橋梁設計基本原則與平縱橫斷面設計

1、第二章 橋梁設計概述1、橋梁設計的基本原則2、橋梁平、縱、橫斷面設計3、橋梁設計方案比選4、橋梁上的作用第一節(jié) 橋梁設計的基本原則橋梁的總體規(guī)劃 基本原則：安全、適用、經(jīng)濟、美觀和有利于環(huán)保。橋梁設計的基本要求 （1）結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造上：在強度方面：足夠的安全儲備；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。（2）使用上的要求：適用耐久 保證在100年的設計基準期內(nèi)正常使用 橋面寬度滿足當前以及今后規(guī)劃年限內(nèi)的交通流量； 利于泄洪，通航（跨河橋）或車輛和行人的通行（旱橋）； 橋梁的兩端方便于車輛的進入和疏散； 考慮綜合利用，方便各種管線的搭載。（3）經(jīng)濟上的要求：合理的經(jīng)濟 選擇造價

2、和養(yǎng)護費用綜合最省的橋型； 遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原則； 橋位應考慮建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。（4）施工上的要求：技術(shù)先進 在因地制宜的前提下，盡可能采用成熟的新結(jié)構(gòu)、新設備、新 材料和新工藝。（5）美學和景觀上的要求：美觀香港昂船州大橋“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)”摘自日本伊藤學的橋梁造型一書 瑞士薩爾基那山谷橋（Salginatobel Bridge） 被評為20世紀最美麗的橋梁和環(huán)境相協(xié)調(diào)（6）環(huán)境

3、保護和可持續(xù)發(fā)展多方面考慮環(huán)境要求，采取必要的工程控制措施，建立環(huán)境監(jiān)測保護體系，將不利影響減至最小。二、野外勘測與調(diào)查橋梁調(diào)查環(huán)境調(diào)查施工單位調(diào)查橋梁用途橋位老橋情況地形，地質(zhì)，水文建筑材料氣象資料造價地方保護？三、橋梁設計程序一階段設計：二階段設計三階段設計一階段施工圖設計初步設計施工圖設計初步設計技術(shù)設計施工圖設計第二節(jié) 橋梁平、縱、橫斷面設計 一、橋梁的平面設計確定橋位：小橋和涵洞的位置與線型一般應符合路線的總走向，為滿足水文、線路彎道等要求，可設計斜橋和彎橋；對于公路上的特大橋、大、中橋橋位，原則上應服從路線走向，橋、路綜合考慮，盡量選擇在河道順直、水流穩(wěn)定、地質(zhì)良好的河段上。橋梁的

4、平曲線半徑、平曲線超高和加寬、緩和曲線、變速車道設置等，均應滿足相應等級線路的規(guī)定。盡量正交。大、中橋小橋必須斜交時，交角不大于5度。不大于45度橋面縱坡 二、橋梁縱斷面設計橋梁總跨徑的確定橋梁的分孔橋道各種標高的確定1、 橋梁總跨徑的確定 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；避免因橋前壅水及河床過度沖刷帶來的不利影響。對于深埋基礎，一般允許稍大一點的沖刷，使總跨徑能適當減?。粚τ谄皆瓍^(qū)穩(wěn)定的寬灘河段，流速較小、漂流物少、主河槽較大，可以對河灘的淺水流區(qū)段作較大的壓縮，但必須慎重校核，壓縮后的橋梁的壅水不得危及河灘路堤以及附近農(nóng)田和建筑物。

5、 特殊： 2、橋梁的分孔 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。(2) 平原區(qū)寬闊河流上的橋梁：通常在主河槽部分按需要布置較大的通航孔，而在兩側(cè)淺灘部分按經(jīng)濟跨徑進行分孔。(1) 通航河流：應滿足橋下的通航要求。通航孔應布置在航行最方便的河域。對于變遷性河流，根據(jù)具體條件，應多設幾個通航孔。使用和技術(shù)要求(3) 對于在山區(qū)深谷上、水深流急的江河上，或需在水庫上修橋時，應加大跨徑，甚至采用特大跨徑的單孔跨越。(4) 從結(jié)構(gòu)的受力特性考慮，合理地確定相鄰跨之間的比例。 (5) 可以適當加大跨徑避開不利的地質(zhì)段。(6) 上下游臨近橋梁的情況3、 橋面高程的確定 原則：

