桥梁设计的基本知识.ppt

1、POWEPOINT适用于商务主题及相关类别演示桥梁设计的基本知识桥梁设计的基本知识1目录项目项目1 1 桥梁设计的基本知识桥梁设计的基本知识1.1 认识桥梁1.2桥梁总体规划设计2学习目标掌握桥梁主要尺寸和名称术语。掌握桥梁的组成和分类。了解桥梁设计原则与资料收集内容。了解桥梁的设计程序。熟悉桥梁纵断面设计的主要内容。了解桥梁分孔及桥墩冲刷方法。了解桥梁设计方案比选内容。项目项目1 1 桥梁设计的基本知识桥梁设计的基本知识31.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁 桥梁的组成及主要尺寸 1.1.1 桥梁是道路路线遇到江河湖泊、山谷深沟及其他障碍（如公路或铁路）时，为了保持道路的连续性，充分发挥其

2、正常的运输能力而建造的专门的人工构造物。桥梁既要保证桥上的交通运行，又要保证桥下水流的宣泄、船只的通航。因此，桥梁是路线的重要组成部分。一般地段每千米路线有23座桥梁，桥梁的造价一般占公路总造价的10%20%，甚至更多。4桥梁由上部结构、下部结构、附属结构和支座系统组成。桥梁式桥的概貌桥梁的基本组成桥梁的基本组成1.1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁5拱式桥的概貌1拱脚；2伸缩缝；3主拱圈；4拱顶；5拱轴线；6拱腹；7拱背；8拱上建筑；9锥坡；10桥台；11基础；l0净跨径；l计算跨径；f0净矢高；f计算矢高1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁6连续梁桥的概貌1.1 1.1 认认 识识

3、桥桥 梁梁71 1）上部结构）上部结构 上部结构也称桥跨结构，包括承重结构和桥面系，是当线路遇到障碍（如河流、山谷或其他线路等）而中断时，跨越这类障碍的主要承载结构。它的作用是承受车辆（行人）荷载，并通过支座传给墩台。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁82 2）下部结构）下部结构 下部结构包括桥墩、桥台和基础，是支承桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的建筑物。桥台设在桥梁两端，桥墩则在两桥台之间。桥墩的作用是支承桥跨结构；而桥台除了起支承桥跨结构的作用外，还要与路堤衔接，并防止路堤滑塌，抵御路堤的土压力。墩台基础承受由上部结构及墩、台所传递的全部荷载，并将荷载传递至地基的结构部分。1.1

4、1.1 认认 识识 桥桥 梁梁93 3）附属结构）附属结构 附属结构包括桥头路堤锥形护坡、护岸及导流结构物等。其作用是防止路堤填土向河中坍塌，保护桥头路堤填土并抵御水流的冲刷。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁104 4）支座系统）支座系统 梁式桥（斜拉桥等）在桥跨结构与墩台之间，还需设置支座。支座支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，它应保证上部结构在荷载、温度变化或其他因素作用下所预计的变位功能。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁11 （1）计算跨径l。对于梁桥，l为桥跨结构两支承点间的距离；对于拱桥，l为两拱脚截面重心点间的水平距离。（2）净跨径l0。l0为计算水位上相邻两个桥墩（

5、台）间的净距离。通常把梁桥支承处内边缘间的距离、拱桥两拱脚截面最低点间的水平距离也称为净跨径。桥梁的主要尺寸桥梁的主要尺寸2.1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁12 （3）标准跨径lb。对于梁桥，lb为桥墩中线间或桥墩中线与台背前缘间的距离；对于拱桥，lb为净跨径。公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）规定：当标准设计或新建桥涵的跨径在50 m以下时，宜采用标准化跨径。从0.75 m起至50 m，共21种。新建中、小桥涵应尽量采用标准化的装配式结构。（4）桥梁全长L。对于有桥台的桥梁，L为两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离；对于无桥台的桥梁，L为桥面系行车道长度。1.1 1.1 认认

6、 识识 桥桥 梁梁13 （3）标准跨径lb。对于梁桥，lb为桥墩中线间或桥墩中线与台背前缘间的距离；对于拱桥，lb为净跨径。公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）规定：当标准设计或新建桥涵的跨径在50 m以下时，宜采用标准化跨径。从0.75 m起至50 m，共21种。新建中、小桥涵应尽量采用标准化的装配式结构。（4）桥梁全长L。对于有桥台的桥梁，L为两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离；对于无桥台的桥梁，L为桥面系行车道长度。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁14 （5）多孔跨径总长L1。对于梁桥，L1为多孔标准跨径总和；对于拱桥，L1为两桥台内拱脚截面最低点（起拱线）间的距离；对于其

