第一篇_第二章__桥梁设计程序及一般原则

1、桥梁工程桥梁工程Bridge Engineering主主 讲：魏召兰讲：魏召兰(2012-2013学年学年 第二学期第二学期)四川农业大学城乡建设学院四川农业大学城乡建设学院第二章第二章 桥梁设计程序和一般原则桥梁设计程序和一般原则第一节第一节 桥梁设计程序桥梁设计程序第二节第二节 桥梁设计的一般原则桥梁设计的一般原则第三节第三节 桥梁体系、造型与美学桥梁体系、造型与美学第一节第一节 桥梁设计程序桥梁设计程序 前期工作 初步设计 技术设计 施工设计内容内容时间时间对常规桥梁，不需要对常规桥梁，不需要桥梁规划桥梁规划基本程序基本程序一一 前期工作前期工作n 预可行性研究：在工程可行的基础上，着重

2、研究建设上的必要性和经济上的合理性。n 可行性研究：在预可行性研究报告审批后，在必要性和合理性得到确认的基础上，着重研究工程上和投资上的可行性预可行性研究报告与可行性研究报告的主要内容 工程必要性论证： 是否需要建桥？ 工程可行性论证： 制定桥梁标准问题 自然条件及周围环境问题 桥式方案问题 桥位问题 经济可行性论证： 造价及回报问题 资金来源及偿还问题二二 初步设计初步设计 进一步开展水文、勘测工作 桥式方案比选 科研项目 施工组织设计 概算三三 技术设计技术设计 对选定的桥式方案中的各个结构总体的细部的技术问题作进一步研究解决 进一步深化初步设计 对结构各部分的设计提出详尽的设计图纸，包括

3、结构断面、配筋、细节处理、材料清单及工程量 调整概算（修正概算）四四 施工设计施工设计 绘制施工详图 编制工程预算第二节第二节 桥梁设计的一般原则桥梁设计的一般原则一一 野外勘测与调查研究工作野外勘测与调查研究工作 桥梁的任务确定桥梁的规模 选择桥位确定路桥的关系等 测量地形测绘地形图 钻探桥位工程地质报告 水文调查确定桥梁跨径和净空 风速、风向及桥址附近地震资料 其它情况材料、电力、施工道路等二二 桥梁纵、横断面设计与平面布置桥梁纵、横断面设计与平面布置 桥梁纵断面设计 总跨径 一般桥梁：水文计算 要求：排洪面积足够，冲刷小，缩短总长度 浅基础：总跨大，路堤不压河床 深基础：允许较大冲刷，总

4、跨小 桥梁分孔 跨径越大，孔数越少，上部结构造价高，墩台造价 低。最经济的分孔，使上下部结构的总造价最低。 通航河流：满足通航要求 平原区：主槽布置跨径大的通航孔 山区深谷：加大跨径，可采用特大单孔跨越，减少中间桥墩。 不利地质段：移桥基，加跨径洪水造成的桥梁事故洪水造成的桥梁事故陇海线灞河铁路桥，陇海线灞河铁路桥，2002年年6月月9日日葡萄牙葡萄牙某公路某公路桥，桥，2001年年3月月4日，日，约约70人人落水失落水失踪踪 钢筋砼三跨连续梁：中跨/边跨= 1.00 / 0.80五跨连续梁: 1.00 / 0.90 / 0.65 多孔跨径的比例 多孔桥梁：奇数跨（结构对称） 基础工程：在大桥

5、施工中起控制作用，应减少基础数量，加大跨径。 美观要求：整体规划桥梁分孔时应考虑桥下净空满足通航要求及洪水位 纵坡公路、铁路小桥通常做成平坡桥。大、中桥梁为了利于桥面排水和降低引道路堤高度，往往设置从中间向两端倾斜的双向纵坡。 桥面净空与建筑桥面净空与建筑限界限界 桥面净高桥面净高H 车道数与行车道车道数与行车道宽度宽度W 桥面宽度（曲线桥面宽度（曲线加宽）加宽） 机 动 车 道 布 置机 动 车 道 布 置（方向和层次）（方向和层次） 人行道与自行车人行道与自行车道布置道布置 横坡设置横坡设置（整体式）公路桥梁建筑限界公路桥梁建筑限界 桥梁横断面设计铁路桥梁建筑限界铁路桥梁建筑限界 为适应高