6、滿足流水凈空的要求； 通航橋孔應滿足通航凈空的要求； 橋下通車橋孔應滿足建筑凈空限界的要求； 橋的兩端能夠與公路或城市道路順利銜接。通航凈空要求為了保證橋下安全通航，通航孔橋跨結(jié)構(gòu)下緣的標高應高出自設計通航水位算起的凈空高度。 流水凈空要求 按設計水位計算橋面最低高程：最小橋面標高 =計算水位+ 橋下凈空安全值+建筑高度最小橋面標高 =通航水位+通航凈空高度+建筑高度跨線橋橋下的交通要求: 保證橋下通車的凈空安全跨線橋： 最小橋面標高 = 橋下路面標高+安全行駛高+建筑高度安全行駛高： 對于高等級公路H5.0m； 對于低等級公路H4.5m， 且h4.0m橋下路面標高bBHh4 橋面縱坡： 既利

7、于交通，美觀效果好，又便于橋面排水單向或雙向坡度的橋梁，對于不太長的小橋，可以做成平坡橋橋上縱坡不宜大于4%橋頭引道縱坡不宜大于5%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均不得3%，并應在縱坡變更的地方按規(guī)定設置豎曲線斯托爾馬橋 高速公路、一級公路路基標準橫斷面1. 橋梁寬度根據(jù)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、路肩寬度三、橫斷面設計 取決于橋面的寬度和不同橋跨結(jié)構(gòu)橫斷面的形式。2. 橋面凈空滿足公路工程技術(shù)標準中的建筑界線規(guī)定橫坡橋面人行道雙面坡 1.5%3.0%單面坡 1%橋面凈高： 對于高等級（高速公路、一、二級）公路H5.0 對于低等級（三、四級）公路

8、H4.5m3. 橋面橫坡第三節(jié) 橋梁設計方案比選明確各種標高的要求橋梁分孔和初擬橋型方案草圖方案初篩詳繪橋型方案編制估算或概算方案選定和文件匯總最佳的推薦方案第四節(jié) 橋梁上的作用 長期以來，我們一般習慣地稱所有引起結(jié)構(gòu)反應的原因為“荷載”，這種叫法實際并不科學和確切。引起結(jié)構(gòu)反應的原因可以按其作用的性質(zhì)分為截然不同的兩類，一類是施加于結(jié)構(gòu)上的外力，如車輛、人群、結(jié)構(gòu)自重等，它們是直接施于結(jié)構(gòu)上的，可用“荷載”這一術(shù)語來概括。另一類不是以外力形式施加于結(jié)構(gòu)，它們產(chǎn)生的效應與結(jié)構(gòu)本身的特性、結(jié)構(gòu)所處環(huán)境等有關(guān)，如地震、基礎變位、混凝土收縮和徐變、溫度變化等，它們是間接作用于結(jié)構(gòu)的，如果也稱“荷載”

9、，容易引起人們的誤解。因此，目前國際上普遍地將所有引起結(jié)構(gòu)反應的原因統(tǒng)稱為“作用”, 而“荷載”僅限于表達施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用。 作用的定義編號作用分類作用名稱1永久作用（恒載）結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力）2預加應力3土的重力4土側(cè)壓力5混凝土收縮及徐變作用6水的浮力7基礎變位作用8可變作用汽車荷載9汽車沖擊力10汽車離心力11汽車引起的土側(cè)壓力12人群荷載13汽車制動力14風荷載15流水壓力16冰壓力17溫度(均勻溫度和梯度溫度)作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船舶或漂流物的撞擊作用21汽車撞擊作用作用的分類一、永久作用（恒載）1、永久作用（恒載）的定義永久作用（恒載）作用位置和