7、他形式的桥梁，L1为桥面系行车道长度。（6）桥梁高度H。H是指行车道顶面至低水位间的距离，或行车道顶面至桥下路线的路面间距离。（7）桥梁建筑高度h。h是指行车道顶面至上部结构最低边缘间的距离。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁15 （8）桥梁容许建筑高度hr。hr是指桥面标高与桥下通航或排洪必需的净空高度之差。（9）桥下净空H0。H0是指上部结构最低边缘至计算水位（计算水位=设计水位+壅水+浪高）或通航水位间的距离。对于跨越其他路线的桥梁，H0是指上部结构最低边缘至所跨越路线的路面间的距离。（10）拱桥矢高。从拱顶截面下缘至过起拱线的水平线间的垂直距离，称为净矢高（f0）；从拱顶截面重心至

8、过拱脚截面重心的水平线间的垂直距离，称为计算矢高（f）。（11）拱桥矢跨比。计算矢高与计算跨径之比（f/l），称为拱圈的矢跨比（或称拱矢度）。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁16 桥梁的分类 1.1.2按结构体系分类按结构体系分类1.梁式桥拱式桥刚架桥吊桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁17 梁式桥在竖向荷载的作用下，支座只产生竖向反力，桥跨承载结构由梁（板）组成，承受弯矩和剪力，以受弯为主。梁式桥又分为简支梁桥、悬臂梁桥和连续梁桥。1 1）梁式桥）梁式桥梁式桥简图1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁18六库怒江桥（连续梁桥）浙江瑞安飞云江桥（简支梁桥）1.1 1.1 认认 识识

9、 桥桥 梁梁19南京长江大桥武汉长江大桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁202 2）拱式桥）拱式桥 拱式桥外形美观，是一种在竖向荷载作用下，拱脚处产生水平推力的结构，正是由于这个水平推力的作用，使拱内弯矩大大减小，提高了桥梁的跨越能力。若拱轴线设计合理，则可使拱圈主要承受压力，而弯矩和剪力很小，因此，圬工材料在拱桥中得到广泛应用。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁21拱式桥简图1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁22悉尼港桥卢浦大桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁23重庆巫山长江大桥重庆万州长江大桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁24 拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋，

10、主要承受压力，与梁式桥相比，其受力合理、跨度大；但是因为细长杆件的受压失稳，拱桥的跨度在受力上受到了限制，于是人们用逆向的思维探讨出更大跨度的桥型悬索桥。在竖向荷载的作用下，拱的水平反力是向内的推力，而悬索的水平反力是向外的拉力；拱是向上突起的形状，而悬索是下垂的形状，因此拱结构受压力而悬索受拉力。悬索桥的受力构件钢索是柔性的，其抗弯刚度可以忽略，索内弯矩和剪力为零，只受轴向拉力的作用，钢索的受拉性能较强，悬索桥在受力和材料两方面都满足要求，是目前特大跨度桥梁的唯一结构形式。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁253 3）悬索桥）悬索桥 悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，其造型优美、规模宏

11、伟，常被人们称为“桥梁皇后”。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁26 图幅及图框 1.2.1 图幅是指图纸的幅面大小，即图纸本身的大小规格；图框是图纸上表示绘图范围的边线。每项工程都会有一整套的图纸，为便于装订、保存和合理使用图纸，国家对图纸幅面进行了规定。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁27润扬长江大桥日本石海峡大桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁28 悬索桥的主要承重结构是悬挂在两塔架上的强大的柔性缆索。悬索桥由塔架、缆索、锚碇结构、吊杆及加劲梁组成。悬索桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁29 刚架桥的上部结构和墩台（支柱）彼此连成一个整体。刚架桥的主要承重结构是梁与

12、立柱（墩柱、竖墙）刚性连接的结构体系。4 4）刚架桥）刚架桥刚架桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁30 刚架桥的特点是在竖向荷载的作用下，柱脚处不仅产生竖向反力，同时产生水平反力，使其基础能够承受较大的推力。刚架桥中梁和柱的截面均有弯矩、剪力和轴力作用，因而使其受力状态介于梁桥和拱桥之间。由于梁和柱节点为刚结，梁端部承受负弯矩，故使梁跨中的弯矩减小。与一般墩台不同，刚架桥的立柱（墩台）不仅能承受压力，还能承受较大的弯矩。由于刚架桥具有上述特点，因此，在城市中遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河的情况时，常采用这种桥型以降低线路标高，减少路堤土方量。此外，当桥面标高已经确定时，还能增加桥下净

