第二章桥梁的设计和规划原则教程.ppt

第二章第二章 桥梁的设计和规划原则桥梁的设计和规划原则在满足一定的在满足一定的功能功能的同时，还应该能够的同时，还应该能够安全安全地承自然界地承自然界和人类活动所施加的各种荷载；和人类活动所施加的各种荷载；社社会会所所能能为为结结构构支支付付的的人人力力、物物力力和和财财力力都都是是有有限限的的，所以，又必须讲求所以，又必须讲求经济经济；结结构构固固定定（stationary）在在不不同同位位置置，其其规规划划、设设计计和和施工需因时因地而异，施工需因时因地而异，逐个逐个（unique）进行进行；是否是否美观美观，是否，是否与环境协调与环境协调。土木工程结构的基本属性土木工程结构的基本属性3/8/20231李亚东:桥梁工程概论 第二章 第一节第一节 桥梁设计原则和科学依据桥梁设计原则和科学依据 桥桥梁梁的的适适用用要要求求包包括括：能能保保证证行行车车的的通通畅畅、舒舒适适和和安安全全；桥桥梁梁运运量量既既能能满满足足当当前前需需要要，也也可可适适当当照照顾顾今今后后发发展展；对对跨跨越越线线路路或或河河流流的的桥桥梁梁，要要求求不不妨妨碍碍桥桥下下交交通通或或通通航航；靠靠近近城城市市、村村镇镇等等的的桥桥梁梁，还还当当综综合合考考虑虑桥桥头头和和引引桥桥地地区区的的环环境境和和发发展展；在在使使用用年年限限内内，桥桥梁梁一一般般只只需需常规养护维修就可保证日常使用。常规养护维修就可保证日常使用。一、基本原则一、基本原则3/8/20232李亚东:桥梁工程概论 第二章 安全要求安全要求 桥桥梁梁的的安安全全既既包包括括桥桥上上车车辆辆、行行人人的的安安全全，也也包包括括桥桥梁梁本本身身的的安安全全。结结构构在在使使用用年年限限以以内内，在在各各种种自自然然情情况况和和荷荷载载作作用用下下，能能具具有有足足够够的的承承载载能能力力，能能保保持持适适当当的的安安全全度度，是是对对每每一一座座桥梁的基本要求。桥梁的基本要求。3/8/20233李亚东:桥梁工程概论 第二章 经济要求经济要求 在在适适用用、安安全全的的前前提提下下，经经济济是是衡衡量量技技术术水水平平和和作作出出方方案案选选择择的的主主要要因因素素。桥桥梁梁设设计计应应体体现现出出经经济济特特性性。对对于于重重大大的的桥桥梁梁工工程程，必必须须进进行行多多方方案案的的比比较较，详详细细研研究究技技术术上上的的可可行行性性和和先先进进性性以以及及经经济济上上的的合合理理性性。这这样样，才才能能对对桥桥梁梁的的建建造造消消耗耗、施施工工、技技术术发发展展和和今今后后使使用用等因素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。等因素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。3/8/20234李亚东:桥梁工程概论 第二章 美观要求美观要求 在在适适用用、安安全全和和经经济济的的前前提提下下，尽尽可可能能使使桥桥梁梁具具有有优优美美的的外外形形，并并与与周周围围的的环环境境相相协协调调，这这就就是是对对桥桥梁梁美美观观的的基基本本要要求求。合合理理的的轮轮廓廓造造型型和和布布局局、正正确确表表达达力力的的传传递递、以以及及结结构构风风格格和和色色彩彩与与周周围围环环境境的的和和谐谐一一致致，是是体体现现美美观观的的主主要要因因素素。在在城城市市和和游游览览地地区区，可可适适当当考考虑虑桥桥梁梁建建筑筑的的艺艺术术处处理理，但但不不应应当当追追求求浮浮华华和和繁繁琐琐的细部装饰。的细部装饰。