毕业设计（论文）-鄂州市方家园桥设计.doc

武汉科技大学城市学院毕业设计（论文） 鄂州市方家园桥设计摘 要斜拉桥，又称斜张桥，是指一种由一条或多主塔与钢缆组成来支撑桥面的桥梁。是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有30余座，仅次于德国、日本，而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。本设计为墩、塔、梁固结的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，选择桥梁专用软件Madis 可视化结构计算软件来建模分析，先采用刚性支承连续梁法计算在自重作用下成桥状态斜拉索的受力，从而设计出拉索的截面尺寸，斜拉索全部安装后，一次性整体张拉到位，无需进行索力的二次调整。进而建立整体结构模型，计算该桥在自重、汽车的作用效应。然后进行主梁的作用效应组合，并估算预应力筋。 关键词： 斜拉桥； 结构设计； 主塔； midasDesign of Ezhou City home bridgeAbstractThe cable-stayed bridge, cable-stayed bridge and mean one by one or more of the main tower and wire to support the bridge deck. Is by the pressure of the tower, the tension of cable and the combination of curved beam element is a structural system. It is considered to be a lasso instead of piers across more elastic support continuous beam. It can reduce beam bending moment in the body, reduce the building height, reduced the weight of the structure, saving materials. Cable-stayed bridge is composed of towers, girders and cables.Cable-stayed bridge is one of the most popular bridge long-span Bridges in our country. So far built or under construction of cable-stayed bridge with a total of more than 30 seats, second only to Germany, Japan, and the third world. And the number of long-span concrete cable-stayed bridge has been the first in the world.This design for consolidation of the twin towers ShuangSuoMian pier, tower and beam prestressed concrete cable-stayed bridge, bridge choose specialized software VSES visual structure calculation software for modeling analysis, first by rigid support continuous Liang Fa calculation under the action of gravity into the bridge state of cable, so as to design the section size of cable, all cables installed, one-time whole tensioning in place, the need for cable force of the second adjustment. To establish the overall structure model, the calculation on the effects