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桥梁设计布孔与选型

发布于:2022-09-21 16:06:21 来自:道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]
对于公路路线上的桥梁,一般情况下是路线等级愈高,愈需以路线位置为主,则桥梁位置往往服从路线;桥梁规模愈大,愈应考虑桥梁的位置因素,则往往是路桥综合考虑。桥梁孔跨布置是一项复杂的系统工程。较简单的中小桥梁,富有经验的工程师可能一眼便可定出其合理的孔跨布置;但复杂的大型桥梁,则须充分研究论证(其前期投入较大,方案研究工作常需好多年),听取各方意见,甚至其最终方案须由桥梁专家组定夺得出。


当桥梁位置和长度确定后,桥梁的分布(孔)关系直接影响到桥梁的造价。跨径和孔数不同时,上部结构和墩台的总造价是不同的。在桥梁长度确定后,跨径越大,孔数越少,上部结构的造价就越大,而墩台的造价就越小;跨径越小,孔数越多,上部结构的造价越小,而墩台的造价就增大。最经济的跨径就是要使上部结构和墩台的总造价最低,因此当桥墩较高或地质不良,基础工程较复杂而造价较高时,桥梁跨径就选得大一些;反之,当桥墩较矮或地基较好时,跨径就可选的小一些。在实际工作中,可对不同跨径布置进行粗略的方案比较,来选择最经济的孔径和孔数。


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1、桥孔布置原则


桥孔设计,应在保证桥梁安全运营情况下,顺畅渲泄包括设计洪水在内的各级洪水的水流和泥沙,避免河床产生不利变形,保证墩台有足够的稳定性,且做到经济合理。桥梁孔径与桥型有关,但孔径还取决于地形、水文、地质等条件和通航、流冰、流木等其它漂浮物顺畅通过桥下的要求,桥孔设计还应考虑桥址上下游已建或拟建水利工程引起的河床演变对桥孔的影响。因此往往在总体设计时先考虑需要的孔径布置,再考虑桥梁形式,在桥型研究中如认为需要改变孔径时再予调整。桥孔布置的影响因素很多,其基本原则是:一般而言,地质条件良好、施工水深不大时,应该采用较小的跨度,反之,宜采用较大的跨度。


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跨越大江大河或海湾的桥梁一般采用大跨径越过主河槽或通航净空,采用较小跨径跨越河滩或非通航范围。但船只较多河流在河槽内的非通航孔跨径亦不易过小,以备小船只洪水时靠岸行驶通行。


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通航桥跨应考虑满足通航净空、桥墩防撞设施宽度和墩前紊流区宽度三者的总宽度。同时应该充分考虑河床天然演变导致通航孔位置变化的影响。


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斜桥、弯桥应按向水流的法线方向投影的跨径考虑通航或洪水宣泄的宽度、桥墩阻水面积;在深水河槽中宜采用阻水面积小或独柱式桥墩。


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桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应,在滩槽稳定的河段上,若桥孔需延伸到河滩上时,其左右河滩桥孔长度之比应近似等于左右河滩流量之比;在滩槽不稳定的河段或桥址位于河湾段时,桥孔布设应考虑河床变形和流量不均匀分布的影响。在实际工程设计布孔时,首先要考虑桥孔净长,然后根据断面形态、主流位置、通航要求、河床演变趋势、基础地质等,尽量选用合理的标准跨径,在桥址纵断面图上和桥址地形图上进行合理的桥孔布设,使桥下实际的水面宽度等于或稍大于计算的桥孔长度。桥孔布置,应先河槽,后河滩,这样才能满足排洪输沙要求,确保桥梁的安全。


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2、山区河段的桥孔布设


峡谷河段桥孔布设不宜压缩河槽,一般宜单孔跨越。桥面高程可根据设计洪水水位并结合两岸地形和路线等条件确定,墩台基础可置于不同高程的岩基上。


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开阔河段桥孔布设允许压缩河滩。但不能压缩河槽。桥头河滩路堤应尽量与洪水主流流向正交,否则应增大桥孔。


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平原区河段的桥孔布设顺直微弯和蜿蜒河段,通过河床演变调查,预测河湾的发展和深泓的摆动,桥孔布设应考虑河床演变的影响。分汊河段,在滩槽稳定的分汊河段上,断面流量分配基本稳定,可考虑布设一河多桥,在滩槽不稳定的分汊河段上,桥孔布设应预估各汊流量分配比例的变化。


