qA桥梁工程课件讲课稿

南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系1qA桥梁工程课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系2第二章第二章 桥梁设计一般原则和程序桥梁设计一般原则和程序v2.1 2.1 桥梁设计的基本原则桥梁设计的基本原则v2.2 2.2 桥梁平、纵、横断面设计桥梁平、纵、横断面设计v2.3 2.3 桥梁设计与建设程序桥梁设计与建设程序v2.4 2.4 桥梁设计方案的比选桥梁设计方案的比选v2.5 2.5 小结小结南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系32.1 2.1 桥梁设计的基本原则（桥梁设计的基本原则（1 1）安全、适用、经济、美观安全、适用、经济、美观 技术先进、环境保护、可持续发展技术先进、环境保护、可持续发展1.1.安全可靠安全可靠 结构有足够的强度、稳定性和耐久性的安全储备。结构有足够的强度、稳定性和耐久性的安全储备。护栏栏杆、交通标志、水文、抗震、抗风护栏栏杆、交通标志、水文、抗震、抗风2.2.适用耐久适用耐久 交通量、刚度、泄洪、通航、管线交通量、刚度、泄洪、通航、管线NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系42.1 2.1 桥梁设计的基本原则（桥梁设计的基本原则（2 2）3.3.经济合理经济合理 建设、养护、效益（回收）建设、养护、效益（回收）4.4.美观美观 外形优美外形优美,与周围的环境协调与周围的环境协调.5.技术先进技术先进 新结构、新设备、新材料、新工艺新结构、新设备、新材料、新工艺 6.6.环境保护和可持续发展环境保护和可持续发展 环境监测、可持续发展环境监测、可持续发展 NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系5与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁1 1NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系6与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁2 2NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系72.2 2.2 桥梁平、纵、横断面设计桥梁平、纵、横断面设计 平、纵、横的概念平、纵、横的概念 NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系81.1.平面设计平面设计 平面设计要素：平面设计要素：小桥涵：小桥涵：特大、大、中桥：特大、大、中桥：一般应符合路线走向，或斜或弯均可一般应符合路线走向，或斜或弯均可原则上服从路线走向，桥、路综合考原则上服从路线走向，桥、路综合考虑，尽量直线虑，尽量直线桥位、线型桥位、线型平曲线半径、平曲线超高和平曲线半径、平曲线超高和加宽、缓和曲线加宽、缓和曲线南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系92.2.纵断面设计纵断面设计 纵断面设计要素：纵断面设计要素：总跨径总跨径 分孔分孔 桥面高程桥面高程 纵坡纵坡 基础埋深基础埋深 水文计算确定水文计算确定地形、环境、地质、通航、结构、经济地形、环境、地质、通航、结构、经济设计水位设计水位(路面高程路面高程)、桥下净空、桥下净空路线衔接、坡度限值路线衔接、坡度限值地质、冲刷、上部结构地质、冲刷、上部结构NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系103.3.横断面设计横断面设计 横断面设计要素：横断面设计要素：桥面宽度桥面宽度 结构横截面形式结构横截面形式 桥面净空限界（桥面净空限界（公路桥公路桥）行车道宽度行车道宽度、机动车道布置、人行道和自行道布置等、机动车道布置、人行道和自行道布置等。