13、空。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁31虎门大桥辅航道桥重庆长江大桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁325 5）斜拉桥）斜拉桥由拉、压、弯等几个不同受力体系的结构组合而成的桥梁称为组合体系桥。各种受力体系互相联系，共同受力。梁、拱组合体系桥中有系杆拱、桁架拱等。它们利用梁的受弯与拱的承压、吊杆或拉杆受拉的特点组成联合结构。在预应力混凝土结构中，由于梁体内可以储备巨大的压力来承受拱的水平推力，因此使这类结构既具有拱的特点，又没有水平推力，故对地基的要求不高，但这种结构施工复杂。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁33梁、拱组合体系桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁34 斜拉桥

14、是典型的悬索结构和梁式结构的组合体系桥。这一结构体系由主梁、斜拉索和塔柱组成，充分利用了悬索结构和梁结构的优点，其组合相当合理。斜拉桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁35苏通长江公路大桥日本多多罗大桥1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁36 （1）按桥梁长度和跨径大小分类，桥梁可分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞，公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）给出了划分标准，见表1-1。（2）按用途分类，桥梁可分为公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、水运桥（渡槽）及其他专用桥（如通过管道、电缆等）。（3）按主要承重结构所用材料分类，桥梁可分为圬工桥（包括石拱桥、混凝土拱桥）、

15、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、钢混凝土组合桥等。桥梁的其他分类方法桥梁的其他分类方法2.1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁37 （4）按跨越障碍的性质分类，桥梁可分为跨河桥、跨线桥（立体交叉）、高架桥和栈桥。其中，高架桥一般是指跨越深沟峡谷以代替高路堤的桥梁；为将车道升高至周围地面以上并使下面的空间可以通行车辆或有其他用途（如堆栈、店铺等）而修建的桥梁，称为栈桥。（5）按上部结构的行车位置分类，桥梁可分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。桥面布置在主要承重结构之上的称为上承式桥，桥面布置在桥跨结构高度中间的称为中承式桥，桥面布置在承重结构之下的称为下承式桥。（6）按桥跨结构的平面布置分类

16、，桥梁可分为正交桥、斜交桥和弯桥。1.1 1.1 认认 识识 桥桥 梁梁38 桥梁设计原则与资料收集 1.2.1公路桥涵应根据所在公路的使用任务、性质和将来发展的需要，按照安全、适用、经济、美观和有利环保的原则进行设计。安全是设计的目的，适用是设计的功能需求，必须首先满足；在满足安全和适用的前提下，应根据具体情况考虑经济和美观的要求。公路工程设计还应符合环保要求，保持公路的可持续发展，故提出了有利环保的原则。1.桥梁设计的基本原则1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计39 （1）所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备。（2）防撞栏杆应具有必要的高度和强度，人与车流

17、之间应做好防护栏，防止车辆驶入人行道或因撞坏栏杆而落到桥下。（3）对于交通繁忙的桥梁，应安装好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥的坡度不宜太陡，以避免发生因车辆碰撞等引起的车祸。1 1）安全）安全1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计40 （4）对于修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于河床易变迁的河道，应设置好导流设施，防止桥梁基础的底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时还应设置防撞构筑物等。1 1）安全）安全1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计412 2）适用）适用 （1）桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量

18、（包括行人通行）。（2）桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝。（3）桥跨结构的下面有利于泄洪、通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）。（4）桥梁的两端方便车辆的进入和疏散，不致产生交通堵塞现象等。（5）考虑综合利用，方便各种管线（水、电、通信等）的搭载。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计423 3）经济）经济 （1）桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则。（2）经济的桥型应该是造价和使用年限内养护费用综合最省的桥型，设计中应充分考虑维修的方便和维修费用最少，维修时尽可能不中断交通，或中断交通的时间最短。（3）选择的桥位应是地质、水文条件好，桥梁长度也较