of gravity, car. Then the effects of main girder, and estimate the prestressed reinforcement.Key Words: Cable-stayed bridge； Structure design； The main tower； Midas目 录摘要 1Abstract 21 绪论6 1.1 引言 6 1.1.1 斜拉桥的概述 6 1.1.2 斜拉桥在国内外的应用 6 1.1.3 斜拉桥的发展趋势 81.2 斜拉桥的主体构造 8 1.2.1 主梁 8 1.2.2 索塔122 项目背景及设计资料142.1 项目背景 142.2 设计要求 14 2.2.1 设计标准142.2.2 水温地质资料 14 2.2.3 主要技术规范 173 桥型与结构形式 18 3.1 桥型调研 18 3.1.1 斜拉桥资料 18 3.1.2 连续梁桥资料 18 3.1.3中承式钢管混凝土拱桥 19 3.2 桥型方案 20 3.1.1 设计原则20 3.1.2 方案一：双塔双索面斜拉桥 20 3.1.3 方案二：三跨预应力混凝土连续梁桥 23 3.1.3 方案三：中承式钢管混凝土拱桥 24 3.3 方案比选 264 桥梁结构计算28 4.1 计算原则及计算方法 28 4.1.1 计算原则28 4.1.2 计算方法28 4.2 材料参数 28 4.2.1 混凝土28 4.2.2 预应力钢材 29 4.2.3 斜拉索 29 4.2.4 桥面铺装29 4.2.5 伸缩缝29 4.3 荷载效应组合 29 4.3.1 主要设计荷载 30 4.3.2 主梁的作用效应组合 30 4.3.3 主梁的内力组合 324.4 自重(横载)作用324.4.1 一期自重324.4.2 二期自重 335 结构整体建模分析计算 34 5.1 桥梁基本数据34 5.2 合理成桥状态索力的计算方法简介 35 5.3 基于未知荷载系数的初拉力计算 35 5.4 汽车荷载(活载)作用下各控制截面的内力406 预应力钢束估算及布置 43 6.1 钢束估算 436.1.1 估算方法436.1.2 计算理论 43 6.2 预应力钢束的布置 48 6.2.1 布置原则 48 6.2.2 预应力钢束的布置 49结 论50参考文献51致 谢52附录1 外文参考文献（译文）53附录2 外文参考文献（原文） 57附录3 斜拉桥图纸58附录4 连续梁桥图纸 59附录5 拱桥图纸 60附录6 主梁截面图 61附录7 钢筋配置图 621 绪论1.1 引言随着结构分析方法和施工技术的不断发展以及高性能材料在工程中的应用，现代斜拉桥建设在世界范围内得到了迅速发展。同时，混合梁斜拉桥因其结构自重轻、受力性能良好、施工方便快捷等优点，在各大桥方案比选中屡屡脱颖而出，展现出其极大的竞争力和优越性。1.1.1 斜拉桥的概述斜拉桥以其良好的受力性能、较好的跨越能力、多姿多彩的结构造型及良好的抗震能力和成熟的施工方法等特点，在世界范围内桥梁工程中得到广泛的应用。其中，结构分析方法的进步对大跨度斜拉桥的发展起到了关键性的推动作用。斜拉桥属于组合体系桥梁，同时属于缆索承重结构体系，一般表现在柔性的受力特性，其基本承载结构由加劲梁、主塔和斜拉索三部分组成。实际设计时三者是密不可分的。它是由斜拉索将索塔、主梁连接在一起，使得整个结构形成一种以自身的稳定来维持平衡的高次超静定结构体系。根据侧重点的不同，斜拉桥可分类如下：1. 按梁的用材分类，可分为钢斜拉桥、混凝土斜拉桥、结合梁斜拉桥和混合梁斜拉桥。2. 根据孔跨布置分类，可分为独塔双跨式斜拉桥、双塔三跨式斜拉桥和多塔多跨式斜拉桥等。3. 按索面位置分类，可分为单索面斜拉桥、双索面斜拉桥和三索面斜拉桥。4. 根据索面形状分类，可分为辐射形、竖琴形和扇形斜拉桥。5. 按照塔梁墩相互结合方式分类，可分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系。6. 按照斜拉索的锚固方式分类，有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。7. 按照塔的高度不同，可分为常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系。1.1.2 斜拉桥在国内外的应用世界上第一座混合梁斜拉桥建于原西德，即 Kurt-Schuacher 桥，建于 1972 年，该桥连接曼海姆和路德维希港，桥梁跨度为 287.04m+146.41m，系独塔斜拉桥，钢梁与预应力混凝土箱梁的连接断面设在桥塔处，钢梁与预应力混凝土箱梁的结合方法为剪力键加预应力粗钢筋。