橋梁工程5-橋梁的縱橫斷面設計及平面布置

1、第三章橋梁的平縱橫斷面設計和方案比選四二三一橋梁縱斷面設計橋梁橫斷面設計橋梁平面布置橋梁的全壽命設計橋梁方案比選及示例五2橋梁設計原則：中國：安全、適用、經濟、美觀、環(huán)保國外：“3E” 功效（Efficiency） 經濟（Economy） 優(yōu)美（Elegance）3設計前期的準備工作：野外勘測與調查研究1.橋梁的任務確定橋梁的規(guī)模2.選擇橋位確定路橋的關系等3.測量地形測繪地形圖4.鉆探橋位工程地質報告5.水文調查確定橋梁跨徑和凈空6.其它情況材料、電力、施工道路等4一.橋梁縱斷面設計內容：1.確定總跨徑 2.橋梁分孔 3.橋道的高程 4.橋上和橋頭引道的縱坡 5. 基礎的埋置深度5一.橋梁縱

2、斷面設計 確定總跨徑一般橋梁：水文計算。要求：排洪面積足夠，沖刷小，縮短總長度淺基礎：總跨大，路堤不壓河床深基礎：總跨小，允許較大沖刷6一.橋梁縱斷面設計7一.橋梁縱斷面設計8一.橋梁縱斷面設計 橋梁分孔徑跨徑越大 ，孔數越少 ，上部結構造價高， 墩臺造價低。 最經濟的分孔， 使上下部結構的總造價最低。通航河流 ：滿足通航要求平原區(qū) ：主槽布置跨徑大的通航孔山區(qū)深谷 ：加大跨徑 ，可采用特大單孔跨越 ，減少中間橋墩不利地質段 ：移橋基 ，加跨徑9一.橋梁縱斷面設計 多孔跨徑的比例鋼筋砼三跨連續(xù)梁：中跨 /邊跨 = 1.00 / 0.80 。 五跨連續(xù)梁：1.00 / 0.90 / 0.65 。

3、多孔橋梁 ：奇數跨 （結構對稱 ）基礎工程： 在大橋施工中起 ，應減少基礎量， 加大跨徑美觀要求： 整體規(guī)劃橋梁分孔時應考慮10一.橋梁縱斷面設計 橋下凈空根據設計洪水位 、橋下通航（通車 ）凈空等需要 ，結合橋型 、跨徑等確定 。 梁橋： 梁底高出設計洪水位 （包括壅水和浪高 ）不小于 50 cm， 支座底面高出設計洪水位不小于 25cm無鉸拱橋： 拱腳淹沒深度不超過拱圈矢高的 2/3 ，拱頂底面高出設計洪水位 1.0m11一.橋梁縱斷面設計 橋下凈空通航孔 ：在橋跨中垂直于流水方向所規(guī)定的空間界限（多邊形圖 ）立體交叉： 車輛凈空高度 （橋梁橫斷面設計 ）12一.橋梁縱斷面設計 橋上縱斷面

4、線型小橋通常做成平坡橋。大、中橋梁為了利于橋面排水和降低引道路堤高度，往往設置從中間向兩端傾斜的雙向縱坡13一.橋梁縱斷面設計公路橋規(guī)規(guī)定橋梁及其引道的平 、縱 、橫技術指標應與路線總體布設相協調 。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 ，橋上縱坡和橋頭引道縱坡均不得大于 均不得大于 均不得大于 均不得大于3。橋頭兩端引道線形應與橋上線形相配合。14二.橋梁橫斷面設計主要解決： 橋面寬度 橋跨結構橫截面的布置15二.橋梁橫斷面設計橋面行車道凈寬標準 ：2*凈-7.5， 2*凈-7.0， 凈-7.0， 凈-6.0人行道寬度：0.75m， 1m， 大于 1m 按

5、0.5m 的倍數增加人行道 、安全帶 ：應高出行車道至少 2025cm彎道橋梁 ：按路線要求加寬 、設超高橋面排水 ：設橫坡 1.5%3%16三.橋梁平面布置線形、橋頭引道平順曲線橋梁應符合路線規(guī)定盡量避免斜交，斜交角度不大于45 17四.橋梁的全壽命設計橋梁生命周期（Life cycle）可分為規(guī)劃建設期和使用與回收期兩大階段。規(guī)劃建設期：1）規(guī)劃、2）設計、3）施工；使用與回收期：4）使用養(yǎng)護期、5）拆除回收期。1819四.橋梁的全壽命設計橋梁生命周期 （Life cycle）國外一般規(guī)劃階段約占 2 3% ，設計階段約占 2 3%，施工階段約占 4 6%， 使用階段所占時間最長 ， 約占

