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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 设计及方案 > 桥梁工程第二章 桥梁规划设计概述及桥梁设荷载
2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系1上一页下一页第二章桥梁规划设计概述及桥梁设计荷载2.1桥梁的总体设计2.1.1桥梁设计的基本原则和要求2.1.2桥梁设计的基本资料2.1.3桥梁设计程序2.1.4桥位及桥型选择2.1.5桥梁的纵断面和横断面设计2.2桥面构造布置及细部2.2.1桥面构造组成与布置2.2.2桥面铺装及排水、防水系统2.2.3伸缩缝2.2.4人行道、栏杆、灯柱2.3桥梁的设计荷载及荷载组合2.3.1永久荷载2.3.2可变荷载2.3.3偶然荷载2.3.4荷载组合返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系2上一页下一页2.1.1桥梁设计的基本原则和要求桥梁应根据所设计桥梁的使用任务、性质和所在线路的远景发展需要,按照适用、经济、安全、美观的原则设计。1.使用上的要求:要有足够的承载和泄洪能力;既满足当前的要求,又照顾今后的发展,既满足交通运输本身的需要,也要兼顾其它方面的要求。2.经济上的要求:一切桥梁设计应体现经济上的合理性。必须经过详细周密的技术经济比较,并满足快速施工的要求。3.设计上的要求:桥梁设计应积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺和新的设计思想。保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。4.施工上的要求:桥梁结构应便于制造和安装,尽量采用先进的工艺技术和施工机械。5.美观上的要求:在满足上述要求的前提下,尽可能使桥梁具有优美的建筑外型,并与周围的景物相协调。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系3上一页下一页2.1.2桥梁设计的基本资料桥梁总体设计涉及的因素很多,必须经过充分的调查研究,根据具体的情况,提出正确合理的设计方案和计划任务书。因此必须进行一系列的野外勘测和资料的收集工作。对于跨越河流的桥梁在勘测时应收集如下资料:1.桥梁承担的具体任务:调查桥上的交通信息和交通要求。调查桥上有无各类管线需要通过。2.桥位附近的地形:包括测量桥位处的地形、地貌,并绘成地形图。3.地质资料:通过桥位处的地质勘探,编制工程地质勘探报告,作为基础设计的重要依据。4.河流的水文情况:收集和分析历年的洪水资料;测量桥位处河床断面和桥位附近河道纵断面;通航河流的通航要求。5.其他资料:建筑材料的来源、气象资料、施工单位的技术水平和施工的机械装备情况以及其余相关资料。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系4上一页下一页2.1.3桥梁设计程序我国桥梁的设计程序:大、中桥采用两阶段设计;小桥也可采用一阶段设计。桥梁设计的第一阶段是初步设计(方案设计)。依据计划任务书拟定桥梁结构形式和初步尺寸,估算工程数量,提出主要用材数量指标,选择施工方案,并据此编制工程概算与文字说明、图表资料等技术文件,形成初步设计方案,供投标使用。桥梁设计的第二阶段是编制施工图。在现代桥梁设计中、由于计算机的应用与发展大大提高了结构分析的效率。在初步设计阶段已普遍采用较精确的结构计算、大大提高了初步设计对工程数量的估算精度。对于大型桥梁在初步设计之前需进行项目可行性研究和规划设计,根据所搜集的相关资料制定桥梁规划设计的方案,编制计划任务书。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系5上一页下一页2.1.4桥位及桥型选择1.桥位选择:特大桥、大、中桥的桥位原则上应服从路线总的走向,路与桥需要综合考虑。应尽量选择在河道顺直、水流稳定、河面较窄、地质良好、冲刷较少的河段上,避免桥梁与河流斜交。小桥的位置应完全服从线路走向。2.桥型选择:桥梁结构型式的选择,必须满足安全实用、经济合理及美观协调的原则。影响桥型选择的因素很多,分析它们的特点,根据它们所起的作用和所处的地位,可以将这些因素分为独立因素、主要因素和限制因素等类别。桥梁的长度、宽度和通航孔大小等都是桥型选择的独立因素。经济是桥型选择时考虑的主要因素。一切设计必须经过详细而周密的技术经济比较。地质、地形、水文及气候条件是桥型选择的限制因素。