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1、第三章 桥梁的总体规划 与设计程序,桥梁工程建设的一般程序 规划、设计、施工三大流程 规划工作： 又称前期工作，或可行性研究工作。对于特大桥，还有预可行性研究。主要研究论证工程的必要性与可行性（桥位、桥型、经济、对环境的影响等）。是项目决策,第三次课,一、桥梁设计的基本要求 使用上的要求； 经济上的要求； 结构尺寸和构造上的要求； 施工上的要求； 美观上的要求。,第一节 桥梁设计的基本原则,原则：安全、适用、经济、美观和有利环保,1980年建成的南斯拉夫克尔克桥，跨径390m，钢筋混凝土拱桥，与周围环境协调自然,与环境协调的桥梁,悉尼海港桥位于澳大利亚悉尼港，主桥为单跨503m的中承式钢桁两铰
2、拱公铁两用桥。自身较笨重，但由于紧挨着别致的悉尼歌剧院，无论在质感还是在颜色和造型上都达到相得益彰的效果，因而以其优美环境而闻名于世。,与环境协调的桥梁,与环境协调的桥梁,高耸的桥墩与挺拔的山峰以及斜拉板构成的尖峰与山的形状都达到了完美的协调。, 与环境协调的桥梁,青山、绿水、红花与银白色的肋拱桥共同组成一幅美丽和谐的山水画。,与环境协调的桥梁,银桥飞架，与林海相映， 宛如蛟龙出海, 与环境协调的桥梁,笔直的高桥墩与周围的树木从形式上达到完美的和谐,罗依溪大桥，作为不等跨连续拱桥，采用了多种调整不平衡推力的措施，结构上合理，但从美学角度而言，是典型的反例。, 自身欠美观的桥梁, 桥梁对环境的破
3、坏,桥梁的建设，使得植被遭到破坏，大大影响了自然环境, 桥梁对环境的破坏,植被遭受破坏,1、使用任务确定桥梁的规模 2、选择桥位确定路桥的关系等 3、桥位地形测绘地形图 4、桥位地质 工程地质报告 5、桥位水文确定桥梁跨径和净空 6、建材来源、供应及运输 7、施工单位及现场情况 8、气象资料 9、其它情况上、下游老桥等,二、设计资料的调查,一、桥梁纵断面设计 总跨径、分孔、确定标高、纵坡、基础埋深 1、桥梁总跨径的确定： （1）满足水文计算要求 （2）依具体情况调整,第二节 桥梁纵、横断面设计和平面布置,2、桥梁分孔 （1）桥型（跨越能力）（2）经济跨径（3）通航要求 （4）地质、地形 （5）
4、各孔径间比例 （6）战备考虑 （7）施工能力 （8）美观方面,跨径越大，孔数越少，上部结构造价高，墩台造价低。最经济的分孔，使上下部结构的总造价最低。 通航河流：满足通航要求 平原区：主槽布置跨径大的通航孔 山区深谷：加大跨径，可采用特大单孔跨越，减少中间桥墩 不利地质段：移桥基，加跨径,多孔跨径的比例： 钢筋砼三跨连续梁： 中跨/边跨= 1.00 / 0.80 五跨连续梁: 1.00 / 0.90 / 0.65 多孔桥梁：奇数跨（结构对称） 基础工程：在大桥施工中起控制作用，应减少基础 数量，加大跨径。 美观要求：整体规划桥梁分孔时应考虑,3、桥道标高的确定 （1）总前提：保证排洪、通航和桥
5、下行车安全及桥 梁自身安全 （2）有关的具体规定： 流水净空跨河桥p38 通航净空跨河桥 车辆净空跨线桥,通航净空顶部,BM,b,HM,h,4、纵坡纵断面线形,大中桥梁：,将桥梁纵断面设计成单向或双向坡度，有利于交通、美观，又便于排水。一般的： 小桥：,5、基础的埋置深度,二、横断面设计 1、桥梁宽度 依据公路工程技术标准（JTG B012003中规定的各级公路行车道宽度、中间带宽度、路肩宽度确定。 2、桥面净空 应满足公路工程技术标准中关于建筑限界的规定。,高速公路、一级公路（整体式）,高速公路、一级公路（分离式）,二、三、四级公路,桥 涵 净 空,三、平面布置确定路、桥、水流的关系 原则：
6、平顺、车辆平稳通过 （1）高速、一级公路上的大、中桥及所有的小桥 依路线 （2）二、三、四级公路上的大、中桥一般为直线 （3）由经济和施工而言，避免斜交，否则，45o， 通航河流5o。,桥轴线与支承线的垂线呈某一夹角,第三节 桥梁设计与建设程序,桥梁的设计程序（大型桥梁） 预可行性研究报告与可行性研究报告 初步设计 技术设计 施工设计,桥梁的设计程序（大型桥梁） 一、预可行性研究报告与可行性研究报告 预可行性研究报告：在规划可行的基础上，着重研究建设上的必要性和经济上的合理性。 可行性研究报告：在预可行性研究报告审批后，在必要性和合理性得到确认的基础上，着重研究工程上和投资上的可行性。,预可行
7、性研究报告与可行性研究报告 的主要内容,工程必要性论证：评估桥梁建设在国民经济中的作用 工程可行性论证： 1.制定桥梁标准问题 2.自然条件及周围环境问题 3.桥位问题(桥式方案问题),造价估算 资金来源 直接经济效益与投资回报 间接经济效益 社会效益,经济可行性论证,二、初步设计 进一步的水文、勘测（地质初勘）工作 桥式方案比选（总体布置和一般构造图） 初步的计算与施工方案 设计概算,技术补充勘探 结构总体及细部的技术设计 实施科研项目 结构各部分详细的设计图纸 修正概算,三、技术设计（对于特大桥）,四、施工图设计 施工钻探（详勘） 详细的设计计算 绘制施工详图（设计图） 施工（控制）方案