6、速铁路的行车要求，相应的建筑限界尺寸有所调整（单为适应高速铁路的行车要求，相应的建筑限界尺寸有所调整（单线宽度有所减小，而高度和线间距有所增加）线宽度有所减小，而高度和线间距有所增加） 公路等级、设计速度、车道宽度及路肩、路缘宽度公路等级、设计速度、车道宽度及路肩、路缘宽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路四级公路设计速度设计速度1201008010080608060403020车道宽度车道宽度3.753.753.753.753.753.503.503.503.503.503.00左路肩宽左路肩宽L11.251.000.751.000.75

7、0.75右路肩宽右路肩宽L23.50(3.00)3.00(2.50)2.50(1.50)3.00(2.50)2.50(1.50)2.50(1.50)1.50(0.75)0.75(0.25)分隔带宽分隔带宽M23.00(2.00)2.002.00(1.00)2.002.00(1.00)2.00(1.00)2.00(1.00)2.00(1.00)中间带宽中间带宽M14.50(3.50)3.50(3.00)3.00(2.00)3.50(3.00)3.00(2.00)3.00(2.00)3.00(2.00)3.00(2.00)左路缘带宽左路缘带宽S10.750.75(0.50)0.500.75(0.5

8、0)0.500.500.500.50 一般，大、中桥梁的平面线一般，大、中桥梁的平面线型为直线。当地形限制时，型为直线。当地形限制时，可把桥梁设置在曲线上（直可把桥梁设置在曲线上（直梁布置成折线状）或直接建梁布置成折线状）或直接建造造曲线桥曲线桥（结构本身呈曲线（结构本身呈曲线状）。桥上宜避免采用反向状）。桥上宜避免采用反向曲线。曲线。 在某些情况下（如对城市桥在某些情况下（如对城市桥梁）也允许修建公路梁）也允许修建公路斜桥斜桥，其斜度一般不大于其斜度一般不大于4545 ，在，在通航河流上不宜大于通航河流上不宜大于5 5 。 桥梁平面布置安全安全实用实用经济经济美观美观三三 桥梁设计基本原则桥

9、梁设计基本原则 安全要求安全要求 桥梁的安全既包括桥上桥梁的安全既包括桥上车辆、行人车辆、行人的安的安全，也包括全，也包括桥梁结构桥梁结构本身的本身的安全安全。结构在使。结构在使用年限（设计基准期：用年限（设计基准期：100年）以内，在各年）以内，在各种自然情况和荷载作用下，能具有足够的承种自然情况和荷载作用下，能具有足够的承载能力，能保持适当的安全度，是对每一座载能力，能保持适当的安全度，是对每一座桥梁的基本要求。桥梁的基本要求。适用要求适用要求 桥梁的桥梁的适用要求适用要求包括：能保证包括：能保证行车行车的通的通畅、舒适和安全；桥梁畅、舒适和安全；桥梁运量运量既能满足当前需要，既能满足当前

10、需要，也可适当照顾今后发展；对跨越线路或河流的也可适当照顾今后发展；对跨越线路或河流的桥梁，要求不妨碍桥梁，要求不妨碍桥下交通或通航桥下交通或通航；靠近城市、；靠近城市、村镇等的桥梁，还当综合考虑桥头和引桥地区村镇等的桥梁，还当综合考虑桥头和引桥地区的的环境和发展环境和发展；在使用年限内，桥梁一般只需；在使用年限内，桥梁一般只需常规养护维修常规养护维修就可保证日常使用。就可保证日常使用。经济要求经济要求 在安全、适用的前提下，经济是衡量技术在安全、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因素。桥梁设计应水平和作出方案选择的主要因素。桥梁设计应体现出体现出经济特性经济特性。对于重大的

11、桥梁工程，必须。对于重大的桥梁工程，必须进行多方案的比较，详细研究技术上的进行多方案的比较，详细研究技术上的可行性可行性和和先进性先进性以及经济上的以及经济上的合理性合理性。这样，才能对。这样，才能对桥梁的建造消耗、施工、技术发展和今后使用桥梁的建造消耗、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。等因素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。美观要求美观要求 在安全、适用和经济的前提下，尽可能在安全、适用和经济的前提下，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。合理的轮调，这就是对桥梁美观的基本要求。合