6、 88 92%。橋梁的設計年限 ，我國公路橋梁為 100年。橋梁基于全壽命的投資估算 （life cycle cost ，簡稱 LCC）20四.橋梁的全壽命設計耐久性研究 :主要構件和次要構件 ；可修復構件和不可修復構件 ；可更換和不可更換構件 。根據結構中各構件的重要性和可更換性 ，確定各構件的設計年限。 對于可更換構件進行更換施工方案的設計 。提出橋梁使用期間的管理與養(yǎng)護要求 、實施大綱或手 冊?？紤]養(yǎng)護維修的需要 ，設置必要的檢測與檢修通道。2122明確各種標高要求橋梁分孔和初擬橋型方案方案初篩詳繪橋型方案編制估算或概算方案選定、文件匯總最佳推薦方案五.橋梁方案比選及示例五.橋梁方案比選

7、及示例橋位比選（大橋、特大橋）；根據交通、通航、地質、水文、地形條件確定橋 梁的橋面標高、坡度、總長、主跨跨徑、橋寬等主要尺寸；根據各種橋型橋式的特點，確定主橋的跨徑布置、 分孔方式；根據跨徑大小、橋寬、結構特點，確定主橋的截 面型式、截面高度、厚度、寬度等參數的變化規(guī) 律；根據上部結構的跨度、橋高、確定主橋橋墩的截 面，根據地質條件確定主橋基礎型式及基本參數；23根據水文、地質、地形、橋長、施工方法等 條件確定引橋跨度大小、分孔方式、下部結構 型式、基本參數以及路與橋的連接；必要時，對第1第6步進行修改調整；計算橋梁各階段的內力、配筋；確定橋梁各細部構造；確定施工方案；預算編制，必要時對設計

8、方案進行修正。24五.橋梁方案比選及示例設計流程示例（一）跨河橋根據航道等級、河床斷面、地質情況等，確定通航凈空、主跨標高控制點及主跨跨度；25五.橋梁方案比選及示例設計流程示例（一）跨河橋主跨分孔：根據主跨跨度、結構型式體系， 確定主跨、副跨匹配關系，確定基礎型式；26五.橋梁方案比選及示例設計流程示例（一）跨河橋確定主橋縱向跨徑布置及截面構造型式，確定主橋的施工方法； 27五.橋梁方案比選及示例設計流程示例（一）跨河橋28五.橋梁方案比選及示例設計流程示例（一）跨河橋引橋分孔、上部結構設計，下部結構設計，橋臺設計等；29設計要點橋梁分孔：功能上滿足、技術上可行、造價上較低（上下部結構造價相

9、當時總造價最低）；主跨跨徑、橋高要與通航要求匹配，不可盲目追求 雄偉、美觀，注重經濟指標；掌握主跨、副跨的跨度匹配關系（力學、施工）；坡度大小要適宜，一般情況下縱坡應滿足：1i 3%，城市立交可適當放寬57%；如橋寬較大，還應設置橫坡（單向、雙向），以利于排水與行車；30設計要點明確各種結構體系受力特點及其適用范圍；掌握工程實踐中各種結構型式主要構件截面的變化范圍；掌握各種結構型式主要構件截面變化的規(guī)律；熟悉各種結構型式主要構造方式；了解各種常用施工方法。31設計流程實例（二）舟山金塘主通航孔橋32推薦方案：主跨620m雙塔鋼箱梁斜拉橋比較方案：主跨620m雙塔混合梁斜拉橋 主跨620m雙塔疊