在对 Kurt-Schuacher 桥的断面形状、塔的材料等进行改进后，跨度不断加大。1979年又建成了主跨达 368m 的 Flehe 桥，该桥横跨 Dusseldorf 河，其结合段设在桥塔断面处。此桥的建成对欧洲其他国家产生了一定的影响。挪威 1978 年建成的 Bybura 桥，跨度不大，但也是一座混合梁斜拉桥。瑞典的桥梁工程技术人员也不甘落后，于1980年在更换Tjorn老桥时建成了一座主跨达366m(钢梁的长度为 386m)的混合梁斜拉桥，跨度超过了弗来埃桥。 与此同时，以欧洲为中心，先后又建成了为数不少的不同跨度的混合梁斜拉桥、混合梁连续梁桥。乌克兰基辅第聂伯尔河桥，其主跨为 564.5m 的斜拉桥，其主孔跨度为 271m，以斜拉桥的独塔为分界点，在该桥塔的主跨侧的加劲梁采用钢箱结构，而边跨侧则为按节段式施工的预应力混凝土箱梁结构，该桥为公路铁路两用斜拉桥。1988 年，位于北美洲的墨西哥建成的 Tampico 桥。为了减小边跨的负反力，将主跨做成轻而薄的钢结构，将边跨做成较重的钢筋混凝土结构，二者结合处沿桥轴线方向施加预应力，使其形成整体。Tampico 桥的主跨 360m，钢箱梁长 293.5m，即两侧的钢筋混凝土结构分别伸入主跨 33.25m。法国的桥梁工程技术人员对混合梁斜拉桥的建设非常关注，于 1995 年一举建成主跨达 856m 的诺曼底(Normadie)桥，成为世界上第一个建造主跨接近 1000m 斜拉桥的国家。日本是最先尝试混合梁斜拉桥的亚洲国家之一。日本在引进国外先进技术上进步较快，以大阪大和桥(主跨 83m)为起点，陆续建成数座混合梁斜拉桥。1985 年建成秩父桥、十胜中央桥；1991 年建成的生口桥，主跨为 490m；1997 年建成浜名湖桥；1999年建成的多多罗大桥主跨达 890m，至今仍保持其跨度的世界纪录。2001 年建成的木曾川桥，是一座混合梁四塔部分斜拉桥。武汉白沙洲长江大桥的主跨为 618m，于 2000 年建成，一举成为当时国内同类型桥梁之最。2000 年，台湾高屏溪桥建成，该桥是独塔斜拉桥，主跨为 330m，天津海河桥也是独塔斜拉桥，主跨为 310m。2001 年舟山桃夭门大桥顺利建成，设计人员合理地利用桥址处的地形，两桥塔设在两侧岛屿的海岸边，将主跨定为 580m，用混凝土梁来平衡主跨的重量，虽然该桥的跨度不是国内第一，但设计人员的构思都不同于礐石大桥、白沙洲长江大桥，其表现之一就是结合段的构造细节处理。香港昂船洲桥，主跨达 1018m，堪称同类型桥梁之最，超过了日本多多罗大桥。1.1.3 斜拉桥的发展趋势我国在混合梁斜拉桥建设方面起步较晚，但发展的速度迅猛。国内首座混合梁斜拉桥是 1996 年建成通车的上海徐浦大桥，其主跨为 590m，超过日本生口桥 100m。1997年香港汲水门大桥建成，该桥为公铁两用斜拉桥，主跨也达到 430m。1999 年汕头礐石大桥建成通车，该桥主跨 518m，加劲梁采用混合梁型主梁后，既满足了中跨和边跨主梁的重量平衡，又保证了端部锚索的稳定，改善了塔在纵向的受力。混合梁斜拉桥的数量不断增加，跨度纪录不断更新。据不完全统计，在全世界范围内共建成 23 座，其中主跨大于 500m 以上者共 13 座，其中，我国占 6 座，混合梁斜拉桥的发展速度及大跨度斜拉桥发展的趋势可见一斑。（1）今后的斜拉桥在结构体系上仍以飘浮式或半飘浮式体系为主，其主要日的是为了抵抗地震和温度的影响。(2)主梁材料方面，混凝土斜拉桥仍然将是斜拉桥的主要形式。但对于超大跨径的斜拉桥而言，叠合梁及复合桥面系统将具有更大的竟争力。(3)塔和索的形式也将随着斜拉桥跨径的增加而取得新的进展。价如将不断采用双塔对称、单塔非对称、多塔多跨等形式以满足桥梁的功能要求及与环境的协调效果:同时，为解决斜拉桥跨径增大刚度反而降低的矛盾，将采取增加辅助索等方式，这些都对锚固构造提出了更高的要求。(4)在结构分析方面，将考虑结构的初始内力等，对动静力的分析也将更加深入。有权威专家甚至认为，随着世界建桥技术的不断发展，21世纪建造跨度将在1600m的斜拉桥将成为现实。1.2 斜拉桥的主体构造1.2.1 主梁 斜拉桥主梁与其连接的桥面系，直接承受着车辆荷载，是斜拉桥的主要受力构件之一。由于斜拉桥主梁受到高强度斜拉索的支承作用。