競賽培訓(xùn)之大跨橋梁結(jié)構(gòu)選型思路解說

大跨度橋梁結(jié)構(gòu)選型思路解說結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽競賽培訓(xùn)之04：長江大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)課件（黃文雄）關(guān)鍵詞：知識(shí)培訓(xùn)拋磚引玉撥云見日1現(xiàn)在是1頁\一共有46頁\編輯于星期四講座內(nèi)容橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的回顧1橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2橋梁構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上的控制環(huán)節(jié)32現(xiàn)在是2頁\一共有46頁\編輯于星期四講座目的目的拋磚引玉撥云見日備戰(zhàn)大賽形成專業(yè)思維素養(yǎng)圍繞“橋梁”結(jié)構(gòu)知識(shí)，從概念設(shè)計(jì)角度上對(duì)

設(shè)計(jì)構(gòu)思方面的原則和方法進(jìn)行輪廓性介紹。

TOC3現(xiàn)在是3頁\一共有46頁\編輯于星期四1.橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的回顧橋梁是供汽車、火車、行人、特殊構(gòu)筑物等跨越障礙（河流、山谷或其它線路）的建筑工程物?？缭?現(xiàn)在是4頁\一共有46頁\編輯于星期四1.橋梁定義和設(shè)計(jì)原則的回顧1.2橋梁設(shè)計(jì)的基本原則安全適用經(jīng)濟(jì)美觀有利環(huán)保5現(xiàn)在是5頁\一共有46頁\編輯于星期四1.橋梁定義和設(shè)計(jì)原則的回顧橋上車輛、行人及施工機(jī)具的安全，也包括橋梁本身的安全。結(jié)構(gòu)在使用年限內(nèi)，在各種自然情況和荷載作用下，具有足夠的承載能力和足夠的安全度，是對(duì)每一座橋梁的基本要求。安全要求核心要求結(jié)構(gòu)安全交通安全人員安全結(jié)構(gòu)安全體系安全（整體）構(gòu)件安全（局部）構(gòu)造安全（細(xì)節(jié)）6現(xiàn)在是6頁\一共有46頁\編輯于星期四1.橋梁定義和設(shè)計(jì)原則的回顧能保證行車的通暢、舒適和安全；橋梁運(yùn)量既能滿足當(dāng)前需要，也可適當(dāng)照顧今后發(fā)展；對(duì)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，還當(dāng)綜合考慮橋頭和引橋地區(qū)的環(huán)境和發(fā)展；在使用年限內(nèi)，橋梁一般只需常規(guī)養(yǎng)護(hù)維修就可保證日常使用。適用要求橋梁適用性運(yùn)營荷載的需求結(jié)構(gòu)的適用性主要由其功能所決定大賽中的體現(xiàn)移動(dòng)加載的體現(xiàn)7現(xiàn)在是7頁\一共有46頁\編輯于星期四1.橋梁定義和設(shè)計(jì)原則的回顧在安全、適用的前提下，經(jīng)濟(jì)是衡量技術(shù)水平和作出方案選擇的主要因素。橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)特性。對(duì)于重大的橋梁工程，必須進(jìn)行多方案的比較，詳細(xì)研究技術(shù)上的可行性和先進(jìn)性以及經(jīng)濟(jì)上的合理性。這樣，才能對(duì)橋梁的建造消耗、施工、技術(shù)發(fā)展和今后使用等因素進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，得出合理的經(jīng)濟(jì)結(jié)論。經(jīng)濟(jì)要求大賽中的體現(xiàn)參賽模型結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小化橋梁經(jīng)濟(jì)性需按結(jié)構(gòu)全壽命周期考慮8現(xiàn)在是8頁\一共有46頁\編輯于星期四1.橋梁定義和設(shè)計(jì)原則的回顧

