橋梁的總體規(guī)劃與設(shè)計.ppt

第一篇 總論,第01章 概述 第02章 橋梁的基本組成和分類 第03章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點 第04章 橋梁的設(shè)計荷載,本章內(nèi)容,第一節(jié) 橋梁總體規(guī)劃原則和基本設(shè)計資料 第二節(jié) 橋梁縱、橫斷面設(shè)計和平面布置 第三節(jié) 橋梁設(shè)計的方案比較,第一節(jié) 橋梁總體規(guī)劃原則和基本設(shè)計資料,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點,橋梁工程,第一節(jié) 橋梁總體規(guī)劃原則和基本設(shè)計資料,公路橋梁的設(shè)計，根據(jù)其使用任務(wù)、性質(zhì)和所在線路的遠景發(fā)展需要，應(yīng)符合技術(shù)先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理的要求外，還應(yīng)考慮造型美觀和有利環(huán)保的原則，同時尚應(yīng)考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護等因素。 橋梁設(shè)計，既是一種工程設(shè)計，也是一門藝術(shù) 設(shè)計是靈魂 在整個設(shè)計過程中，醞釀、構(gòu)思的“概念設(shè)計”工作，則更是發(fā)展創(chuàng)新思維的最重要階段。,第一節(jié) 橋梁總體規(guī)劃原則和基本設(shè)計資料,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點,橋梁工程,一、橋梁設(shè)計的基本要求 橋梁設(shè)計的一般步驟為：通過概念設(shè)計確定結(jié)構(gòu)方案，確立計算模型，確定結(jié)構(gòu)的詳細尺寸和細節(jié)構(gòu)造。選擇構(gòu)思好的橋梁結(jié)構(gòu)方案，是設(shè)計工作最重要的第一步，也是評價橋梁設(shè)計成功與否的重要標準。,橋梁總體規(guī)劃的基本要求,橋梁總體規(guī)劃一般地需考慮下述各項要求： 1使用上的要求：橋上的行車道和人行道應(yīng)保證車輛和行人安全暢通，滿足將來交通發(fā)展的需要。橋型、跨度大小和橋下凈空還應(yīng)滿足泄洪，安全通航和通車的要求。建成的橋梁要保證使用年限，并便于檢查和維修。 對跨越線路或河流的橋梁，要求不妨礙橋下交通或通航；靠近城市、村鎮(zhèn)等的橋梁，還應(yīng)當綜合考慮橋頭和引橋區(qū)域的環(huán)境和發(fā)展 2經(jīng)濟上的要求：橋梁的建造應(yīng)體現(xiàn)經(jīng)濟合理。橋梁方案的選擇要充分考慮因地制宜和當?shù)厝〔囊约笆┕に降任镔|(zhì)條件，力求在滿足功能要求的基礎(chǔ)上，使總造價和材料等消耗量最少，工期最短，提早投入使用。,橋梁總體規(guī)劃一般地需考慮下述各項要求： 3結(jié)構(gòu)上的要求：整個橋梁結(jié)構(gòu)及其部件，在制造、運輸、安裝和使用過程中應(yīng)具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性（地震）。 4施工上的要求：橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)便于制造和架設(shè)。應(yīng)盡量采用先進的工藝技術(shù)和施工機械，以利于加快施工進度，保證工程質(zhì)量和施工安全。 5 美觀上的要求：橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形，應(yīng)與周圍環(huán)境與景色協(xié)調(diào)。 此外，優(yōu)秀的、結(jié)構(gòu)上既有特色且又美觀的方案，應(yīng)使結(jié)構(gòu)的造型與力學(xué)行為相協(xié)調(diào)。