竞赛培训之04：大跨桥梁结构选型思路解说

1、PRODUCED BY：Wenxiong Huang精选精选ppt1大跨度桥梁结构选型思路解说大跨度桥梁结构选型思路解说结构设计大赛竞赛培训之结构设计大赛竞赛培训之04：结构设计竞赛培训课件（黄文雄）结构设计竞赛培训课件（黄文雄）知识培训知识培训抛砖引玉抛砖引玉拨云见日拨云见日PRODUCED BY：Wenxiong Huang2精选精选ppt讲座内容讲座内容桥梁结构设计原则的回顾桥梁结构设计原则的回顾1桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2桥梁构思实现上的控制环节桥梁构思实现上的控制环节3PRODUCED BY：Wenxiong Huang3精选精选ppt讲座目的讲座目的目的目的

2、抛砖引玉抛砖引玉拨云见日拨云见日备战大赛备战大赛形成专业思维素养形成专业思维素养v围绕围绕“桥梁桥梁”结构知识，从概念设计角度上对结构知识，从概念设计角度上对 设计构思方面的原则和方法进行轮廓性介绍。设计构思方面的原则和方法进行轮廓性介绍。TOCPRODUCED BY：Wenxiong Huang4精选精选ppt1.桥梁结构设计原则的回顾桥梁结构设计原则的回顾桥梁是供汽车、桥梁是供汽车、 火车、行人、特殊构筑物等火车、行人、特殊构筑物等跨越跨越障碍（河流、山谷障碍（河流、山谷或其它线路）的建筑工程物。或其它线路）的建筑工程物。跨越跨越PRODUCED BY：Wenxiong Huang5精选精

3、选ppt1.桥梁定义和设计原则的回顾桥梁定义和设计原则的回顾1.21.2桥梁设计的基本原则桥梁设计的基本原则安全安全适用适用经济经济美观美观有利环保有利环保PRODUCED BY：Wenxiong Huang6精选精选ppt1.桥梁定义和设计原则的回顾桥梁定义和设计原则的回顾v 桥上车辆、行人及施工机具的安全，也包括桥梁本身的安全。结构在桥上车辆、行人及施工机具的安全，也包括桥梁本身的安全。结构在使用年限内，在各种自然情况和荷载作用下，具有足够的承载能力和使用年限内，在各种自然情况和荷载作用下，具有足够的承载能力和足够的安全度，是对每一座桥梁的基本要求。足够的安全度，是对每一座桥梁的基本要求。

4、安全要求安全要求核心要求核心要求结构结构安全安全交通交通安全安全人员人员安全安全结构安全结构安全体系安全（整体）体系安全（整体）构件安全（局部）构件安全（局部）构造安全（细节）构造安全（细节）PRODUCED BY：Wenxiong Huang7精选精选ppt1.桥梁定义和设计原则的回顾桥梁定义和设计原则的回顾v 能保证行车的通畅、舒适和安全；桥梁运量既能满足当前需要，也可能保证行车的通畅、舒适和安全；桥梁运量既能满足当前需要，也可适当照顾今后发展；对跨越线路或河流的桥梁，要求不妨碍桥下交通适当照顾今后发展；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、村镇等的桥梁，还当综合考虑

5、桥头和引桥地区的或通航；靠近城市、村镇等的桥梁，还当综合考虑桥头和引桥地区的环境和发展；在使用年限内，桥梁一般只需常规养护维修就可保证日环境和发展；在使用年限内，桥梁一般只需常规养护维修就可保证日常使用。常使用。适用要求适用要求桥梁适用性桥梁适用性运营荷载的需求运营荷载的需求结构的适用性结构的适用性主要由其功能所决定主要由其功能所决定大赛中的体现大赛中的体现移动加载的体现移动加载的体现PRODUCED BY：Wenxiong Huang8精选精选ppt1.桥梁定义和设计原则的回顾桥梁定义和设计原则的回顾v 在在安全、适用安全、适用的前提下，经济是衡量技术水平和作出方案选择的主要的前提下，经济是