12、理的轮廓造型和布局、正确表达力的传递、以及结构廓造型和布局、正确表达力的传递、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，可适当考观的主要因素。在城市和游览地区，可适当考虑桥梁建筑的艺术处理，但不应当追求浮华和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。繁琐的细部装饰。第三节第三节 桥梁体系、造型与美学桥梁体系、造型与美学一一 桥梁体系桥梁体系 梁式桥主梁受弯 拱桥主拱受压 刚架桥构件受弯压 缆索承重缆索受拉 组合体系几种受力的组合美学建筑美学桥梁建筑美学美学建筑美学桥梁建筑美学美学美学研究人对现实的审美关

13、系的科学，研究艺术中的哲学问题，研究人对现实的审美关系的科学，研究艺术中的哲学问题，研究艺术领域里的一般规律研究艺术领域里的一般规律 基础美学（哲学美学、心理学美学和社会学美学）基础美学（哲学美学、心理学美学和社会学美学） 实用美学（装饰美学、技术美学和社会美学实用美学（装饰美学、技术美学和社会美学 ） 历史美学历史美学 建筑美学建筑美学建立在建筑学和美学的基础上，研究建筑领域里的美建立在建筑学和美学的基础上，研究建筑领域里的美和审美问题的一门新兴学科。艺术美学和建筑学的重要分支。和审美问题的一门新兴学科。艺术美学和建筑学的重要分支。桥梁建筑美学桥梁建筑美学以桥梁为研究对象的建筑美学以桥梁为研

14、究对象的建筑美学桥梁的结构特征和社会特征桥梁的结构特征和社会特征决定了桥梁在社会生活中的重要地决定了桥梁在社会生活中的重要地位，激发出大众关注和欣赏桥梁造型的热情位，激发出大众关注和欣赏桥梁造型的热情 跨越障碍并承受交通荷载跨越障碍并承受交通荷载 开放性（不封闭）开放性（不封闭） 公共性（人人可用）公共性（人人可用） 沟通能力沟通能力桥梁的双重功能桥梁的双重功能使用与观赏使用与观赏重要性重要性结构的造型和美学处理时常会对桥梁建筑的成败起到关结构的造型和美学处理时常会对桥梁建筑的成败起到关键的作用。因此，桥梁工作者十分有必要了解和掌握桥梁建筑艺键的作用。因此，桥梁工作者十分有必要了解和掌握桥梁建

15、筑艺术的基本原则和美学观点术的基本原则和美学观点 二二 桥梁造型与美学桥梁造型与美学桥梁建筑美学的基本原则桥梁建筑美学的基本原则 建筑艺术的基本原则在桥梁工程中的应用，可大致建筑艺术的基本原则在桥梁工程中的应用，可大致归纳为以下几点：归纳为以下几点： 1 1、桥梁须与周围环境融合桥梁须与周围环境融合，成为自然整体中的一个协，成为自然整体中的一个协调部分。在这方面，材料的选择、表面的质感以及色彩调部分。在这方面，材料的选择、表面的质感以及色彩的运用起着重要作用。协调中也包含着对比。的运用起着重要作用。协调中也包含着对比。 2 2、桥梁本身的造型须有、桥梁本身的造型须有恰当的比例恰当的比例。另外，

16、也须注意。另外，也须注意结构的秩序感和韵律感，避免造型上的单调和重复。结构的秩序感和韵律感，避免造型上的单调和重复。 3 3、桥梁造型应注意、桥梁造型应注意结构简单，力线明快，线条流畅结构简单，力线明快，线条流畅。 4 4、桥梁建筑处理应当表现、桥梁建筑处理应当表现清新雅洁的风格清新雅洁的风格。既要避免。既要避免勉强堆砌的藻饰和不必要的投资；也要避免忽略建筑的勉强堆砌的藻饰和不必要的投资；也要避免忽略建筑的艺术处理。艺术处理。背景图片背景图片: :日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥桥梁建筑美学处理的基本手段桥梁建筑美学处理的基本手段 与环境协调与环境协调 主从与对称主从与对称 韵律韵律 均衡与稳