如果結(jié)構(gòu)在外形上標新立異，雖有特色、與眾不同，但其力學(xué)行為甚不合理的橋型方案，往往會顯著提高經(jīng)濟造價和增加施工難度，嚴重者甚至?xí)绊懙浇Y(jié)構(gòu)的耐久性和運行安全,橋梁工程,二、橋梁工程的科學(xué)依據(jù) 1、數(shù)學(xué)：理論基礎(chǔ)、工具 2、力學(xué)：理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)等 3、計算機輔助設(shè)計技術(shù)：通過計算機輔助進行結(jié)構(gòu)分析、繪圖 4、工程材料學(xué)：石材、木材、鋼材、混凝土、復(fù)合材料、防腐材料等 5、工程地質(zhì)學(xué)：覆蓋土層、上部巖床、地下水以及相關(guān)物理探測方法 6、巖土力學(xué)：巖石、土的力學(xué)性能，承載力、變形、穩(wěn)定性等 7、水力學(xué)：開敞渠道內(nèi)水流機理和位能動能轉(zhuǎn)變關(guān)系；管道內(nèi)水壓力；水浮力 8、水文學(xué)：橋位處建橋前后水的運動規(guī)律及對路、橋、周圍環(huán)境的影響 9、混凝土結(jié)構(gòu)工程：包括設(shè)計、施工和科研，素砼、鋼筋及預(yù)應(yīng)力砼 10、鋼結(jié)構(gòu)工程：鋼構(gòu)件加工、拼裝、防腐及整體疲勞、穩(wěn)定等問題 11、基礎(chǔ)工程：擴大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)等 12、鐵道、公路工程：橋路連接、線形協(xié)調(diào),第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點,橋梁工程,三、橋梁技術(shù)規(guī)范、工作細則和常用手冊 橋梁技術(shù)規(guī)范（Specifications, Standard） 以科學(xué)的工程知識和成熟的工程經(jīng)驗為基礎(chǔ)，全面系統(tǒng)地匯集整理有關(guān)橋梁設(shè)計、施工、養(yǎng)護的技術(shù)要求，形成統(tǒng)一的標準規(guī)定，并以此作為橋梁各項工作必須遵循的準則，這種成冊的準則條文，就稱之為橋梁技術(shù)規(guī)范。 工作細則（Regulation, Rule, Guide） 對內(nèi)容廣泛或技術(shù)復(fù)雜而在規(guī)范條文中不便一一納入的技術(shù)文件，通常采用工作細則的形式加以補充。 常用手冊（Manual, Handbook） 為工作方便，有關(guān)部門常常匯集與橋梁設(shè)計有關(guān)的原始資料、規(guī)范規(guī)定、應(yīng)用公式、參考數(shù)據(jù)等，編成手冊，可以迅速查解經(jīng)常遇到的技術(shù)問題，提高工作效率。,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點,橋梁工程,四、設(shè)計資料調(diào)查 在著手設(shè)計之前，首先要選擇合理的橋位，這常常是影響橋梁設(shè)計、施工和使用的全局問題。對于選定的橋位，必須進一步調(diào)查研究，詳細分析建橋的具體情況，才能作出合理的設(shè)計方案。,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點,橋梁工程,四、設(shè)計資料調(diào)查,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點,橋梁工程,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設(shè)計要點,橋梁總體規(guī)劃的基本內(nèi)容包括,橋位選定,橋梁總跨徑及分孔方案的確定,選定橋型,決定橋梁的縱、橫斷面布置等,橋梁工程,五、設(shè)計程序,一般橋梁建設(shè)程序： 審批項目建議書可行性報告并確定設(shè)計任務(wù)書工程立項設(shè)計招標施工竣工驗收,大型橋梁設(shè)計工作可分為前期工作及設(shè)計兩個階段，前期工作包括編制預(yù)可行性研究報告和可行性研究報告，設(shè)計階段按“三階段設(shè)計”進行，即初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計。,橋梁工程,五、設(shè)計程序,Building program,Design program,預(yù)可行性研究報告,前期工作,項目 建議書,主管部門批準,工程 立項,可行性研究報告,主管部門批準,項目任務(wù)書,初步設(shè)計,建設(shè)單位審批,招標文件,技術(shù)設(shè)計,建設(shè)單位審批,施工圖設(shè)計,設(shè)計階段,開工報告,招投標及施工準備,施工階段,設(shè)計招標,橋梁工程,二、可行性研究,前期工作有時也稱為橋梁規(guī)劃設(shè)計，包括預(yù)可行性研究和可行性研究，重點在于論證建橋的必要性和合理性，并確定建橋的地點、規(guī)模、標準、投資控制等一系列宏觀和重大問題，為科學(xué)地進行項目決策提供依據(jù)，避免盲目性及其帶來的不良后果。 