橋梁規(guī)劃與設(shè)計程序-2

第二章橋梁的規(guī)劃與設(shè)計 主講人 焦馳宇 提綱 1 2 3 橋梁設(shè)計程序 橋梁設(shè)計內(nèi)容 橋梁設(shè)計的基本原則 4 橋梁美學 橋梁設(shè)計程序 1 前期工作 三階段設(shè)計 預可行性研究 可行性研究 初步設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 施工圖設(shè)計 項目建議書 可行性研究報告 工程立項 招標文件 建設(shè)單位審批 建設(shè)單位審批 設(shè)計任務(wù)書 招投標及施工準備 施工 主管省市計劃部門審批投資在限額以上時由國家發(fā)改委審批 招標文件 主管省市計劃部門審批投資在限額以上時由國家發(fā)改委審批 設(shè)計過程 施工過程 立項審批 一 前期工作 預可行性研究報告與可行性研究報告的編制1 工程必要性論證2 工程可行性論證 制定橋梁標準 自然條件及周圍環(huán)境 橋式方案 橋位3 經(jīng)濟可行性論證 造價及回報 資金來源及償還 橋梁設(shè)計程序 1 二 初步設(shè)計1 進一步開展水文 勘測工作2 橋式方案比選3 科研項目立項4 概算 橋梁設(shè)計程序 1 三 技術(shù)設(shè)計 可選 針對技術(shù)上復雜的特大橋 互通式立交橋 或新型橋梁結(jié)構(gòu)進一步深化初步設(shè)計 充分勘探 確定細部尺寸 截面配筋 確定施工方法 調(diào)整概算 橋梁設(shè)計程序 1 四 施工圖設(shè)計兩階段設(shè)計細化設(shè)計方案 按照規(guī)范進行詳細的結(jié)構(gòu)計算 強度 剛度 裂縫 穩(wěn)定 給出施工方案 寫出文字說明 編制施工圖預算 小橋有時也可一階段設(shè)計 橋梁設(shè)計程序 1 提綱 1 2 3 橋梁設(shè)計程序 橋梁設(shè)計內(nèi)容 橋梁設(shè)計的基本原則 4 橋梁美學 一 野外勘測與調(diào)查研究二 縱斷面設(shè)計三 橫斷面設(shè)計四 平面布置 橋梁設(shè)計內(nèi)容 2 一 野外勘測與調(diào)查研究1 明確規(guī)模 確定橋梁的規(guī)模2 選擇橋位 確定路橋的關(guān)系等3 測量地形 測繪地形圖4 鉆探橋位 工程地質(zhì)報告5 水文調(diào)查 確定橋梁跨徑和凈空6 其它情況 材料 電力 施工道路等 橋梁設(shè)計內(nèi)容 2 二 縱斷面設(shè)計1 總跨徑2 橋梁分孔3 橋面標高4 橋下凈空5 縱坡 橋梁設(shè)計內(nèi)容 2 二 縱斷面設(shè)計1 總跨徑的確定原則 在整個使用年限內(nèi) 保證泄洪及通航 流冰 避免因過分壓縮河床引起河道和河岸的不利變遷 避免因橋前雍水及河床過度沖刷帶來的不利影響 特殊情況下 允許增加沖刷 以縮短總跨徑 橋梁設(shè)計內(nèi)容 2 二 縱斷面設(shè)計2 橋梁分孔原則 在滿足使用和技術(shù)要求的前提下 使上 下部結(jié)構(gòu)的總造價趨于最低 使用和技術(shù)要求 1 通航河流 滿足通航要求布置在航行最方便的河域 變遷河流 多設(shè)計個通航孔 如山西臨猗黃河大橋 橋梁設(shè)計內(nèi)容 2 二 縱斷面設(shè)計2 橋梁分孔 續(xù) 2 平原區(qū)寬闊河流 主河槽按需要布置較大的通航孔 