6、衡量技术水平和作出方案选择的主要因素。桥梁设计应体现出经济特性。对于重大的桥梁工程，必须进行因素。桥梁设计应体现出经济特性。对于重大的桥梁工程，必须进行多方案的比较，详细研究技术上的可行性和先进性以及经济上的合理多方案的比较，详细研究技术上的可行性和先进性以及经济上的合理性。这样，才能对桥梁的建造消耗、施工、技术发展和今后使用等因性。这样，才能对桥梁的建造消耗、施工、技术发展和今后使用等因素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。经济要求经济要求大赛中的体现大赛中的体现参赛模型结构质量最小化参赛模型结构质量最小化桥梁经济性桥梁经济性需按结构全寿命周期考虑需按结构全

7、寿命周期考虑PRODUCED BY：Wenxiong Huang9精选精选ppt1.桥梁定义和设计原则的回顾桥梁定义和设计原则的回顾v 在在安全安全、适用适用和和经济经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调，这就是对桥梁美观的基本要求。合理的轮廓造型周围的环境相协调，这就是对桥梁美观的基本要求。合理的轮廓造型和布局、正确的表现力传递、以及结构风格和色彩与周围环境的和谐和布局、正确的表现力传递、以及结构风格和色彩与周围环境的和谐一致，是体现美观的主要因素。在城市和游览地区，可适当考虑桥梁一致，是体现美观的主要因素。在城市和游览地区，

8、可适当考虑桥梁建筑的艺术处理，但不应当追求浮华和繁琐的细部装饰。建筑的艺术处理，但不应当追求浮华和繁琐的细部装饰。美观要求美观要求大赛中的体现大赛中的体现体现受力特点的体系造型体现受力特点的体系造型TOCPRODUCED BY：Wenxiong Huang10精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.12.1桥梁设计上的总体把握层次和环节桥梁设计上的总体把握层次和环节对对桥桥梁梁工工程程的的总总体体把把握握和和认认识识砼砼组合组合其他其他木木钢钢材料材料拱拱组合组合索索梁梁体系体系PRODUCED BY：Wenxiong Huang11精选精选ppt2.桥梁设计构思

9、上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.22.2桥梁设计构思上的实用原则桥梁设计构思上的实用原则v 桥梁设计构思需要在对结构整体行为认识深化下总结提炼出一桥梁设计构思需要在对结构整体行为认识深化下总结提炼出一些指导实际工作的思维方法。些指导实际工作的思维方法。草木草木皆兵皆兵以柔以柔克刚克刚欲擒欲擒故纵故纵取长取长补短补短移花移花接木接木TOCPRODUCED BY：Wenxiong Huang12精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.32.3“草木皆兵草木皆兵”原则原则v 结构设计中实现结构设计中实现“物尽其用物尽其用”。拱拱组合组合索索梁梁体系体系结构级结构

10、级构件级构件级构造级构造级体系分类体系分类A.A.组成结构的构件充分发挥作用组成结构的构件充分发挥作用B.B.构件的断面组成能充分发挥强度性能构件的断面组成能充分发挥强度性能结构层次结构层次PRODUCED BY：Wenxiong Huang13精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.32.3“草木皆兵草木皆兵”原则原则2.3.12.3.1梁与桁梁与桁PRODUCED BY：Wenxiong Huang14精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.32.3“草木皆兵草木皆兵”原则原则2.3.22.3.2桁的更多应用桁的更多应用PRODU

11、CED BY：Wenxiong Huang15精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.32.3“草木皆兵草木皆兵”原则原则2.3.32.3.3拱与梁拱与梁拱桥拱桥梁桥梁桥VS拱桥与梁桥的截面应力分布对比拱桥与梁桥的截面应力分布对比PRODUCED BY：Wenxiong Huang16精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.32.3“草木皆兵草木皆兵”原则原则2.3.42.3.4超强的索超强的索单根（镀锌）单根（镀锌）高强钢高强钢“丝丝”多根钢丝多根钢丝平行成平行成“股股”多股钢束多股钢束夹紧成夹紧成“缆缆”悬索桥的传力途径悬索桥的传

