桥梁设计大赛承重组造型组2015

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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.5“欲擒故纵”原则——反向措施
结构设计中采用预先施加的“反向措施”来提高结构的承载 能力。
2.5.1“预应力”的应用
预应力作用对截面 产生了两个效果：
A.Ny作用下截面受压
B.My=Ny*ey作用下截面受弯
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2.桥梁设计构思上的一些原则
抗拉强度低 抗压强度高 造价低 养护容易
混凝土
结合梁
混凝土翼缘板
拉压强度高 压板易失稳
造价高 养护困难
钢
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.6“取长补短”原则
2.6.2混合梁的使用
在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁， 这种布置方式称为混合式主梁布置，简称“混合梁”。
结构的适用性
主要由其功能所决定
桥梁适用性 大赛中的体现
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运营荷载的需求
移动加载的体现
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1.桥梁定义和设计原则的回顾
经济要求
在安全、适用的前提下，经济是衡量技术水平和作出方案选择的主要 因素。桥梁设计应体现出经济特性。对于重大的桥梁工程，必须进行 多方案的比较，详细研究技术上的可行性和先进性以及经济上的合理 性。这样，才能对桥梁的建造消耗、施工、技术发展和今后使用等因 素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.7“移花接木”原则
2.7.5拱－斜拉组合体系桥梁
马来西亚的Seri Saujana斜拉拱桥组合体系斜拉拱桥，主跨300m
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2.桥梁设计构思上的一些原则
桥梁经济性
需按结构全寿命周期考虑
大赛中的体现
参赛模型结构质量最小化
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1.桥梁定义和设计原则的回顾
美观要求
在安全、适用和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与 周围的环境相协调，这就是对桥梁美观的基本要求。合理的轮廓造型 和布局、正确的表现力传递、以及结构风格和色彩与周围环境的和谐 一致，是体现美观的主要因素。在城市和游览地区，可适当考虑桥梁 建筑的艺术处理，但不应当追求浮华和繁琐的细部装饰。
大赛中的体现
体现受力特点的体系造型
TOC
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.1桥梁设计上的总体把握层次和环节
对
梁
桥 梁 拱 体系 索
工
程
组合
的
总
体
把
握
和
认
识
钢
砼
木
材料
组合 其他
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.2桥梁设计构思上的实用原则
桥梁设计构思需要在对结构整体行为认识深化下总结提炼出一 些指导实际工作的思维方法。
草木 皆兵
以柔 克刚
欲擒 故纵
取长 补短
移花 接木
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.3“草木皆兵”原则
结构设计中实现 “物尽其用”。
混凝土梁
自重大 刚度大 造价低 强度低
混合梁
重
轻
刚
柔
贱
贵
弱
Hale Waihona Puke 强钢梁自重小 刚度小 造价高 强度高
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重庆石板坡桥，主跨 330m
诺曼底桥，钢梁伸入主跨116米。
砼梁
混凝土梁
钢梁
多多罗桥，边跨末端设置混凝土梁。
混凝土梁
钢梁
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砼梁
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.3“草木皆兵”原则
2.3.2桁的更多应用
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.3“草木皆兵”原则
2.3.3拱与梁
拱桥
VS
梁桥
拱桥与梁桥的15 截面应Bri力dge分Dep布t of S对WJ比TU
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2.4.1“柔性”的桥梁
斜拉桥传力分析示意
对比
悬索桥传力分析示意
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.4“以柔克刚”原则
2.4.2“柔性”的构件
连续刚构桥中需要采取减小墩柱“抗推刚度”的措施，以释放收缩、降温等因素对结构 的不利影响。
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纵断面布置 横断面布置 平面布置
拱轴线优化
恒载内力计算 活载内力计算
内力组合
强度 刚度
稳定性
混凝土拱桥的设 计流程示意
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3.桥梁构思实现上的控制环节
3.5悬索桥设计的关键环节
边跨跨度Ls
主跨跨度Lc
边跨跨度Ls‘
垂度f
塔高H
边跨Ls
作用。因此，预应力布置形状可参考弯矩图的形态。
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.5“欲擒故纵”原则
2.5.2斜拉桥中“体系预应力”的应 用
跨越能力大 建筑高度小 以弯为主的压弯构件 恒载内力可调整
主梁在斜拉索支承下，就象多跨弹性支承 连续梁那样工作，使“局部跨度”显著减 小，让“整体跨度”能显著提高，主梁高 度“相对”降低。
A.组成结构的构件充分发挥作用 B.构件的断面组成能充分发挥强度性能
体系分类
梁 拱 体系 索
组合
结构层次
结构级 构件级 构造级
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.3“草木皆兵”原则
2.3.1梁与桁
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结构 安全
人员 安全
结构安全 体系安全（整体）
交通 安全
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构件安全（局部）
构造安全（细节）
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1.桥梁定义和设计原则的回顾
适用要求
能保证行车的通畅、舒适和安全；桥梁运量既能满足当前需要，也可 适当照顾今后发展；对跨越线路或河流的桥梁，要求不妨碍桥下交通 或通航；靠近城市、村镇等的桥梁，还当综合考虑桥头和引桥地区的 环境和发展；在使用年限内，桥梁一般只需常规养护维修就可保证日 常使用。
桥梁结构竞赛命题解析及对策
