第2章 桥梁设计一般原则程序及桥梁设计荷载1

对应于桥梁桥涵及其构件达到最大承载能力或出现 不适于继续承载的变形或变位的状态 1）按承载能力极限状态设计时作用效应组合 采用以下两种作用效应组合： （1）基本组合。永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效 应组合表达式为：
0 Su d 0 ( Gi SGi k Q1SQ1k c Q j SQ j k
承 载 能 力 极 限 状 态
基本 组合
c
短 期 效应
1 j
长 期 效应
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
桥梁设计作用有关的名词
1. 作用标准值：作用的主要代表值，根据设计基准期内最大值概率分布的 某一分为位值确定。 2. 作用设计值：作用标准值乘以作用分项系数后的值。 3. 设计基准期：在进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项基本 变量与时间关系所用的基准时间 参数。 4. 作用频遇值：结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采 用的一种可变作用代表值，其值可根据时点作为概率分布的0.95分 位值确定 5. 作用准永久值：作用标准值乘以准永久值系数后的值。 6. 作用效应：结构对所受作用的反应，如由作用产生的结构或构件的轴向 力、弯矩、剪力、应力、裂缝、变形等，称为作用效应。 7. 作用效应组合设计值：设计结构或构件时，由几种作用设计值分别引起 的效应的组合。 8. 分项系数：为保证所设计的结构或构件具有规定的可靠度，在结构极限 状态设计表达式中采用的系数；分为作用分项系数和材料分项系数 等。
2.3 桥梁设计程序与建设程序
二、设计程序
设计程序 设计阶段 初步设计 三阶段 设计 技术设计 施工图设 计 初步设计 两阶段 设计 施工图设 计 工作内容 1. 进一步定测、详勘；2.桥式方案比选； 3.科研项 目立项；4.提出施工方案；5.编制概算 适用
特 大 进一步深化初步设计：加深勘探、确定总体及细部 桥 技术问题及施工方案、修正概算 （ 必 进一步具体和深化技术（或初步）设计，进行详细 要 时 ） 的结构计算，绘施工详图，施工组织计划、编制施 工图预算 大 、 总体规划，拟主要尺寸，估工程量，工程概算。 中桥 （ 尽 据批准的初步设计，详细设计计算，绘施工图，施 量） 工组织设计，工程预算 据批准的任务书编施工图，工程预算。
永久作用 （7个）
土侧压力 混凝土收缩及徐变作用 水的浮力 基础变位作用 汽车荷载 汽车冲击力 汽车离心力 汽车引起的土侧压力 人群荷载 汽车制动力 风荷载
支座摩阻力 地震作用
船只或漂流物的撞击作用
汽车撞击作用
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
二、 作用的选定和作用效应组合
1、作用代表值：
作用 永久作用 计算状态 各个状态 承载能力极限状态 可变作用 弹性阶段结构强度 正常使用短期效应 正常使用长期效应 偶然作用 各个状态 代表值 标准值 标准值 频遇值 准永久值 标准值 标准值×频遇值系数 1 j 标准值×准永久值系数 2 j 代表值算法
2.2桥梁平面布置和纵、横断面设计
2、桥梁分孔 （1）通航河流：通航要求——孔径 主槽：通航桥孔； （2）平原区河流： 主槽：大孔； （4）多孔连续体系： 边跨、中跨跨中弯矩相近，合理 两旁：经济分孔 两旁：经济分孔
（3）山区、水库下游： 大跨径，减少中墩，最好没墩；
确定邻跨比例
（5）规避地质不良
与环境协调的桥梁
宛 如 蛟 龙 出 海
银 桥 飞 架 ， 与 林 海 相 映 ，
2.1 桥梁设计原则
笔 直 的 高 桥 墩 与 周 围 的 树 木 从 形
与 环 境 协 调 的 桥 梁
式 上 达 到 完 美 的 和 谐
2.1 桥梁设计原则
自身欠美观的桥梁
罗依溪大桥，作为不等跨连续拱桥，采用了多种调整不平衡推 力的措施，结构上合理，但从美学角度而言，是典型的反例。
2.1 桥梁设计原则
桥 梁 的 建 设 ， 使 得 植 被 遭 到 破 坏 ，
桥 梁 对 环 境 的 破 坏
大 大 影 响 了 自 然 环 境
2.1 桥梁设计原则 桥梁对环境的破坏
植被遭受破坏
2.2 桥梁平面布置和纵、横断面设计
一、平面布置——确定路、桥、水流的关系
原则：平顺、车辆平稳通过 （1）高速、一级公路上的大、中桥及所有的小桥—依路线