19、短的地方。（4）桥位应考虑建在能缩短河道两岸的运距、促进该地区的经济发展、能产生最大效益的地方；对于过桥收费的桥梁应能吸引更多的车辆通过，达到尽可能快地回收投资的目的。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计434 4）美观）美观 一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的，结构布置必须精练，并在空间上有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，对于城市的桥梁和旅游区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，结构细部的美学处理也十分重要，另外，施工质量对桥梁美观也有重大影响。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计445 5）有

20、利环境）有利环境 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、噪声等几方面。设计时应从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等多方面考虑环境要求，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。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计45桥位勘测与设计资料的调查桥位勘测与设计资料的调查1.1）调查桥梁的使用要求 调查桥上的交通种类、车辆荷载等级、交通量及其增长率和行人情况，据此确定荷载设计标准、车道数目、行车道宽度及人行道宽度。调查桥上是否需要通过各种管线（如水管、煤气管，电力、通信线路等），据此来确定是否需要在桥

21、上预留专门的位置。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计462 2）选择桥位）选择桥位 进行桥梁设计时首先要确定桥位，按照公路工程技术标准（JTG B012003）的规定，小桥和涵洞的位置与线形一般应符合路线的走向，为满足水文、线路弯道等要求，根据实际情况可设计斜桥和弯桥。对于公路上的特大桥、大桥、中桥的桥位，原则上应服从路线走向，一般应对桥、路综合考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计47 测量桥位处的地形、地物，并绘制成平面地形图，供设计和施工使用。3 3）测绘桥位附近的）测绘桥位附近的地形图地形图1.2 1.2 桥

22、梁总体规划设计桥梁总体规划设计484 4）调查地质资料）调查地质资料 根据桥梁分孔情况确定钻孔的数量和位置。对桥位处的地质情况必须仔细探明，包括土的分层高度、物理力学性能、地下水位及有无不良地质现象（如岩石破碎带、裂隙、溶洞等）等，并将钻探所得资料绘制成地质剖面图和柱状图，作为基础设计的依据。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计495 5）调查和收集水文资料）调查和收集水文资料 （1）河道性质。河床及两岸的冲刷和淤积，河道的自然变迁及人工规划，是否为季节性河流。（2）测量桥位处的河床断面、河床比降，调查河槽各部分的形态标高和粗糙率，计算流速、流量等。通过计算确定设计水位处的平均流速

23、和流量，结合河道性质确定桥梁的最小总跨径、选择通航孔的位置和墩台基础的形式及埋置深度。（3）调查了解洪水位的多年历史资料，通过分析推算设计洪水位。（4）向航运管理部门了解和协商确定设计通航水位和净空等。根据通航要求与设计洪水位，确定桥梁的分孔跨径与桥跨底缘的设计标高。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计50 有关气象资料和地震情况包括气温、雨量、风速（或台风影响）及有记载的地震资料。6 6）调查有关气象资料和地震）调查有关气象资料和地震情况情况1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计51 其他资料包括建材供应情况，电力供应情况，当地运输条件，新建桥位上、下游有无老桥等。7

24、7）其他资料）其他资料1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计52 桥梁设计程序 1.2.2前期工作前期工作1.1）预可阶段 预可阶段着重研究建桥的必要性以及宏观经济上的合理性。在预可研究阶段形成的预工程可行性研究报告书（简称“预可报告”）中，应从经济、政治、国防等方面详细阐明建桥的理由和工程建设的必要性及重要性，同时初步探讨技术上的可行性。对于区域性线路上的桥梁，应以建桥地点（渡口等）的车流量调查及国民经济逐年增长为立论依据。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计53 预可阶段的主要工作目标是解决建设项目的上报立项问题，因而，应在预可报告中编制几个可行的桥型方案，并对工程造

25、价、资金来源、投资回报等问题做出初步的估算和设想。设计方将预可报告交于业主后，由业主据此编制项目建议书，并报上级主管部门审批。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计542 2）工可阶段）工可阶段在项目建议书被审批确认后，就可着手工可阶段的工作。在这一阶段，应着重研究和制定桥梁的技术标准，并与河道、航运、规划等部门共同研究，协商确定相关的技术标准。在工可阶段应提出多个桥型方案，并按原交通部颁布的公路基本建设工程投资估算编制办法的规定对估算造价、资金来源和投资回报等问题进行基本落实。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计551 1）初步设计）初步设计 初步设计文件应根据批复的可