3/8/20235李亚东:桥梁工程概论 第二章 二、桥梁工程的基本依据二、桥梁工程的基本依据数学数学（Mathematics）力学力学（Mechanics）计算机辅助设计计算机辅助设计（CAD）工程材料学工程材料学（Materials）工程地质学工程地质学（Geology）岩土力学岩土力学（Soil Mechanics）水力学水力学（Hydraulics）水文学水文学（Hydrology）3/8/20236李亚东:桥梁工程概论 第二章 二、桥梁工程的基本依据（续）二、桥梁工程的基本依据（续）混凝土结构工程混凝土结构工程（Concrete Structure）钢结构工程钢结构工程（Steel Structure）基础工程基础工程（Foundations）铁道、道路工程铁道、道路工程（Railway,Highway）其他其他工程制图工程制图（Drawing）工程测量工程测量（Surveying）工程机械工程机械（Machinery）建筑艺术建筑艺术（Architecture）3/8/20237李亚东:桥梁工程概论 第二章 三、桥梁技术规范、工作细则和常用手册三、桥梁技术规范、工作细则和常用手册技术规范技术规范以科学的工程知识和成熟的工程经验为基以科学的工程知识和成熟的工程经验为基础，汇集整理有关桥梁设计、施工、养护的技术要求，础，汇集整理有关桥梁设计、施工、养护的技术要求，形成统一的标准规定，并以此作为各项桥梁工作必须形成统一的标准规定，并以此作为各项桥梁工作必须遵循的准则。遵循的准则。工作细则工作细则对内容广泛或技术复杂而在规范条文中不对内容广泛或技术复杂而在规范条文中不便一一纳入的技术文件，通常采用工作细则的形式加便一一纳入的技术文件，通常采用工作细则的形式加以补充。以补充。常用手册常用手册把与桥梁有关的原始资料、规范规定、应把与桥梁有关的原始资料、规范规定、应用公式、参考数据、结构常用的计算方法、参数、图用公式、参考数据、结构常用的计算方法、参数、图表、施工组织的各项定额、主要机具材料的规格性能表、施工组织的各项定额、主要机具材料的规格性能等汇编成的手册。等汇编成的手册。3/8/20238李亚东:桥梁工程概论 第二章 第二节第二节 桥梁立面、断面和平面布置桥梁立面、断面和平面布置立面布置立面布置桥梁总长桥梁总长桥梁孔径布置桥梁孔径布置桥面标高与桥下净空桥面标高与桥下净空桥上及桥头的纵坡布置桥上及桥头的纵坡布置3/8/20239李亚东:桥梁工程概论 第二章 桥梁立面、断面和平面布置（续）桥梁立面、断面和平面布置（续）断面布置断面布置 桥面净空桥面净空桥面宽度桥面宽度行车道宽度行车道宽度机动车道布置机动车道布置人行道人行道自行车道布置自行车道布置横坡布置横坡布置3/8/202310李亚东:桥梁工程概论 第二章 铁路桥梁建筑限界铁路桥梁建筑限界3/8/202311李亚东:桥梁工程概论 第二章 桥梁立面、断面和平面布置（续）桥梁立面、断面和平面布置（续）平面布置平面布置 一般，大、中桥梁的平面线一般，大、中桥梁的平面线型为直线。当地形限制时，型为直线。当地形限制时，可把桥梁设置在曲线上（直可把桥梁设置在曲线上（直梁布置成折线状）或直接建梁布置成折线状）或直接建造造曲线桥曲线桥（结构本身呈曲线（结构本身呈曲线状）。桥上宜避免采用反向状）。桥上宜避免采用反向曲线。曲线。在某些情况下（如对城市桥在某些情况下（如对城市桥梁）也允许修建公路梁）也允许修建公路斜桥斜桥，其斜度一般不大于其斜度一般不大于4545，在，在通航河流上不宜大于通航河流上不宜大于5 5。3/8/202312李亚东:桥梁工程概论 第二章 第三节第三节 桥梁设计与建设程序桥梁设计与建设程序一一、基基本本程程序序3/8/202313李亚东:桥梁工程概论 第二章 二、可行性研究（规划设计）二、可行性研究（规划设计）可行性研究可行性研究工程必要性是否需要建桥？工程必要性是否需要建桥？