连续刚构方案（第（第方案）方案）经济经济性性54295.754295.7万元万元53653.453653.4万元万元55412.855412.8万元万

29、元适用适用性性1 1两孔两孔310m310m主跨跨越主跨跨越主航道，与航道适应性主航道，与航道适应性好，通航净空大，防撞好，通航净空大，防撞要求低；要求低；2 2河床压缩少，有利河床压缩少，有利汛期泄洪；汛期泄洪；3 3西岸副孔西岸副孔50m50m简支简支T T梁伸缩缝多，桥面连续梁伸缩缝多，桥面连续易开裂易开裂1 1主桥大跨少，对主桥大跨少，对通航较不利，桥墩防通航较不利，桥墩防撞要求较高；撞要求较高；2 2河床压缩较多，河床压缩较多，对汛期泄洪较不利；对汛期泄洪较不利；3 3西岸副孔西岸副孔50m50m连续连续梁，伸缩缝较少梁，伸缩缝较少1 1两孔两孔280m280m跨径连跨径连续刚构跨越主航道，续刚构跨越主航道，与航道适应性好。通与航道适应性好。通航净空大，防撞要求航净空大，防撞要求低；低；2 2河床压缩多，汛河床压缩多，汛期泄洪能力较差；期泄洪能力较差；3 3西岸副孔西岸副孔50m50m空心空心板，伸缩缝多，桥面板，伸缩缝多