地形条件及水文条件将影响到桥型、基础埋置深度、水中桥墩数量等。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系6上一页下一页2.1.5桥梁的纵断面和横断面设计-1桥梁纵断面设计主要的任务是确定①桥梁的总跨径;②桥梁的分孔;③桥道标高与桥下净空;④桥上及桥头引道的纵坡等。⑴桥梁总跨径的确定桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。要求桥梁总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积,使河床不致遭受过大的冲刷。同时应根据具体情况经过全面分析后加以确定。对于非坚硬岩层上修筑的浅基础桥梁,总跨径应该大一些;对于深埋基础,一般允许较大的冲刷,总跨径就可适当减小。山区河流一般河床流速很大,应尽可能少压缩或不压缩河床;平原区的宽滩河流可允许有较大的压缩,但必须注意壅水对河滩路堤以及附近农田和建筑物可能造成的危害。继续2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系7上一页下一页(2)桥梁的分孔一座较长桥梁的分孔不仅影响到使用效果、施工难易等,并且在很大程度上关系到桥梁的总造价。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价最低。通常跨径在60m以下时,应尽可能采用标准跨径,各孔跨径最好一样;为了避开不利的地质段(如岩石破碎带、裂隙、溶洞等),可将桥基位置移开,也可适当加大跨径;在有些体系中,为了结构受力合理和用材经济,分孔布置时要考虑相邻桥跨跨径的合理比例;在山区建桥时,往往采用大跨径桥梁跨越深谷,以便减少中间桥墩。各孔跨径的选择还与施工能力有关。继续2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系8上一页下一页(3)桥面标高的确定桥面标高是通常根据设计洪水位标高、桥下通航所需要的净空来确定,或由路线纵断面设计确定。跨河桥梁其桥面的标高应保证桥下排洪和通航的需要;跨线桥梁则应确保桥下安全行车。非通航河流,梁底一般应高出设计洪水位(包括壅水和浪高)不小于0.5m,高出最高流冰水位0.75m;支座底面应高出设计洪水位不小于0.25m,高出最高流冰水位不小于0.5m,支座处有围护隔水者不受此限。对于无铰拱桥,拱脚允许被设计洪水位淹没,拱顶底面至设计洪水位的净高不小于1.0m。对于有漂流物和流冰阻塞以及易淤积的河床,桥下净空应适当加高。通航及通行木筏的河流,桥跨结构下缘至设计通航水位的净空高度应满足通航净空的要求(参见有关规范的通航净空要求)。(4)桥上及桥头引道的纵坡桥上纵坡4%,桥头引道纵坡5%,城市中心的桥梁引道纵坡3%;当桥梁受到两岸地形限制时,允许修建坡桥。继续纵断面规划图2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系9上一页下一页2.1.5桥梁的纵断面和横断面设计-2桥梁横断面设计,主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)(以下简称《桥规》)规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸规定(见表2-1和图2-3)。桥上人行道和自行车道的设置,应根据需要而定,并与路线前后布置配合,必要时自行车道和行车道宜设置适当的分隔设施。不设自行车道和人行道时,可设置栏杆和安全带。为了桥面上排水的需要,桥面应根据不同类型的桥面铺装,设置从桥面中央倾向两侧的1.5%~3.0%的横坡,人行道宜设置向行车道倾斜1%的横坡。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系10上一页下一页W—行车道宽度(见表2-1的规定);C—当计算行车速度等于或大于100km/h时为0.5m,小于100km/h时为0.25m;L1、L2—公路左、右侧硬路肩或紧急停车带的宽度;L—侧向宽度;S1—行车道左侧路缘带宽度;S2—行车道右侧路缘带宽度;M1—中间带宽度;M2—中间分隔带宽度;E—建筑限界顶角宽度;H—净高。图2-3公路建筑限界(尺寸单位:m)返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系11上一页下一页2.2.1桥面构造组成与布置桥面构造直接与车辆、行人接触,它对桥梁结构起保护作用,使桥梁能正常使用。