預(yù)可行性研究與可行性研究：內(nèi)容一致，深度不同 預(yù)可行性研究著重于工程的必要性和經(jīng)濟合理性 可行性研究在預(yù)可行性研究之后，著重于工程上和投資商的必要性,橋梁工程,二、可行性研究,橋梁的必要性主要論證是否需要建橋的問題，評估所建議修建的橋梁工程在國民經(jīng)濟和交通工程中的作用。 鐵路橋梁評估以規(guī)劃和近、遠期可能的運量為研究對象 干線公路橋梁評估以規(guī)劃和交通量為研究對象 地方公路橋梁評估以交通量為研究對象 城市橋梁評估以規(guī)劃和交通量為研究對象 橋梁的可行性論證包括工程可行性和經(jīng)濟可行性。需要對建橋進行相關(guān)的勘測和調(diào)查工作。,橋梁工程,二、可行性研究,工程可行性研究的主要問題： 1、橋梁標準的制訂 首先調(diào)查橋上可能同型的交通種類及其要求、預(yù)測交通量和今后可能發(fā)生的增長率，由此確定線路等級、需要的車道數(shù)或行車道寬度，以及非機動車道寬度等。其次要確定容許車速、橋梁縱坡和曲線半徑等。此外還要確定航運標準、航運水位、通航凈空、船舶噸位以及要求的航道數(shù)量及位置等。 2、橋位選擇 橋位選擇大方向上，應(yīng)服從橋梁所在線路的走向； 大范圍內(nèi)，應(yīng)服從路網(wǎng)規(guī)劃的要求； 小范圍內(nèi)，橋位可作適當挪動以便比較； 城市橋梁應(yīng)滿足城市總體規(guī)劃的要求。 橋位選擇要注意線與橋的辯證關(guān)系 重要橋梁應(yīng)通過路橋綜合比較后確定橋位 一般需提交2-3個橋位，以便進行多方面綜合比選，選出合理橋位,橋梁工程,二、可行性研究,3、橋式方案比較 目的僅在于評估各方案的技術(shù)可行性，特別是基礎(chǔ)工程的可行性，而不是為了提出某一推薦方案。應(yīng)對成熟方案進行評估以提高可信性。 同等深度比較各方案技術(shù)指標，并提供工程量 以工程量中適當偏高、技術(shù)先進并且可行的方案作為一個橋位的橋式參選方案。 4、調(diào)查工作 橋梁前期調(diào)查工作包括： 1）地形測量：“草測” 2）地質(zhì)勘探：以收集資料為主，輔以適當布置鉆孔進行驗證，對各橋位從地質(zhì)角度做出初步評價； 3）水文資料：調(diào)查設(shè)計流量，歷史最高、最低水位，百年一遇洪水位，常水位及流速等資料?？紤]上游是否有水庫或擬建水庫。論證河道是否穩(wěn)定以及建橋后對河段上下游的影響。 4）外部條件：其他有關(guān)建橋情況，如砂石料、水、電、運輸、人力等。,橋梁工程,三、初步設(shè)計,在橋梁可行性研究報告的基礎(chǔ)上，經(jīng)建設(shè)主管部門審查通過，確定一座橋梁工程的建設(shè)項目并編制設(shè)計任務(wù)書。 建設(shè)單位可采用招標或委托設(shè)計的方式進行橋梁的初步設(shè)計。 設(shè)計任務(wù)書是初步設(shè)計的依據(jù)。 初步設(shè)計目的：在設(shè)計任務(wù)書的技術(shù)范圍內(nèi)提交一份供比選的建橋項目文件，達到： 1、說明本橋梁工程的特點和要求； 2、提出若干可行的比較方案； 3、推薦準本采用的較好方案； 4、估算實現(xiàn)推薦方案所需的費用、工期、技術(shù)措施等目的。,橋梁工程,三、初步設(shè)計,初步設(shè)計內(nèi)容包括： 1、設(shè)計任務(wù)的來源和要求； 2、橋址處自然條件的基本資料； 3、技術(shù)條件的選定； 4、橋位方案的必選，上下部結(jié)構(gòu)方案的研究、比較和確定； 5、推薦方案及其理由； 6、推薦方案的指導(dǎo)性施工組織，包括施工方法、進度安排、場地布置、主要機具、材料和勞動力配置等； 7、工程概算。 初步設(shè)計的重點在橋式方案和結(jié)構(gòu)總體構(gòu)思方面。,橋梁工程,三、初步設(shè)計,在確定橋式方案時，需對橋梁平面、立面和斷面的具體布置以及它們之間的關(guān)系進行反復(fù)、交互的研究和調(diào)整。 1、平面布置 試定正橋的橋軸線位置。在軸線上研究河岸及堤防情況，擬定兩岸邊墩（臺）位置并布置其他橋墩。結(jié)合線路方向、兩岸地形和立面布置，可以試選引橋軸線的走向、彎道和坡度。 2、立面布置 從平面軸線布置，結(jié)合地形圖、地質(zhì)剖面圖、水位高程、計算沖刷線和以確定的上下部結(jié)構(gòu)，可以繪成沿軸線的橋梁立面圖。 3、斷面布置 沿橋軸線各關(guān)鍵處，結(jié)合選定的結(jié)構(gòu)類型、地形、地質(zhì)橫斷面、水位高程和沖淤計算等，可以做出橋梁的斷面布置圖。 