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公路桥梁设计设计理念探讨2010年12月29日，广东1.回顾2.设计概念3.公路桥梁设计规范中的有关问题4.大跨预应力混凝土梁式桥设计一、回顾中国：自古以来就是世界桥梁大国拱桥、索桥的修筑技术尤其突出（赵洲桥）千姿百态、百花齐放钱塘江大桥（钢桁架桥，1937年）西方国家：19世纪工业革命，出现铸铁以后才有本质的发展钢材出现后在20世纪前50年，钢结构得到了飞速的发展混凝土的历史还不到100年钱塘江大桥中国：1949年，新中国成立以后，桥梁得到快速发展，但限于设计理论、材料、施工工艺、经济等因素的制约，发展缓慢，重点解决保通的问题（从设计思想也可以看出此精神）。至1975年左右的阶段，公路桥的主要结构型式为石质材料的板桥、拱桥，木结构梁式桥，普通混凝土的多梁（板）式或整体式的板桥、T梁桥、拱桥等。（拱桥设计施工技术的发展：双曲拱桥、桁架拱桥等等）此阶段，借助前苏联的技术，编制了大量的标准图、通用图，解决了技术人员数量不足和战备等的需要。（武汉长江大桥、南京长江大桥）武汉长江大桥1957年建成(L=128m)南京长江大桥1968年建成(L=160m)中国：1975年至20世界80年代中期，属于预应力混凝土桥梁发展的黄金期，预应力技术在公路桥梁上得到快速推广应用，预应力混凝土连续梁、混凝土拱桥的跨径指标不断取得突破，预应力混凝土连续刚构桥、斜拉桥取得成功应用。广东番禺洛溪大桥中国经济的持续快速发展为公路大建设提供了的历史机遇中国：80年代末以来，公路桥梁的建设取得了突飞猛进的发展。首先从珠江三角洲开始，虎门大桥、洛溪大桥在中国现代桥梁建设史上占有相当的地位。上海建设了南浦大桥、杨浦大桥。虎门珠江公路大桥（跨径888米，270米，1997年）李国豪上海杨浦大桥（L＝602米，1993年）上海南浦大桥（1991年，L＝423米）长江干流(1999)L=1385mJiangyinBri.中国桥梁实现跨径千米突破江阴长江公路大桥（跨径1385米，1999年）“总之今天看到这个桥，我除了高兴以外还是高兴！”Bytheend2007L=1490mL=550mL=460mL=420mL=270mL=330m36km32.5kmL=1088m世界上的大跨度桥梁斜拉桥桥名国家年跨径(m)1SungaiJohor马来西亚20091,1002苏通大桥中国20081,0883昂船洲大桥香港20081,0184多多罗大桥日本19998905诺曼底大桥法国19938566仁川大桥韩国20088007南京长江第三大桥中国20056488南京长江第二大桥中国20016289白沙洲大桥中国200061810青州闽江大桥中国1996605悬索桥桥名国家年跨径(m)1Messina海峡大桥意大利20113,3002明石海峡大桥日本19981,9913西堠门大桥中国20081,6504GreatBeltEast丹麦19981,6245润扬大桥中国20051,4906Humber英国19811,4107江阴长江大桥中国19991,3858青马大桥中国19971,3779VerrazonoNarrows美国19641,29810GoldenGate美国19371,280Messina大桥MessinaStraitBridgeMessinaBridge世界：Messina大桥Messina大桥中国：广东虎门二桥湖南洞庭湖大桥琼洲海峡大桥渤海湾跨海桥隧台湾海峡大桥。。。。。小结：中国：成绩举世瞩目，正由世界大国走向世界强国（港珠澳大桥工程、苏通长江公路大桥等）1大跨径桥梁的绝多总数量已占多数2各种桥型的主跨径居前几位的已大多在中国（梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等）（衡量指标之一）3科研有重大突破—技术支撑4正在增加出现世界级的重量级人物的可能性----继续培养和建设世界级规模的大工程，解决重大通道的交通问题----特殊工程的建设正在由精品工程向极品工程发展二、设计概念土木工程与人类生存的关系：土木工程的基本任务是建造满足人类物质和精神生活需要的各种工程设施。