8、编制工程预算,设计程序,第四章 桥梁的设计荷载,桥梁设计基本原则 实用 经济 安全 美观,桥梁的设计荷载 Loads on Bridges,2004新桥规简介 85桥规 城市桥梁设计规范 铁路桥规简介,新规范简介 公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范JTG D62-2004,2004 新规范制定的依据 公路工程结构可靠度设计统一标准 GB/T 50283-1999 公路工程技术标准JTJ001-97修订 JTG B01-2003 工程结构设计基本术语和通用符号 GBJ 132-90 道路工程术语标准 GBJ 124-88,第四章 桥梁的设计荷载 4
9、-1 规范中有关作用的规定 作用定义：施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者叫直接作用，也叫荷载，或者称间接作用。,桥梁结构的作用 理解“作用”与“荷载”的区别和联系，“作用效应” 现行桥规(JTG D60 2005)按照作用随时间的变异特点将作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用三类。 作用的代表值 结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值(包括标准值、频遇值和准永久值等)。 1、作用标准值 作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。,2、作用频遇值 按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采用的一种可
10、变作用代表值，其值可根据足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。 3、作用准永久值 按正常使用极限状态长期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，其值可根据足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.5（或略高于0.5）分位值确定。 注：对不同的作用，应采取不同的代表值。,可变作用在什么情况下 采用什么值？ 承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时,采用标准值； 正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，采用频遇值（标准值乘以频遇系数）； 按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值（标准值乘以准永久系数）。 偶然作用采用标准值。,一、永久作用（恒载） 1.定义: 在
11、结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可忽略不计的作用。,2、包括,3、计算方法,注意： 采用标准值作为代表值 预应力混凝土桥梁结构： 使用状态（或阶段）应力计算时，预加力作为永久作用，但不计偏心距增大的附加效应。 承载能力状态设计时：预加力不作为作用，而为结构抗力。 混凝土收缩及徐变作用,1.定义：在结构使用期间，其量值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。,二、可变作用,2.包括,新桥规的规定：1.汽车荷载,（1）汽车荷载和组成 分为两个等级：公路级和公路级。 各级公路桥涵的汽车荷载等级 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。 整体计算应采用车道荷载；桥梁局部
12、加载及涵洞、桥台和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算应采用车辆荷载。 注意:车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。,（2）汽车荷载的计算图式及标准值 车道荷载 计算图式：车道荷载由均布荷载和集中荷载组成,标准值： 公路级：qk=10.5kN/m Pk:当l5m，180kN；当l50m，360kN；当l=5m50m,直线内插（计算剪力Pk 1.2） 公路-级：qk，Pk均按公路-级车道荷载的0.75倍采用。,说明：车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。,立面布置,平面尺寸,（尺寸单位为m；荷载单位为kN）, 车辆荷载
13、 轮廓尺寸,车辆荷载主要技术指标,说明：公路级和公路II级汽车荷载采用相同的车辆 荷载标准值。,（尺寸单位为m）,说明： 车道荷载荷载横向分布系数应按设计车道数如图示布置车辆荷载进行计算。,车辆荷载横向布置,第四次课,桥 涵 设 计 车 道 数,汽车荷载折减系数,当为多跨连续结构时，整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。,2.汽车荷载冲击力 汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应 汽车荷载冲击力的标准值以冲击系数表示。 汽荷冲击力=汽车荷载 ,桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。 当f14Hz时， 0.45,说