10、合梁斜拉橋設計流程實例（二）舟山金塘主通航孔橋33結構方案研究結構體系 經比較，采用在索塔處設置豎向支座的半飄浮體系，在輔助墩和過渡墩上采用縱（雙）向活動支座，在其索塔橫向設抗風支座傳遞主梁風荷載。主梁 鋼箱梁斷面采用封閉式流線型扁平鋼箱梁。采用栓、焊結合的連接方式。 混合梁斜拉橋的鋼砼結合點選擇在離輔助墩向索塔方向12.3m處，該處主梁內力較小。 疊合梁的斷面選擇雙邊箱鋼梁疊合方案。設計流程實例（二）舟山金塘主通航孔橋34索塔對圖示的鉆石型塔（方案1、2、3、4）、倒Y形塔（方案5）、A形塔（方案6）進行研究。推薦方案6、方案5作為索塔造型方案。采用混凝土索塔，自重大，有利于抵抗船舶撞擊35

11、鋼箱梁斜拉橋橋跨布置為77+218+620+218+77=1210m21800620007700218007700寧波金塘島輔助航道主航道36混合梁斜拉橋橋跨布置 70+165+620+165+70=1090m邊跨混凝土箱梁長82.3m，其余均為鋼箱梁，橋跨布置見圖。 寧波主航道輔助航道金塘島37疊合梁斜拉橋橋跨布置為84+182+620+182+841152m，見圖。38項目比較方案一：鋼箱梁斜拉橋方案二：混合梁斜拉橋方案三：疊合梁斜拉橋配跨（m）77+218+620+218+7770+165+620+165+7084+182+620+182+84總長（m）121010901152結構受力特

12、性結構剛度滿足規(guī)范要求，耐久性好結構剛度大，但鋼砼結合處是結構的弱點結構剛度滿足規(guī)范，橋面板易產生裂縫上部構造施工難度輔助跨鋼箱梁可采用整孔吊裝，施工風險小輔助跨混凝土箱梁采用支架現澆，有一定風險施工工藝較成熟與鋪裝適應性較差較差好養(yǎng)護費用較大較大較大視覺效果好好較差工期(月)484952建安費(億)10.159.219.09以同樣橋長計建安費（億）10.159.549.25結論推薦比較比較39綜上所述：疊合梁斜拉橋雖然造價最低，但施工工期較長，主梁施工又很難避開臺風期；混合梁斜拉橋存在鋼砼結合段構造復雜及混凝土支架施工有風險等缺點；鋼箱梁斜拉橋造價雖最高，但施工比較方便快捷，風險最小，故初步

13、設計對主通航孔橋推薦鋼箱梁斜拉橋方案。設計流程實例（三）蘇通長江大橋40設計流程實例（三）蘇通長江大橋41方案1主航道橋為雙塔雙索面斜拉橋，主跨為1088米，索塔為倒Y型塔高294.3，主墩基礎為鋼沉井。 大橋以橋塔造型為主，呈連續(xù)性，重點突出。 倒Y型塔，高聳挺拔氣勢奪人，配以直線的扇形拉索與延伸的水平箱梁給人一種力度的直線美。突出橋塔的主導地位，形成橋梁突出的鮮明個性。視覺上主次分明形成索結構橋梁所獨有的形態(tài)和美感，將成為該地區(qū)的標志性建筑 設計流程實例（三）蘇通長江大橋4243方案2主航道橋為雙塔懸索橋，主跨為1510米，索塔為門式，塔高230.7，主墩基礎為鋼沉井。大跨度懸索橋氣勢如虹

14、、橫跨長江，主纜巨大的曲線構成了吊橋的曲線美，給人一種剛中見柔的感覺，同時高大的門型橋塔造型穩(wěn)重均衡。 蘇通長江大橋44設計流程實例（四）天津大沽橋452006年6月，從美國賓夕法尼亞州匹茲堡召開的2006年度國際橋梁大會傳來喜訊由天津城建集團城建設計院與國際公司合作設計、城建集團組織施工的大沽橋摘取世界著名橋梁大獎尤金菲戈獎。大沽橋摘得尤金菲戈獎為2006年度全世界的惟一，也是天津市橋梁工程首次獲此殊榮。頒獎詞這樣評價：“中國天津的大沽橋以想象和創(chuàng)新，在橋梁工程界取得了杰出的成就，并成為了當地標志性建筑。” 設計流程實例（四）天津大沽橋46大沽橋的設計構思為“日月同輝”，由兩個不對稱的拱圈構