同时,桥面构造多属外露部位,其选择是否合理,布置是否恰当,直接影响桥梁的使用功能、布局和美观。因此,必须要了解桥面构造各部位的工作性能,合理选择构造类型,精心设计,精心施工。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系12上一页下一页2.2.2桥面铺装及排水、防水系统1.桥面铺装桥面铺装即行车道铺装,亦称桥面保护层,它是车轮直接作用的部分。桥面铺装的作用是防止车辆轮胎或履带直接磨耗行车道板,保护主梁免受雨水侵蚀;并对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。因此,行车道铺装要求有一定强度,防止开裂,并保证耐磨。2.桥面纵横坡桥面设置纵横坡有利于雨水迅速排除,防止或减少雨水对铺装层的渗透,保护行车道板,延长桥梁使用寿命。3.桥面排水和防水设施桥面的积水渗入结构会导致钢筋或金属构件的锈蚀;在北方冬季会结冰引起混凝土破坏,影响桥梁的耐久性降低其使用寿命。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系13上一页下一页1.桥面铺装的型式⑴水泥混凝土或沥青混凝土铺装装配式钢筋混凝土、预应力混凝土桥通常采用水泥混凝土或沥青混凝土铺装,其厚度为60~80mm。⑵防水混凝土铺装在需要防水的桥梁上,当不设防水层时,可在桥面板上铺装厚80~100mm带有横坡的防水混凝土作铺装层,其上一般可不另设面层而直接承受车轮荷载(见图)。桥面铺装一般不作受力计算。为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性,一般宜在混凝土中铺设直径为4~6mm的钢筋网。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系14上一页下一页2.桥面纵横坡桥面的纵坡,一般都做成双向纵坡,在桥中心设置曲线,纵坡一般以不超过3%为宜。桥面的横坡通常是在桥面板顶面铺设混凝土三角垫层来构成(见图b);板桥或就地浇筑的肋梁桥可将横坡直接设在墩台顶部而做成倾斜的桥面板(见图a);在比较宽的桥梁中,可直接将行车道板做成双向倾斜的横坡(图c),以减小混凝土用量和结构自重,但这样会使主梁的构造和施工稍趋复杂。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系15上一页下一页3.桥面排水和防水设施⑴桥面排水桥梁设计时要有一个完整的排水系统。在桥面上除设置纵、横坡排水外,常常需要设置一定数量的泄水管。当桥面纵坡大于2%而桥长大于50m时,为防止雨水积滞桥面,就需要设置泄水管,一般顺桥长方向每隔12~15m设置一个;桥面纵坡小于2%时,泄水管就需设置更密一些,一般顺桥长方向每隔6~8m设置一个。⑵防水层国内常用的为贴式防水层,桥面伸缩缝处应连续铺设,不可切断;桥面纵向应铺过桥台背;截面横向两侧,则应伸过缘石底面从人行道与缘石砌缝里向上叠起100mm。而在气候温和地区,可在三角垫层上涂一层沥青混凝土,或用防水混凝土作铺装层,以增强防水能力。返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系16上一页下一页2.3桥梁的设计荷载及荷载组合作用在桥梁上的荷载可分为三大类:永久荷载(恒载):在设计使用期内,其值不随时间变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。可变荷载:在设计使用期内,其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。按其对桥涵结构的影响程度,又分为基本可变荷载(活载)和其它可变荷载。偶然荷载:在设计使用期内,不一定出现,但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷载,它包括船只或漂浮物撞击力、地震力。桥梁设计时许考虑荷载组合。荷载分类荷载名称永久荷载结构重力,预加应力,土的重力及土的侧压力,混凝土收缩徐变影响力,基础变位影响力,水的浮力可变荷载基本可变荷载汽车,汽车冲击力,离心力,汽车引起的土侧压力,人群,平板挂车和履带车,平板挂车和履带车引起的土侧压力其他可变荷载风力,汽车制动力,流水压力,冰压力,温度影响力,支座摩阻力,偶然荷载地震力,船只或漂流物撞击力返回2019/8/6南京工业大学土木工程学院交通工程系17上一页下一页2.3.1永久荷载结构物的重力及桥面铺装、
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