17、定均衡与稳定 统一统一 比例与尺度比例与尺度 连续与明暗搭配连续与明暗搭配 力线明快力线明快 色彩色彩 风格风格背景图片背景图片: :法国法国NormandyNormandy桥施工桥施工举例：举例：与环境协调与环境协调瑞士瑞士Chillon Viaduct奥地利奥地利BrennerBrenner桥桥强调：协调一致，互相配合，融为一体强调：协调一致，互相配合，融为一体三种情况：三种情况：（1 1）特大桥梁，成为环境的主要景观）特大桥梁，成为环境的主要景观（2 2）桥梁规模不大，当地环境景观已存）桥梁规模不大，当地环境景观已存在，桥梁处于从属和适应地位在，桥梁处于从属和适应地位（3 3）普遍情况，

18、桥梁与环境和谐共处）普遍情况，桥梁与环境和谐共处美国美国H3-向风坡高架路，预制分段施工，跨度向风坡高架路，预制分段施工，跨度90-100m美国密执安美国密执安MuskegonMuskegon姐妹桥姐妹桥Cold Spring Arch Bridge California Coast 1998Rijeka Memorial Bridge in Croatia, span 38m, 2001国内某风景区内的一座铁路桥国内某风景区内的一座铁路桥举例：举例：主从与对称主从与对称中南海瀛台桥中南海瀛台桥奥地利欧罗巴桥奥地利欧罗巴桥在桥梁体型的布置上在桥梁体型的布置上突出中心部位以为突出中心部位以为“主

19、主”，两侧部分起，两侧部分起衬托作用以为衬托作用以为“从从”，并以中轴线对称布置，并以中轴线对称布置，使桥梁体型关系上主使桥梁体型关系上主次分明，造型匀称。次分明，造型匀称。举例：举例：韵律韵律德国席哥泰尔桥德国席哥泰尔桥十七孔桥十七孔桥节奏和韵律是产生协节奏和韵律是产生协调美的共同因素调美的共同因素建筑是凝固着的音乐建筑是凝固着的音乐韵律指建筑体型中有韵律指建筑体型中有组织的变化和有规律组织的变化和有规律的重复，形成有节奏的重复，形成有节奏的韵律感的韵律感美国美国Alsea Bay Bridge举例：举例：均衡与稳定均衡与稳定均衡指形态（体量、视均衡指形态（体量、视觉）上的协调，以表现觉）上

20、的协调，以表现出一种稳定感。出一种稳定感。均衡表现出建筑物的稳均衡表现出建筑物的稳固和耐用，反映出建筑固和耐用，反映出建筑物的基本功能。物的基本功能。日本某混凝土悬臂梁桥日本某混凝土悬臂梁桥德国费马恩拱桥德国费马恩拱桥BRIDGE ACROSS THE NECKAR CANAL AT HEILBRONN-B_CKINGEN 1950 96mPuente de la MujerMerchants Bridge, Castlefield, Manchester举例：举例：统一统一南斯拉夫南斯拉夫Krk-II桥桥美国美国Rainbow桥桥统一指处理局部和整体统一指处理局部和整体的关系，应使结构各局的

21、关系，应使结构各局部和谐一致地结合成整部和谐一致地结合成整体，表现出浑然一体的体，表现出浑然一体的形象形象桥梁建筑造型的统一主桥梁建筑造型的统一主要是要注意主次结构体要是要注意主次结构体系的和谐统一系的和谐统一举例：举例：比例与尺度比例与尺度挪威某桥挪威某桥荷兰东斯海荷兰东斯海尔德公路桥尔德公路桥比例，一指结构三维之间的比例，一指结构三维之间的大小关系，二指结构各部分大小关系，二指结构各部分之间的大小关系之间的大小关系尺度，结构整体或局部与某尺度，结构整体或局部与某些建筑细部之间的关系些建筑细部之间的关系美学设计要求：结构各部分美学设计要求：结构各部分体型匀称，比例和谐体型匀称，比例和谐黄金分割：黄金分割：0.6180.618举例：举例：连续与明暗搭配连续与明暗搭配澳大利亚某桥澳大利亚某桥某跨线桥某跨线桥 连续指桥梁侧视时其水连续指桥梁侧视时其水平线条呈直线或平滑的曲平线条呈直线或平滑的曲线，表