10、大小、方向固定不變的荷載。（二）橋梁下部結(jié)構(gòu)的恒載：由支座傳遞下來的結(jié)構(gòu)重力、墩臺本身的重力、土壓力及水浮力等。（一）橋梁上部結(jié)構(gòu)的恒載：結(jié)構(gòu)重力 、附屬設備等外加力。2、永久作用的類型3、永久作用的計算結(jié)構(gòu)重力=結(jié)構(gòu)體積 材料容重結(jié)構(gòu)重力注意： 在進行橋梁結(jié)構(gòu)分析時，通常需要預先估計恒載，當估算的恒載與最終的設計恒載之間的差距不超過5%時，不必修正設計；否則，需重新進行結(jié)構(gòu)分析。常用材料容重見表2-3可變作用（活載）的定義 可變作用是指在設計使用年限內(nèi)其作用位置、大小和方向隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的作用。汽車荷載汽車沖擊力汽車離心力汽車引起的土側(cè)壓力人群荷載汽車制動力可變作

11、用（活載）的類型風荷載流水壓力冰壓力溫度(均勻溫度和梯度溫度)作用支座摩阻力一、公路橋梁可變作用（活載）1. 汽車荷載公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路汽車荷載等級公路I級公路I級公路II級公路II級公路II級各級公路橋涵的汽車荷載等級（新規(guī)范）公路車輛荷載的類型a.等級: b.由車道荷載和車輛荷載組成汽車荷載分為公路I級和公路II級。 汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的整體計算（例如主梁、主拱和主桁架等的計算）；車輛荷載用于局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻壓力等計算。 c.車道荷載的標準值 均布荷載標準值：a) 公路級車道荷載車道荷載圖集中荷載： 計算跨徑小于

12、等于5m時，180kN 計算跨徑大于等于50m時，360kN 計算跨徑在5至50m之間時，直線內(nèi)插。 剪力效應應再乘以1.2的系數(shù)。 qk = 10.5kN/m 車道荷載標準值應取公路級汽車荷載的車道荷載標準值的0.75倍b)公路級車道荷載車輛荷載的立面、平面和橫向分布 車輛荷載在每個設計車道上布置一輛總重550kN的單車。公路I級和公路II級采用相同的車輛荷載標準值。車輛荷載的主要技術(shù)指標152.5m車輛外形尺寸（長寬）0.60.2m中、后輪著地寬度及長度0.30.2m前輪著地寬度及長度1.8m輪 距3+1.4+7+1.4m軸 距2140后軸重力標準值2120中軸重力標準值30前軸重力標準值

13、550車輛重力標準值技術(shù)指標單位項 目表2-5 橋梁設計時，每一設計車道上的車道荷載均模擬為一車輛荷載，其橫向位置如圖布置，用以計算車道荷載的橫向分布。橫向布置設計車道數(shù)及車道折減1）橋涵設計車道數(shù)應符合表2-6的規(guī)定。多車道橋梁上的汽車荷載應考慮多車道折減。當橋涵設計車道數(shù)大于2時，由汽車荷載產(chǎn)生的效應應按表2-7規(guī)定的多車道折減系數(shù)進行折減，但折減后的效應不得小于兩設計車道的荷載效應。行車道寬度W（m）橋涵設計車道數(shù)車輛單向行駛時車輛雙向行駛時W7.07.0W10.510.5W14.014.0W17.517.5W21.021.0W24.524.5W28.028.0W31.57.0W14.0

14、14.0W21.021.0W28.028.0W35.012345678橋涵設計車道數(shù)表2-6橫向布置設計車道數(shù)345678橫向折減系數(shù)0.780.670.600.550.520.50橫向折減系數(shù)表2-72）施加于長跨橋梁上的車道荷載，其計算效應考慮縱向折減。當橋梁計算跨徑L150m時應按表2-8規(guī)定的縱向折減系數(shù)進行折減。當為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時，整個結(jié)構(gòu)均應按最大的計算跨徑考慮汽車荷載效應的縱向折減。 計算跨徑L（m）縱向折減系數(shù)計算跨徑L（m）縱向折減系數(shù)150L400400L600600L8000.970.960.95800L1000L10000.940.93表2-8縱向折減系數(shù)人群荷載標準值

