橋梁工程概論之橋梁設(shè)計(jì)

一、橋梁縱斷面設(shè)計(jì)
橋梁縱斷面設(shè)計(jì)包括確定橋梁的總跨徑、橋梁的分孔、橋梁的標(biāo)高、橋上和橋頭引道的縱坡以及基礎(chǔ)的埋置深度等。

（一）橋梁總跨徑的確定
橋梁的總跨徑一般根據(jù)水文計(jì)算確定，必須保證橋下有足夠的排洪面積，使河床不致遭受過(guò)大的沖刷。在安全前提下，設(shè)計(jì)者應(yīng)適當(dāng)縮短橋梁的總長(zhǎng)度，以節(jié)約總投資。由此可見(jiàn)，橋梁的總跨徑應(yīng)根據(jù)具體情況經(jīng)過(guò)全面分析后加以確定。

（二）橋梁的分孔
根據(jù)通航要求、地理和地質(zhì)情況，水文情況以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)和美觀的條件加以確定。但有時(shí)各矛盾互相沖突，使其成為設(shè)計(jì)中最基本、最復(fù)雜的問(wèn)題。
跨徑越大、孔數(shù)越少，上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)就很高，墩臺(tái)的造價(jià)就減少；反之，則上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)降低，而墩臺(tái)的造價(jià)將提高。最經(jīng)濟(jì)的分孔方式就是使上、下部結(jié)構(gòu)的總造價(jià)趨于最低。

（三）橋道標(biāo)高的確定
對(duì)于跨河橋梁，橋道的標(biāo)高應(yīng)保證橋下排洪和通航的需要；對(duì)于跨線橋，則應(yīng)確保橋下安全行車(chē)。因此必須根據(jù)設(shè)計(jì)洪水位、橋下通航（或通車(chē)）凈空等需要，結(jié)合橋型、跨徑等一起考慮，以確定合理的橋道標(biāo)高。

二、橋梁橫斷面設(shè)計(jì)

橋梁橫斷面的設(shè)計(jì)取決于橋上交通需求，主要內(nèi)容是決定橋面的寬度和橋跨結(jié)構(gòu)橫截面的布置。橋面寬度決定于行車(chē)和行人的交通需要。各級(jí)公路的橋面行車(chē)道凈寬標(biāo)準(zhǔn)的一般規(guī)定見(jiàn)((公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)))第6.0.4條。橋上人行道和自行車(chē)道的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要而定。人行道的寬度0.75m或1m，一條自行車(chē)道的寬度為一米，當(dāng)單獨(dú)設(shè)置自行車(chē)道時(shí)，一般不應(yīng)少于兩條自行車(chē)道的寬度。
下圖所示為對(duì)于相同橋面凈寬的上承式橋和下承式橋的橫截面布置。由于結(jié)構(gòu)布置上的需要，下承式橋承重結(jié)構(gòu)的寬度B要比上承式橋的大，而其建筑高度h卻比上承式橋的為小。

一、適用

即要有足夠的承載能力，能保證行車(chē)的暢通、舒適和安全；既滿足當(dāng)前的需要，又考慮今后的發(fā)展；既滿足交通運(yùn)輸本身的需要也要考慮到支援農(nóng)業(yè)，滿足農(nóng)田排灌的需要；通航河流上的橋梁，應(yīng)滿足航運(yùn)的要求；靠近城市、村鎮(zhèn)、鐵路及水利設(shè)施的橋梁還應(yīng)結(jié)合各有關(guān)方面的要求，考慮綜合利用。橋梁還應(yīng)考慮在戰(zhàn)時(shí)適應(yīng)國(guó)防的要求。在特定地區(qū)，橋梁還應(yīng)滿足特定條件下的特殊要求（如地震等）。

二、安全

即橋梁的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足施工和使用階段的安全要求。

三、經(jīng)濟(jì)

橋梁設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，使橋梁在建造時(shí)消耗最少量的材料、工具和勞動(dòng)力，在使用期間養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用最省，并且經(jīng)久耐用。另一方面，橋梁設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足快速施工的要求，縮短工期不僅能降低施工費(fèi)用，而且提早通車(chē)，在運(yùn)輸上帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。因此結(jié)構(gòu)形式要便于施工和制造，能夠采用先進(jìn)的施工技術(shù)和施工機(jī)械，以便于加快施工速度，保證工程質(zhì)量和施工安全。