15、成，大拱圈面向東方，象征著太陽，小拱圈面向西方，象征著月亮。大拱拱圈弧長140米，拱高39米，向外傾斜18度；小拱拱圈弧長116米，拱高19米，向外傾斜22度，它們共由88根吊桿系于橋的兩側，與橋外伸出的半圓觀景平臺相對。這種結構體系全稱為“敞開式四索面傾斜拱肋系桿拱橋”，至今為止在世界上也是獨一無二的。設計流程實例（四）天津大沽橋47方案1設計流程實例（四）天津大沽橋48方案2設計流程實例（四）天津大沽橋49方案3設計流程實例（四）天津大沽橋50方案4？思考題你覺得設計一座橋梁的難點在哪里？寫一篇小論文51橋梁建筑美學52自古以來，建筑（包括橋梁建筑）與繪畫、雕塑被稱為三大造型藝術（又稱為空

16、間藝術或視覺藝術）。它和其他門類藝術有共同的特征，如：鮮明的形象、強烈的藝術感染力、反映時代特征等。但是橋梁建筑藝術作為實用藝術，又有它自己獨特的藝術特征功能價值與審美價值的統(tǒng)一。橋梁建筑不僅要表現出結構上的穩(wěn)定連續(xù)、強勁力感和跨越能力，而且要有美的形態(tài)與內涵，只有內容和形式的高度統(tǒng)一，才能顯示出不朽的生命力。橋梁建筑美學53德國橋梁專家萊翁哈特（F.Leonhardt)在其專著橋美學與設計中提出的橋梁美學的經典觀點：A.美必須以功能為前提B.美在于結構自身C.美應重視環(huán)境因素D.美應能影響人橋梁建筑美學54橋梁建筑美的基本因素1統(tǒng)一和諧 2均衡穩(wěn)定 3比例協調 4韻律優(yōu)美 橋梁建筑美學552

17、0世紀世界“最美的”橋梁 1999年英國的bridge design and engineering雜志，向世界30位著名的橋梁工程師建筑師和學者，包括美國的林同炎和鄧文中，德國的Schlaich，法國的Virlogeux，瑞士的Menn和英國的Firth，Flint和Head等，征集對20世紀最美麗的橋梁的意見。 最后有15座橋梁被提名，排名第一的是：瑞士工程師R.Maillart于1930年設計的薩爾基那山谷橋（Salginatobel Bridge）。橋梁建筑美學5620世紀世界“最美的”橋梁歐洲10座（其中瑞士、法國、德國各3座，丹麥1座）亞洲3座（其中日本、土耳其、中國各1座）美洲（

18、美國）、澳洲（澳大利亞）各1座斜拉橋 7座（包括矮塔斜拉橋）拱 橋 3座懸索橋 3座其 它 2座571. Salginatobel Bridge (1930) Switzerland “在橋上漫步是一種真正的精神上的享受。 你和高山、白云、藍天那么靠近，它構成了阿爾卑斯山的一幅美妙的風景畫?！痹摌蛩胁糠侄记〉胶锰?，無可挑剔?！薄斑@是真正的藝術和橋梁結合的精品”。 582. Golden Gate Bridge (1937) USA“她造型優(yōu)美，比例協調，是橋梁工程的一顆明珠，以致于本世紀的設計師們已無法超越了。 ”593.Brotonne Bridge (1977) France“盡管世界上

19、有那么多美麗的斜拉橋，但這座跨度僅320米的單索面混凝土斜拉橋以其簡潔、明快、協調的造型和剛柔相濟的風范得到了一致的贊賞。604. Kirchheim Overpass (1993) Germany “梁體的流線型外形和彎矩圖相似，給人以力度感?！?615. Orly Airport Overpass (1958) France “它那細致和優(yōu)美的曲線給人以強烈的感受。” 626. First Bosphorus Bridge (1974) Turkey “這座由英國人設計的歐亞大橋是一座難忘的結構物。” 637. Sunniberg Bridge (1998) Switzerland“她是一道優(yōu)美的彩虹，橋梁建筑的精品?！?64658.Pont de Normandie (1995) France“一座和當地景觀完美協調的斜拉橋?！?669.多多羅橋 (1998) Japan“20世紀最大跨度斜拉橋，具有東方神秘的美感。” 6710. Severins Bridge (1961) Germany “最早的獨塔斜拉橋，造型簡潔優(yōu)美，和科隆大教堂遙相輝映。” 6811.汀九大橋(1998) 中國香港“混合結構的杰作，藝術和技術的統(tǒng)一?！?6912. Sydney Har