大跨度桥梁设计-第一章 概述

大跨度桥梁设计主讲：卢志芳博士/副教授道路桥梁结构中心武汉理工大学第1章绪论大跨度桥梁设计本章的主要内容1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥梁工程1.3大跨度桥梁设计流程§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系桥梁的基本概念桥梁：在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为跨越各种障碍（如江河、沟谷或其他路线等），而修建的建筑结构，我们称为桥梁。桥梁的基本组成1.桥跨结构2.支座系统3.桥墩4.桥台5.墩台基础下部结构上部结构§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系附属结构1.桥面铺装（行车道铺装）4.排水防水系统2.栏杆5.伸缩缝3.灯光照明§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系常用名词1.跨度2.计算跨径3.净跨径4.总跨径5.桥长6.桥下净空7.桥梁建筑高度§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系1、跨度也称跨径，常指计算跨径，用l表示，是指桥梁两相邻墩支座中心间的距离。表示桥梁的跨越能力，对多跨桥，最大跨度称为主跨，是表征桥梁技术水平的重要指标。2、计算跨径§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系3、净跨径对于梁式桥，净跨径是指设计洪水位线上相邻两个桥墩(或桥台)之间的水平净距,l0；拱式桥是指每孔拱跨拱脚截面内边缘之间的距离。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系4、总跨径各孔净跨径之和称为总跨径。桥梁的净跨径l0和总跨径是反映桥梁宣泄洪水的能力和通航标准的指标。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系5、桥长桥长是衡量桥梁大小的最简单的技术指标：一般把桥梁两端桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离称为桥梁全长，简称桥长，L。无桥台时，桥梁全长为桥跨结构的行车道板全长距离。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系6、桥下净空桥下净空高度是指设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构下边缘之间的距离，H。该距离应满足安全排洪及通航的要求。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系7、桥梁建筑高度桥梁建筑高度是指桥上行车路面(或轨顶)与桥跨结构下边缘之间的高差，h、h’。通常桥梁建筑高度应小于其容许建筑高度。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系一、什么是大跨度桥梁？注：单孔跨径Lｋ是指标准跨径按跨径大小分类：分为特大桥、大桥、中桥、小桥。我国《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)规定特大、大、中、小桥的跨径划分为：§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系顾名思义，跨度较大的桥梁即为大跨度桥梁；单跨跨径大于40m、多孔跨径大于100m的桥梁即为大跨度桥梁；大跨度桥梁包括规模大（长桥）、跨度大两种情况。大跨度桥梁§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系什么是特大跨度桥梁？§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系大跨度桥梁与中小跨度桥梁有何不同？结构体系不同；设计流程不同；施工方法不同；景观要求高，单位桥面造价高……§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系二、大跨径桥梁按结构体系分类大跨径桥梁按结构体系分类：梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥、组合体系桥。中小跨度多§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系梁桥简支梁桥均布荷载qT形刚构桥连续刚构桥简支梁桥连续梁桥连续梁桥均布荷载q受力特点：☆梁桥承重构件是梁与墩台，梁主要受弯，墩台主要受压。应用情况：量大面广，施工简便、造价较低，从5m至300m均适用，占桥梁总数的60%以上。