公路桥梁毕业设计方案比选.doc

宝鸡天水高速公路牛背桥设计方案比选1 概述：综合考虑目前的造价控制以及高速公路施工企业桥梁施工的普遍水平，高速公路上合理桥型的选择总结起来有以下几点：1)桥型方案选择力求能适应当地的恶劣环境和交通运输条件的限制，合理选择上部结构形式。2)桥型方案选择应结合桥梁重载车辆多的特点，不但要选用结构受力明确、造型简捷、技术先进、可靠，工程方案经济、合理，施工方便，质量易于控制的桥型，而且还要充分考虑结构的耐久性和运营期间的养护费用。根据当地实际地形，参考当地地质条件及施工条件，初步拟定引桥部分均为预应力混凝土简支T梁，采用预制安装施工；主桥部分拟定如下4种方案： 预应力混凝土连续梁桥方案 预应力混凝土连续钢构方案 梁拱组合体系桥方案 斜拉桥方案2 桥型方案的提出及结构介绍2.1 预应力混凝土连续梁桥（1）桥型介绍预应力混凝土连续箱粱是常用的一种桥梁结构形式，属于超静定体系。其在恒载、活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使其内力状态比较均匀合理。结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。可采用悬臂施工法、顶推法、逐跨施工法施工，充分应用预应力技术的优点使施工设备机械化，生产工厂化；采用预制厂，预制主梁，然后安装就位，张拉负弯矩钢筋，形成连续结构，施工速度快。（2）尺寸拟定 桥跨布置 当采用多跨连续梁时，中间跨一般采用等跨布置，边跨跨径约为中跨的0.50.7倍，按此经验初步确定桥跨布置为：35+50+35，总长为120m.布置图如图1所示。图1 桥型布置图（连续梁）截面尺寸小于等于50m跨径的桥梁一般采用等截面梁较实惠，根据已建成的桥梁资料分析，梁高 h/Lz=1/151/25；一般取用1/20略高一点；。据此经验，梁高H为2.5m。截面细部构造图如图2所示。图2 截面细部构造图（连续梁桥、连续钢构）（4）施工方案设计连续梁桥的施工方法有先简支后连续法、顶推施工法、悬臂施工法，本次施工采用悬臂浇筑法施工。2.2 预应力混凝土连续刚构桥（1）桥型介绍预应力混凝土连续刚构是将连续梁的桥墩与梁部固结，减小了支座处的负弯矩，增强结构的整体性；结构上主墩无支座、施工体系转换方便、伸缩缝少、行车舒适、顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大、受力性能好，顺桥向抗推刚度小，对温变、混凝士收缩徐变及地震均有利。从施工上考虑，连续刚构桥施工状态和成桥状态保持一致，悬臂挂篮平衡施工技术成熟，操作相对简单。此外，墩梁固结也在一定程度上克服了大吨位支座设计与制造的困难，也省去了连续梁施工过程中墩梁临时固结、合龙后再行调整的这一施工环节。（2）尺寸拟定 桥跨布置预应力混凝土连续钢构与连续梁桥的桥跨布置一样，只是将连续梁的桥墩与梁部固结，使结构形成一个整体。其布置如图4所示。图4 桥型布置图（连续钢构）截面尺寸连续钢构的细部尺寸大致与连续梁桥相同，其截面细部构造图如图2所示。下部结构从受力性能上考虑，连续刚构桥利用高墩的柔性来减小主梁跨中弯矩，同时减小桥墩的尺寸；双薄壁墩对主梁支点的负弯矩有明显的削峰作用，结构受力合理、性能优越。此桥桥墩采用双薄壁矩形墩，桥台采用柱式桥台，基础为钻孔灌注桩。（4）施工方法设计 连续钢构因敦梁固结，在采用悬臂浇筑法施工时免去了临时固结的施工和解除，因此其最佳施工方法为悬臂浇筑法施工，对于本桥采用此方法施工。2.3 梁拱组合体系桥（1）桥型介绍拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型。拱桥与梁桥的区别，不仅在于外形不同，更重要的是两者的受力性能有较大的差别。由力学知，拱桥结构在竖向荷载作用下，两端将产生水平推力。正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以充分发挥主拱截面材料强度，使跨越能力增大。（2）尺寸拟定 桥跨布置根据桥涵水文计算，在满足通航要求的前提下，桥跨布置为30+60+30，总长为120m.拱上建筑为320的简支梁桥，其布置图如图5所示。图5 桥型布置图（梁拱组合体系桥）截面尺寸主拱圈采用等截面箱型钢筋混凝土截面，拱上简支梁的跨径为20m，拟定采用T型截面钢筋混凝土截面，根据经验初步拟定其细部构造图，如图6所示。（4）施工方法设计对于主拱圈的施工，常见的施工方法有悬臂浇筑法、悬臂拼装法、转体施工法，对于此桥，考虑到施工环境的影响，采用缆索吊装拼装法。拱上建筑简支T梁采用预制安装法，以缩短工期。图6 截面细部构造图（拱桥）2.4 斜拉桥（1）桥型介绍斜拉桥主要由主梁、索塔、斜拉索三大部分组成，主梁在斜拉索的各点支撑作用下，像多跨弹性支承的连续梁一样，使得弯矩值得以大大的降低，这不但可以使主梁尺寸大大减小，而且由于结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又能大幅度的增大桥梁的跨越能力。