同时，斜拉索锚固于塔柱并悬吊起主梁，因此它的受力性能不仅取决于主梁自身，同时与塔柱的刚度与高度、梁塔的连接形式、拉索的刚度与型号等有粉密切的关系。 1主梁与其他体系桥梁相比，具有以下几个特点: (1)梁跨越能力大。由于主梁在拉索的支承下，与弹性支承连续梁相似，使实际跨度显著缩小。 (2)主梁的建筑高度减小。由于拉索作中间弹性支承，虽然跨径增大，但梁高可以设计的较矮，且一般均做成等截面，这样不仅简化施工，满足桥下净空.而且降低了整个路线及引桥的高度，从而节约投资。 (3)拉索自锚于主梁上，拉索的水平分力作为轴力传递口对于混凝土桥梁，其抗压能力高，杭拉能力差，使梁身得到免费的预应力，即充分发挥了材料特性，十分有利。 (4)借助于拉索对主梁的预压力，对于混凝上主梁还可以消除混凝土收缩和大部分徐变产生的附加内力，使主梁在成桥状态达到较理想的受力状态. (5)主梁、塔柱和拉索组成空间立体结构，增加结构的稳定性，其静动力性能良好。 (6)适用于传统的大跨径施工方法，另外还可以借助斜拉索的联合作用，来减轻机具对结构的影响，提高施工的安全性。 斜拉桥主梁自重应尽童减小，一般梁高与主跨比h/L变化范围在1/50-1/100，对密索体系大跨径斜拉桥，比值可小于1/200；索面要按抗扭刚度确定。特别适合于混凝土桥面，此时无需刚度很大的主梁。主梁刚度越大纵向弯矩越大，因此应选择尽可能柔的桥面系。由此导致很柔的断面的发展，h/L甚至达到了1/500。2主梁截面混凝土斜拉桥在我国起步较晚，在20世纪70年代才陆续出现几座突出的混凝土斜拉桥，开创了新的截面形式.比较典烈的截面形式有6种。(1)板式截面形式高跨比可以做得很小.比较适合双索面。板式截面结构构造简单，抗弯抗扭能力均较小，截面效率低，但施工方便，仅适应于双索面式窄桥。典型断面如图所示。 1.1板式截面（尺寸单位：cm）(2)双边肋式双边肋结构构造简单，抗扭能力较小，但施工方便，仅适应于双索面，桥宽在30m以下，梁高在150250cm、单肋宽在150-200cm的主梁。典型断面如图所示。1.2双边肋式断面（尺寸单位：cm）(3)双边箱 双边箱主梁比较适合双索面。此结构有效地减轻了结构的自重，抗风性能好，外形美观，宜用于双索面结构，典型断面如图所示。1.3双边箱断面（尺寸单位：cm）(4)单箱加斜撑式 单箱加斜撑式主梁适应于单索面。此结构采用斜腹板，可减小墩台尺寸，抗风性能好，结构抗弯性能优异，外形轻巧美观，比较适应于单索面或桥中央双索面。典型断面如图所示。1.4单箱加斜撑式断面（尺寸单位：cm）(5)单箱多室截面单箱多室主梁适应于单、双索面。典型断面如图所示。1.5单箱多室截面（尺寸单位：cm） (6)三角形箱形截面 三角形箱形截面抗扭刚度大，对抗风比较有利，适应于单、双索面。典型断面如图所示。1.6三角形箱形截面（尺寸单位：cm） 从上可以看出，闭口箱形截面形式、双主肋截面形式和边箱主肋截面形式是斜拉桥主梁截面形式中具有代表性的三种形式.随着密索体系的出现，梁高不断降低，主梁越来越纤细，横截面形式从传统的封闭式箱形断面逐步向扁平的双主肋断面演变。主梁两边可采用空心箱形式或实心主肋形式.边箱梁形式抗扭刚度远大于边实心主肋形式，边实心主肋形式在施工构造方面相对简单，主梁形式的选择可以由经济技术比较来决定。而对于密索单索面体系，横截面仍孺用抗扭刚度较大的箱形截面，梁高能适当降低，变成扁薄的流线形断面。1.2.2 索塔作用于斜拉桥主梁的部分荷载通过拉索传递给索塔，因而索塔是通过拉索对主梁起弹性支承作用的重要构件，索塔承受轴向力和弯矩作用，是一个偏心受压构件，索塔设计应满足强度、刚度和稳定性要求。索塔的结构形式及截面尺寸应根据索塔自身的强度、刚度、稳定性、拉索布置、桥面宽度、主梁截面形式、下部结构及桥位处的地质、地形等因素综合考虑确定，同时还要考虑施工简便、降低造价及造型美观等要求。1)索塔的结构形式 斜拉桥索塔在横桥向的形式(图1-2)有单柱型、三柱型、H形图、门形、双柱型等。塔梁固结、塔墩分离时，作用在主梁和索塔上的荷载通过塔梁连接处设置在塔梁下的支座传递给下部结构。索塔为单柱型的斜拉桥抗扭性能由主梁提供，主梁为抗扭刚度大的箱形截面梁，特别是梯形箱梁。单柱型索塔设置在桥面中央分隔带上。图1.7 常见索塔的结构形式 我国漳洲战备桥、小西湖大桥、离石高架桥、口本的木曾川桥、揖斐川桥、士狩大桥等均采用单柱型索塔，塔梁固结体系。塔梁墩刚性固结时，塔梁上的荷载通过桥墩直接传到基础中去，我国的同安银湖大桥，口本的新名西桥采用的是单柱型索塔、刚构体系。双柱型、H形、门形索塔适用于双索面部分斜拉桥。