永久荷載（恒載）是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的荷載。
作用在橋梁上部結(jié)構(gòu)的恒載，主要是結(jié)構(gòu)物的重力及附屬設(shè)備等外加重力；作用在墩臺(tái)的恒載，主要是上部結(jié)構(gòu)的恒載支座作用力、墩臺(tái)本身重力、土壓力及其引起的土側(cè)壓力或水浮力（水中墩臺(tái)）。
預(yù)應(yīng)力在結(jié)構(gòu)使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作為永久荷載計(jì)算其效應(yīng)，在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，作為結(jié)構(gòu)抗力的一部分，而非永久荷載。

二、可變荷載
可變荷載是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)其值隨時(shí)間變化,且其變化與平均值相比不可忽略的荷載。
按其對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)的影響程度，又分為基本可變荷載（活載）和其它可變荷載。

1、基本可變荷載（活載）
包括車(chē)輛荷載及其影響力，人群荷載和汽車(chē)沖擊力，離心力，汽車(chē)、平板掛車(chē)或履帶車(chē)引起的土側(cè)壓力，即是這些車(chē)輛荷載在橋臺(tái)或擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側(cè)壓力。
2、其它可變荷載
包括自然和人為產(chǎn)生的各種變化力，如風(fēng)力（風(fēng)荷載），汽車(chē)制動(dòng)力，溫度影響力，支座摩阻力、流水壓力及冰壓力等。

三、偶然荷載

偶然荷載是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大，且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。
主要是指地震荷載和船只或漂流物的撞擊力

（2）技術(shù)設(shè)計(jì)
技術(shù)設(shè)計(jì)是基本建設(shè)工程設(shè)計(jì)分為三階段設(shè)計(jì)時(shí)的中間階段的設(shè)計(jì)文件。它是在已批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)詳細(xì)的調(diào)查、測(cè)量和計(jì)算而進(jìn)行的。其內(nèi)容主要為協(xié)調(diào)編制擬建工程中有關(guān)工程項(xiàng)目的圖紙、說(shuō)明書(shū)和概算等。經(jīng)過(guò)審批的技術(shù)設(shè)計(jì)文件，是進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)及訂購(gòu)各種主要材料、設(shè)備的依據(jù)，且為基本建設(shè)撥款（或貸款）和對(duì)撥款的使用情況進(jìn)行監(jiān)督的基本文件。

（3）施工設(shè)計(jì)
又稱(chēng)為施工圖設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)部門(mén)根據(jù)鑒定批準(zhǔn)的三階段設(shè)計(jì)的的技術(shù)設(shè)計(jì)，或兩階段設(shè)計(jì)的擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)或一階段設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，所編制的設(shè)計(jì)文件。此文件應(yīng)提供為施工所必須的圖紙、材料數(shù)量表及有關(guān)說(shuō)明。與前一設(shè)計(jì)階段比較，設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)和繪制應(yīng)有更加詳細(xì)的、具體的細(xì)部構(gòu)造和尺寸、用料和設(shè)備等圖紙的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作，其主要內(nèi)容有平面圖、立面圖、剖面圖及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的詳圖，工程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，工程數(shù)量表等。施工圖設(shè)計(jì)一般應(yīng)全面貫徹技術(shù)設(shè)計(jì)或擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)的各項(xiàng)技術(shù)要求。除上級(jí)指定需要審查者外，一般均不需再審批，可直接交付施工部門(mén)據(jù)以施工，設(shè)計(jì)部門(mén)必須保證設(shè)計(jì)文件質(zhì)量。同時(shí)施工圖文件也是安排材料和設(shè)備、加工制造非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、編制施工圖預(yù)算和決算的依據(jù)。

三、三階段設(shè)計(jì)、兩階段設(shè)計(jì)和一階段設(shè)計(jì)

（1）三階段設(shè)計(jì)
一般用于大型、復(fù)雜的工程。鐵路建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，一般常采用三階段設(shè)計(jì)。

（2）兩階段設(shè)計(jì)
分為初步設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。其中初步設(shè)計(jì)又稱(chēng)為擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)。
公路、工業(yè)與民用房屋、 獨(dú)立橋 涵和隧 道等建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，通常采用這種設(shè)計(jì)步驟。

（3）一階段設(shè)計(jì)
僅包括施工圖設(shè)計(jì)一個(gè)階段，一般實(shí)用于技術(shù)簡(jiǎn)單的中、小橋。