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宽滩河段,桥孔布设可根据桥位上下游主流趋势及洪水中泓线摆动范围布置,允许对河滩作较大压缩,但应考虑壅水影响。若河汊稳定而又不宜合并一处,以及河滩的大股水流无法导入桥孔时,可考虑修建一河多桥。


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游荡河段,游荡河段主流迁徙不定,桥孔布设不宜过多压缩河床,应结合当地治理规划,辅以必要的调治工程,在深泓线可能摆动范围内应均布设桥孔。


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3、桥梁孔跨布置20条经典原则


1、投资巨大、工程复杂的大型桥梁,应从地质、水文、接线方案等方面进行综合论证,以寻求较优的桥渡方案。


2、跨越一条河流时,一般以设置一座桥为宜;当一条河流有两个或两个以上的稳定河槽,或滩地流量占设计流量比重较大,且水流不易合并时,宜分设桥梁,但若两桥相距不远、有连通设桥条件时,应连通设为一长桥。当桥梁穿越某些不良地质区域时,应设桥通过。


3、当桥梁穿越某些不良地质区域,如冻土区的冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热流滑塌、热流湖塘等不良地质处,应设桥通过。


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4、桥梁孔跨的布置,除满足桥梁功能及其他条件的要求外,应使其总造价较低(当然,对于不同的桥长,应结合路基一同比较)。一般来说,地质越差或下部结构投资越大,就越宜采用较大的跨度,以减少支承结构的工程量,从而节省投资,反之亦然。因此,桥梁孔跨布置往往表现为:引桥小于主桥,边跨小于中跨。


5 梁桥或拱桥相邻跨度的比值(小跨比大跨)宜在[0.4,1]内,接近0.618 时,桥跨变化会显得平顺、流畅。悬臂施工的连续梁桥或连续刚构桥,其跨度应满足施工时对称T 构对跨度的要求。


斜拉桥边跨与中跨之比宜在[1/3,1/2]内。

悬索桥边跨与中跨之比宜在[1/4,1/2]内。


6、同一区段内,桥梁的孔径与式样应力求统一;同一座桥梁,除通航或其他要求外,应尽量采用相同的结构并且等跨;对于跨度不超过50m 的简支梁桥,其跨度应采用标准跨度。以达到方便设计与施工,取得经济效益。


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7、一般情况下,桥孔不宜压缩。起桥高度一般为6~8m,较小者取至2~3m。有条件设置挖方内桥台者,应优先采用。


8、桥梁中线宜与天然河道洪水流向正交,避免水流在桥头形成水袋而产生三角回流,影响线路或桥梁安全;桥跨结构应高出设计洪水水位至少0.25m,必要时,尚应考虑壅水高、波浪侵袭高、局部股流涌高、斜水流局部冲高、 河弯超高、河床淤积或漂流物等的影响。


9、通航河流上,桥梁中线应与航线正交。当不能避免斜交时,应适当加大通航净孔。通航孔桥跨结构应高出桥下通航净空建筑限界。当然,桥跨结构不能伸进桥面行车/人建筑限界。


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10、通过设计洪水流量、桥跨结构高出设计洪水水位并有足够的富裕、其产生的冲刷系数小于容许值是桥梁孔径必须满足的条件之一,这是水文对桥梁的基本要求。


11、当桥梁较高、跨越河道的水深较大、河面较宽时,则在技术经济条件许可的情况下常常增大水中桥跨跨度(适应大跨的桥式有悬索桥、斜拉桥及拱桥等),尽可能将桥墩设在岸上、浅水区或礁石上,最大限度地减少深水桥墩基础,把深水基础问题转化为用增大跨度的方法来加以解决(即减少下部结构工程投资,而增大上部结构工程投资,从而达到降低结构总投资),降低了洪水对桥墩及基础施工的影响,有利于泄洪及水上交通,减少了船舶撞击桥墩的几率,因而往往是经济合理的。


12、跨越宽浅河流的桥梁,多采用等跨梁桥跨越主河槽。


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13、当线路跨越泥石流河流时,桥孔应尽量采用单孔或考虑采用多孔较大的跨度,以免被泥石流冲毁。


