橋梁的總體規(guī)劃與設計.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)劃和設計要點 第04章 橋梁的設計荷載,本章內(nèi)容,第一節(jié) 橋梁總體規(guī)劃原則和基本設計資料 第二節(jié) 橋梁縱、橫斷面設計和平面布置 第三節(jié) 橋梁設計的方案比較,第一節(jié) 橋梁總體規(guī)劃原則和基本設計資料,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設計要點,橋梁工程,第一節(jié) 橋梁總體規(guī)劃原則和基本設計資料,公路橋梁的設計，根據(jù)其使用任務、性質和所在線路的遠景發(fā)展需要，應符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理的要求外，還應考慮造型美觀和有利環(huán)保的原則，同時尚應考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護等因素。 橋梁設計，既是一種工程設計，也是一門藝術 設計是靈魂 在整個設計過程中，醞釀、構思的“概念設計”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)劃原則和基本設計資料,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設計要點,橋梁工程,一、橋梁設計的基本要求 橋梁設計的一般步驟為：通過概念設計確定結構方案，確立計算模型，確定結構的詳細尺寸和細節(jié)構造。選擇構思好的橋梁結構方案，是設計工作最重要的第一步，也是評價橋梁設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|條件，力求在滿足功能要求的基礎上，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結構上的要求：整個橋梁結構及其部件，在制造、運輸、安裝和使用過程中應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性（地震）。 4施工上的要求：橋梁結構應便于制造和架設。應盡量采用先進的工藝技術和施工機械，以利于加快施工進度，保證工程質量和施工安全。 5 美觀上的要求：橋梁應具有優(yōu)美的外形，應與周圍環(huán)境與景色協(xié)調(diào)。 此外，優(yōu)秀的、結構上既有特色且又美觀的方案，應使結構的造型與力學行為相協(xié)調(diào)。如果結構在外形上標新立異，雖有特色、與眾不同，但其力學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，嚴重者甚至會影響到結構的耐久性和運行安全,橋梁工程,二、橋梁工程的科學依據(jù) 1、數(shù)學：理論基礎、工具 2、力學：理論力學、材料力學、結構力學、結構動力學等 3、計算機輔助設計技術：通過計算機輔助進行結構分析、繪圖 4、工程材料學：石材、木材、鋼材、混凝土、復合材料、防腐材料等 5、工程地質學：覆蓋土層、上部巖床、地下水以及相關物理探測方法 6、巖土力學：巖石、土的力學性能，承載力、變形、穩(wěn)定性等 7、水力學：開敞渠道內(nèi)水流機理和位能動能轉變關系；管道內(nèi)水壓力；水浮力 8、水文學：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、混凝土結構工程：包括設計、施工和科研，素砼、鋼筋及預應力砼 10、鋼結構工程：鋼構件加工、拼裝、防腐及整體疲勞、穩(wěn)定等問題 11、基礎工程：擴大基礎、樁基礎、沉井基礎等 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)劃和設計要點,橋梁工程,三、橋梁技術規(guī)范、工作細則和常用手冊 橋梁技術規(guī)范（Specifications, Standard） 以科學的工程知識和成熟的工程經(jīng)驗為基礎，全面系統(tǒng)地匯集整理有關橋梁設計、施工、養(yǎng)護的技術要求，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，就稱之為橋梁技術規(guī)范。 工作細則（Regulation, Rule, Guide） 對內(nèi)容廣泛或技術復雜而在規(guī)范條文中不便一一納入的技術文件，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，有關部門常常匯集與橋梁設計有關的原始資料、規(guī)范規(guī)定、應用公式、參考數(shù)據(jù)等，編成手冊，可以迅速查解經(jīng)常遇到的技術問題，提高工作效率。,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設計要點,橋梁工程,四、設計資料調(diào)查 在著手設計之前，首先要選擇合理的橋位，這常常是影響橋梁設計、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，才能作出合理的設計方案。,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設計要點,橋梁工程,四、設計資料調(diào)查,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設計要點,橋梁工程,第三章 橋梁的總體規(guī)劃和設計要點,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、設計程序,一般橋梁建設程序： 審批項目建議書可行性報告并確定設計任務書工程立項設計招標施工竣工驗收,大型橋梁設計工作可分為前期工作及設計兩個階段，前期工作包括編制預可行性研究報告和可行性研究報告，設計階段按“三階段設計”進行，即初步設計、技術設計和施工圖設計。