桥梁工程概论第二章桥梁工程的规划与设计

Bridges

in

China12010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU1

第二章

桥梁工程的规划与设计规划与设计是桥梁建设过程中的重要一环。桥梁的合理性、适用性、先进性在很大程度上取决于设计文件的质量。必须了解和遵循

桥梁设计的基本原则

设计程序

桥梁设计规范的有关规定

与桥梁工程相关的其他科学知识本章简要介绍

桥梁工程的设计程序及相关知识

桥梁建筑造型的基本观点2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU2

土木工程结构的基本属性基本属性

在满足一定的功能的同时，还应该能够安全地承受自然界和

人类活动所施加的各种荷载；

社会所能为结构建造支付的人力、物力和财力都是有限的，

所以，又必须讲求经济；

结构固定在不同位置，其规划、设计和施工需因时因地而

异，逐个进行；

与人类活动密切相关，其是否美观，是否与环境协调，受到

重视。要求

技术先进，安全可靠，适用耐久，经济合理

简言：安全，适用，经济，美观2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU3第一节

桥梁设计原则和科学依据

一、基本原则

安全要求

桥梁的安全既包括桥梁本身的安全，也包括桥

上车辆、行人的安全。结构在使用年限（设计基准

期：100年）以内，在各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，是对每一座桥梁的基本要求。2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU4

适用要求

桥梁的适用要求包括：能保证行车的通畅和舒适；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常使用。2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU5

经济要求

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。2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU6

美观要求

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、正确表达力的传递、以及结构造型、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。在城市和旅游地区，可适当考虑桥梁建筑的艺术处理，但不应当追求浮华和繁琐的细部装饰。第二章

桥梁工程的规划与设计

西南交大

桥梁工程系李亚东ÖйúÏû·ÑÐÐÒµ±¨¸æÎĵµ×ÊÁÏ铁路标准规范名称标准规范编号施行日期铁路桥涵设计基本规范TB10002.1—20052005铁路桥梁钢结构设计规范TB10002.2—20052005.6.14铁路桥涵钢筋砼和预应力砼结构设计规范TB10002.3—20052005铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范TB10002.4—20052005铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.5—20052005铁路桥涵工程质量检验评定标准TB10415—20032003铁路钢桥制造规范TB10212—98(09年报批稿)1999.1.1编号名称主编单位JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范交通部公路规划设计院JTGD61-2005公路圬工桥涵设计规范交通部公路规划设计院JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范交通部公路规划设计院JTGD63-2007公路桥涵地基与基础设计规范交通部公路规划设计院JTJ025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范(正在修订)交通部公路规划设计院JTG/TD65-01-2007公路斜拉桥设计细则交通部重庆公路科学研究所JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范交通部第一公路工程公司Bridges

in

China22010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU7数学（Mathematics）－解析几何，微积分，微分方程，数值方法等力学（Mechanics）－理力，材力，结力，弹力、结构动力学、结构稳定理论等计算机辅助设计（CAD）－数学（含线代）+力学（含有限元）+计算机技术（含编程）工程材料学（Materials）－人工及天然材料的理化性质及加工处理工程地质学（Geology）－地壳的构造、组织、成份（与工程基础相关部分）岩土力学（Soil

Mechanics）－岩土在外力及自重作用下的状态和响应水力学（Hydraulics）－水在静态、动态时的力学特性，是流体力学的基础（涵洞、浮式结构等）水文学（

Hydrology

）－水的运动规律，水对周围环境的影响2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU8混凝土结构工程（Concrete

Structure）－混凝土桥钢结构工程（Steel

Structure）－钢桥基础工程（Foundation

Works）－各类桥梁基础铁道、道路工程（Railway,

Highway）其他

工程制图（Drawing）

工程测量（Surveying）

工程机械（Machinery）

施工（construction，erection）2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU9交通土建结构知识体系社会科学自然科学工程科学土木工程机械工程交通运输电气工程其他…交通土建结构材料－钢，