2、侧向宽度、人行道、安全带、紧急停车带、栏杆、等。 横坡： 行车道——1.5％～3.0％； 人行道——向行车道倾斜1％。
2.3 桥梁设计程序与建设程序
小桥的设计——标准设计，以提高效率和规避风
险。 大、中桥，特别是跨度大或技术复杂的桥梁设 计—— 按照国家基本建设程序的要求，分前 期工作阶段和设计工作阶段进行。
1.作用分类表
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 可变作用 （11） 作用分类 作用名称 结构重力（包括结构附加重力） 预加力 土的重力 编号 15 16 17 18 19 20 21 偶然作用 （ 3） 可变作用
温度（均匀、梯度）作用
作用分类
作用名称 流水压力 冰压力
第2章 桥梁设计一般原则、 程序及桥梁设计荷载
主讲教师：秦丽辉
2.1 桥梁设计原则
总原则——安全、适用、经济、美观、有利于环保
3、经济合理 1、安全可靠 造价 结构本身安全储备 养护、对交通的干扰 人车安全 地质水文好、桥长短 照明、标示 接线合理 4、技术先进 防冲刷、撞击 新结构 地震、风振 新设备 2、适用耐久 新材料 交通量 新工艺 变形裂缝 5、美观 桥下通行（洪、航、车、人） 桥美 桥头便于疏散 与环境协调 6、环保及可持续发展 管线搭载 环保 可持续发展
（2）二、三、四级公路上的大、中桥一般为直线
（3）由经济和施工而言，避免斜交，否则，α≤45o， 通航河流α≤5o。(桥墩沿主流方向的轴线与最高通航水位时 主流方向的交角)

水流向
行车向
2.2桥梁平面布置和纵、横断面设计
二、桥梁纵断面设计
—总跨径、分孔、桥面标高、桥下净空、纵坡、基础埋深
1、桥梁总跨径的确定： （1）满足水文计算要求 （2）依具体情况调整
i 1 j 2
m
n
0 Su d 0 ( SGi d SQ1d c SQ j d )
i 1 j 2
m
n
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
(2)偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作 用标准值效应相组合。 偶然作用的效应分项系数取1.0； 与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验 取用适当的代表值。 地震作用标准值及其表达式按现行《公路工程抗震设计规范》
小
桥：
平坡
大中桥梁：
城镇桥上及引道i 3%
2.2桥梁平面布置和纵、横断面设计
三、桥梁横断面设计
——确定桥面净空、桥跨结构横断面布置 桥面净空：净宽：不包括中、下承式拱、斜、吊等结构物宽度。 净高：应符合公路建筑限界规定 1、桥面净宽： 行车道宽度——公路等级和性质
2.2桥梁平面布置和纵、横断面设计
Ssd SGik 1 j SQ j k
i 1 j 1
m
n
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
（2）作用长期效应组合： 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合， 其效应组合表达式为：
Sl d SGik 2 j SQ j k
i 1 j 1
m
n
结构构件当需进行弹性阶段截面应力计算时，除特别指明外， 各作用效应的分项系数及组合系数均取为1.0， 各项应力限值按各设计规范规定采用。 构件在吊装、运输时，构件重力应乘以动力系数1.2或0.85，并可 视构件具体情况作适当增减。
连续梁桥
均布荷载q
2.2桥梁平面布置和纵、横断面设计
3、桥面高程的确定
（1）总前提：保证排洪、通航和桥下行车安全及桥梁自身安全
（2）有关的具体规定： 流水净空—跨河桥 通航净空—跨河桥 车辆净空—跨线桥
2.2桥梁平面布置和纵、横断面设计
4、纵坡——纵断面线形
将桥梁纵断面设计成单向或双向坡度，有利于交通、美观，又便于 排水。一般的：
一阶段 设计
施工图设 计
中 、 小桥
2.3 桥梁设计程序与建设程序
成果：
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
一、 作用的分类 施加在结构上的一组集中力或分布力。 作用 直接作用 荷载
引起结构外加变形或约束变形的原因。 间接作用 我国《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）将 公路桥梁上的各种作用按其随时间变化可分为永久作用、 可变作用和偶然作用三类。 （表 作用分类）