12、力途径大缆的断面形成大缆的断面形成TOC2PRODUCED BY：Wenxiong Huang17精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.42.4“以柔克刚以柔克刚”原则原则2.4.12.4.1“柔性柔性”的桥梁的桥梁斜拉桥传力分析示意斜拉桥传力分析示意对比对比悬索桥传力分析示意悬索桥传力分析示意v 结构设计中采用柔性的结构、构件、构造来实现其特定的功结构设计中采用柔性的结构、构件、构造来实现其特定的功能预期。能预期。PRODUCED BY：Wenxiong Huang18精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.42.4“以柔克刚以柔

13、克刚”原则原则2.4.22.4.2“柔性柔性”的构件的构件连续刚构桥中需要采取减小墩柱连续刚构桥中需要采取减小墩柱“抗推刚度抗推刚度”的措施，以释放收缩、降温等因素对结构的的措施，以释放收缩、降温等因素对结构的不利影响。不利影响。PRODUCED BY：Wenxiong Huang19精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.42.4“以柔克刚以柔克刚”原则原则2.4.22.4.2“柔性柔性”的（隔振）措施的（隔振）措施希腊里翁里翁-安蒂雷翁大桥安蒂雷翁大桥主梁为钢和混凝土面板的叠合图梁，主梁在纵向和横向都有位移阻尼系统。在90m直径的圆形扩大基础下，有更大范围的钢

14、管桩群来加固地基，两者之间为砾石垫层，在有地震或位移时可以产生滑动和缓冲，起了隔震的作用。如果主塔基础不滑动，那么桥上就会作用很大的地震力，使结构难以抵抗，而现在的处理方法，能消解巨大的地震力，而且也不会发生成为问题的塑性变形。 TOC2PRODUCED BY：Wenxiong Huang20精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.52.5“欲擒故纵欲擒故纵”原则原则反向措施反向措施2.5.12.5.1“预应力预应力”的应用的应用预应力作用对截面预应力作用对截面产生了两个效果：产生了两个效果：A.NyA.Ny作用下截面受压作用下截面受压B.My=NyB.My=Ny

15、* *eyey作用下截面受弯作用下截面受弯v 结构设计中采用预先施加的结构设计中采用预先施加的“反向措施反向措施”来提高结构的承载来提高结构的承载能力。能力。PRODUCED BY：Wenxiong Huang21精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则p按抵消弯矩为目标，按弯矩图形态布置预应力钢筋形态。按抵消弯矩为目标，按弯矩图形态布置预应力钢筋形态。荷载产生的弯矩荷载产生的弯矩预应力产生的弯矩预应力产生的弯矩预应力产生的轴力预应力产生的轴力荷载产生的应力荷载产生的应力预应力产生的应力预应力产生的应力叠加应力叠加应力截面均匀截面均匀受压的目受压的目标标从等效荷载的角

16、度，预应力产生的效果弯全抵消荷载弯矩，截面只受到轴力作从等效荷载的角度，预应力产生的效果弯全抵消荷载弯矩，截面只受到轴力作用。因此，预应力布置形状可参考弯矩图的形态。用。因此，预应力布置形状可参考弯矩图的形态。PRODUCED BY：Wenxiong Huang22精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.52.5“欲擒故纵欲擒故纵”原则原则2.5.22.5.2斜拉桥中斜拉桥中“体系预应力体系预应力”的应的应用用跨越能力大跨越能力大建筑高度小建筑高度小以弯为主的压弯构件以弯为主的压弯构件恒载内力可调整恒载内力可调整主梁在斜拉索支承下，就象多跨弹性支承主梁在斜拉索支承