26、行性报告、测设合同和初测、初勘或定测、详勘资料进行编制。初步设计的目的是确定设计方案，应通过多个桥型方案的比选，推荐最优方案，报上级主管部门审批。在编制各个桥型方案时，应提供平、纵、横布置图，标明主要尺寸，并估算工程数量和主要材料数量，提出对施工方案的意见，编制设计概算，提供文字说明和图表资料。初步设计经批复后，则成为施工准备、编制施工图设计文件和控制建设项目投资等的依据。设计工作设计工作2.1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计56 技术设计的主要目的是通过科学试验、专题研究、加深勘探调查及分析比较，对选定的桥型方案中重大、复杂的技术问题进行深入的完善，并提出详尽的设计图纸，包括结

27、构断面、配筋、细节处理、材料清单及工程量等，修正工程概算。2 2）技术设计）技术设计1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计573 3）施工图设计）施工图设计 施工图设计是在批复的技术设计（三阶段设计时）或初步设计（两阶段设计时）文件的基础上，进一步进行具体设计。此阶段工作包括详细的结构分析计算，配筋计算，验算并确保各构件强度、刚度、稳定和裂缝等各种技术指标满足规范要求，绘制施工详图，编制施工组织设计和施工图预算。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计58桥梁的总体布置1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计59 桥梁纵断面设计 1.2.3 在进行桥梁纵断面设计时，首

28、先要根据河流的水文站观测资料、洪水调查资料和文献考证资料来确定水文资料，然后根据水文资料来计算桥位处的设计流量、设计水位，最后根据桥位处的设计流量和设计水位（如果是通航河段还要考虑通航水位）来确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥梁的高度、基础埋置深度、桥面标高和桥头引道的纵坡等内容。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计601 1）水文站的观测资料）水文站的观测资料 水文站的观测资料是在一定时期内连续实测的资料，它能较为真实地反映客观实际，是水文分析计算的主要依据。但是，水文站的数量和观测年限总是有限的，不能满足实际工作的需要，因而不能单纯依靠水文站的观测资料。水文站是进行水文测验的观测

29、站，在固定的测流断面上，按国家水文测验规范的要求，定时进行水位、流速、流向、流量、比降、降雨、蒸发、泥沙、地下水位等各项水文要素的观测和资料整编工作。水文资料水文资料1.1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计61 （1）水位观测。河流的水位变化反映河道中水量的增减。观测仪器有水尺（直立式、倾斜式、矮桩式）和自记水位计。水位=水尺读数+水尺零点高程（cm）水位观测需连续进行，一般可分为一段制（早8点）、二段制（早8点、晚8点）、四段制（早8点、14点、18点、早2点）和多段制。通过设立比降水尺来观测、计算出两断面之间的水面比降。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计62 一般

30、大、中桥勘测中的洪水位，可在涨水过程、洪峰附近、落水过程中各观测一次，同时沿水文断面的上、下游观测水面比降。以水面差 0.10.3 m来控制观测总长度，上游长度占2/3，下游长度占1/3。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计63 （2）流速测验。由于水具有黏滞性，因此天然河流过水断面内的流速分布一般是由河岸向河心逐渐增大，由河底向水面逐渐增大，最大流速一般出现在最大水深处的水面附近。流速测验常用的方法有流速仪法和浮标法。流速仪测流（只能测得断面中某一点的流速）。流速仪一般分为旋杯式和旋桨式两种。检定公式为 （1-1）式中，V为流速（m/s）；K为检定系数；n为回转率（r/s）；C为

31、摩论系数；N为测速历时内的总转数（r）；T为测速历时（s），T100 s。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计64 浮标测速（测的是水面某一点的流速）。凡能在水中漂浮的物体均可作为浮标，在测流河段上投放浮标，测出河段两断面间的距离及浮标通过两断面所用的时间，即 （1-2）1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计65 （3）流量计算。河流的流量是过水断面面积与断面平均流速的乘积，即Q=V。过水断面内的流速分布是不均匀的，而上述流速测验的方法也不能直接利用实测流速计算断面的平均流速。因此，流量计算需采用间接的分块计算方法，即将过水面积划分成许多较小的面积（部分面积），利用实测流

32、速计算各个部分面积的断面平均流速和流量，再把各个部分面积的流量总和作为全断面的流量。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计66断面分块1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计67 （4）相应水位的计算。由于测流过程中水位不断变化，因此，在观测各条垂线的流速时水位也各不相同。全断面流量所对应的水位（相应水位）需通过计算确定，可按下列方法进行。算术平均法。在测流过程中，当因水位变化引起的过水断面面积的变化不超过5%（平均水深大于1 m时）或10%（平均水深小于1 m时）时，一般取测流开始和终止时两次观测水位的算术平均值作为相应水位。加权平均法。在测流过程中，当因水位变化引起的过水