1992年联合国《21世纪议程》确定的可持续发展战略：要在满足当代人类发展需要的同时，为后代留下一个可以持续利用的资源环境。资源是人类生存和社会发展的物质基础；能源是保障；环境是基础条件；土地是载体；灾害是主要的敌人。桥是跨越障碍的通道：1能承受自然界和人类加于其上的各种荷载----安全2一般为用常用材料通过适当的施工工艺建成，具有特定的形式和构造，满足一定的功能（车辆和行人等的通行）----功能3社会所能提供的人力物力财力是有限的----经济4形体庞大，固定在地球表面不同位置，其设计和施工的构思必须因时因地而异，逐个进行；而不能象机电产品那样按批量进行设计、制造、试验研究，而后定型生产，运销各地----使用性、适用性5分布各处，寿命长，其是否和环境协调，是否美观，时时都在对人们施加影响----美观安全是第一位的，离开了安全，其他都将成为“空中楼阁”。要做到上述要求，设计是关键，是灵魂，但这又时时受到各种因素的影响：知识上局限性以及技术上的盲从性的限制外部管理、决策体制管理和决策人员的素质、能力优秀设计——复杂问题简单化桥梁建设中需要进一步认识的几点：1对结构安全性认识不完整一定概率水平下的静力安全：强度、稳定、滑动、施工或临时荷载、使用阶段的应力水平、耐久性等一定概率水平下的动力安全等：风、地震、船撞、车撞、火、恐怖袭击等1)对历史经验教训不重视或对规范的规定理解不到位2)遗漏重要设计施工控制指标的检算3)认识不足或心存侥幸4)计算理论和计算方法不完善或未掌握5)构造设计细节不当或措施不正确2科学合理设计方案的确定1)设计方案研究及前期论证不到位2)曲解了业主或地方要求地标桥型的意图3)设计者无力或无意去帮助科学决策4)设计者对建筑材料的了解不够5)设计结果既不合理又伏隐患6)全寿命期结构使用要安全可靠设计品质优异的项目必须贯彻工程的全寿命概念，应从项目的规划开始进行全面的策划，但这又受到我国一些具体国情的实际影响，如项目系统的前期规划或策划时间一般偏短、重大技术的方案需要多方面关键行政部门和领导的确认、项目前期审批立项时间长而具体实施时间要求相对较紧等，届时，具备相应技术储备的工程技术人员应该充分发挥自己的长处，提前进入角色，把握设计的关键控制环节和流程，精心组织勘察设计工作，主动化解技术和非技术上的困难和矛盾，以平和的心态去解决问题。3进一步加强对结构耐久性的认识1)混凝土和钢材----最优组合化（原料、材性、材质、使用环境要求、养护要求）2)设计细节存在先天不足总体方案的确定需要同时考虑耐久性，可检可修可换在合适的地方选择合理的建筑材料、结构方案、施工方案3)施工工艺不到位，内在工程质量有缺陷材料性能、施工工艺和流程、分包、养护环境和条件、质量跟踪----执行力4)产品质量不过关质量与初期表面经济投入的关系，执行力（有法不依）5)腐蚀和混凝土材料的退化4适当注意结构的建筑观赏性早在现代桥梁发展初期，工程师们和公众就认识到，一座桥梁不仅为了使用而且也是一项艺术品。著名悬索桥设计师D.B.Steinman指出“没有任何人可以保持在美丽桥梁的景色前不受感动。”、“桥是显示人类渴望不断进取的纪念碑。”地标—地方标志性建筑1)设计水平及能力未到2)科学发展观不践行，建筑造型要象征（科学发展与领导拍板相结合，重视专家意见）3)财力支持及管理不到位（粗制滥造）桥梁美学的技术特点：桥梁不能一味盲目地追求美学，首先是通行功能，其次在技术与经济之间进行优化并平衡。桥梁美学的时代特性：“新”：新事物、新发展、新现象、新景观、新知识、新文化、新科技等---新理念世界顶级建筑师感叹：“只有在中国才能设计出这样的建筑！？”……5保持合理的设计施工周期科学决策与国情相结合1)项目前期议而不决，真正实施时周期太短2)前期规划和论证相对粗糙，相关支撑性基础研究不够3)设计及施工方案未及深入优化而仓促定案4)上级领导根据政治形势定工期－－层层施压5)下级不惜代价赶工期－－处处蒙蔽（质量隐患和投资浪费）------要敢于向政府主管部门和业主提供技术性建议桥梁结构的设计应提倡：1.复杂问题简单化，通过自己的巧妙设计使原本复杂又难于施工结构变得受力简单，施工方便2.使用功能与建筑景观的和谐统一，结构首先要具备实用的功能，要真正体现以民为本并非个别人的主旨3.技术创新不求奇异，技术进步并非靠结构奇异和浪费投资4.