14、明： （1）汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用0.3。 （2）钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。 （3）填料厚50cm的拱桥、涵洞及重力式墩台不计冲击。 （4）支座的冲击力按相应的桥梁取用。,3.离心力 曲线桥，R250m时 离心力=车荷离心力系数C,说明： 多车道及纵向折减； 作用点（1.2m)，移至桥面不计力矩；,4.车荷引起的土侧压力 采用车辆荷载加载； 按换算的等代土层厚度计算,土的重力密度（KN/m3）； l0桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度（m）； B桥台横向全宽或
15、挡土墙的计算长度（m）； G布置在B面积内的车轮的总重力（KN）。,1 桥梁计算跨径Li 50m时， 3.0 kN/m2； Li 150m时， 2.5 kN/m2； 50m Li 150m时, 内插法求得 城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍。 专用人行桥梁，人群荷载标准值取为3.5kN/m2。,5.人群荷载,2 人群荷载在横向应布置在行车道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。 3 人行道板（局部构件）， 4.0kN/m2 均布荷载。 4 计算人行道栏杆，顶水平推力0.75kN/m ，竖向力1kN/m,6.汽车制动力 滑动摩擦力,1 按同
16、向行驶的汽车荷载计算， 一个车道制动力车道荷载总重力x10% 但165KN（公路I级）;90KN（公路II级）,同向行驶双车道制动力一个车道制动力x2 同向行驶三车道制动力一个车道制动力x2.34 同向行驶四车道制动力一个车道制动力x2.68,3 有固定支座和活动支座的刚性墩台时，制动力按JTGD60-2004规定，P42表1-4-6,2 着力点位置：桥面以上1.2m处，墩台，刚构桥及拱桥,7.支座摩阻力（活动支座） F W W上部结构重力产生的效应 支座摩擦系数，按实测，如无按规范。,8.温度作用产生于超静定结构 9.风力风力=迎风面积风压,三、偶然作用,定义：在结构使用期间出现的概率很小，
17、一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用,包括：,三、偶然作用,1、地震作用 主要是指地震时强烈的地面运动引起的结构惯性力。 位于地震动峰值加速度为0.10g、0.15g、0.20g、0.30g地区的桥梁，应进行抗震设计。 位于地震动峰值加速度为0.40g及以上地区，应进行专门的抗震研究和设计。 地震动峰值加速度0.05g及以下地区，可采用简易设防。,2、船只或漂流物的撞击作用 位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台，应考 虑该作用。 其标准值应根据实测或与有关部门研究确定， 当缺乏调查资料时，可根据桥规4.4.2条采用,3、汽车的撞击作用 （1）标准值：车辆行驶方向取1000kN,行使垂直方
18、向取500kN。 （2）两个方向的撞击力不同时考虑 （3）作用于车道以上1.2m，直接分布于撞击涉及的构件上。,4-2 作 用 效 应 组 合,1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+ 0.7*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载） 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载 +0.6*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载+1.4*土压力） 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.5*（1.4*人群荷载 +1.1*风荷载+1.4*土压力+1.4*汽车制动力）,4 公路桥涵结构效应基本组合表达式,习题一 1、桥梁的一般组成及各部分的作用是什么？ 2、概念：计算跨径、标准跨径、桥梁全长、桥梁建筑高度？ 3、桥梁按结构体系分为哪几种？说说他们各自的主要承重构件和受力特点？ 4、桥梁的设计作用有哪几类？ 5、有一连续梁桥，其计算跨径l=29.5m；材料的弹性模量 ；结构跨中截面的惯矩 ；结构跨中处的单位长度质量 （kg/m），重力加速度 （m/S2）。试求该连续梁的自振频率。,