33、断面面积的变化超过上述限度时，可按式（1-6）计算相应水位。（1-6）1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计682 2）洪水调查资料）洪水调查资料 洪水调查应深入群众，细心访问沿岸居民，查明历史洪水的淹没位置（或历史洪水痕迹）、发生的年月和大小顺序。洪水痕迹是历史洪水位的标记，必须保证一定的可靠性，应由目睹者亲临现场指示，并应注意波浪及壅水的影响，适当修正。对于每次洪水的水位，都应在两岸上、下游调查几个地点，最好能由不同的人在不同的地点指出，以便相互核对，并将其作为确定洪水比降的依据。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计69 对洪水时有无河堤决口或分洪现象、洪水涨落及泛滥

34、情况、河床及流域自然条件的历年变化、风浪大小及漂浮物的情况等，也应同时进行详细调查。对每个洪水位，均应在现场标记编号，测定位置和高程，并根据调查情况进行详细描述，做出可靠性的评价。由于洪水时河流水面的变化对洪水位有一定的影响，因此必要时应对洪水位加以修正。洪水痕迹的判断方法，各地都有很多实践经验可供参考。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计703 3）文献考证资料）文献考证资料 我国很多的历史文献，如地方志（省志、府志、县志）、河志及其他历史档案等，都有洪水和干旱灾情的记载。通过对历史文献的考证，一般可查明近百年或更长时期内洪水发生的年代、次数和灾害情况，为洪水调查提供线索；还可以

35、获知丰水年和枯水年的分布概况，了解历年来河流和村镇的变迁。但这些历史文献都不是专门记载洪水资料的，又由于历史条件和人为的影响，可能有被夸大、缩小和漏记的现象。所以，必须结合洪水调查，从多方面对照比较、认真分析，提高资料的可靠性。历史文献记载多为灾情的一般描述，缺少洪水数量方面的资料。但是，可以利用文献记载的灾情严重程度、灾区范围和洪水深度等，与调查或实测的洪水泛滥情况进行对比和分析，估计历史洪水流量的数值范围或大小顺序，为水文分析和计算提供一定的依据。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计71设计流量、设计水位、通航水位的确定设计流量、设计水位、通航水位的确定2.（1）资料的审查资料

36、的一致性。资料的代表性。资料的独立性。资料的可靠性。1 1）有流量观测资料时）有流量观测资料时1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计72（2）资料的插补和延长 采用水文统计法推算设计流量时，如果桥位附近水文站的流量观测资料的观测年限较短或有缺测年份，则应尽量利用上、下游或邻近流域内的水文站观测资料进行插补和延长，一般采用相关分析法。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计732 2）缺乏流量观测资料时）缺乏流量观测资料时（1）形态断面的选择形态断面应选在近似于均匀流的河段上。形态断面应尽量靠近调查的历史洪水位，但距桥位也不宜过远。形态断面必须垂直于洪水流向。1.2 1.2 桥

37、梁总体规划设计桥梁总体规划设计74 （2）形态断面的流速和流量计算。形态断面的断面平均流速可用谢才-满宁公式计算，即1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计75 计算历史洪水流量时，如果调查的历史洪水位不在形态断面上，则应按洪水比降把历史洪水位的高程换算到形态断面上，再进行流量计算。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计76 （3）洪水比降的确定。河流中出现洪峰时的水面比降，称为洪水比降。由于天然河流的水流并不完全符合均匀流的条件，其水面比降随水位而变化，因此，每次洪水的洪水比降各不相同。河流洪水比降1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计77 洪水比降既可以根据水文

38、站的观测资料确定，也可以根据洪水调查资料推算。具体方法是：先将调查所得的历史洪水位的位置绘制在平面图上，并把它投影在河流的深泓线上，然后将各个洪水位的高程及其在深泓线上的距离点绘在河床纵断面图上，最后利用同一次历史洪水各水位点的连线计算其对应的洪水比降。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计783 3）设计洪峰流量的推算）设计洪峰流量的推算选取样本选取样本绘制经验绘制经验频率曲线频率曲线绘制理论绘制理论频率曲线频率曲线计算设计计算设计流量流量审查计算审查计算结果结果（1）对于大、中河流设计流量的推算方法可按下述步骤进行。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计79（2）小流域