當三個面的布置都能互相配合，滿足技術(shù)要求時，橋式方案就能成立。,橋梁工程,三、初步設(shè)計,橋式布置中首先要慎重確定橋梁跨度，特別是主跨的跨度。 大跨度對通航有利，且能減少基礎(chǔ)工程量。但在橋長相同時大跨度比小跨度造價高、工期長。 通航跨要與航道相適應(yīng)。,橋梁工程,三、初步設(shè)計,在初步設(shè)計階段還要進一步開展水文和勘測工作。通過水文工作，提供基礎(chǔ)設(shè)計、施工所需要的水文資料等。 初步設(shè)計階段進行的勘測工作成為“初勘”。在初勘中要求建立以橋位中心線為軸線的控制三角網(wǎng)，提供橋址范圍內(nèi)1/2000地形圖?？睖y工作一般在橋軸線上的陸地及水上布置必要的鉆孔。必要時在橋軸線的上下游也適當布置一些鉆孔，以便能控制巖層構(gòu)造情況及其變化。根據(jù)鉆探取得的資料，確定巖性、強度及基巖風(fēng)化程度，覆蓋層的物理、化學(xué)指標以及地下水位情況等。,橋梁工程,三、初步設(shè)計,根據(jù)工程量、施工組織設(shè)計以及標準定額編列工程概算。各個橋式方案都要編列相應(yīng)的概算，以便進行不同工程費用的比較。初步設(shè)計概算不宜大于前期工作已批準的“估算”的10%。 對概算適當調(diào)整作為“標底”。如果主管部門對初步設(shè)計提出修改意見，則需另外編制“修改初步設(shè)計”報送上級審批。,第二章 橋梁工程的規(guī)劃與設(shè)計,橋梁工程,四、技術(shù)設(shè)計,常規(guī)橋梁一般不需要進行技術(shù)設(shè)計。 對于新型、復(fù)雜、重要、大型橋梁結(jié)構(gòu)，往往需要對初步設(shè)計進行細化，以便發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，進一步優(yōu)化設(shè)計。 技術(shù)設(shè)計階段主要內(nèi)容：對選定的橋式方案中的各個結(jié)構(gòu)總體的、西部的技術(shù)問題作進一步研究解決，對結(jié)構(gòu)各部分設(shè)計詳盡的設(shè)計圖紙，包括結(jié)構(gòu)斷面、配筋、構(gòu)造細節(jié)處理、材料清單及工程量等。 技術(shù)設(shè)計階段要進行補充勘探（簡稱“技勘”）。 技術(shù)設(shè)計的最后工作是調(diào)整概算（修正概算）。,橋梁工程,五、施工設(shè)計,施工設(shè)計需按照已批準的技術(shù)設(shè)計（或初步設(shè)計）進行。 施工設(shè)計一般由原編制技術(shù)設(shè)計（或初步設(shè)計）的單位繼續(xù)進行，也可由中標的施工單位進行。 施工設(shè)計內(nèi)容：結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，繪制施工詳圖等。 施工設(shè)計階段還需進一步根據(jù)施工需要進行補充鉆探（稱“施工鉆探”）。 根據(jù)施工設(shè)計資料，施工單位編制施工組織設(shè)計和工程概算。 所有設(shè)計文件經(jīng)主管部門審批后即可實施橋梁施工各項工作。 橋梁建成后，通常需進行成橋荷載試驗、質(zhì)量檢查驗收及辦理交接手續(xù)，由接收部門負責(zé)今后的橋梁通車運營和養(yǎng)護維修。,橋梁工程,第二節(jié) 橋梁縱、斷橫面設(shè)計和平面布置,一、橋梁縱斷面設(shè)計,橋梁縱斷面（elevation）包括確定橋梁總長、橋梁孔徑布置、橋梁高程與橋下凈空、橋上及橋頭的縱坡設(shè)置等。,橋梁總長：根據(jù)水文計算確定。既要保證過水空間又要保證經(jīng)濟 孔徑布置：與經(jīng)濟、技術(shù)、結(jié)構(gòu)體系、橋式、通航要求、地形地 質(zhì)以及水文情況有關(guān)。 經(jīng)濟跨徑,橋梁工程,橋面高程的確定：1）由線路縱斷面確定； 2）由設(shè)計洪水水位、通航凈空、建筑高度確定。,坡道設(shè)置：節(jié)省路基填方，將橋梁抬高，設(shè)置坡道 公路橋：橋面縱坡4%，橋頭引道縱坡5% 市鎮(zhèn)交通繁忙橋梁：均3% 鐵路橋：明橋面和無碴橋面一般應(yīng)設(shè)平坡，跨度大于40m或 橋長大于100m，縱坡4，不設(shè)豎曲線 道碴橋面可設(shè)于坡道上，一般30,橋梁工程,二、橋梁斷面布置,橋梁斷面布置包括橋面凈空、橋面寬度、行車道寬度、機動車道布置和人行道、自行車道布置等,橋面凈空,是保證車輛、行人安全通過橋梁所需要的橋梁凈空界限 應(yīng)符合公路或鐵路建筑限界的要求 建筑