双柱型索塔的两个塔柱间无连接构件，在双柱型塔柱之间设置横梁即形成H形、门形索塔。双柱型、H形、门形索塔既可采用直塔柱、斜塔柱，也可采用折线型塔柱。双柱型、H形、门形索塔的部分斜拉桥可采用塔梁固结体系、支承体系、刚构体系。口本的蟹泽桥采用的是双柱型索塔，塔梁固结体系。口本的屋代南桥、屋代北桥、小田原塔港桥、冲原桥、又喜纳大桥、保津桥等均采用双柱型索塔、刚构体系。口本的友好桥采用的是门形索塔、支承体系。三柱型索塔适用于双幅四索面部分斜拉桥。口本的都田川桥采用三柱型索塔、刚构体系。 2)索塔锚固方式 由于拉索强大的集中力作用，索塔与拉索的连接上存在着强大的应力集中现象，因此，索塔锚固处应力十分复杂，索塔锚固区构造应综合考虑应力分布、锚固构造要求、施工工艺等因素。它与拉索的布置、根数、组成、索力大小、换索要求及张拉方法等多种因素有关。2 项目背景及设计资料2.1 项目背景此桥为316国道在鄂州境内跨长港和新港的大型桥梁，是鄂州市西部交通的主要通道，此桥位于樊口大闸上游300米处、既有铁路桥下游约1公里。2.2 设计要求2.2.1 设计标准设计荷载：公路级；桥梁横向坡度：1.5%；行车道数：双向四车道；计算行车速度：60公里/小时；通航标准：航道等级为（3）级；最高通航水位：按黄海高程16.979m考虑；通航净空高度为8m，单孔单向通航净宽为40m；行车道数：双向2车道；设计洪水频率：100年一遇；地震烈度：桥位区域地震动加速度为0.05g，相当于地震基本烈度为度，按度采取抗震设施。其它技术指标均按交通部现行公路桥梁设计规范、规程、标准、定额执行。2.2.2 水温地质资料 1)地形地貌大桥桥址区河道两岸居民建筑物稠密，由于新港、长港河道的疏通，在近岸形成3060的陡坡，勘测期间长港水面宽约95米，新港水面宽约154米，水深达7.5米。长港、新港两河道中间由河道疏通堆积而成的新河坊小洲，在桥中线附近有一高压线塔，桥中线下游50米处为鄂州钢铁集团的取水水塔。拟建该桥里程为CK3+662.460CK4+110.760，地面高程18.13323.87米，此段人口稠密，厂矿较多。2)地质条件工程场区均为第四系地层所覆盖。第四系地层主要由全新统河流冲积物（Q4al）、湖积物（Q4l）及上更新统残积物（Q3el）组成，厚1070米，由东向西逐渐变厚；基岩主要为三叠系大冶群浅海相沉积地层（T1dy）、白垩系（K-R）陆相沉积地层及喜山期火山岩玄武岩（）。据钻孔揭示岩土层工程地质特征详述如下：1填筑土：灰黄色，成分以软塑硬塑状亚粘土、粘土为主，混少量砖块、瓦砾等物，分布于两河道两岸及新河坊桥中线一带，层厚1.08.35米；2种植土：灰黄色，成分以软塑亚粘土、粘土为主，含植物根系，分布于两河道两岸近暗一带，层厚1.0米；3淤泥：灰色，流塑状，质均，含腐殖质，具腥臭味，含少量贝壳碎屑等物，分布于两河道表层，层厚0.63.10米；1粘土：棕黄灰黄色、灰色,软塑状,局部硬塑，质均,分布于樊口岸至新河坊一带,层厚3.1012.7米;2亚粘土:灰黄色,硬塑状为主,局部软塑，质均,含灰斑、锈斑，分布全桥址区，层厚3.516.0米；2-1亚粘土：灰黄色,软塑状,质均,含灰斑、锈斑，仅分布钻孔CZ8附近，层厚2.50米；2-2粘土：灰黄色,软塑状,质均,含灰斑、锈斑，呈透镜体分布里程K3810K3880一带，层厚1.85.0米；1亚粘土：灰色,软塑状,局部流塑，质较均,局部夹中粗砂薄层，全桥址均有分布，层厚9.3013.30米；6圆砾土：灰色,密实,饱和，含卵石1015%，磨圆度中等，成分以砂岩、灰岩等为主，卵砾间充填物为粉细砂及粘性土，仅分布0#墩（里程K3670）附近，层厚4.20米；1W3强风化玄武岩：灰色，大部分矿物风化变质，风化呈粘性土夹碎石土状，含碎块1530%，直径多13cm，分布于0#墩2#墩（里程K3+670K3+730）一带，层厚2.002.80米；1W2弱风化玄武岩：灰色，斑状结构，块状构造，部分矿物风化变质，裂隙较发育，部分裂隙充填石英脉，取出岩芯多呈10cm短柱状及碎块状，分布于0#墩2#墩（里程K3+670K3+730）一带，层厚1.505.90米；1W1微风化玄武岩：灰色，斑状结构，块状构造，裂隙较发育，部分裂隙充填石英脉，取出岩芯多呈10cm短柱状及少量碎块状，分布于0#墩2#墩（里程K3+670K3+730）一带，层厚11.70米；1W3强风化砾岩：紫红色，大部分矿物风化变质，风化呈粘性土状，含碎块30%，全桥址区零星分布； 1W2弱风化砾岩：紫红色，砾状碎屑结构，层状构造，部分矿物风化变质，裂隙较发育，局部为强风化，取出岩芯多呈10cm柱状、长柱状，岩质稍硬，局部有溶蚀现象,形成0.21.2米不等的溶洞,洞内基本无充填。