在兩側(cè)淺灘部分按經(jīng)濟跨徑進行分孔 蘇通大橋 3 對于山區(qū)深谷上 水深流急的江河上 或在水庫上 加大跨徑 盡可能單孔跨越 矮寨大橋 四渡河大橋 壩陵河大橋 劉家峽大橋等 4 結(jié)構(gòu)受力特性考慮 合理確定相鄰跨之間的比例 5 可以適當加大跨徑 使橋基避開巖石破碎帶 裂隙 溶洞等不良地質(zhì)段 如赤石大橋 橋梁設(shè)計內(nèi)容 2 山西臨猗黃河大橋是山西運城附近的黃河段 河面寬約有6 4km 橋位軸線大致垂直于水流方向 河道屬于擺動性河床 三十年河東 三十年河西 臨猗黃河大橋橋位處黃河兩岸整體上 西高東低 是一個巨大的 U 形河谷 兩岸地形陡峻 西岸陜西側(cè)基本上呈黃土臺塬地貌 黃土高崖聳立 崖頂至河床高差達200米左右 溝壑縱橫 大型沖溝兩側(cè)有大量小沖溝呈 東岸山西側(cè)地勢較為平緩 基本上屬典型的黃土高原地貌典型的 雞爪 地形 如下圖所示 山西臨猗黃河大橋方案效果圖 主通航孔 891mx62m 輔通航孔 蘇通大橋位于江蘇省東南部長江口南通河段 連接蘇州 南通兩市 主橋為七跨雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋 主跨1088米 全長2088米 輔橋為140 268 140米三跨連續(xù)剛構(gòu)橋 工程于2003年6月27日開工 2008年5月底建成通車 蘇通長江公路大橋 湖南矮寨大橋 L 1176m 湖北四渡河大橋 L 900m 赤石特大橋是廈蓉高速汝城 湘贛界 至郴州段高速公路第19合同段上的一座特大橋 橋位區(qū)屬山嶺重丘區(qū) 地質(zhì)地形條件極為復雜 初步設(shè)計方案2008年5月獲交通運輸部批復后 設(shè)計單位在開展施工圖階段勘察設(shè)計工作中 對大橋主墩位置進行地質(zhì)詳勘 經(jīng)鉆探和物探發(fā)現(xiàn)部分主墩處于強巖溶發(fā)育帶和斷層破碎帶 發(fā)育最大深度超過100米 不能滿足剛構(gòu)橋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性 需進行初步設(shè)計變更 經(jīng)過深入細致的地勘工作后 設(shè)計單位變更了初步設(shè)計方案 根據(jù)批復意見 交通運輸部原則同意該設(shè)計變更方案 即大橋主橋部分為四塔大跨徑預應力混凝土斜拉橋 最高塔柱近290米 下塔柱高達180米 規(guī)模居國內(nèi)第一 世界上僅次于法國米約大橋 預計12月15日合攏 二 縱斷面設(shè)計3 橋梁高程的確定原則 1 滿足流水凈空要求 2 通航孔應滿足橋下通航凈空要求 3 跨線橋應滿足橋下建筑凈空要求 4 橋的兩端能與路堤或現(xiàn)有道路順利銜接 1 流水凈空要求按設(shè)計水位計算橋面最低高程時 應滿足下式要求 1 式中 橋面最低高程 m 計算水位 m 設(shè)計水位計入壅水 浪高等 橋下凈空安全值 m 應符合下表的規(guī)定 橋梁上部構(gòu)造建筑高度 包括橋面鋪裝高度 m 注 無鉸拱的拱腳 可被洪水淹沒 淹沒高度不宜超過拱圈高的2 3 拱頂?shù)酌嬷猎O(shè)計水位的凈高不應小于1m 對于山區(qū)河流 則橋下凈空安全值可適當加大 按設(shè)計最高流冰水位計算橋面最低高程時 應按下式計算 2 式中 設(shè)計最高流冰水位 應考慮床面於高 m 其余符號同前 橋面設(shè)計高程應不低于 1 2 