3、作用效应组合：
状 态 组合 参与作用 永久作用 可变作用 永久作用 偶 然 组合 可变作用 偶然作用 （一种） 正 常 使 用 极 限 状 态 永久作用 可变作用 永久作用 可变作用 代表值 设计值 设计值 标准值 某代表值 标准值 标准值 频遇值 标准值 准永久值 = 标准值×准永久值系 数 2 j = 标准值×频遇值系数 标准值/频遇值/ 准永久值 参与值算法 =标准值×分项系数 =标准值×分项系数 其他系数 结构重要性系数 0 结构重要性系数 0 组合系数（汽车以外）
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
（1）结构重力 钢筋混凝土或预应力混凝土 γ=25.0~26.0 kN/m3 混凝土或片石混凝土 γ=24.0 kN/m3 沥青混凝土 γ=23.0~24.0 kN/m3 （2）预加力 承载能力极限状态设计时，预应力不作为作用，而将预应 力钢筋 作为结构抗力的一部分，超静定结构需要计算次应 力 正常使用极限状态设计时，作为永久作用计算主效益和次 效益， 计入预应力损伤，但是不考虑由于预应力偏心距增 大引起的附 加效应 （3）土的重力与土侧压力 （4）水的浮力
2.1 桥梁设计原则
与环境协调的桥梁
高耸的桥墩与挺拔的山峰以及斜拉板构成的尖峰与山的形状都达到了完美的协调。
2.1 桥梁设计原则
青 山 、 绿 水 、 红 花 与 银 白 色 的 肋 拱 桥
与环 境协 调的 桥梁
共 同 组 成 一 幅 美 丽 和 谐 的 山 水 画 。
2.1 桥梁设计原则
2.3 桥梁设计程序与建设程序
2.3 桥梁设计程序与建设程序
一、前期工作—“预可”阶段和“工可”阶段 1、“预可”阶段
着重研究工程的必要性及宏观经济的合理性，形成“预
工程可行性报告”。 2、“工可”阶段：
着重研究和制定桥梁的技术标准，估算造价，对资金来
源、回报及偿还应基本落实，形成“预工程可行性报 告”。 主要工作： 1、工程必要性论证 3、经济可行性论证 2、工程可行性论证
规定采用。
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
对应于桥梁桥涵及其构件达到正常使用或耐久
性的某项限值的状态 2）按正常使用极限状态设计时作用效应组合 公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采 用以下两种效应组合： （1）作用短期效应组合。 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合， 其效应组合表达式为
2、设计值=标准值×分项系数r
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
3、 作用效应组合
公路桥涵结构没计应考虑结构上可能同时出现的作用，按
承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合， 取其最不利效应组合进行设计。
只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组
合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以 不同方向的最不利的作用效应进行组合。
2.1 桥梁设计原则
与环境协调的桥梁
1980年建成的南斯拉夫克尔克桥，跨径390m，钢筋混凝土拱桥， 与周围环境协调自然
2.1 桥梁设计原则
与环境协调的桥梁
悉尼海港桥位于澳大利亚悉尼港，主桥为单跨503m的中承式钢桁两铰拱公铁两用桥。 自身较笨重，但由于紧挨着别致的悉尼歌剧院，无论在质感还是在颜色和造型上都 达到相得益彰的效果，因而以其优美环境而闻名于世。
2.4 桥梁设计作用与作用效应组合
三、作用的规定与计算
1. 永久作用
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永久作用（如恒载）是在结构使用期内，其量值不随时间 变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。桥梁设计 时，永久作用采用标准值为代表值。 结构重力亦称恒载，它包括结构物自重、桥面铺装及附属 设备的重力。结构重力标准值可按实际体积乘以材料的重力密 度值(容重)计算。 其他永久作用均可按我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004）中有关规定计算。