大跨径混凝土梁桥主要采用预应力混凝土连续刚构桥和连续梁桥，连续刚构桥跨径一般大于连续梁桥。连续刚构桥§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系拱桥受力特点：☆竖向荷载下有水平反力，对地基基础要求高；☆主要承重构件为拱肋和系杆，拱肋受压为主，系杆受拉。可采用砖、石、钢筋混凝土等材料。应用情况：造型美观、花样繁多，应用较为广泛。主拱肋可采用圬工、钢-混凝土结构及钢结构。大跨度拱桥施工难度较大。中承式拱桥§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系斜拉桥受力特点：☆主要承重构件是斜拉索、主梁和主塔。拉索受拉，梁是压弯构件，塔主要受压。☆拉索相当于加劲梁的弹性支承，梁弯矩大小及分布取决于拉索间距；拉索水平分力使梁承受较大的轴力。应用情况：在400~1500m跨径内具有较强的竞争力，是大跨度桥梁的主要结构型式之一。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系悬索桥受力特点：☆主要承重结构为主缆、锚碇、塔柱及吊索、加劲梁。主缆受拉，锚碇承受主缆传来的巨大拉力，塔柱受压为主。☆跨越能力最大，曾经是跨度大于600m桥梁的唯一桥型。应用情况：经典传统桥型，全世界大约建成了200座。§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系其他组合桥梁§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系大跨径桥梁设计计算静力计算动力计算整体分析：以全桥为对象，计算施工和使用过程中结构的最大变形与最不利内力，验算结构的强度、刚度和稳定性。局部分析：以局部为对象，应用相对较精细的模型分析构件的局部受力，为优化局部构造设计提供依据。包括地震、风等动力荷载作用下的结构响应与安全分析计算软件：桥梁博士、Midas、ANSYS等§1.1大跨度桥梁的基本概念与结构体系§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程改革开放30余年来，我国的桥梁建设取得了举世瞩目的成就。从改革开放之初大跨径桥梁几乎是空白，到目前我国保持三大类型桥梁跨径的世界纪录。目前，桥梁建设工地遍布祖国大江南北，江河湖海，桥梁结构形式也百花齐放，不少桥梁建筑都成为城市交通地标性建筑物。1.2.1梁桥——古代梁桥梁桥是我国古代最普遍、最早出现的桥梁，古时称作平桥。其结构简单，外形平直，比较容易建造。把木头或石梁架设在沟谷河流的两岸，就成了梁桥。泉州安平桥,共362孔，桥长5里（2223m），故又名五里桥，保持了700余年的桥长记录。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.1梁桥——古代梁桥木梁桥上一般建有桥屋或桥廊，侗族风雨桥就是一种桥屋。广西的程阳永济桥为木伸臂桥屋，全长644m，建于1916年，5座墩台上均有桥亭，用桥廊把桥亭相互贯通。桥亭起着重力平衡作用，把装饰与功能有机结合在一起。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.1梁桥——现代梁桥（混凝土梁桥）1997年建成的广东虎门辅航道桥，连续刚构桥跨径为150+270+150m，是我国已建成的最大跨径混凝土梁桥。1998年挪威建成的Stolma桥，连续刚构桥跨径为94+301+72m，是世界上已建成的最大跨径混凝土梁桥。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.1梁桥——现代梁桥（钢桁梁桥）1957年建成的武汉长江大桥，为双层钢桁梁桥，上层为双向四车道的公路桥，下层为京广铁路复线，跨径为9*128m，是万里长江第一桥。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.2拱桥——古代桥中国现存最早，并且保存良好的是隋代赵州安济桥，又称赵州桥，净跨37.02m，距今已有1300多年。1991年列为世界文化遗产。北京卢沟桥(元朝，1192年)，石拱桥，桥长268m，跨越永定河，桥宽9.4m，11跨，跨度11.6m~14.6m不等，桥面上共有装饰石狮498只。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.2拱桥——现代桥2003年建成的上海卢浦大桥，是世界上跨径最大的钢箱拱桥，为中承式系杆拱桥，主跨跨径550m。2009年建成的湖北支井河大桥，为主跨430m的上承式钢管混凝土拱桥。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.2拱桥——现代桥33中国工程院院士范立础教授说：南宁大桥是世界上独一无二的非对称性肋拱桥，它的建成改写了拱桥建造技术的新纪录展翅欲飞的彩蝶飞架邕江的“竖琴”§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.3斜拉桥•苏通大桥跨江大桥工程：总长8206米，•主桥采用100+100+300+1088+300+100+100=2088米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。