砼，组合环境－基础

，荷载等桥梁隧道支护公路铁道勘察设计施工管养规划？2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU10三、桥梁技术规范、工作细则和常用手册技术规范－以科学的工程知识和成熟的工程经验为基础，汇集整理有关桥梁设计、施工、养护的技术要求，形成统一的标准规定，并以此作为各项桥梁工作必须遵循的准则。工作细则－对内容广泛或技术复杂而在规范条文中不便一一纳入的技术文件，通常采用工作细则的形式加以补充。常用手册－把与桥梁有关的原始资料、规范规定、应用公式、参考数据、结构常用的计算方法、参数、图表、施工组织的各项定额、主要机具材料的规格性能等汇编成的手册。2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU11铁路桥梁相关技术规范（部分）2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU12

公路桥梁相关技术规范（部分）设计规范组成：结构分析；设计验算；荷载确定；材料试验；工程经验设计规范特点：对象具体；经验成熟；形式简洁；使用严肃规范的严肃性与技术进步的关系：统筹考虑，谨慎推进第二章

桥梁工程的规划与设计

西南交大

桥梁工程系

二、桥梁工程的科学依据

李亚东二、桥梁工程的科学依据（续）ÖйúÏû·ÑÐÐÒµ±¨¸æÎĵµ×ÊÁÏ公路等级、设计速度、车道宽度及路肩、路缘宽度公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路设计速度1201008010080608060403020车道宽度3.753.753.753.753.753.503.503.503.503.503.00左路肩宽L11.251.000.751.000.750.75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S10.750.75(0.50)0.500.75(0.50)0.500.500.500.502010-3-30YadongLI,PhD.Prof.SWJTU17Bridges

in

China32010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU13第二节

桥梁立面、断面和平面布置立面布置

桥梁总长（工程投资，水文计算，冲刷问题－基础埋深）

孔径布置（造价，结构体系－跨径比值，地质，通航，技术

限制）

桥面高程（一般线路决定高程，大桥可决定局部高程）

桥下净空（通航及非通航河流，相关国家标准，线路

）

桥上及桥头引道的纵坡布置（公、铁）通航情况非通航情况2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU14洪水造成的桥梁事故

←陇海线灞河铁路桥，

2002年6月9日←葡萄牙

某公路

桥，

2001年

3月4

日，约70人落水失踪2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU15

桥梁立面、断面和平面布置（续）断面布置

桥面净空与建筑限

界

桥面净高H

行车道宽度－车道

数与车道宽度W桥面宽度（公、铁情况，弯道情况）机动车道布置（方向和层次）人行道与自行车道布置（高速公路情况）横坡设置（整体式）公路桥梁建筑限界2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU16铁路桥梁建筑限界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）Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU18

桥梁立面、断面和平面布置（续）平面布置绝大部分桥梁走向与河流正交在某些情况下（如对城市桥梁）也允许修建公路斜桥，其斜度一般不大于45°，在通航河流上不宜大于5°。一般，大、中桥梁的平面线形为直线。当地形限制时，可把桥梁设置在曲线上（直梁布置成折线状）或直接建造曲线桥（结构本身呈曲线状）。桥上宜避免采用反向曲线。行车方向河流方向与河流正交方向

河

河

流

流

方

方

向

向西南交大

桥梁工程系

2010-3-30ÖйúÏû·ÑÐÐÒµ±¨¸æÎĵµ×ÊÁÏ→Bridges

in

China42010-3-3019基本程序内容

→时间承包商，施工监理对中小桥通常省略

Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU

第三节

桥梁设计与建设程序桥梁规划设计

业主

一

、2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU20

二、可行性研究（规划设计）可行性研究

工程必要性－是否需要建桥？（预可行性研究内容，铁、

公、城市交通的车辆流量、方式）

工程可行性－桥梁设计标准、桥位、桥式等技术问题

经济可行性－工程投资、资金筹措与偿还（BT,BOT）研究中的主要技术问题

桥梁标准（交通类型，流量或运量及增长率，线路等级，

车道宽度，航运要求等）

桥位（服从线路走向，可作适当调整）

桥式（初步评估方案的技术及经济合理性）

勘测与调查（提出合理设计方案的信息基础）审批2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU21例子：港珠澳大桥工程可行性研究报告