2W3弱风化泥质砂岩：紫红色，岩石风化严重，呈砂质粘性土状，含少量风化残块，分布于10#墩12#墩（里程K3+970K4+040）一带分布；2W2弱风化泥质砂岩：紫红色，泥质砂状结构，层状构造，取出岩芯多呈10cm柱状，岩质稍软，5#墩12#墩（里程K3+810K4+040）一带分布；3W1微风化砂质泥岩：紫红色，泥质结构，层状构造，裂隙不甚发育，仅见有一组70裂隙，取出岩芯多呈 10cm柱状、长柱状，岩质软，仅12#墩揭示；地质资料详见地质剖面图。 3)水文新港、长港河属于梁子湖水系，其水位每年虽按季节发生变化，但基本属人工控制湖河体系，总体上受樊口大闸等节制闸的调节，设计水位为18.260米，最高通航水位为16.979米，最低通航水位为12.531米。 4)气象桥位区属中亚热带季风气候区北缘，多年平均气温16.9，一月最低，月平均气温-4.1，7月最高，月平均气温30 。最大风速17m/s。 5)航道根据湖北省交通厅港航管理局鄂交港航函20053号文，省港航局关于鄂州市樊口大桥有关通航问题的复函，梁子湖干流航道规划等级为（3）级，通航净高8m，单孔单向通航净宽40m，设计最高通航水位为16.979m。2.2.3 主要技术规范1中华人民共和国行业标准公路工程技术标准JTG B01-2003，人民交通出版社，2003.2中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004，人民交通出版社，2004.3中华人民共和国行业标准公路圬工桥涵设计规范JTG D61-2005，人民交通出版社，2004.4中华人民共和国行业标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004，人民交通出版社，2004.5姚玲森.桥梁工程.第二版，北京：人民交通出版社，2008.3 桥型与结构形式3.1 桥型调研3.1.1 斜拉桥资料桥名（双塔斜拉桥）跨径布置边主跨比主梁宽度铜陵长江公路大桥190+432+1900.44023武汉白沙荆州长江公路大桥230+618+2300.37229南京长江二桥南汊桥305+628+3050.48633.6日本多多罗大桥270+890+2300.30330.6表3-1 斜拉桥部分参数斜拉桥一般有两种布置方式:双塔三跨式和独塔斜拉式。斜拉桥的边主跨比与斜拉桥的整体刚度端锚索的应力变幅有很大关系。就双塔式而言，对于活载比重较小的桥梁，合理的边主跨比一般为0.4-0.45，对于活载比重较大桥梁，边主跨比宜为0.20-0.25，同样道理，钢斜拉桥边跨应比相同跨径混凝土斜拉桥的跨径小。 表3-1列出了一些双塔斜拉桥参数。 塔的高度决定着整个桥梁的刚度和经济性。双塔三跨式的高跨比一般为1/4-1/7，独塔双跨式一般为1/2.7-1/4.70 索面位置一般有三种:单索面、竖向双索面、斜向双索面。索面形状一般有:辐射式、竖琴式、扇形。 主梁的高跨比的正常范围:对于双索面情形:1/100-1/150;对于单索面情形:1/50-1/100，宽跨比不宜小于1/l00。3.1.2 连续梁桥资料 连续梁桥施工技术成熟可靠，理论成熟，是较早的桥梁形式。梁体连续，行车平顺，墩、梁分离，温度引起的次内力较小。与刚构桥相比，连续梁桥对基础要求较低，适合各种地基。 主梁大都采用不等跨变截面布置，以适应内力的变化。主梁底部的线性按等载强比原则选定线形，与变截面连续梁桥相类似。对于多于两跨的连续梁桥的边主跨比一般在0. 6-0. 8之间，当采用箱型截面的三跨连续梁时，边孔跨径甚至可以减少至中孔的 0. 5-0. 7倍。有时为满足城市桥梁或跨线桥的交通要求而需加大中跨跨径时，也可将边主跨比定在0. 5倍以下，此时需注意端支点负反力。主梁一般采用箱形截面，跟部截面的高跨比一般为1/16-1/18，跨中截面一般为1/1. 5-1/2。表3-2中列取了一些连续梁桥的参数。桥名跨径布置边中跨比截面（cm）形式顶板厚腹板厚底板厚南京长江二桥北汉桥90+3*165+900.545两单箱室2840-9032-140广湛高速九江大桥50+100+2*165+100+500.625两单室箱2840-9032-140云南六库大桥85+154+540.552单室箱18-434430-120荆州三八洲桥100+6*150+1000.667两单室箱18-4340-7032-115湖南白沙大桥90+150+900.6单室箱18-4340-7028-100肇庆西江大桥87+4*136+870.640单室箱2550 65 7530-100常德沉水大桥84+3*120+840.7单室箱3046-6830-85表3-2续梁桥的部分参数3.1.3 钢管混凝土拱桥资料钢管混凝土拱桥是近几年来兴起的一种桥型，它属于钢一一混凝土组合结构中的一种，以受压为主。