17、下，就象多跨弹性支承连续梁那样工作，使连续梁那样工作，使“局部跨度局部跨度”显著减显著减小，让小，让“整体跨度整体跨度”能显著提高，主梁高能显著提高，主梁高度度“相对相对”降低。降低。主梁把斜拉索索力的水平分力作为轴力传主梁把斜拉索索力的水平分力作为轴力传递，形成自锚体系结构。递，形成自锚体系结构。借助斜拉索的预拉力，可以对主梁的内力借助斜拉索的预拉力，可以对主梁的内力进行调整。进行调整。TOC2PRODUCED BY：Wenxiong Huang23精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.62.6“取长补短取长补短”原则原则2.6.12.6.1结合梁结合梁的使用

18、的使用v 结构设计中合理搭配构件或材料组合，以使得不同构结构设计中合理搭配构件或材料组合，以使得不同构件或材料发挥其优势特点。件或材料发挥其优势特点。混凝土梁混凝土梁钢梁钢梁p如果二者无连接，受荷弯曲时各自变形，如果二者无连接，受荷弯曲时各自变形，结合面存在相对滑移。结合面存在相对滑移。p二者通过剪力键连接，受荷弯曲时协调变二者通过剪力键连接，受荷弯曲时协调变形，结合面仅存在微小相对滑移。剪力键通形，结合面仅存在微小相对滑移。剪力键通过承担水平剪力来抵抗相对滑移，使得钢、过承担水平剪力来抵抗相对滑移，使得钢、混凝土协同受力，截面整体抗弯刚度大大提混凝土协同受力，截面整体抗弯刚度大大提高。高。结

19、合梁工作原理示意性图解结合梁工作原理示意性图解PRODUCED BY：Wenxiong Huang24精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则混凝土混凝土钢钢养护容易养护容易养护困难养护困难造价高造价高抗拉强度低抗拉强度低抗压强度高抗压强度高造价低造价低拉压强度高拉压强度高压板易失稳压板易失稳混凝土翼缘板混凝土翼缘板PRODUCED BY：Wenxiong Huang25精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.62.6“取长补短取长补短”原则原则2.6.22.6.2混合梁混合梁的使用的使用自重小自重小钢梁钢梁混凝土梁混凝土梁轻轻柔柔贵贵刚

20、刚重重贱贱强度低强度低强度高强度高强强弱弱造价低造价低造价高造价高刚度大刚度大自重大自重大刚度小刚度小v 在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁，在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁，这种布置方式称为混合式主梁布置，简称这种布置方式称为混合式主梁布置，简称“混合梁混合梁”。PRODUCED BY：Wenxiong Huang26精选精选ppt钢梁钢梁砼梁砼梁混凝土梁混凝土梁诺曼底桥，钢梁伸入主跨诺曼底桥，钢梁伸入主跨116米。米。多多罗桥，边跨末端设置混凝土梁。多多罗桥，边跨末端设置混凝土梁。砼梁砼梁钢梁钢梁混凝土梁混凝土梁重庆石板坡桥，主跨 33

21、0mPRODUCED BY：Wenxiong Huang27精选精选ppt结合面结合面混凝土梁混凝土梁钢梁钢梁PC梁过渡段梁过渡段钢加劲段钢加劲段PC梁标准段梁标准段钢梁标准段钢梁标准段钢混结合段钢混结合段钢混结合段立面过渡示意钢混结合段立面过渡示意TOC2PRODUCED BY：Wenxiong Huang28精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.72.7“移花接木移花接木”原则原则v 结构设计中使用不同的受力体系相搭配，形成纷繁变结构设计中使用不同的受力体系相搭配，形成纷繁变化的组合受力体系。化的组合受力体系。2.7.12.7.1拱梁（刚构）组合体系桥梁拱梁