在安全、適用和經(jīng)濟(jì)的前提下，盡可能使橋梁具有優(yōu)美的外形，并與周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)，這就是對(duì)橋梁美觀的基本要求。合理的輪廓造型和布局、正確的表現(xiàn)力傳遞、以及結(jié)構(gòu)風(fēng)格和色彩與周圍環(huán)境的和諧一致，是體現(xiàn)美觀的主要因素。在城市和游覽地區(qū)，可適當(dāng)考慮橋梁建筑的藝術(shù)處理，但不應(yīng)當(dāng)追求浮華和繁瑣的細(xì)部裝飾。美觀要求大賽中的體現(xiàn)體現(xiàn)受力特點(diǎn)的體系造型TOC9現(xiàn)在是9頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.1橋梁設(shè)計(jì)上的總體把握層次和環(huán)節(jié)對(duì)橋梁工程的總體把握和認(rèn)識(shí)安全適用經(jīng)濟(jì)美觀砼組合其他木鋼材料拱組合索梁體系10現(xiàn)在是10頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.2橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的實(shí)用原則橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思需要在對(duì)結(jié)構(gòu)整體行為認(rèn)識(shí)深化下總結(jié)提煉出一些指導(dǎo)實(shí)際工作的思維方法。草木皆兵以柔克剛欲擒故縱取長補(bǔ)短移花接木TOC11現(xiàn)在是11頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.3“草木皆兵”原則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)“物盡其用”。拱組合索梁體系結(jié)構(gòu)級(jí)構(gòu)件級(jí)構(gòu)造級(jí)體系分類A.組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件充分發(fā)揮作用B.構(gòu)件的斷面組成能充分發(fā)揮強(qiáng)度性能結(jié)構(gòu)層次12現(xiàn)在是12頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.3“草木皆兵”原則梁與桁13現(xiàn)在是13頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.3“草木皆兵”原則桁的更多應(yīng)用14現(xiàn)在是14頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.3“草木皆兵”原則拱與梁拱橋梁橋VS拱橋與梁橋的截面應(yīng)力分布對(duì)比15現(xiàn)在是15頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.3“草木皆兵”原則超強(qiáng)的索單根（鍍鋅）高強(qiáng)鋼“絲”多根鋼絲平行成“股”多股鋼束夾緊成“纜”懸索橋的傳力途徑大纜的斷面形成TOC216現(xiàn)在是16頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.4“以柔克剛”原則“柔性”的橋梁斜拉橋傳力分析示意對(duì)比懸索橋傳力分析示意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用柔性的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)其特定的功能預(yù)期。17現(xiàn)在是17頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.4“以柔克剛”原則“柔性”的構(gòu)件連續(xù)剛構(gòu)橋中需要采取減小墩柱“抗推剛度”的措施，以釋放收縮、降溫等因素對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。18現(xiàn)在是18頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.4“以柔克剛”原則“柔性”的（隔振）措施希臘里翁--安蒂雷翁大橋主梁為鋼和混凝土面板的疊合圖梁，主梁在縱向和橫向都有位移阻尼系統(tǒng)。在90m直徑的圓形擴(kuò)大基礎(chǔ)下，有更大范圍的鋼管樁群來加固地基，兩者之間為礫石墊層，在有地震或位移時(shí)可以產(chǎn)生滑動(dòng)和緩沖，起了隔震的作用。如果主塔基礎(chǔ)不滑動(dòng)，那么橋上就會(huì)作用很大的地震力，使結(jié)構(gòu)難以抵抗，而現(xiàn)在的處理方法，能消解巨大的地震力，而且也不會(huì)發(fā)生成為問題的塑性變形。TOC219現(xiàn)在是19頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.5“欲擒故縱”原則——反向措施“預(yù)應(yīng)力”的應(yīng)用預(yù)應(yīng)力作用對(duì)截面產(chǎn)生了兩個(gè)效果：A.Ny作用下截面受壓B.My=Ny*ey作用下截面受彎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用預(yù)先施加的“反向措施”來提高結(jié)構(gòu)的承載能力。20現(xiàn)在是20頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則按抵消彎矩為目標(biāo)，按彎矩圖形態(tài)布置預(yù)應(yīng)力鋼筋形態(tài)。荷載產(chǎn)生的彎矩預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的軸力荷載產(chǎn)生的應(yīng)力預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力疊加應(yīng)力截面均勻受壓的目標(biāo)從等效荷載的角度，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的效果彎全抵消荷載彎矩，截面只受到軸力作用。因此，預(yù)應(yīng)力布置形狀可參考彎矩圖的形態(tài)。21現(xiàn)在是21頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.5“欲擒故縱”原則斜拉橋中“體系預(yù)應(yīng)力”的應(yīng)用跨越能力大建筑高度小以彎為主的壓彎構(gòu)件恒載內(nèi)力可調(diào)整主梁在斜拉索支承下，就象多跨彈性支承連續(xù)梁那樣工作，使“局部跨度”顯著減小，讓“整體跨度”能顯著提高，主梁高度“相對(duì)”降低。主梁把斜拉索索力的水平分力作為軸力傳遞，形成自錨體系結(jié)構(gòu)。借助斜拉索的預(yù)拉力，可以對(duì)主梁的內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整。TOC222現(xiàn)在是22頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.6“取長補(bǔ)短”原則結(jié)合梁的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理搭配構(gòu)件或材料組合，以使得不同構(gòu)件或材料發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)?；炷亮轰摿喝绻邿o連接，受荷彎曲時(shí)各自變形，結(jié)合面存在相對(duì)滑移。二者通過剪力鍵連接，受荷彎曲時(shí)協(xié)調(diào)變形，結(jié)合面僅存在微小相對(duì)滑移。剪力鍵通過承擔(dān)水平剪力來抵抗相對(duì)滑移，使得鋼、混凝土協(xié)同受力，截面整體抗彎剛度大大提高。結(jié)合梁工作原理示意性圖解23現(xiàn)在是23頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則混凝土鋼結(jié)合梁養(yǎng)護(hù)容易養(yǎng)護(hù)困難造價(jià)高抗拉強(qiáng)度低抗壓強(qiáng)度高造價(jià)低拉壓強(qiáng)度高壓板易失穩(wěn)混凝土翼緣板24現(xiàn)在是24頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.6“取長補(bǔ)短”原則混合梁的使用自重小混合梁鋼梁混凝土梁輕柔貴剛重賤強(qiáng)度低強(qiáng)度高強(qiáng)弱造價(jià)低造價(jià)高剛度大自重大剛度小Why?在連續(xù)梁和斜拉橋的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用鋼主梁，這種布置方式稱為混合式主梁布置，簡稱“混合梁”。25現(xiàn)在是25頁\一共有46頁\編輯于星期四鋼梁砼梁混凝土梁諾曼底橋，鋼梁伸入主跨116米。多多羅橋，邊跨末端設(shè)置混凝土梁。砼梁鋼梁混凝土梁Where?重慶石板坡橋，主跨330m26現(xiàn)在是26頁\一共有46頁\編輯于星期四結(jié)合面混凝土梁鋼梁PC梁過渡段鋼加勁段PC梁標(biāo)準(zhǔn)段鋼梁標(biāo)準(zhǔn)段鋼混結(jié)合段鋼混結(jié)合段立面過渡示意How?TOC227現(xiàn)在是27頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.7“移花接木”原則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用不同的受力體系相搭配，形成紛繁變化的組合受力體系。拱－梁（剛構(gòu)）組合體系橋梁柔性系桿剛性拱