概述

现状及发展

交通量分析及预测

建设规模及主要技术指标

建设条件

桥位方案选择

工程方案选择

口岸

工程环境影响分析

投资估算

财务分析

经济分析

节能评价

有关专题研究结论

推荐工程建设方案

问题与建议

附件：专题研究（40余项）2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU22

勘测与调查地形测量－草勘地质勘探－收集资料、验证性钻孔水文资料

河道性质

桥位处河床断面

历年水流资料（流量、流速、最高最低水位、百年一遇洪水

位等）

设计通航水位和通航净空

特殊水文（涌潮，潮汐，海浪，洋流）气象（温度、湿度、风等）外部条件

砂、石料、水、电力供应情况

运输条件

场地征用和拆迁2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU23

三、初步设计设计任务书是进行初步设计的依据初步设计是一份供比选的建桥项目文件，内容包括拟定结构型式（桥型、体系、孔径等）及其主要构造尺寸，提出施工方案，估算经济指标（工程概算、主要建筑材料数量）等，重点在桥式和结构总体构思方面。初步设计的目的

（1）说明本桥梁工程的特点和要求；

（2）提出若干可行的比较方案；

（3）推荐准备采用的较好方案；

（4）估算实现推荐方案所需的费用、工期、技术措施

等的目的。2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU24

三、桥梁初步设计（续）初步设计的内容

（1）设计任务的来源和要求；

（2）桥址自然条件的基本资料；

（3）技术条件的选定；

（4）桥位方案的比选，上、下部结构方案的研究、比较和

确定；

（5）推荐的建桥方案及其理由；

（6）推荐方案的指导性施工组织，包括施工方法、进度安

排、场地布置、主要机具、材料和劳力配置等；

（7）工程概算。在初步设计阶段进行的勘测工作称为“初勘”第二章

桥梁工程的规划与设计

西南交大

桥梁工程系李亚东ÖйúÏû·ÑÐÐÒµ±¨¸æÎĵµ×ÊÁÏBridges

in

China52010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU252010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU262010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU27

五、施工设计施工设计一般由原编制技术设计的单位继续进行，也可由中标的施工单位进行内容包括结构设计计算（具体细节），绘制能让施工人员按图施工的施工详图等在施工设计阶段还要进一步根据施工需要进行补充钻探（称“施工钻探”）根据施工设计，施工单位编制施工组织设计和工程预算在所有设计文件经上级主管部门审批后，即可着手实施桥梁施工的各项工作桥梁建成后，通常还需进行试验验收工作及办理交接手续，由接收部门负责今后的桥梁通车运营和养护维修。至此，建桥工作始告完成2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU28第四节

桥梁建筑美学的基本观点

美学－建筑美学－桥梁美学（结构美学或技术美学）

桥梁的结构特征和社会特征

跨越障碍和承受交通荷载

开放性（不封闭）

公共性（人人可用）

沟通能力

使用（工程建筑物）与观赏（建筑艺术品）的双重功能

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

术的基本原则和美学观点2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU29

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，可大致归纳为以下几点。

1、桥梁须与周围环境融合，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的运用起着重要作用。协调中也包含着对比。

2、桥梁本身的造型须有恰当的比例。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。

3、桥梁建筑处理应当表现清新雅洁的风格。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艺术处理。2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU30桥梁美学处理的基本手段