14、跨越V字形或接近V 字形峡谷时,桥梁主跨往往采用一跨跨过,并且优先考虑拱桥或反吊桥方案。


15、当桥梁上跨道路时,为了避免采用较大的跨度,降低建筑高度,节省投资,往往考虑是否可于道路的中央分隔带处设墩,从而两跨或多跨跨越道路。


16、由于不良地质的影响,墩台布置应遵循如下几点:

①墩台基础不应设置在软硬不均匀的地基土上。

②墩台位置应避开断层、滑坡、挤压破碎带、石灰岩溶洞及溶沟、黄土陷穴与暗洞或局部软弱地基等不良地质处。

③陡峭山坡上修建墩台时应注意基础底下及侧面岩体的稳定性。

④靠近陡峭岩壁的河槽边墩基础,应避免穿经水下山坡落石堆积层。


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17、在具有较长历史的城区,建造桥梁选择墩位,应对桥址区域内现有的或残留的构筑物调查清楚,如地下管线(给水管道、排水管道、通讯光缆、电缆、煤气管道等),驳岸、码头、防汛墙、堤岸及抛石护岸等各类水工构筑物,各种房屋建筑物的性质及结构情况等,以便确定桥墩基础是否避让,或原有构筑物拆迁、改造、或对紧靠基础的结构物采取防护措施等,必要时,应对临近建筑物、构筑物或土体稳定性进行评估。


18、在互通式立体交叉中,桥梁的布设应尽量避免出现分叉桥或急转弯桥,若无法避免时,应于分叉处、桥面宽度聚变处或急转弯处设置桥墩,使桥梁受力状态良好。另外,在互通式立体交叉中,桥梁群在水平面上的布置应力求作到匀称,桥下通透性良好。


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19、对于跨越河流后又要与滨河路实现互通式立交的大型桥梁,要妥善处理好跨河分跨与立交桥群布置的关系问题。


20、悬索桥分跨布置时,除了考虑桥塔处于良好的位置及其他要求外,不可忽视锚碇的位置,其对方案造价及大缆索股的稳定性有大的影响。


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4、装配式曲线桥的布孔要点


装配式板梁按结构型式分有简支结构和先简后连续结构;按平面布置的形式可分为平行法、径向法。简支结构的桥梁目前的跨径在8~25m,跨径再大,克服构件的自重的配筋将占据主要方面,已经不经济。最常见的是8~20m的简支构件。


先简支后连续结构的桥梁目前的跨径在16~50m。最常见的是20~40m。先简支后连续结构在梁体的预制阶段和简支结构是相同的,只是在安装就位后有一个体系转换的过程。


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一、径向布置

径向布置也称做等角度布置,即各墩台线与其半径线(径向线)的法线的夹角相同。由径向布置形成的桥梁,平面上看似一个扇形的桥梁。这种桥梁的主要特点有:


1)曲线半径越小,同一跨内的最大板长与最小板长的差值越大,但板长差值的百分比与桥梁跨径无关。

2)桥梁斜度越大,同一跨内最大板长与最小板长的差值越大,但板长差值的百分比与桥梁跨径无关。

3)桥梁宽度越大,同一跨内最大板长与最小板长的差值越大,但板长差值的百分比与桥梁跨径无关。

4)同一曲线半径的桥梁各跨板端角度相同,各墩台盖梁的长度相同。

径向布置的桥梁,在同一曲线上时其各墩台盖梁的长度是相同的。对于直线上的桥梁,其墩台盖梁的长度可用L=K/Cosφ表示,其中,L为墩台盖梁的斜长度,K为桥梁宽度,φ为桥梁斜度。


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采用径向布置的桥梁,其墩台盖梁的长度不能用上述公式计算,但它的长度与其相应斜度的直线桥差别不大;随着曲线半径的增大,预制板梁的板端实际角度与斜度的差值越来越小,并且这个差值与斜度无关。

5)板梁及墩台种类的多少和桥梁的跨数无关。

采用径向布置的桥梁,其板梁和墩台的尺寸在各跨之间是完全一致的,和桥梁的跨数多少没有关系。

对于装配式的桥梁来说,如何降低预制板梁长度的不一致,板端角度的不一致对方便设计和施工是重要的,同时,也应考虑到下部墩台盖梁长度以及由此产生的柱间距是否相同,以减少设计和施工的烦琐。