中间带宽度中间带宽度、路肩宽度（表、路肩宽度（表1 12 23 3）NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系11公路桥梁建筑限界公路桥梁建筑限界1 1NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系12v车道宽度车道宽度设计车速1201008060403020车道宽度3.753.753.753.53.53.253.0ReturnReturn南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系13v中间带宽度中间带宽度设计车速1201008060中央分隔带一般值3.002.002.002.00最小值2.002.001.001.00左侧路缘带一般值0.750.750.500.50最小值0.750.500.500.50中间带一般值4.503.503.003.00最小值3.503.002.002.00南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系14双幅分离ReturnReturn南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系152.3 2.3 桥梁设计与建设程序桥梁设计与建设程序 大型桥梁的设计工作可分为大型桥梁的设计工作可分为前期工作前期工作及及设计设计两个阶段。两个阶段。前期工作：前期工作：预可预可和和工可工可 三阶段设计：三阶段设计：初步设计初步设计、技术设计技术设计与与施工图设计施工图设计。常规桥梁采用两阶段设计：初步设计和施工图设计。常规桥梁采用两阶段设计：初步设计和施工图设计。简单的小桥可采用一阶段设计：施工图设计。简单的小桥可采用一阶段设计：施工图设计。NextNext南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系16前前期期工工作作可行性研究可行性研究报告报告 预可行性研究预可行性研究报告报告 初步设计初步设计 技术设计技术设计 施工设计施工设计 项目建议书 主管计划主管计划部门审批部门审批 建设单位审批建设单位审批 招标文件 开工报告工程立项工程立项 设计任务书设计任务书 招标投标及招标投标及施工准备施工准备 施工阶段施工阶段三三阶阶段段设设计计 主管计划主管计划部门审批部门审批 建设单位审批建设单位审批ReturnReturn南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系171.1.预可阶段预可阶段工作内容：工作内容：工程必要性论证和宏观经济合理性论证工程必要性论证和宏观经济合理性论证工作目标：工作目标：工程的上报立项工程的上报立项2.2.工可阶段工可阶段工作内容：工作内容：工程可行性论证工程可行性论证补充制定桥梁标准补充制定桥梁标准 经济可行性论证经济可行性论证造价及回报、资金来源及偿还造价及回报、资金来源及偿还前前期期工工作作ReturnReturn南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系18 3.3.初步设计初步设计目的目的确定设计方案确定设计方案内容内容:进一步开展水文、勘测工作进一步开展水文、勘测工作桥梁方案比选桥梁方案比选 平、纵、横断面布置图、主要尺寸平、纵、横断面布置图、主要尺寸 估算工程数量和主要材料用量估算工程数量和主要材料用量设计概算设计概算技术设计立项技术设计立项ReturnReturn南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系19 4.4.技术设计技术设计复杂的特大桥、互通式立交或新型大型的桥梁复杂的特大桥、互通式立交或新型大型的桥梁主要设计内容：主要设计内容：进一步完善选定的桥梁方案的总体、细部的技术问题进一步完善选定的桥梁方案的总体、细部的技术问题和施工方案，解决技术难点：抗风、抗震、局部受力分析和施工方案，解决技术难点：抗风、抗震、局部受力分析等。修正工程概算。等。修正工程概算。ReturnReturn南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系20 5.5.施工图设计施工图设计设计内容：设计内容：详细的结构设计计算：确保强度、刚度、裂缝等符合要求详细的结构设计计算：确保强度、刚度、裂缝等符合要求 绘制施工详图绘制施工详图 提出文字说明、施工组织计划和编制施工图预算。提出文字说明、施工组织计划和编制施工图预算。ReturnReturn南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系212.4 2.4 桥梁设计方案的比选桥梁设计方案的比选1.1.明确标准和要求明确标准和要求2.2.分孔、绘草图分孔、绘草图3.3.初筛初筛4.4.详绘方案图详绘方案图:含尺寸含尺寸5.5.估算估算 工程材料工程材料,劳动力数量劳动力数量,造价造价6.6.