与环境协调

主从与对称

韵律

均衡与稳定

统一

比例与尺度

连续与明暗搭配

力线明快

色彩

风格

背景图片:法国Normandy桥施工第二章

桥梁工程的规划与设计

例子：武汉鹦鹉洲长江大桥方案比较

根据长江航运通航要求和各方面的限

制条件，大桥主跨跨度应在800米以上

从技术可行角度考虑，跨径在800米以

上的桥型，可采用斜拉桥、悬索桥、

拱桥三种桥式。

方案I：三塔两跨悬索桥——结构型式

新颖，武汉尚未采用；

主缆起伏的外

形富有韵律美，塔高适中，三塔具有

标志性，寓意着武汉三镇均衡发展；

正桥工程投资约需30.8亿元，经济性

较好，施工工艺成熟，技术可行性较

高。

方案II：三塔斜拉桥——成熟桥型，武

汉采用较多；受桥址处条件限制，需

采用高低塔特殊结构，且塔高过高；

正桥工程投资约需31.2亿元。

方案III：钢桁拱桥——造型优美，景

观效果明显；从工程技术角度考虑可

行性较差，工程造价高，施工难度大。

李亚东

四、技术设计技术设计的主要内容－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，对结构各部分的设计提出详尽的设计图纸，包括结构断面、配筋、构造细节处理、材料清单及工程量等。对常规桥梁，通常不需要进行技术设计而直接进行施工设计；对新型、复杂、重要、大型的桥梁结构，往往需要对初步设计进行细化，以便发现可能存在的问题、进一步优化设计。技术设计阶段要进行补充勘探（简称“技勘”）ÖйúÏû·ÑÐÐÒµ±¨¸æÎĵµ×ÊÁÏBridges

in

China62010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU31举例：与环境协调

↑Vecchio桥及其他桥梁瑞士日内瓦湖畔Chillon高架桥→强调：协调一致，互相配合，融为一体三种情况：（1）特大桥梁，成为环境的主要景观（2）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（3）普遍情况，桥梁与环境和谐共处2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU32美国H3-向风坡高架路，预制分段施工，跨度90-100m2010-3-3033

Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTURijeka

Memorial

Bridge

in

Croatia,

span

38m,

20012010-3-3034Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU

中南海瀛台桥

举例：主从与对称

澳大利亚门道桥在桥梁体型的布置上突出中心部位以为“主”，两侧部分起衬托作用以为“从”，并以中轴线对称布置，使桥梁体型关系上主次分明，造型匀称。伦敦塔桥2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU35举例：韵律•节奏和韵律是产生协

调美的共同因素

•建筑是凝固着的音乐

•韵律指建筑体型中有

组织的变化和有规律

的重复，形成有节奏

的韵律感十七孔桥

德国席哥泰尔桥→2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU36第二章

桥梁工程的规划与设计

西南交大

桥梁工程系李亚东ÖйúÏû·ÑÐÐÒµ±¨¸æÎĵµ×ÊÁÏBridges

in

China72010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU37美国Alsea

Bay

Bridge2010-3-3038举例：均衡与稳定•均衡指形态（体量、视觉）上的协调，以表现出一种稳定感。•均衡表现出建筑物的稳固和耐用，反映出建筑物的基本功能。

德国费马恩拱桥Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU澳大利亚Batman桥，19682010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU39举例：统一美国Rainbow桥→•统一指处理局部和整体的关系，应使结构各局部和谐一致地结合成整体，表现出浑然一体的形象•桥梁建筑造型的统一主要是要注意主次结构体系的和谐统一2010-3-30Yadong

LI,

PhD.

Prof.

SWJTU40举例：比例与尺度挪威某桥

荷兰Zeeland桥,1965↑前南斯拉夫Krk-II桥比例，一指结构三维之间的大小关系，二指结构各部分之间的大小关系尺度，结构整体或局部与某些建筑细部之间的关系美学设计要求：结构各部分体型匀称，比例和谐黄金分割：0.618国内某铁路桥2010-3-30Ya