个人介绍
桥梁概念设计

主讲教师:

教师团队:共1

  • 石雪飞
学校: 同济大学
开课院系: 桥梁工程系
专业大类: 建筑学

本系列是由同济大学桥梁工程系教授石雪飞主讲的,主要分三章节来介绍,分别是现代桥梁概况、 桥梁结构体系、荷载对桥梁的作用,通过实例与理论结合的方式来进行讲述,从古至今,由国内到国外,老师讲课细致入微,幽默风趣,并且图文资料丰富,雅俗共赏。石雪飞教授认为概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动,它表现为一个由粗到精、由模糊到清晰、由具体到抽象的不断进化的过程。概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法。概念设计是完整而全面的设计过程,它通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。

教师团队

石雪飞

职称:教授、博导

单位:同济大学

部门:桥梁工程系

职位:主任

桥梁概念

桥梁

架设在江河湖海上,使车辆行人等能顺利通行的建筑物,称为桥。 桥梁一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成,上部结构主要指桥跨结构和支座系统;下部结构包括桥台、桥墩和基础;附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。

桥梁【bridge】指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。

桥梁一般讲由五大部件和五小部件组成,五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构,是桥梁结构安全的保证。包括(1)桥跨结构(或称桥孔结构。上部结构)、(2)桥梁支座系统、(3)桥墩、桥台(4)承台(5)挖井或桩基。五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件,过去称为桥面构造。包括(1)桥面铺装、(2)防排水系统、(3)栏杆、(4)伸缩缝、(5)灯光照明。大型桥梁附属结构还有桥头堡,引桥等设置。

结构分类

桥梁按照结构体系划分,有梁式桥、拱桥、刚架桥、悬索承重(悬索桥、斜拉桥)四种基本体系。

梁桥一般建在跨度很大,水域较浅处,由桥柱和桥板组成,物体重量从桥板传向桥柱。

拱桥一般建在跨度较小的水域之上,桥身成拱形,一般都有几个桥洞,起到泄洪的功能,桥中间的重量传向桥两端,而两端的则传向中间。

悬桥是如今最实用的一种桥,桥可以建在跨度大、水深的地方,由桥柱、铁索与桥面组成,早期的悬桥就已经可以经住风吹雨打,不会断掉,吊桥基本上可以在暴风来临时岿然不动。

长度分类

1、按多孔跨径总长分:特大桥(L>1000m);大桥(100m≤L≤1000m);中桥(30m<L<100m);小桥(8m≤L<30m)

2、按单孔跨径分:特大桥(L>150m);大桥(40m≤L≤150m);中桥(20m<L<40m);小桥(5m≤L<20m)

其他分类

按用途分为:公路桥、公铁两用桥、人行桥、舟桥、机耕桥、过水桥。

按跨径大小和多跨总长分:为小桥、中桥、大桥、特大桥。

按行车道位置分为:上承式桥、中承式桥、下承式桥

按承重构件受力情况可分:为梁桥、板桥、拱桥、钢结构桥、吊桥、组合体系桥(斜拉桥、悬索桥)。

按使用年限可分为:永久性桥、半永久性桥、临时桥。

按材料类型分为:木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥。

巩固方法

桥梁使道路、铁路或人行道跨越河流、湖泊、河谷、峡谷或其他道路。桥梁大多是固定的,但有些桥梁可以升起或旋转。无论是哪一类桥梁,工程师面对的设计及建筑问题是使桥梁结构牢固,不会因承受重量而下陷或破裂。解决这个问题有好几种方法。

悬臂桥桥身分成长而坚固的数段,类似桁梁式桥,不过每段都在中间而非两端支承。

梁式桥: 包括简支板梁桥,悬臂梁桥,连续梁桥.其中简支板梁桥跨越能力最小,一般一跨在8-20m.连续梁桥国内最大跨径在200m以下,国外已达240m(目前世界上最大跨径梁桥最跨是330m,是位于中国重庆的石板坡长江大桥复线桥).