比选比选(选定选定)从建设造价、养护费用、建设工期、营运适用性、美观从建设造价、养护费用、建设工期、营运适用性、美观等多方面综合分析等多方面综合分析桥位方案比选桥位方案比选 桥型方案比选桥型方案比选南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系22方案比选方案比选:长春市长春市102102国道跨伊通河桥梁工程方案设计国道跨伊通河桥梁工程方案设计v主要设计技术指标主要设计技术指标v 1)道路等级：城市I级主干道v 2)设计行车速度：60km/hv 3)基本车道数：按双向六车道设计，两侧设非机动车道、人行道v 4)设计荷载：城-A 人群荷载：3.5kN/m2v 5)设计洪水频率：1/200。v 6)抗震烈度：地震峰动值加速度0.10g地震力反应谱特征周期0.35sv 7)通航标准：无通航v 8)桥梁结构设计安全等级：一级南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系23v1 1、平面设计：、平面设计：与河道基本正交。v2 2、纵断面设计：、纵断面设计：高程、纵坡v3 3、桥梁横断面、桥梁横断面 南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系241 1）设计背景分析设计背景分析v19841984年，长春市政府将年，长春市政府将君子兰君子兰命名为命名为市花市花。v方案设计以方案设计以“君子兰君子兰”为景观设计为景观设计“主要视觉元素主要视觉元素”，南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系25桥型方案桥型方案桥位处规划河堤间距为240m，方案设计考虑景观要求，以主桥长度基本覆盖河道为原则，两侧引桥以40m经济跨布设，桥梁总长500m。桥型方案构思中结合伊通河上桥梁现状，本着一桥一景的设计指导思想，在充分研究长春市地域、历史、文化特点的基础上，根据桥址区特殊地理位置、河道宽度，共确定了五种桥型方案。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系26 南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系272 2）君子兰拱桥（方案一）景观设计）君子兰拱桥（方案一）景观设计 提蓝式拱桥的横向连接支撑采用了君子兰姿态，取其神而意之，形成一个空间壳体结构。突破了以往提蓝拱拱肋横向连接的形式，使全桥轻盈飘逸，美观大方。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系28 由钢拱组成的曲面的网状物强有力地从内侧支撑着桥梁。壳的形状和其纤细的构件给人一种非常轻巧的印象。花瓣型钢网在不同季节、白天、夜晚，随着太阳照射角度及强弱变化，金属拱网对于阳光的反射效果不同，使花瓣显得精巧、通透。2 2）君子兰拱桥（方案一）景观设计）君子兰拱桥（方案一）景观设计 南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系293 3）月亮拱桥（方案二）景观设计）月亮拱桥（方案二）景观设计 方案二为钢管混凝土拱结构，两片副拱肋提供了强大的稳定性能。主拱肋与两片副拱肋之间的连接隐含了君子兰叶片的景观元素。从整体上看整个结构更象一弯月亮，因此，第二方案被命名为月亮拱桥。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系304 4）自锚式悬索桥（方案三）景观设计自锚式悬索桥（方案三）景观设计 悬索桥桥型优美，受力明确，高耸的索塔是结构与建筑的完美结晶。桥塔景观设计融合了力学、美学、建筑学及雕塑等个方面的知识，力求设计出一个色彩鲜明、结构明确、建筑元素丰富的美丽桥塔。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系315 5）独塔斜拉桥、部分斜拉桥与）独塔斜拉桥、部分斜拉桥与V V构组合体系景观设计构组合体系景观设计 第四和第五方案均使用了君子兰花为主要景观视觉元素，但是他们在表现形式上有所不同。第四方案取其神，以行为辅，第五方案取其形，以神为辅助。两个方案形神兼备，使斜拉桥塔的塔型美观大方，独具特色。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系321)1)方案一方案一总体布置总体布置 图：君子兰拱桥总体布置图 主桥采用飞燕式君子兰拱桥，长260m，孔跨布置55m+150m+55m。桥面宽度46m（3.0m人行道+2.5m拱肋保护区15米车行道+5m拱肋保护区+15m车行道+2.5m拱肋保护区+3.0m人行道）。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系332)2)主拱体系主拱体系 图：君子兰拱桥标准横断面图：君子兰拱桥标准横断面拱肋由两个边拱与一个中拱组成，拱线采用悬链线，两外拱由竖向面向内旋转11，形成提篮形状，计算跨径150m，矢高40.5m，矢跨比1/3.7，截面采用倒钟型；中拱位于桥面中央，竖直布置，计算跨径150m，矢高25.5m，矢跨比1/5.89，截面采用倒钟型。