15、按下列規(guī)定采用：1）當橋梁計算跨徑L50m時，人群荷載標準值為3.0 ；當橋梁計算跨徑L150m時，人群荷載標準值為2.5 ；當橋梁計算跨徑在50m和150m之間時，由線性內(nèi)插得到人群荷載標準值。對跨徑不等連續(xù)結(jié)構(gòu)，以最大計算跨徑為準。城市郊區(qū)行人密集地區(qū)的公路橋梁，人群荷載標準值取上述規(guī)定值的1.15倍。專用人行橋梁，人群荷載標準值為3.5 。2.人群荷載 2）人群荷載在橫向應布置在人行道的凈寬度內(nèi)，在縱向施加于使主梁產(chǎn)生最不利荷載效應的區(qū)段內(nèi)。3）人行道板（局部構(gòu)件）可以一塊板為單元，按標準值為4.0 的均布荷載。4）計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂上的水平推力標準值取0.75 ；作用在

16、欄桿扶手上的豎向力標準值取1.0 。二、城市橋梁可變作用1. 車輛荷載汽車荷載等級分為兩個等級，即城-A級汽車荷載和城-B級汽車荷載。 城市橋梁汽車荷載可分為車輛荷載和車道荷載。橋梁的橫隔梁、行車道板、橋臺或擋土墻后土壓力的計算應采用車輛荷載。橋梁的主梁、主拱和主桁架等的計算應采用車道荷載。當橋面車行道內(nèi)有輕軌車輛混合運行時，尚應按有關(guān)輕軌荷載規(guī)定進行驗算，并取其最不利者進行設計。 城-A級標準載重汽車應采用五軸式貨車加載，總重700KN前后軸距為18.0m，行車限界橫向?qū)挾葹?.0m。 城-B級標準載重汽車應采用三軸式貨車加載，總重300KN，前后軸距為4.8m，行車限界橫向?qū)挾葹?.0m。

17、 城A級車道荷載和城B級車道荷載應按均布荷載加一個集中荷載計算。均布荷載和集中荷載的標準值應按橋梁的跨徑確定，并應符合下列規(guī)定： 跨徑為220m時 跨徑大于20m且小于等于150m時 車道荷載橫向布置 當設計車道數(shù)目大于2時，應計入車道的橫向折減系數(shù)，車道橫向折減系數(shù)可按表4.1.6采用。加載車道位置應選在結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生最不利的荷載效應之處。車道的縱向折減不予考慮。 2. 人群荷載城市橋梁的人群荷載： 專用人行橋的人群荷載 計算橋上人行道欄桿時，作用在欄桿扶手上的活載： 豎向荷載采用1.2kN/m；水平向外荷載采用1.0kN/m。兩者應分別考慮，不得同時作用。 作用在欄桿立柱柱頂?shù)乃酵屏獮?.

18、0kN/m。防撞欄桿應采用80kN橫向集中力進行驗算。作用點應在防撞欄桿板的中心。1、地震作用 定義：指地震時強烈的地面運動引起的結(jié)構(gòu)慣性力，它是隨機變化的動力荷載，其值的大小決定于地震強烈程度和結(jié)構(gòu)的動力特性（頻率與阻尼等）以及結(jié)構(gòu)或桿件的質(zhì)量。三 偶然作用 地震基本烈度與地震動峰值加速度系數(shù)的對應關(guān)系地震動峰值加速度系數(shù)0.05g0.05g0.10 g0.15g0.20g0.30g0.40g地震基本烈度設計要求簡易設防抗震設計專門的抗震研究和設計 抗震設防要求以地震時地面最大水平加速度的統(tǒng)計值即地震動峰值加速度確定。2、船只或漂流物撞擊力 船只或漂流物撞擊力在有可能的條件下，應采用實測資料或模擬