它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而具有抗压强度和抗变形能力。此外钢管混凝土拱桥还具有整体性能较好、强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击等特点。表3-3中列出了国内部分采用钢管混凝土的拱桥。桥梁名称主跨(m)结构形式矢跨比(f/L)拱轴线形拱肋截面湖南南县茅草街大桥368飞雁式1/5m=1. 543悬链线四管桁式四川巫山长江大桥460中承式1/3.8m=1. 55悬链线四管桁式(变高)广西南宁永和大桥338中承式1/4.5四次抛物线四管桁式浙江淳安南浦大桥308中承式1/5.5m=1. 167悬链线四管桁式上海卢浦大桥(刚桥)550飞雁式1/5重庆梅溪河大桥288中承式1/5悬链线四管桁式广西三岸泡江大桥256中承式1/5m= 1. 167悬链线四管桁式广州丫髻沙大桥360飞雁式1/4.5m=2. 0悬链线六管桁式(变高)浙江铜瓦门大桥238中承式1/4.82修正二次抛物线四管桁式表3-3钢管混凝土拱桥部分参数3.2 桥型方案3.2.1 构思宗旨 1)符合交通发展规划，满足交通功能需要及通航要求; 2)桥梁结构造型简洁，轻巧; 3)设计方案力求结构新颖，尽量采用具有特色的新结构，又要保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。3.2.2 方案一 双塔双索面斜拉桥1) 总体布置 100m+ 248m+100m=448m，边主跨比为100/248=0.40。如图3-1。索塔总高度73m，桥面以上有效高度与跨径之比为1 /8。图3.1斜拉桥立面图2) 方案构思 由于河床高差不明显，地质条件良好，岩层较浅，可以考虑采用双塔双索面斜拉桥方案，利用100m的边跨作为通航孔。该方案采用塔梁墩固结体系。本方案采用H形混凝土塔。3) 主梁主梁采用预应力混凝土肋板式结构，双主肋高为2.4m，标准梁段肋宽1.7m，梁顶宽23.5m，桥面板做成1.5%的双向横坡，全宽24m。板厚0. 32m。高跨比为1/93。梁上索距边跨为5m，中跨为6m。图3.2斜拉桥主梁断面4) 斜拉索 斜拉索采用直径为7mm的低松弛高强平行镀锌钢丝束。斜拉索外层防护采用热挤双层PE防护套。边跨斜拉索标准间距为5m，中跨斜拉索标准间距为6m，横向间距为17m。全桥共设2*20 4对斜拉索。主塔两侧斜拉索的设计以避免产生较大的塔身弯矩为原则。斜拉索两端用冷铸分别锚固于索塔和主梁上。 5) 塔柱 考虑塔柱受力及施工方面的因素，拟定的断面尺寸如下:采用H形塔，总高73m,锚固区为21m，最外侧拉索距塔顶1m，桥面以上塔高58m，高跨比0. 13，顺桥向塔身宽6m，横桥向塔柱宽为4m。塔截面为空心截面，壁厚顺桥向1. 00m，横桥向0. 5m，索塔内壁采用l0mm厚的钢板护壁。底部实心段高度为2m。上横梁以上为斜拉索锚固区。采用环向预应力混凝土结构。斜拉索在塔上间距均为1.0m，为避免斜拉索产生塔内截面附加弯矩，边中跨斜拉索在塔柱上的锚固点高度按照斜拉索与塔内壁交点对齐的原则确定。上下横梁均为单箱单室断面。上横梁长度为24m，断面尺寸为5m(宽)* 4m(高)，壁厚为0. 6m;下横梁长度为26m,断面尺寸为5m(宽)X 4m(高)，壁厚0. 8m，下横梁设主梁支座。上、下横梁皆为预应力混凝土结构。图3.3斜塔断面6) 塔基 塔基采用群桩基础，基础底深入基岩中，长度均为28m。7) 引桥 引桥沿用连续梁桥方案中的先简支后连续预应力混凝土简支梁桥。8) 施工方案 该方案可先施工引桥，两侧引桥预应力混凝土T梁可以采用现场预制吊装。斜拉桥主塔较高，可采用爬模施工方法，在主塔施工的同时可进行主梁施工，首先在主塔横梁浇筑7m的0号块并作临时固结，然后按每节段Sm采用挂篮悬臂浇筑对称施工，待主跨混凝土达到12m后开始悬臂吊装混凝土节段，待主桥合拢后对斜拉索重新张拉一遍。3.2.3 方案二 三跨预应力混凝土连续梁桥1) 总体布置20m+ 125m+ 170m+ 125m+8 =448m，中跨与边跨之比为1: 0. 