•斜拉桥主孔跨度1088米，列世界第一；•主塔高度306米,列世界第一；•斜拉索的长度580米,列世界第一；•群桩基础平面尺寸113.75米×48.1米，列世界第一。位于江苏省东南部长江口南通河段，连接苏州、南通两市;2003年6月，2008年建成通车§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.3斜拉桥上海长江大桥世界上最大的公轨合建斜拉桥万里长江第一门户桥大桥全长16.5km，包括约10km的跨江桥梁和6.5km的接线道路。横跨长兴岛和崇明岛主桥为双塔双索面分离钢箱梁斜拉桥，主塔采用形如“人”字的无横梁弧形塔柱结构，主通航孔跨径达730m。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.3斜拉桥——武汉在长江上的斜拉桥（5座）武汉二七长江大桥距上游的长江二桥3.2km，距下游的天兴洲大桥6.7km，北岸连接汉口中心区和后湖组团，南岸连接武昌中心区和青山组团，是二环线的重要组成部分616m两连跨的三塔双索面结合梁斜拉桥，不影响航道，而且造价相对经济世界上最大跨度的三塔斜拉桥和世界上最大跨度的结合梁斜拉桥三塔寓意美丽的武汉三镇，主塔像个大花瓶§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.4悬索桥——古代桥四川泸定铁索桥，跨越大渡河，是铁索桥中现存制作最精良的一座。桥建于清朝（公元1705年）。桥宽2.8m，上铺木板。底索9根，每根索长约128m，两侧各有两根栏杆索，由四川善于制作铁索桥的天全州修建。两岸石砌桥台，用台身自重来平衡铁索的拉力。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.4悬索桥——现代桥2005年建成的润扬长江公路大桥南汊悬索桥主跨1490米，是目前中国第2、世界第4的特大跨径悬索桥。2009年建成的浙江西堠门大桥主跨1650米，是目前中国第1、世界第2的特大跨径悬索桥。§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程阳逻长江大桥是武汉市的第一座悬索桥，大桥采用一跨过江悬索桥型，主跨1280米，居世界第八，国内第四。1.2.4悬索桥——武汉长江上的悬索桥（2座）§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程1.2.4悬索桥——武汉长江上的悬索桥（2座）武汉鹦鹉洲长江大桥该桥主桥长2.1公里，主跨跨径为2×850米的三塔四跨悬索桥。2014年，该桥的建成，把长江大桥从重负中解救出来施工中的鹦鹉洲长江大桥是武汉市第八座长江大桥，位于长江大桥上游2公里处，是规划的新内环线的重要组成部分§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程20141995195738年19年10月15日长江大桥通车6月18日长江二桥的建成白沙洲大桥军山大桥阳逻大桥天兴洲大桥二七大桥鹦鹉洲大桥相继建成§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程421、沌口长江大桥是武汉市四环线跨越长江的节点工程，位于白沙洲长江大桥和军山长江大桥之间，是武汉市长江上的第九座大桥主跨760m；主桥宽46m，是长江上最宽的桥武汉市待建成的几座长江大桥§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程武汉市待建成的几座长江大桥43432、杨泗港长江大桥大桥采用主跨1700m大跨度钢桁梁悬索桥方案。大桥主缆的跨度布置为：465+1700+465m，主跨矢跨比为1/9。江中主桥跨度为1700m第十座长江大桥，位于武汉长江大桥上游约6公里处，跨线全长约5.8公里；采用双层12车道桥面布置方案§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程武汉市待建成的几座长江大桥443、青山长江大桥是武汉市长江上的第十一座长江大桥，位于天兴洲下游，桥梁全长7494米，南汊主河道主跨为938米混合梁斜拉桥，双塔三索面半漂浮体系，倒“丫”型索塔，桥面以上塔高220.61m，空间三索面扇形斜拉索§1.2大跨度桥梁建设现状与未来特大桥规工程海上桥梁工程1、东海大桥该桥全长32.5km，其中陆上段约3.7km，芦潮港新大堤至大乌龟岛之间的海上段约25.3km，大乌龟岛至小洋山岛之间的港桥连接段约3.5公里；东海大桥2002年6月26日开工建设，于2005年12月建成通车东海大桥主通航孔为双塔单索