－2014年桥梁承重组竞赛辅导
桥梁系： 王 骑 2014年4月14日
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桥梁设计原则
讲座内容
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桥梁设计构思
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实现上的控制环节
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竞赛题目分析及构思
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往届竞赛回顾
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2.7.1拱－梁（刚构）组合体系桥梁
柔性系杆刚性拱
刚性系杆柔性拱
刚性系杆刚性拱
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.7“移花接木”原则
2.7.2连续－刚构体系桥梁
连续梁桥
VS
连续刚构桥
连续－刚构体系桥
对长大桥梁，连续刚构体系往往是刚构主体与连续梁的组合。
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.4“以柔克刚”原则
2.4.2“柔性”的（隔振）措施
希腊里翁--安蒂雷翁大桥主梁为钢和混凝土面板的叠合图梁，主梁在纵向和横向都有位 移阻尼系统。在90m直径的圆形扩大基础下，有更大范围的钢管桩群来加固地基，两 者之间为砾石垫层，在有地震或位移时可以产生滑动和缓冲，起了隔震的作用。如 果主塔基础不滑动，那么桥上就会作用很大的地震力，使结构难以抵抗，而现在的 处理方法，能消解巨大的地震力，而且也不会发生成为问题的塑性变形。
• 斜拉－悬索体系桥梁，主 跨约5000m（方案构思）。
• 林同炎设计。
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跨越墨西拿海峡（The Messina Straits)
桥梁史上跨时 代的桥梁
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.7“移花接木”原则
2.7.4斜拉－刚构组合体系桥梁
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2.桥梁设计构思上的一些原则
按抵消弯矩为目标，按弯矩图形态布置预应力钢筋形态。
荷载产生的弯矩
荷载产生的应力 叠加应力
预应力产生的弯矩
截面均匀 受压的目
标
预应力产生的轴力
预应力产生的应力
从等效荷载的角度，预应力产生的效果弯全抵消荷载弯矩，截面只受到轴力
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.7“移花接木”原则
2.7.3斜拉－悬索体系桥梁
土耳其 伊兹米特海湾（Izmit Bay）大桥[设计方案]
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直布罗陀海峡大桥（Gibraltar bridge） [设计方案]
2.6.1结合梁的使用
混凝土梁 钢梁
结合梁工作原理示意性图解
如果二者无连接，受荷弯曲时各自变形， 结合面存在相对滑移。
二者通过剪力键连接，受荷弯曲时协调变 形，结合面仅存在微小相对滑移。剪力键通 过承担水平剪力来抵抗相对滑移，使得钢、 混凝土协同受力，截面整体抗弯刚度大大提 高。
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TOC
讲座目的
围绕“桥梁”结构知识，从概念设计角度上对 设计构思方面的原则和方法进行轮廓性介绍。
目的
抛砖引玉 拨云见日
备战大赛（省赛） 形成专业思维素养
培养动手能力
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1.桥梁结构设计原则的回顾
桥梁是供汽车、 火车、行人、特殊构筑物等跨越障碍（河流、山谷 或其它线路）的建筑工程物。
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3.桥梁构思实现上的控制环节
3.3PC连续梁桥设计的关键环节
预应力布置 预应力估算
恒载内力计算 活载内力计算
内力组合
PC连续梁桥设计计算基本流程
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3.桥梁构思实现上的控制环节
3.4拱桥设计的关键环节
2.桥梁设计构思上的一些原则
2.3“草木皆兵”原则
2.3.4超强的索
大缆的断面形成
悬索桥的传力途径
单根（镀锌） 高强钢“丝”
多根钢丝 平行成“股”
TOC2
多股钢束 夹紧成“缆”
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.4“以柔克刚”原则
结构设计中采用柔性的结构、构件、构造来实现其特定的功 能预期。
主梁把斜拉索索力的水平分力作为轴力传 递，形成自锚体系结构。
借助斜拉索的预拉力，可以对主梁的内力
进行调整。
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.6“取长补短”原则
结构设计中合理搭配构件或材料组合，以使得不同构 件或材料发挥其优势特点。
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3.桥梁构思实现上的控制环节
3.2PC简支梁桥设计的关键环节
混凝土简支梁的设计关键是截面的拟定、（预应力）钢筋面积和位置设计。 二者又是相互关联的。
混凝土简支梁的设计关键：
截面尺寸设计拟定
受力计算 是纽带
预应力设计/钢筋设计
力钢筋面积
力钢筋布置
参照经验数据 参照已有图纸
估算
布置设计
2.7“移花接木”原则
2.7.6其它建筑结构的组合？
膜结 构
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Bridge Dept of SWJTU THOaCrv2eyHe TOC
3.桥梁构思实现上的控制环节
3.1桥梁结构的设计流程
结构体系确定
材料体系确定
设计及优化
细节工艺方案
结构级 构件级 构造级
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结合面
PC梁标准段 PC梁过渡段
钢加劲段 钢梁标准段
混凝土梁
钢混结合段
钢梁
钢混结合段立面过渡示意
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.7“移花接木”原则
结构设计中使用不同的受力体系相搭配，形成纷繁变 化的组合受力体系。
跨越
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1.桥梁定义和设计原则的回顾
1.2桥梁设计的基本原则 安全 适用 经济
美观
有利环保
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1.桥梁定义和设计原则的回顾
安全要求
核心要求
桥上车辆、行人及施工机具的安全，也包括桥梁本身的安全。结构在 使用年限内，在各种自然情况和荷载作用下，具有足够的承载能力和 足够的安全度，是对每一座桥梁的基本要求。