22、（刚构）组合体系桥梁柔性系杆刚性拱柔性系杆刚性拱 刚性系杆柔性拱刚性系杆柔性拱 刚性系杆刚性拱刚性系杆刚性拱 PRODUCED BY：Wenxiong Huang29精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.72.7“移花接木移花接木”原则原则2.7.22.7.2连续刚构体系桥梁连续刚构体系桥梁连续梁桥连续梁桥连续刚构桥连续刚构桥VS连续梁桥均布荷载q均布荷载q对长大桥梁，连续对长大桥梁，连续 刚构体系往往是刚构主体与连续梁的组合。刚构体系往往是刚构主体与连续梁的组合。连续刚构体系桥连续刚构体系桥PRODUCED BY：Wenxiong Huang30精选精选ppt

23、2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.72.7“移花接木移花接木”原则原则2.7.32.7.3斜拉悬索体系桥梁斜拉悬索体系桥梁土耳其土耳其 伊兹米特海湾（伊兹米特海湾（Izmit BayIzmit Bay）大桥）大桥 设计方案设计方案 PRODUCED BY：Wenxiong Huang31精选精选ppt直布罗陀海峡大桥（直布罗陀海峡大桥（Gibraltar bridge） 设计方案设计方案 斜拉悬索体系桥梁，主斜拉悬索体系桥梁，主跨约跨约5000m（方案构思）。（方案构思）。林同炎设计。林同炎设计。PRODUCED BY：Wenxiong Huang精选精选ppt跨越墨西拿

24、海峡（跨越墨西拿海峡（The Messina Straits)桥梁史上跨时代的桥梁PRODUCED BY：Wenxiong Huang33精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.72.7“移花接木移花接木”原则原则2.7.42.7.4斜拉刚构组合体系桥梁斜拉刚构组合体系桥梁PRODUCED BY：Wenxiong Huang34精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.72.7“移花接木移花接木”原则原则2.7.52.7.5拱斜拉组合体系桥梁拱斜拉组合体系桥梁马来西亚的马来西亚的Seri Saujana斜拉拱桥组合体系斜拉拱桥组合体系斜

25、拉拱桥，斜拉拱桥，主跨主跨300mPRODUCED BY：Wenxiong Huang35精选精选ppt2.桥梁设计构思上的一些原则桥梁设计构思上的一些原则2.72.7“移花接木移花接木”原则原则2.7.62.7.6其它建筑结构的组合？其它建筑结构的组合？TOCTOC2膜结膜结构构PRODUCED BY：Wenxiong Huang36精选精选ppt3.桥梁构思实现上的控制环节桥梁构思实现上的控制环节结构体系确定结构体系确定材料体系确定材料体系确定设计及优化设计及优化细节工艺方案细节工艺方案结构级结构级构件级构件级构造级构造级3.13.1桥梁结构的设计流程桥梁结构的设计流程PRODUCED B

26、Y：Wenxiong Huang37精选精选ppt3.桥梁构思实现上的控制环节桥梁构思实现上的控制环节3.2PC3.2PC简支梁桥设计的关键环节简支梁桥设计的关键环节混凝土简支梁的设计关键：混凝土简支梁的设计关键：p混凝土简支梁的设计关键是截面的拟定、（预应力）钢筋面积和位置设计。混凝土简支梁的设计关键是截面的拟定、（预应力）钢筋面积和位置设计。p二者又是相互关联的。二者又是相互关联的。截面尺寸设计拟定截面尺寸设计拟定预应力设计预应力设计/ /钢筋设计钢筋设计力钢筋面积力钢筋面积力钢筋布置力钢筋布置受力计算受力计算是纽带是纽带参照经验数据参照经验数据参照已有图纸参照已有图纸估算估算布置设计布置设计PRODUCED BY：Wenxiong Huang38精选精选ppt3.桥梁构思实现上的控制环节桥梁构思实现上的控制环节3.3PC3.3PC连续梁桥设计的关键环节连续梁桥设计的关键环节PC连续梁桥设计计算基本流程连续梁桥设计计算基本流程PRODUCED BY：Wenxiong Huang39精选精选ppt3.桥梁构思实现上的控制环节桥梁构思实现上的控制环节3