工程可行性桥梁设计标准、桥位、桥式等技术问题工程可行性桥梁设计标准、桥位、桥式等技术问题经济可行性工程投资、资金筹措与偿还经济可行性工程投资、资金筹措与偿还研究中的主要问题研究中的主要问题桥梁标准桥梁标准桥位桥位桥式桥式勘测与调查勘测与调查3/8/202314李亚东:桥梁工程概论 第二章 勘测与调查勘测与调查地形测量草勘地形测量草勘 地质勘探收集资料、验证性钻孔地质勘探收集资料、验证性钻孔 水文资料水文资料河道性质 桥位处河床断面 历年水流资料（流量、流速、最高最低水位、百年一遇洪水位等）设计通航水位和通航净空外部条件外部条件砂、石料、水、电力供应情况运输条件场地征用 3/8/202315李亚东:桥梁工程概论 第二章 三、初步设计三、初步设计设计任务书是进行初步设计的依据设计任务书是进行初步设计的依据初步设计是一份供必选的建桥项目文件初步设计是一份供必选的建桥项目文件，内容包括拟内容包括拟定结构型式（桥型、体系、孔径等）及其主要构造尺定结构型式（桥型、体系、孔径等）及其主要构造尺寸，提出施工方案，估算经济指标（工程概算、主要寸，提出施工方案，估算经济指标（工程概算、主要建筑材料数量）等，重点在桥式和结构总体构思方面。建筑材料数量）等，重点在桥式和结构总体构思方面。初步设计的目的初步设计的目的（1 1）说明本桥梁工程的特点和要求；）说明本桥梁工程的特点和要求；（2 2）提出若干可行的比较方案；）提出若干可行的比较方案；（3 3）推荐准备采用的较好方案；）推荐准备采用的较好方案；（4 4）估算实现推荐方案所需的费用、工期、技术措）估算实现推荐方案所需的费用、工期、技术措施等的目的。施等的目的。3/8/202316李亚东:桥梁工程概论 第二章 三、桥梁初步设计（续）三、桥梁初步设计（续）初步初步设计设计的内容的内容（1 1）设计任务的来源和要求；）设计任务的来源和要求；（2 2）桥址自然条件的基本资料；）桥址自然条件的基本资料；（3 3）技术条件的选定；）技术条件的选定；（4 4）桥桥位位方方案案的的比比选选，上上、下下部部结结构构方方案案的的研研究究、比比较和确定；较和确定；（5 5）推荐的建桥方案及其理由；）推荐的建桥方案及其理由；（6 6）推推荐荐方方案案的的指指导导性性施施工工组组织织，包包括括施施工工方方法法、进进度安排、场地布置、主要机具、材料和劳力配置等；度安排、场地布置、主要机具、材料和劳力配置等；（7 7）工程概算。）工程概算。在初步设计阶段进行的勘测工作称为在初步设计阶段进行的勘测工作称为“初勘初勘”3/8/202317李亚东:桥梁工程概论 第二章 四、技术设计四、技术设计技术设计的主要内容对选定的桥式方案中的各个结技术设计的主要内容对选定的桥式方案中的各个结构总体的、细部的技术问题作进一步研究解决，对结构总体的、细部的技术问题作进一步研究解决，对结构各部分的设计提出详尽的设计图纸，包括结构断面、构各部分的设计提出详尽的设计图纸，包括结构断面、配筋、构造细节处理、材料清单及工程量等。配筋、构造细节处理、材料清单及工程量等。对常规桥梁，通常不需要进行技术设计而直接进行施对常规桥梁，通常不需要进行技术设计而直接进行施工设计；对新型、复杂、重要、大型的桥梁结构，往工设计；对新型、复杂、重要、大型的桥梁结构，往往需要对初步设计进行细化，以便发现可能存在的问往需要对初步设计进行细化，以便发现可能存在的问题、进一步优化设计。题、进一步优化设计。技术设计阶段要进行补充勘探（简称技术设计阶段要进行补充勘探（简称“技勘技勘”）3/8/202318李亚东:桥梁工程概论 第二章 五、施工设计五、施工设计施施工工设设计计一一般般由由原原编编制制技技术术设设计计的的单单位位继继续续进进行行，也可由中标的施工单位进行也可由中标的施工单位进行内内容容包包括括结结构构设设计计计计算算（具具体体细细节节），绘绘制制能能让让施施工人员按图施工的施工详图等。工人员按图施工的施工详图等。