拱桥:在竖向荷载作用下,两端支承处产生竖向反力和水平推力,正是水平推力大大减小了跨中弯矩,使跨越能力增大。理论推算,混凝土拱极限跨度在500m左右,钢拱可达1200m。亦正是这个推力,修建拱桥时需要良好的地质条件。

钢架桥:有T形钢架桥和连续钢构桥,T形钢架桥主要缺点是桥面伸缩缝较多,不利于高速行车。连续钢构主梁连续无缝,行车平顺,施工时无体系转换,跨径我国最大已达270m(虎门大桥辅航道桥)。

缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥) 是建造跨度非常大的桥梁最好的设计。道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空,缆索悬挂在桥塔之间。斜拉桥已建成的主跨可达890m,悬索桥可达1991m。

组合体系桥有梁拱组合体系。如系杆拱,桁架拱,多跨拱梁结构等。梁刚架组合体系,如T形钢构桥等。

桁梁式桥:有坚固的横梁,横梁的每一端都有支撑。最早的桥梁就是根据这种构想建成的。他们不过是横跨在河流两岸之间的树干或石块。现代的桁梁式桥,通常是以钢铁或混凝土制成的长型中空桁架为横梁。这使桥梁轻而坚固。利用这种方法建造的桥梁叫做箱式梁桥。

中国历史

历史和现状上看,绝大多数桥梁均架设在水面上,只有阁道桥和现代城市的行人天桥和行车天桥,是架设于高楼崇阁之间或通衢大道之上。

从对天生桥的利用到人工造桥,这是一个历史的飞跃过程。从简单的独木桥到今天的钢铁大桥;从单一的梁桥到浮桥、索桥、拱桥、园林桥、栈道桥、纤道桥等;建桥的材料从以木料为主,到以石料为主,再到以钢铁和钢筋混凝土为主,这是一个非常漫长的发展过程。然而,中国桥梁建筑都取得了惊人的成就。

著名的科学技术史学家、英国剑桥大学李约瑟博士( J. Needham )在《中国科学技术史》中说,中国桥梁“在宋代有一个惊人的发展,造了一系列巨大的板梁桥”。到了当代中国,所建造的武汉、南京长江大桥等,更受到世人称赞。可见,中国的桥梁,经过了一个从童年、少年、青年到壮年的发展过程,愈趋成熟。中国在发展桥梁方面于 14 世纪以前处于领先地位,今天,她依然是世界上举足轻重的桥梁大国。

桥梁概念设计

设计是从无到有的创造性过程,一般来说,先有构思然后再付诸于实际。对于桥梁设计,同样应该先有一个总体的设想,再进行具体结构和细部的设计。论文在总结工程设计过程的基础之上提炼出桥梁概念设计的定义。

作为具体设计的先导,桥梁概念设计的实质是对桥梁构思的总体把握,其可行性建立在经验积累、定性分析和合理估算的基础之上。论文借鉴工业设计领域中发展成熟的设计程序,创造性地提出了能够贯穿桥梁设计过程始终的概念设计新思路——桥梁的产品化概念设计。

由传统的桥梁设计过程入手,分析出包含在桥梁工程可行性研究、初步设计和施工图设计三个阶段中的总体规划部分,归纳出侧重于技术层面的狭义的桥梁概念设计。

桥梁概念设计的关键在于创新。作为创新性的集中体现,受技术、经济和美学三重影响的桥梁选型自然被推到一个显要的位置上来,成为桥梁概念设计的核心内容。论文在建立桥梁概念设计基本理念的基础之上,对桥梁选型与造型进行了重点介绍,强调了长期以来被传统设计所忽略的桥梁美学。

讨论了耐久性设计、生态设计、全寿命设计、拓扑优化等桥梁工程前沿设计理念,丰富和完善了桥梁概念设计的内容。

由于桥梁概念设计的重要性还没有得到业界的足够重视,这方面开展的研究有限,对于桥梁概念设计的表现手段,探讨了手绘设计草图、创建虚拟模型、制作实物模型等桥梁概念设计可视化方法。最后,运用桥梁概念设计理念对一些桥梁方案和实例进行了分析。

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