39、设计流量的推算方法。一般情况下，面积在100 km2以下的流域，称为小流域。小流域的洪水很少能留下明显的痕迹，往往又不会引起人们的注意，难以调查到较为可靠的历史洪水资料，而且小流域一般都没有水文站观测资料。虽然前述推算设计流量的方法均能适用于小流域，但由于条件不足，实际工作中小流域的流量计算多采用推理公式、径流简化公式或经验公式。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计80推理公式径流简化公式经验公式1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计814 4）桥位断面设计流量和设计水位的）桥位断面设计流量和设计水位的推算推算 设计流量往往是利用水文站的观测资料或洪水调查资料进行推算的，

40、其流量是根据水文站的测流断面或桥位附近的形态断面计算得到的，因而需要换算到桥位断面上。当水文站测流断面或形态断面距离桥位断面较近，且流域面积相差不超过5%时，推算的设计流量可以不必换算，而直接作为桥位断面的设计流量；如果距离桥位断面较远，则应进行换算。当流域面积相差不超过20%时，可按式（1-16）进行换算。（1-16）1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计82 当流域面积相差超过20%时，按式（1-16）计算的结果误差较大，因此，应结合实际情况，经多方面分析比较后确定。桥位断面的设计流量确定以后，还需要求算桥位断面的设计水位、流速和过水面积等水文要素。1.2 1.2 桥梁总体规划设

41、计桥梁总体规划设计83 当水文站测流断面或形态断面距离桥位断面较近时，可以先利用洪水比降的关系将测流断面或形态断面中设计流量所对应的水位换算成桥位断面的设计水位；然后，根据桥位断面的设计流量和设计水位，用形态法推算出相应的流速和过水面积。如果不能利用水文站或形态断面的资料推算桥位断面的设计水位，则可以根据桥位断面的设计流量，直接用形态法推算。确定了桥位断面的设计流量和设计水位等水文要素以后，即可进行桥孔的布置及桥孔长度的确定。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计84桥孔的布置及桥孔长度的确定桥孔的布置及桥孔长度的确定3.1 1）一般规定）一般规定 （1）桥孔设计必须保证设计洪水以内

42、的各级洪水和泥沙安全通过，并满足通航、流冰、流木及其他漂浮物通过的要求。（2）桥孔布设应适应各类河段的特性及演变特点，避免河床产生不利变形，且做到经济合理。（3）建桥后引起的桥前壅水高度、流势变化和河床变形，应在安全允许范围之内。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计85 （4）桥孔设计应考虑桥位上下游已建或拟建的水利工程、航道码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。（5）对桥位河段的天然河道不宜进行开挖或改移。开挖、改移河道应具有可靠的技术经济论证。（6）跨越河口、海湾及海岛之间的桥梁，必须保证在潮汐、海浪、风暴潮、海流及海底泥沙运动等各种海洋水文条件影响下能够正常使用和满足通航的

43、要求。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计862 2）孔桥的布置）孔桥的布置 （1）桥位河段的水流图式。对于缓流河段，河流的天然水面宽度为B，桥孔长度为L，正常水深（均匀流水深）为h0。由于桥孔对水流的压缩，从桥位上游相当远处的断面起，水面就开始壅高，直到桥位上游的断面达到最大壅水高度Z。水流接近桥孔时，在宽度和深度方向都急剧收缩而呈漏斗状，直到桥位下游附近的断面水面最窄，流速最大，形成桥位河段的“颈口”，称为收缩断面。收缩断面的下游，水流又逐渐扩散，到断面才恢复天然状态。并且在水流收缩段的主流与河岸之间，由于水流分离现象，桥台上下游两侧将形成回水区。桥位河段的河槽纵断面在壅水范围

44、内，水流流速减小，挟沙能力降低，泥沙沉积。最大壅水断面的下游，水流流速增大，挟沙能力加强，河床被冲刷，而且收缩断面处的河床冲刷最严重。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计87桥位河段的水流图式1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计88 （2）桥孔布置的原则。根据我国河流的特点，把河段分为峡谷型河段、稳定性河段、次稳定性河段、变迁性河段、游荡性河段、宽滩性河段和冲积漫流性河段。桥位河段的类型可参照河段特性并结合实际情况判别，一般应在桥位上游不小于3倍的河床宽度、下游不小于2倍的河床宽度的范围内进行观察分析。对于弯曲的河段，在上游至少要包括一个河湾。河段的稳定性及变形程度可用