在在施施工工设设计计阶阶段段还还要要进进一一步步根根据据施施工工需需要要进进行行补补充充钻探（称钻探（称“施工钻探施工钻探”）根根据据施施工工设设计计，施施工工单单位位编编制制施施工工组组织织设设计计和和工工程程预算预算在在所所有有设设计计文文件件经经上上级级主主管管部部门门审审批批后后，即即可可着着手手实施桥梁施工的各项工作实施桥梁施工的各项工作桥桥梁梁建建成成后后，通通常常还还需需进进行行试试验验验验收收工工作作及及办办理理交交接接手手续续，由由接接收收部部门门负负责责今今后后的的桥桥梁梁通通车车运运营营和和养养护维修。至此，建桥工作始告完成护维修。至此，建桥工作始告完成3/8/202319李亚东:桥梁工程概论 第二章 第四节第四节 桥梁建筑美学的基本观点桥梁建筑美学的基本观点 建建筑筑艺艺术术的的基基本本原原则则在在桥桥梁梁工工程程中中的的应应用用，可可大大致归纳为以下几点。致归纳为以下几点。1 1、桥桥梁梁须须与与周周围围环环境境融融合合，成成为为自自然然整整体体中中的的一一个个协协调调部部分分。在在这这方方面面，材材料料的的选选择择、表表面面的的质质感感以以及及色彩的运用起着重要作用。协调中也包含着对比。色彩的运用起着重要作用。协调中也包含着对比。2 2、桥桥梁梁本本身身的的造造型型须须有有恰恰当当的的比比例例。另另外外，也也须须注注意结构的秩序感和韵律感，避免造型上的单调和重复。意结构的秩序感和韵律感，避免造型上的单调和重复。3 3、桥桥梁梁建建筑筑处处理理应应当当表表现现清清新新雅雅洁洁的的风风格格。既既要要避避免免勉勉强强堆堆砌砌的的藻藻饰饰和和不不必必要要的的投投资资；也也要要避避免免忽忽略略建建筑的艺术处理。筑的艺术处理。背景图片背景图片:日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥3/8/202320李亚东:桥梁工程概论 第二章 桥梁美学的基本观点桥梁美学的基本观点与环境协调与环境协调主从与对称主从与对称韵律韵律均衡与稳定均衡与稳定统一统一比例与尺度比例与尺度连续与明暗搭配连续与明暗搭配力线明快力线明快色彩色彩风格风格背景图片背景图片:法国法国NormandyNormandy桥施工桥施工3/8/202321李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：与环境协调与环境协调瑞士日内瓦湖畔栈桥瑞士日内瓦湖畔栈桥奥地利奥地利BrennerBrenner桥桥强调：协调一致，互相配合，融为一体强调：协调一致，互相配合，融为一体三种情况：三种情况：（1 1）特大桥梁，成为环境的主要景观）特大桥梁，成为环境的主要景观（2 2）桥梁规模不大，当地环境景观已存）桥梁规模不大，当地环境景观已存在，桥梁处于从属和适应地位在，桥梁处于从属和适应地位（3 3）普遍情况，桥梁与环境和谐共处）普遍情况，桥梁与环境和谐共处3/8/202322李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：主从与对称主从与对称中南海瀛台桥中南海瀛台桥奥地利欧罗巴桥奥地利欧罗巴桥在桥梁体型的布置上在桥梁体型的布置上突出中心部位以为突出中心部位以为“主主”，两侧部分起衬，两侧部分起衬托作用以为托作用以为“从从”，并以中轴线对称布置，并以中轴线对称布置，使桥梁体型关系上主使桥梁体型关系上主次分明，造型匀称。次分明，造型匀称。3/8/202323李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：韵律韵律德国席哥泰尔桥德国席哥泰尔桥十七孔桥十七孔桥节奏和韵律是产生协节奏和韵律是产生协调美的共同因素调美的共同因素建筑是凝固着的音乐建筑是凝固着的音乐韵律指建筑体型中有韵律指建筑体型中有组织的变化和有规律组织的变化和有规律的重复，形成有节奏的重复，形成有节奏的韵律感的韵律感3/8/202324李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：均衡与稳定均衡与稳定均衡指形态（体量、视均衡指形态（体量、视觉）上的协调，以表现觉）上的协调，以表现出一种稳定感。