剛性系桿柔性拱

剛性系桿剛性拱

28現(xiàn)在是28頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.7“移花接木”原則連續(xù)－剛構(gòu)體系橋梁連續(xù)梁橋連續(xù)剛構(gòu)橋VS對(duì)長大橋梁，連續(xù)剛構(gòu)體系往往是剛構(gòu)主體與連續(xù)梁的組合。連續(xù)－剛構(gòu)體系橋29現(xiàn)在是29頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.7“移花接木”原則斜拉－懸索體系橋梁土耳其伊茲米特海灣（IzmitBay）大橋[設(shè)計(jì)方案]30現(xiàn)在是30頁\一共有46頁\編輯于星期四直布羅陀海峽大橋（Gibraltarbridge）

[設(shè)計(jì)方案]斜拉－懸索體系橋梁，主跨約5000m（方案構(gòu)思）。林同炎設(shè)計(jì)。31現(xiàn)在是31頁\一共有46頁\編輯于星期四跨越墨西拿海峽（TheMessinaStraits)橋梁史上跨時(shí)代的橋梁現(xiàn)在是32頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.7“移花接木”原則斜拉－剛構(gòu)組合體系橋梁33現(xiàn)在是33頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.7“移花接木”原則拱－斜拉組合體系橋梁馬來西亞的SeriSaujana斜拉拱橋組合體系斜拉拱橋，主跨300m34現(xiàn)在是34頁\一共有46頁\編輯于星期四2.橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)思上的一些原則2.7“移花接木”原則其它建筑結(jié)構(gòu)的組合？TOCTOC2膜結(jié)構(gòu)35現(xiàn)在是35頁\一共有46頁\編輯于星期四3.橋梁構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上的控制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)體系確定材料體系確定設(shè)計(jì)及優(yōu)化細(xì)節(jié)工藝方案結(jié)構(gòu)級(jí)構(gòu)件級(jí)構(gòu)造級(jí)定型及定性定量定制3.1橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程36現(xiàn)在是36頁\一共有46頁\編輯于星期四3.橋梁構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上的控制環(huán)節(jié)3.2PC簡支梁橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)混凝土簡支梁的設(shè)計(jì)關(guān)鍵：混凝土簡支梁的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是截面的擬定、（預(yù)應(yīng)力）鋼筋面積和位置設(shè)計(jì)。二者又是相互關(guān)聯(lián)的。截面尺寸設(shè)計(jì)擬定預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)/鋼筋設(shè)計(jì)力鋼筋面積力鋼筋布置受力計(jì)算是紐帶參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)參照已有圖紙估算布置設(shè)計(jì)37現(xiàn)在是37頁\一共有46頁\編輯于星期四3.橋梁構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上的控制環(huán)節(jié)3.3PC連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)PC連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)計(jì)算基本流程38現(xiàn)在是38頁\一共有46頁\編輯于星期四3.橋梁構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上的控制環(huán)節(jié)3.4拱橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)混凝土拱橋的設(shè)計(jì)流程示意39現(xiàn)在是39頁\一共有46頁\編輯于星期四3.橋梁構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上的控制環(huán)節(jié)3.5懸索橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主跨跨度Lc垂度f邊跨跨度Ls邊跨跨度Ls‘塔高H主跨Lc邊跨Ls邊中跨比垂跨比垂度塔高高跨比寬跨比梁高梁寬高寬比考慮水位和通航由使用要求確定40現(xiàn)在是40頁\一共有46頁\編輯于星期四3.橋梁構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上的控制環(huán)節(jié)3.6斜拉橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)斜拉橋橋型總體設(shè)計(jì)中，影響因素多，變量參數(shù)也復(fù)雜，交叉組合的方案更是千變?nèi)f化。但為了抓住主要矛盾，其總體構(gòu)思時(shí)，首先要