735。如图3-4。图3.4连续梁桥立面图2) 方案构思 国外连续梁桥最大跨径达260m，目前国内己建最大跨径己达到165m(南京长江二桥北汉桥)。 本方案采用了170m的大跨径，边主跨比设为0. 735，可减小主墩偏心弯矩。引桥采用先简支后连续预应力混凝土简支T形梁桥，桩基与桥墩顺接，横系梁将横桥向桩基连接。3) 上部结构设计连续梁桥主梁为变截面单室箱梁，墩顶梁高9m，高跨比为1/18. 89，跨中梁高3. 5m,高跨比为1/48. 57，箱梁顶宽20.5m，底板宽12m,悬臂2.75m，顶板设置1.5%的桥面纵坡。顶板厚度统一采用30cm，底板厚度采用变截面，由墩跨中的30cm逐渐过渡至墩顶的100cm,梁高、底板厚度对于中间各段按二次抛物线变化，以满足受力及桥梁线形上的需要。腹板厚度采用同一厚度60cm。4) 下部结构设计由于本桥地质条件比较好，采用无承台大直径钻孔埋入式空心桩墩，系由预钻孔、预制桩墩节和组装盖梁部分组成。本桥采用圆形空心墩，主跨直径为3m，边跨同样采用空心墩，直径为2m。如图3-5。图3.5连续梁桥横断面图3.2.3 方案三 中承式钢管混凝土拱桥1) 总体布置2*37m+50m+200m+50m+2*37m=448m，如下图3-4。图3.6拱桥立面图2) 方案构思 拱桥是一种理想的充分发挥材料受压性能的桥型，以往的由于大跨度拱桥施工所需的拱架费用极高，限制了大跨度拱桥的发展，同时大跨度拱桥施工产生的水平推力较大。钢管混凝土的出现解决了大跨度拱桥所需拱架的问题，同时利用预应力技术来平衡拱推力，也为平原地区建造大跨度拱桥创造了有利条件。所要设计拱桥的桥位处河道属于宽浅式河道，做成上承式拱桥桥面标高很大，因而考虑采用中下承式拱桥。本方案采用飞雁式三跨钢管混凝土拱桥，主跨200m。飞雁式拱桥曲线线形优美，给人以遐想的空间。3) 主拱拱肋主拱拱肋采用中承式双肋悬链线无铰拱，计算跨径190.4 m，计算矢高39. 14 m，矢跨比1/4. 86，每片拱肋由4根d750mm钢管(壁厚14mm)组成，内灌C50混凝土，上、下弦横向两根钢管之间在拱脚至桥面处用平联钢板(厚14mm)联接。拱肋为等宽变高度截面，宽3. 0 m，高度在拱脚径向为5m，在拱顶为3m。如图3-8中。两肋中心距为12 m,共设2组“工”字横撑和3组“K”字横撑，每道横撑均为空钢管析架，由上、下弦中700(直撑，壁厚14mm)和中600(斜撑，壁厚14mm)及腹杆中300(壁厚8mm)组成，另外，在拱肋与桥面交接处，设置一道肋间横撑。4) 边拱拱肋结构边拱拱肋采用上承式双肋悬链线半拱，计算跨径43. 1 m，计算矢高11. 65 m，矢跨比1/3. 7。每片拱肋由等宽度变高度钢筋混凝土单箱单室形截面组成，肋宽3.2m，拱脚处径向肋高5m，拱顶处肋高2. 5 m，两肋设有两组“工”字横撑，连同与边拱端部固结的预应力混凝土端横梁一起，组成一个稳定的空间梁系结构，边拱拱肋与主拱拱肋轴线处于同一直线上，且拱肋宽度一样，便于传递水平力。5) 横梁及桥面板预应力混凝土横梁计算跨径12 m，厚18mm，梁高1. 5m。桥面板为预制部分预应力空心板、现浇C50结构层及l0cm沥青混凝土铺装层构成。 6) 系杆及吊杆采用OVMXGI5-37钢铰线拉索体系，Rb,.=1860MPa，系杆外包双层热挤塑护套。为了能快捷施工、方便换索、准确定位及可靠运营，设计了带简易滑动轴承的系杆支承架。 吊杆标准间距为6. 0m，采用镀锌高强低松驰 s7钢丝束，讨,.=1860MPa。采用PE防护，采用加装有位移释放装置的OVM-LZM型冷铸墩头锚，分别锚于主拱拱肋的钢管顶部和纵梁的下翼缘。7) 桥墩设计 拱桥边墩:每墩采用两个300cmX 200cm方柱墩，墩顶通过单向活动盆式橡胶支座与边拱拱肋相连。拱桥拱座:为了承受边拱、主拱产生的巨大支反力，拱座采用了实体式钢筋混凝土墩块，边拱拱肋、主拱拱肋最后均与拱座形成完全固端的关系。拱座为大体积混凝土工程，施工时应采取可靠措施防止水化热的危害，防止拱座块体内外温度差过大。8) 基础设计 大桥边墩桩基础按钻孔灌注嵌岩壮设计，每墩为6根D280cm桩基，拱座采用群桩基础，承台横桥向28 m，顺桥向14 m, 13根D280cm桩基。3.3 方案比选 方案1造形美观，外形上令人赏心悦目，采用双塔斜拉与周边环境协调一致。主桥边主跨主次分明，与引桥形式搭配合适。 方案2为大跨度连续梁桥，技术成熟，造价低，视野开阔，且适应性好。大跨度施工周期长。 方案3为大跨径钢管混凝土拱桥，