采用径向布置的桥梁,仅在板梁的长度上是有差别的,但各跨的板端角度、下部盖梁的长度都是相同的。即使板梁的长度有差别,但也仅仅是横桥向的差别,对纵向各跨来说是一致的,因此应用的范围是较广的。


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二、平行布置

平行布置也称做不等角度布置,即各墩台线与其半径线(径向线)的法线的夹角不相同,但各墩台线均平行。由平行布置形成的桥梁,两端支撑边的延长线不会交于曲率中心,平面上看是一个类似扇形的桥梁。这种桥梁的主要特点有:


1)预制板的长度与斜度无关,与桥梁宽度无关。

当桥梁的曲线半径确定后,预制板梁的长度即确定,而且这个数值不会随桥梁的斜度变化,不会随桥梁宽度变化。其每块板梁的夹角与相应斜度的差值亦为一定值。

2)预制板梁的长度,和曲线半径的大小无关。

无论曲线半径多大,预制板梁的长度基本上都是一定值,其影响值仅是由于弧弦差带来的。

3)曲线半径越小,墩台盖梁的长度差值越大。

曲线半径越小,相邻跨墩台盖梁长度的差值越大。

4)桥梁斜度越大,墩台盖梁的长度差值越大。

在同一曲线半径、同一跨径、同一桥梁宽度下,桥梁斜度越大,相邻墩台盖梁长度的差值越大。


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5)桥梁宽度越大,墩台盖梁的长度差值越大。

在同一曲线半径、同一跨径、同一桥梁斜度下,桥梁宽度越宽,相邻墩台盖梁长度的差值越大,但基本呈线形增长。

6)桥梁跨数越多,上部板梁的角度及下部墩台盖梁的种类越来越多。

随着桥梁跨数的增多,各跨的上部板梁的角度、各墩台盖梁长度、角度的差别越来越大。采用平行布置的桥梁,每跨内横桥向各板梁的板端角度、长度都是相同的,各墩台的长度和角度上是有差别的,各跨板梁的长度是相同的但角度是有差别的,随着跨数的增多,这种差别越来越大,上部板梁角度及下部墩台的种类也越来越多。


三、各种方式建议的适用范围

对于采用径向布置的桥梁来说,当最大板长及最小板长相差在2%以内时,由板的计算跨径不同引起构件内力变化是可以忽略的,其板长是可以通过构造处理的措施(增加板的预制长度或调整封锚的厚度等)来实现的。

对于板长差相差在2%以上时,由于其计算跨径对板的内力产生的影响较大,应按不同板长进行计算、配筋。在这种情况下,采用装配式的简支空心板就显得很不方便,失去了装配式桥梁的优点,建议采用整体浇筑的构件。

对于采用平行布置的桥梁来说,桥梁跨数不宜超过4跨,否则,无论对上部板梁还是下部的墩台都是烦琐的。


以上是简支结构的桥梁,对于先简支后连续的桥梁来说,由于墩顶现浇段的存在(一般均大于0.5m),因此使得板梁采用径向布置的可能性大于平行布置。这是因为:采用径向布置的板梁虽然板梁的长度不等,但在预制板梁时完全可以采用相同尺寸进行预制,其板梁间的差值可以由墩顶现浇段的长度进行调整,并且下部墩台的种类完全一致,降低了设计和施工的难度。需要注意的是,应按上述简支梁的思路进行分析,确定墩顶现浇段的最大、最小长度,以满足墩顶现浇段的施工。一般可将墩顶现浇段的控制长度为0.3~1.0m,太小了施工无法进行,太大了桥墩盖梁的宽度需增大的太多。


建议对先简支后连续的桥梁,按径向法进行布置,通过墩顶现浇段长度的控制确定上部板梁的种类,最大限度地减少预制板梁的种类,方便设计和施工,需要注意的是,曲线梁和直线梁在受力上是不同的,曲线梁的弯矩和剪力不仅由荷载的竖向力效应引起,而且也由荷载的扭矩效应引起,但扭矩效应所占比例很小。因此当采用闭口截面的空心板、实心板截面时,可按直线梁的截面取,其抗弯、抗扭强度一般都能满足要求;但采用肋板式截面(T梁),则其肋板厚(主要是在支点附近的肋板厚)必须大大增加。


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桥梁设计选型正文

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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

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