的計算值 通航凈空要求 通航孔橋跨結(jié)構(gòu)下緣高程應高出自設(shè)計通航水位起算的凈空高度 該凈空高度值H應滿足 內(nèi)河通航標準 GB50139 2004 通航海輪橋梁通航標準 JTJ311 97 跨線橋交通凈空要求 保證橋下凈空滿足凈空安全要求 H 凈空高度 高速公路和一級 二級公路為5 0m 三 四級公路為4 5m 二 縱斷面設(shè)計4 橋面縱坡原則 既利于交通 美觀效果好 又便于橋面排水 1 單向或雙向坡度的橋梁 對于不太長的小橋 可以做成平坡橋 2 橋上縱坡不宜大于4 3 橋頭引道縱坡不宜大于5 4 位于市鎮(zhèn)混合交通繁忙處的橋梁 橋上縱坡和橋頭引道縱坡不得大于3 并應在縱坡變更的地方按規(guī)定設(shè)置豎曲線 綜合以上全橋位于河中的橋梁橋面高程均應首先滿足流水凈空的要求 對于通航或橋下行車的橋孔 歡迎滿足通航凈空或建筑凈空界限的要求 另外 還要考慮橋兩端的接線能夠與公路或城市道路順利銜接 因此 橋面高程的確定必須綜合考慮 從交通 美觀 排水等多方位進行考慮 三 橫斷面設(shè)計1 橋梁寬度 公路工程技術(shù)標準 中規(guī)定各級公路行車道寬度 中間帶寬度 路肩寬度2 橋面凈空 滿足 公路工程技術(shù)標準 中的建筑界限規(guī)定 橋?qū)?取決于行人和交通量的需要 橋面寬度一般與路基寬度保持一致 具體規(guī)定參考 公路工程技術(shù)標準 JTGB01 2003 如下圖所示 在建筑限界內(nèi)不得有任何部件侵入 C 當設(shè)計速度大于100km h時為0 5m 等于或小于100km h時為0 25m 根據(jù)設(shè)計車速確定的一個安全空間 E 建筑限界頂角寬度 L1 0m時 E 1 0m L為側(cè)向?qū)挾?H 凈空高度 高速公路 一級 二級公路為5 0m 三 四級路為4 5m L2 右側(cè)硬路肩寬度 一般規(guī)定見表3 0 5 1 L1 左側(cè)硬路肩寬度 見表3 0 5 2規(guī)定 W 行車道寬度 為設(shè)計車道數(shù)與單個車道寬度 與設(shè)計車速有關(guān) 具體見表3 0 2 乘積 并計入所設(shè)置的加 減 速車道 緊急停車道 爬坡車道 慢車道或錯車道的寬度 S1 行車道左側(cè)路緣帶寬度 與設(shè)計車速有關(guān) S2 行車道右側(cè)路緣帶寬度 應為0 5m M1 中間帶 由兩條左側(cè)路緣帶 中央分隔帶組成 寬度 見表3 0 4 M2 中央分隔帶寬度 見表3 0 4 與設(shè)計車速有關(guān) 四 平面布置確定路 橋 水流的關(guān)系 確定橋位小橋和涵洞 橋隨路 中橋 大橋 特大橋 過去 路隨橋現(xiàn)在 原則上也隨路 但路橋綜合考慮 盡量選擇在河道順直 水流穩(wěn)定 地質(zhì)良好的河段上 塔嶺溝舊橋是京拉線 G109 上的一座中橋 跨越清水河 中心樁號為K73 010 5 該橋曾是G109的主線橋 1997年 塔嶺溝新橋修好以后 舊橋封閉通行 塔嶺溝舊橋 塔嶺溝新橋 示例 廣東江順大橋橋位圖 提綱 1 2 3 橋梁設(shè)計程序 橋梁設(shè)計內(nèi)容 橋梁設(shè)計的基本原則 4 橋梁美學 技術(shù)先進安全可靠適用耐久經(jīng)濟合理美觀環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展 橋梁設(shè)計原則 4 五 