出一种稳定感。均衡表现出建筑物的稳均衡表现出建筑物的稳固和耐用，反映出建筑固和耐用，反映出建筑物的基本功能。物的基本功能。日本某混凝土悬臂梁桥日本某混凝土悬臂梁桥德国费马恩拱桥德国费马恩拱桥3/8/202325李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：统一统一南斯拉夫南斯拉夫Krk-II桥桥美国美国Rainbow桥桥统一指处理局部和整体统一指处理局部和整体的关系，应使结构各局的关系，应使结构各局部和谐一致地结合成整部和谐一致地结合成整体，表现出浑然一体的体，表现出浑然一体的形象形象桥梁建筑造型的统一主桥梁建筑造型的统一主要是要注意主次结构体要是要注意主次结构体系的和谐统一系的和谐统一3/8/202326李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：比例与尺度比例与尺度挪威某桥挪威某桥荷兰某桥荷兰某桥 比例，一指结构三维之间的比例，一指结构三维之间的大小关系，二指结构各部分大小关系，二指结构各部分之间的大小关系之间的大小关系尺度，结构整体或局部与某尺度，结构整体或局部与某些建筑细部之间的关系些建筑细部之间的关系美学设计要求：结构各部分美学设计要求：结构各部分体型匀称，比例和谐体型匀称，比例和谐黄金分割：黄金分割：0.6180.6183/8/202327李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：连续与明暗搭配连续与明暗搭配澳大利亚某桥澳大利亚某桥德国某人行桥德国某人行桥 连续指桥梁侧视时其连续指桥梁侧视时其水平线条呈直线或平滑水平线条呈直线或平滑的曲线，表现出一种连的曲线，表现出一种连续流畅的美感续流畅的美感明暗搭配在光照之下，明暗搭配在光照之下，桥梁的线条、阴影和色桥梁的线条、阴影和色调等协调连续，对桥梁调等协调连续，对桥梁的连续感起到增强和渲的连续感起到增强和渲染作用染作用3/8/202328李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：力线明快力线明快德德国国某某桥桥用用外形表现作用力的传外形表现作用力的传递关系，达到稳定、明递关系，达到稳定、明快、有力的美感快、有力的美感表现手法：结构简单，表现手法：结构简单，力线明确力线明确技术手段和美学的统一技术手段和美学的统一3/8/202329李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：色彩色彩瑞士瑞士GanterGanter桥桥日本汤屋谷桥日本汤屋谷桥 色彩审美对象的视色彩审美对象的视觉属性之一，建筑的觉属性之一，建筑的一种表现手段一种表现手段常用色彩：绿色，灰常用色彩：绿色，灰色，灰绿色色，灰绿色色彩的运用注意与环色彩的运用注意与环境的协调境的协调3/8/202330李亚东:桥梁工程概论 第二章 举例：举例：风格风格风格是设计构思所表现的具有特色或表明特征的建筑风格是设计构思所表现的具有特色或表明特征的建筑形态，是建筑物整体特点的表现形态，是建筑物整体特点的表现风格的时代性和民族性风格的时代性和民族性现代桥梁的风格特点现代桥梁的风格特点结构简洁，少装饰结构简洁，少装饰造型纤细，表现跨越造型纤细，表现跨越线条流畅线条流畅背景图片：德国科切尔桥背景图片：德国科切尔桥3/8/202331李亚东:桥梁工程概论 第二章 思考题思考题土木工程结构的基本特性土木工程结构的基本特性桥梁工程设计应该遵循的基本原则桥梁工程设计应该遵循的基本原则建桥基本程序建桥基本程序桥梁建筑限界的含义桥梁建筑限界的含义桥梁美学基本原则桥梁美学基本原则3/8/202332李亚东:桥梁工程概论 第二章