因地制宜不生搬硬套，不以破纪录为目标，不盲目克隆国外设计5.注重细节和耐久设计，优秀设计必须注重每一细节，经受实践考验１．标准规范的定位作用：行为的基本规范、依据，但不是法律两个主要误区：一是唯标准规范为上，二是不把标准规范当正事。规范是以往工程实践的总结，不可能完全适用各种情况。计划经济年代养成技术人员过分依赖规范的习惯并一切唯规范是从的行动准则，使他们的设计行为变成只对规范负责，而不是首先对工程质量负责规范的错误定位，束缚了技术人员的创造性，阻碍了技术进步。市场经济条件下，规范的作用只建立在业主与设计、施工企业之间的合同或契约基础上，作为共同认可的进行工程的一种规则，如果牵涉到违法，也只反映在是否存在违约的行为上。对于特别复杂的工程，可以对特殊内容制定专门设计、施工、质量评定标准。三、公路桥梁设计规范中的有关问题技术标准规范中的要求只是最低要求英国土建工程设计与施工的各种标准的第一页，都写有：遵守英国规范（标准）本身，并不给予豁免法律责任美国ACI混凝土结构设计规范的第一章、第一句话：“本规范提供设计与施工……的最低要求”。美国公路部门ASSHTO桥梁设计规程的第一章第一节中写道：“本规程无意取代设计人所具有的专门教育和工程判断的训练，仅在规程中规定为保证公共安全的最低要求。业主或设计人可能需要在设计中采用新的先进技术，或需对材料及施工质量提出更高的要求”。与此相反，我国现行规范带着短缺计划经济年代的深刻烙印，回避最低要求的提法，并时常在客观上暗示标准规范要求的唯一性。不满足规范要求的结构，多半是不合格的结构；满足规范的结构，不一定就是合格的结构•规范是以往工程实践的总结，是通过一定的方式由政府有关部门批准颁布的，有它存在的合法性，原则上应遵照执行•结构设计规范或设计技术标准，不同于产品标准•每一结构工程有强烈的个性，盲目套用规范条文的工程很可能成为不合格的事故工程•遵守技术规范的条文，并不能作为推卸事故责任的依据2．设计标准的演变我国公路桥梁设计标准的演变20世纪50年代：《公路工程设计准则》60年代：《公路桥梁设计规范》（试行）（1961年9月）70年代：《公路桥涵设计规范》（1975年）《公路预应力混凝土桥梁设计规范》（1978年）80年代：《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-85、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTJ022-85、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-85、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ023-86、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-86等进入21世纪：《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004、《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004等3.设计理论的基本演变(1)容许应力法（构件抗力指标上的Ｋ代表平均水平）(2)破损阶段设计法（定值极限状态设计方法）（荷载强度指标上的Ｋ同样代表平均水平）(3)以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法（显示了结构的可靠程度与拟承担的风险之间的直接关系）以往的容许应力设计方法也具有一定的概率的含义。概率极限状态设计方法的水准；水准I—半概率设计法；水准II—近似概率设计方法；水准III—全概率设计法。结构可靠度的定义：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。规定条件--正常设计、正常施工和正常使用规定时间--设计基准期预定功能--安全性、适用性、耐久性（总称为结构的可靠性）勘察设计：1建设条件的评估及相应的基本对策（地形、地貌、工程地质、地震、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