,橋梁工程,五、設計程序,Building program,Design program,預可行性研究報告,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,項目任務書,初步設計,建設單位審批,招標文件,技術設計,建設單位審批,施工圖設計,設計階段,開工報告,招投標及施工準備,施工階段,設計招標,橋梁工程,二、可行性研究,前期工作有時也稱為橋梁規(guī)劃設計，包括預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。 預可行性研究與可行性研究：內(nèi)容一致，深度不同 預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，應服從橋梁所在線路的走向； 大范圍內(nèi)，應服從路網(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系 重要橋梁應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可行性，特別是基礎工程的可行性，而不是為了提出某一推薦方案。應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指標，并提供工程量 以工程量中適當偏高、技術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，對各橋位從地質角度做出初步評價； 3）水文資料：調(diào)查設計流量，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：其他有關建橋情況，如砂石料、水、電、運輸、人力等。,橋梁工程,三、初步設計,在橋梁可行性研究報告的基礎上，經(jīng)建設主管部門審查通過，確定一座橋梁工程的建設項目并編制設計任務書。 建設單位可采用招標或委托設計的方式進行橋梁的初步設計。 設計任務書是初步設計的依據(jù)。 初步設計目的：在設計任務書的技術范圍內(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、技術措施等目的。,橋梁工程,三、初步設計,初步設計內(nèi)容包括： 1、設計任務的來源和要求； 2、橋址處自然條件的基本資料； 3、技術條件的選定； 4、橋位方案的必選，上下部結構方案的研究、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。 初步設計的重點在橋式方案和結構總體構思方面。,橋梁工程,三、初步設計,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系進行反復、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，結合地形圖、地質剖面圖、水位高程、計算沖刷線和以確定的上下部結構，可以繪成沿軸線的橋梁立面圖。 3、斷面布置 沿橋軸線各關鍵處，結合選定的結構類型、地形、地質橫斷面、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，滿足技術要求時，橋式方案就能成立。,橋梁工程,三、初步設計,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。,橋梁工程,三、初步設計,在初步設計階段還要進一步開展水文和勘測工作。通過水文工作，提供基礎設計、施工所需要的水文資料等。 初步設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。勘測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、強度及基巖風化程度，覆蓋層的物理、化學指標以及地下水位情況等。,橋梁工程,三、初步設計,根據(jù)工程量、施工組織設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的概算，以便進行不同工程費用的比較。初步設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計提出修改意見，則需另外編制“修改初步設計”報送上級審批。,第二章 橋梁工程的規(guī)劃與設計,橋梁工程,四、技術設計,常規(guī)橋梁一般不需要進行技術設計。 對于新型、復雜、重要、大型橋梁結構，往往需要對初步設計進行細化，以便發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，進一步優(yōu)化設計。 技術設計階段主要內(nèi)容：對選定的橋式方案中的各個結構總體的、西部的技術問題作進一步研究解決，對結構各部分設計詳盡的設計圖紙，包括結構斷面、配筋、構造細節(jié)處理、材料清單及工程量等。 技術設計階段要進行補充勘探（簡稱“技勘”）。 技術設計的最后工作是調(diào)整概算（修正概算）。,橋梁工程,五、施工設計,施工設計需按照已批準的技術設計（或初步設計）進行。 施工設計一般由原編制技術設計（或初步設計）的單位繼續(xù)進行，也可由中標的施工單位進行。 施工設計內(nèi)容：結構設計計算，繪制施工詳圖等。 施工設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)施工設計資料，施工單位編制施工組織設計和工程概算。 所有設計文件經(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、質量檢查驗收及辦理交接手續(xù)，由接收部門負責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、斷橫面設計和平面布置,一、橋梁縱斷面設計,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、結構體系、橋式、通航要求、地形地 質以及水文情況有關。 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）由設計洪水水位、通航凈空、建筑高度確定。,坡道設置：節(jié)省路基填方，將橋梁抬高，設置坡道 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設平坡，跨度大于40m或 橋長大于100m，縱坡4，不設豎曲線 道碴橋面可設于坡道上，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 應符合公路或鐵路建筑限界的要求 建筑