橋梁設(shè)計原則技術(shù)先進中國制造中國創(chuàng)造橋梁技術(shù)大國橋梁技術(shù)強國原則 在因地制宜的前提下 盡可能采用成熟的新結(jié)構(gòu) 新設(shè)備 新材料 新工藝 認真學習國內(nèi)外的先進技術(shù) 充分利用最新科學成就 提高我國橋梁建設(shè)水平 趕超世界先進水平 橋梁設(shè)計原則 4 重慶菜園壩大橋 L 420m 希臘Rion AntiRion橋 L 560m The2006IABSEOutstandingStructureAward 重慶菜園壩長江大橋主橋的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新主要包括 組合式預應力混凝土 Y 型剛構(gòu) 鋼箱系桿拱拱式橋梁結(jié)構(gòu)體系 組合式公軌交通正交異性板 鋼桁架梁梁體結(jié)構(gòu)體系 組合式公軌交通正交異性板 鋼桁架梁的節(jié)段化設(shè)計 節(jié)段化運輸 節(jié)段化施工的工業(yè)化技術(shù) 中跨 邊跨分離系桿體系與剛構(gòu) 系桿拱主體結(jié)構(gòu)主動控制技術(shù) 安全可靠在強度方面 足夠的安全設(shè)備 在剛度方面 控制變形穩(wěn)定性方面 保持原形狀和位置的能力 橋梁設(shè)計原則 4 適用耐久 1 保證100年的設(shè)計基準期內(nèi)正常使用 2 橋面寬度滿足當前以及今后規(guī)劃年限內(nèi)的交通流量 3 橋梁結(jié)構(gòu)在通過設(shè)計荷載時不出現(xiàn)過大的變形和過大的裂縫 4 應考慮不同的環(huán)境類別對橋梁耐久性的影響 5 滿足泄洪 通航 跨河橋 或車輛和行人的通行 旱橋 6 橋梁的兩端方便于車輛的進入和疏散 7 考慮綜合利用 方便各種管線的搭載 橋梁設(shè)計原則 4 經(jīng)濟 1 遵循因地制宜 就地取材和方便施工的原則 2 全壽命造價最低 即建設(shè)造價與使用期內(nèi)維護造價綜合最低 4 橋位應考慮在能縮短河道兩岸的運距 促進該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展 產(chǎn)生最大的效益 對于過橋收費的橋梁應能吸引更多的車輛通過 達到盡可能快回收投資的目的 橋梁設(shè)計原則 4 美觀 瑞士薩爾基那山谷橋SalginatobelBridge 被評為20世紀最美麗的橋梁 橋能滿足人們到達彼岸的心理希望 同時也是使人印象深刻的標志性建筑 并且常常成為審美的對象和文化遺產(chǎn) 橋梁造型 伊藤學 橋梁設(shè)計原則 4 提綱 1 2 3 橋梁設(shè)計程序 橋梁設(shè)計內(nèi)容 橋梁設(shè)計的基本原則 4 橋梁美學 1 在滿足功能要求的前提下 要選用最佳的結(jié)構(gòu)型式 純正 清爽 穩(wěn)定 質(zhì)量統(tǒng)一于美 美從屬質(zhì)量 2 美 主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)選型和諧與良好的比例 并具有秩序感和韻律感 過多的重復會導致單調(diào) 橋梁美學 4 3 重視與環(huán)境協(xié)調(diào) 材料的選擇 表面的質(zhì)感 特別色彩的運用起著重要作用 效果圖有助于實感判斷 審視陰影效果 4 美麗的橋梁應以其個性對人們產(chǎn)生積