三片拱之间通过空间网架相互连接。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系344 4）加劲梁）加劲梁图：君子兰拱桥主梁标准横断面主梁桥采用流线型扁平钢箱加劲梁，宽46m，高2.0m，材料采用Q345qE钢材。5 5）边跨）边跨V V腿腿边跨V腿采用钢箱矩型截面，与主梁通过横梁固结，V腿内灌注C50微膨胀混凝土，形成钢混凝土组合截面。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系356 6）系杆体系）系杆体系 系杆采用环氧喷涂钢绞线成品系杆,系杆设置在三片拱肋保护区内，两端锚固于边跨V腿与主梁固结横梁上。7 7）吊杆体系）吊杆体系吊杆纵向间距均按6m设置，两个边拱一个中拱共三个索面。8 8）下部结构）下部结构 主墩基础采用三个分离式承台，通过系梁联结成整体，承台顶设拱座。每个承台下接6根桩径1.8m的桩基础，每墩共18根桩基。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系369 9）施工方案）施工方案 伊通河属宽滩性河流，主河道较窄，下部、上部结构施工均可按陆地施工考虑。桥位处地质条件较好，桩基可采用钻孔灌注施工，桩长较短时，也可采用挖孔桩工艺。主桥上部结构采用先梁后拱施工方案，在满铺膺架上施工：图：君子兰拱桥施工步骤图方案一实施总工期约21个月，计划工期：2007年1月2008年9月南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系371111）方案优缺点）方案优缺点（1）优点 景观价值高 主桥采用”君子兰”景观设计元素，建筑造型新颖，外形优美。拱肋间联结网架构件犹如展开的花瓣，形似君子兰；壳的形状和其纤细的构件给人轻巧的印象，具有非常好的景观效果。大、小拱弧线组合，如水面升起的新月，刚与柔、力与美，形成完美融合。其建设必将成为伊通河上标志性建筑，成为长春市的一道城市名片。（2）缺点施工工艺复杂，技术难度较大，造价较高。后期钢结构维修养护工作量较大。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系38v1212）结构计算结构计算图：斜视全桥有限元模型 图：前视全桥有限元模型图：侧视全桥有限元模型计算表明本方案三片拱肋刚度基本匹配，应力、刚度、稳定性计算表明本方案三片拱肋刚度基本匹配，应力、刚度、稳定性满足规范要求，设计方案合理可行。满足规范要求，设计方案合理可行。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系39序号方案名称总投资估算（万元）其中：建筑安装工程费（万元）方案一君子兰拱桥方案19235.3815127.97方案二月亮拱桥方案14436.9411244.12方案三悬索桥方案16410.0212845.61方案四独塔斜拉桥方案12154.819437.52方案五部分斜拉桥与V构组合体系10175.717840.28投资估算表 投资估编制范围为K2+775至K3+275，全长500米，估算范围包括桥梁工程、桥面附属工程、照明工程等。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系40伊通河桥方案设计长春市市政工程设计研究院6 6、桥型方案综合比选及推荐方案、桥型方案综合比选及推荐方案 项目君子兰拱桥月亮拱桥自锚式悬索桥独塔斜拉桥部分斜拉桥与V构组合体系主桥桥跨布置5515055m5115851m16010040m130130m90100+70m景观效果最好好好好较好技术难度大较大较大一般小工程实施难度大较大较大一般小工程造价高较高较高较低低工期长长较长较长短方案比较表 君子兰拱桥虽造价较高，施工难度较大，但景观效果最好，君子兰拱桥虽造价较高，施工难度较大，但景观效果最好，“长春多君子，长春多君子，人人皆爱兰人人皆爱兰”，君子兰拱桥方案寓意深远，其建设将为长春市打造一张迷人而浪，君子兰拱桥方案寓意深远，其建设将为长春市打造一张迷人而浪漫的城市名片，因此本方案设计以漫的城市名片，因此本方案设计以“君子兰拱桥君子兰拱桥”为推荐方案。为推荐方案。南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系412.5 2.5 小结小结v桥梁设计的基本原则桥梁设计的基本原则v桥梁平面、纵面、横断面设计内容桥梁平面、纵面、横断面设计内容v设计程序设计程序v方案比选方案比选南南京京航航空空航航天天大大学学土土木木工工程程系系42作业作业v尝试进行一人行天桥的造型设计方案比选。v思考题