桥梁设计的基本原则和要求

1 引言

桥梁是路线的重要组成部分,随着我国交通网的不断完善,越来越多的桥梁将被建设。桥梁,尤其是大、中桥梁对当地政治、经济、国防等都具有重要意义。所设计桥梁应能满足使用任务、性质和将来的发展的需要。因此,如何设计出安全可靠、经济合理、技术先进以及环保美观的桥梁就显示相当重要了。为此,本文对桥梁设计的要点进行了简要的分析。

2 桥梁设计的基本原则

2.1 使用上的要求

桥梁必须适用。要有足够的承载能力和桥面净空,既能保证车辆和行人的安全畅通,又能满足将来交通里增长的需要;建在通航河流或需跨越其他路线的桥梁,桥下净空应满足泄洪、安全通航或通车的要求;靠近村镇、城市、铁路及水利设施的桥梁,应适当考虑综合利用,满足其他工程设施的需要(如管线工程等);建成的桥梁要保证使用年限,并便于检查和维修。

2.2 经济上的要求

桥梁设计应体现经济上的合理性。一切设计必须经过详细周密的技术经济比较。使桥梁的总造价和材料等消耗为最小;选用的桥梁结构形式要便于制造和架设,应尽量采用先进工艺技术和施工机械,以减少劳动强度。加快施工进度,保证工程质量和施工安全;采用的建筑材料应因地制宜,就地取材,并具有良好的耐久性,尽可能降低日后营运养护费用,取得最佳经济效果。

2.3 安全上的要求

保证整个桥梁结构及其各个构件在制造、运输、安装和使用过程中具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。桥梁结构的强度应使全部构件及其连接构造的材料抗力或承载能力具有足够的安全储备。对于刚度的要求,应使桥梁在荷载作用下的变形不超过规范规定的容许值,以免挠度过大而影响行驶、危及桥梁结构的安全。结构的稳定性,是要使桥梁结构在各种外力作用下,具有能保持原来的形状和位置的能力。结构的耐久性,是要使桥梁结构在正常的使用年限内不过早地发生破坏而影响正常使用,例如桥梁裂缝宽度不超过规范规定的容许值等。

2.4 美观上的要求

桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物,而且也是美化环境的点缀品。一座桥梁应具有优美的外形,既能达到桥梁自身和谐,又能与周围环境协调。对城市桥梁和游览地区的桥梁,更要考虑桥梁美学的要求。设计者应结合自然环境精心比选方案、精心设计、精心施工,以期在增加投资不多的条件下,取得桥梁美观的效果。

2.5 环保上的要求

桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求,包括生态、水、空气、噪声等各方面,应从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、施工方法、施工组织设计等多方面全面考虑环境要求,采取必要的工程控制措施,并建立环境监测保护体系,将不利影响减至最小。

3 桥梁纵、横断面设计及平面布置

3.1 桥梁纵断面设计

桥梁纵断面设计主要确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥面标高与桥下净空,桥上与桥头的纵坡布置以及基础的埋置深度等。

(1)桥梁总跨径的确定。跨河桥桥梁总跨径一般根据水文计算,并结合桥位地形、断面形态、河床地质、桥头引道填土高度等综合分析确定。由于桥梁墩台和桥头路堤压缩了河床,使桥下过水断面减少,流速加大,引起河床冲刷,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。另一方面,为了使总跨径不致过大而增加桥梁的总长度,以节省总投资。又允许有一定的冲刷。因此,桥梁的总跨径应根据具体情况经过全面分析加以确定。例如,对于非坚硬岩层上修筑的浅基础桥梁,总跨径应该大一些,以避免路堤压缩河床,造成较大冲刷;对于深埋基础,一般允许较大的冲刷,总跨径就可适当减小。

(2)桥梁的分孔。桥梁总跨径确定以后,还需进行分孔布置。对于一座较大的桥梁,应当分几孔,每孔的跨径应当多大,通航孔如何布置。这些问题要根据通航要求、水文情况、地形与地质条件、施工技术以及美观等具体情况。通过技术经济等方面综合分析后加以确定。

对于通航河流,首先要确定通航孔跨径以满足通航要求。当通航净宽大于按经济造价所确定的跨径时,一般将通航孔的跨径按通航净宽来确定,其余的桥孔跨径则选用经济跨径。但对于变迁性河流,鉴于航道位置可能发生变化,则需多设几个通航孔;在平原地区的宽阔河流上修建多孔桥时,通常在主槽部分按需要布置跨径较大的通航孔,而在两旁浅滩部分则按经济跨径进行分孔。

桥梁分孔是一个非常复杂的问题,各孔跨径的确定需要综合考虑各种因家。通常标准设计或新建桥涵,当跨径在100m以下时,宜采用标准跨径。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,分孔布置时要考虑合理的跨径比例。在山区欢在水深流急的江河上建桥时,往往采用大跨径桥梁跨越深谷,以便减少中间桥墩。从战备要求出发,需要将全桥各孔的跨径做成一样,并且跨径不能太大,以便于抢修和互换。各孔跨径的选择还与施工能力有关,有时选用较大跨径虽然在技术.上和经济上是合理的,但由于缺乏足够的施工技术机械设备,也不得不将跨径减小。除此之外,桥梁的分孔既要自身和谐又要与自然环境协调,在整体规划桥梁分孔时还必须重视美观上的要求。

(3)桥面标高与桥下净空的确定。桥面的标高主要根据桥梁所在路线纵断面设计中的规定,按照计算水位或最高流冰水位加安全高度、桥下通航(或通车)净空、两岸接线标高需要来确定。无铰拱桥的拱脚允许被设计洪水俺没,但不宜超过拱圈高度的2/3、且拱顶底面至计算水位的净高不得小于1.0m。当河流有形成流冰阻塞的危险或有漂浮物通过时,应按实际调查的数据。在计算水位的基础上,结合当地具体情况酌留一定富余量,作为确定桥下净空的依据。对于有淤积的河流,桥下净空应适当增加。在不通航和无流筏的水库区城内,梁底面或拱顶底面离开水面的高度不应小于计算浪高的0.75倍加上0.25 m。在通航或流放木筏的河流上,必须设置保证桥下安全通航的通航孔,桥下净空应符合通航标准,即桥跨结构下缘的标高,应高出自设计通航水位算起的通航净空高度。任何结构构件或设施均不得伸入其内。

编辑:Julie
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