45、50年左右的演变过程作为衡量标准。由于各类河段具有不同的特性，因此对桥孔布置也有不同的要求，可结合桥位河段的实际情况布设桥孔。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计893 3）桥孔长度的计算）桥孔长度的计算 桥孔长度是指设计水位上两桥台前缘之间（埋入式桥台则为两桥台护坡坡面之间）的水面宽度。桥孔净长是扣除全部桥墩宽度后的桥孔长度。桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输沙的要求，保证设计洪水及其所挟带的泥沙可以从桥下顺利通过，并应综合考虑桥孔长度、桥前壅水和桥下冲刷的相互影响。桥孔长度的计算多采用经验公式。对于峡谷河段，可按河床地形布孔，不宜压缩河槽，可不作桥孔最小净长度的计算。对于其他类

46、型的河段，推荐用下述经验公式计算桥孔最小净长度Lj。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计90 （1）开阔、顺直微弯、分岔、弯曲河段及滩、槽可分的稳定、次稳定、不稳定河段，宜按式（1-17）计算桥孔最小净长度。（1-17）式中，Lj为桥孔最小净长度（m）；QP为设计流量（m3/s）；Qc为河槽流量（m3/s）；Bc为河槽宽度（m）；Kq，n为系数和指数，按表1-2采用。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计91 （2）宽滩河段，宜按式（1-18）计算桥孔最小净长度。（1-18）式中，为水流压缩系数；c为河槽平均单宽流量（m3/s）；Qt为河滩流量（m3/s）。1.2 1.2

47、 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计92 （3）滩、槽难分的不稳定河段，宜按式（1-19）计算桥孔最小净长度。（1-19）式中，B0为基本河槽宽度（m）；为年最大流量平均值（m3/s）；为河床泥沙平均粒径（m）；CP为洪水频率系数；Q2%为频率是2的洪水流量（m3/s）。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计934 4）桥梁分孔）桥梁分孔 桥梁总跨径确定以后，还需进一步进行分孔布置，要根据通航要求，地形、地质情况以及技术经济和美观等方面综合确定。对于一座较长的桥梁，应当分成几孔，各孔的跨径应当多大，这些不仅影响到使用效果、施工难易等，而且在很大程度上关系到桥梁的总造价。跨径越大、孔数越

48、少，上部结构的造价就越高，墩台的造价就越低；反之，则上部结构的造价就越低，而墩台的造价就越高。这与桥墩的高度及基础工程的难易程度密切相关。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价趋于最低。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计94 对于通航河流，在分孔时首先应考虑桥下通航的要求。桥梁的通航孔应布置在航行最方便的河域。对于变迁性河流，鉴于航道位置可能发生变化，就需要多设几个通航孔。在山区的深谷中，在水深流急的江河上，或需要在水库上建桥时，为了减少中间桥墩，应加大跨径。若条件允许，可采用特大跨径单孔跨越。在布置桥孔时，有时为了避开不利的地质段（如岩石破碎带、裂隙、溶洞等），也要将桥基位

49、置移开，或适当加大跨径。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计95 在有些结构体系中，为了保证结构受力合理和用材经济，分跨布置时要考虑合理的跨径比例。跨径的选择还与施工能力有关，有时选用较大跨径虽然在经济上是合理的，但限于当时的施工技术能力和设备条件，也不得不将跨径减小。对于大桥施工，基础工程往往对工期起控制作用，在此种情况下，从缩短工期出发，就应减少基础数量而修建较大跨径的桥梁。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计96桥面中心最低标高的计算桥面中心最低标高的计算4.1 1）对于不通航河流）对于不通航河流 （1）按设计水位计算桥面中心的最低标高。（2）按设计最高流冰水位计

50、算桥面中心的最低标高（北方寒冷地区）。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计972 2）对于通航）对于通航河流河流桥面中心的最低标高1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计98 通航河流的桥面设计标高除应满足不通航河流的要求外，同时还应满足式（1-22）的要求。（1-22）式中，Htn为设计最高通航水位（m）；HM为通航净空高度（m）。1.2 1.2 桥梁总体规划设计桥梁总体规划设计993 3）各种水面升高值的确定）各种水面升高值的确定 （1）桥前最大壅水高度Z和桥下最大壅水高度Z。一般取Z=Z/2；对于山区和半山区河流，常取Z=Z；对于平原河流，常取Z=0。（2）波浪高度h