此外，斜拉索轴力的水平分力对主梁施加了预压力，从而可以增加主梁的抗裂性能，节约了主梁中的预应力钢材的用量。（2）桥跨布置对于主梁支撑于塔敦的支撑体系，为承受支点截面较大的负弯矩，在局部区段可加大梁高或加厚翼缘板厚度。主梁高度要大于横梁高度，横梁高度取决于横梁的跨度。从横向风力稳定性角度考虑，采用双索面，其高垮比一般为1/1001/150。混凝土主梁间距取为610m,多数取8m，拉索布置为扇形。根据主梁的受力要求或为了减小索面，拉索的竖直分力越大越好，考虑到主塔上拉索不能过于密集，主塔上拉索间距一般取1.62.2m。 桥跨布置此桥采用单塔双索面斜拉桥，跨度为60+60，主塔上斜拉索间距取2m,主梁上斜拉索间距取8m,根据塔高跨比为1/41/7，设其塔高为15m,其布置图如图7所示。图7 桥型布置图（斜拉桥） 截面尺寸根据高跨比的经验值，取梁高为0.6m,全桥采用等截面箱型截面，其细部构造图如图8所示。图8 截面细部构造图（斜拉桥）（4）施工方法设计对于斜拉桥可以采用现浇施工，也可采用拼装预制梁的方法施工，还可采用转体施工。就施工条件而论，转体施工无法进行，此桥采用拼装施工可以缩短工期，而且还可保证量的质量。3.方案比选各方案各指标如表1所示。表1 方案比选指标指标容内型桥连续梁桥连续钢构梁拱桥斜拉桥桥跨 布置35+50+3535+50+3530+60+3060+60截面 形式单箱双室单箱双室单箱双室单箱三室 梁高2.5m2.5m2.0m0.6m特点结构刚度大，变形小，动力性能好，丰梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。采用悬臂浇筑法施工时有临时固结。 结构上主墩无支座、施工体系转换方便、伸缩缝少、行车舒适、顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大、受力性能好，顺桥向抗推刚度小，对温变、混凝士收缩徐变及地震均有利。线形美观，能充分发挥材料的性能，跨越能力大。桥型新颖，主梁高度较小，通航条件好。缺点采用悬臂浇筑法施工时存在临时固结和拆除，需承载能力较大的支座。墩梁固结，在基础发生变位时不能修复。在两侧桥墩处产生较大的水平推力，对基础的要求较高。斜拉索的张拉及调整较为困难，技术要求较高。鞍座设计受力复杂。结论推荐方案比选方案比选方案比选方案经过比较，我们选择连续梁桥方案作为宝鸡天水高速公路牛背桥设计方案。桥梁设计前期方案比选重要性浅析 1、安全是桥梁结构设计的前提随着改革开放的力度加大，城市车辆的飞速发展，城市交通运输十分繁忙，车速也在不断提高，桥梁结构不光要求结构自身的受力安全，而且要求桥梁构造的安全。2、经济是桥梁结构设计的保证一座桥梁建筑设计的再如何漂亮，若它的造价比看上去一般化的桥梁高出许多，这座漂亮的桥梁设计也是失败的。在乐山市大渡河龚嘴电站大桥设计中，定下采用中承式拱桥后，拱圈是用钢筋砼呢，还是钢管砼？经过比选，采用了变截面钢筋砼拱圈。因为该桥地处偏远大山之中的大渡河上，当地的砂、石料比较丰富，可就地取材，而钢管拱不仅昂贵，且钢管运距也相当远。故在桥梁设计中，在满足结构安全的前提下，应尽量地考虑经济。3、功能在桥梁结构设计中也不应忽视城市桥梁不同于公路桥梁，在城市交通日益剧增的情况下，桥梁方案设计中，交通组织功能也要摆在重要的地位上，尤其是立交桥，不光桥上有车辆，桥下车辆也川流不息。如果不综合考虑交通功能，下行车辆撞击桥墩或有关桥梁部分，导致桥梁坍塌，这种事故在国内外都有发生。作为桥梁设计人员必须注意这一点来进行桥梁方案比选，乃至方案确定后的桥梁分跨。在贵阳市都司路高架桥跨越中华路的大南门交叉口位置，设计者在地面设置了交通导流环岛，一跨20米跨径的桥梁正好处于环岛内。桥梁建成后，随着城市的发展，车辆的增多，该交叉口经常塞车，不得已取消了地面环岛。由于该交叉口的桥梁跨径较小，导致左转车辆的行车轨迹不顺畅，司机抱怨连天，这无疑是桥梁设计败笔。4、美观是桥梁设计必须考虑的一部分城市桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，所以设计必须精心方案比选、精心设计、精心施工，以期求得在增加投资不多的条件下，取得桥梁美观的效果。比如在城区建一座二、三十米跨度的立交桥，不管用钢还是预应力砼，通常的做法是用一根等截面梁跨越，但由于人们的视觉有错觉，所以往往把这根梁看成是带下垂挠度的弯梁，看起来很不舒服，甚至有怕它掉下来的危险。我们在贵阳市中心环南线朝阳洞路玉厂路立交桥方案设计中，有意把梁底线作成反拱线，在桥墩支点处稍微增加一点材料，但给桥下车辆和行人一种安全美的感觉。实际上呈反拱的下弦就等于是一根弧形托梁，这是一种最简单的支承，它融合在梁体内，变得看不出，可它能起到美化桥梁的作用。综合考虑以上四项标准来进行桥梁方案比选，最后的设计、施工将会变得容易，建成后的桥梁才是安全美、经济美、功能美与环境、视角美。设计原始资料1.地形、地貌、气象、工程地质及水文地质、地震烈度等自然情况（1）气象：天水至宝鸡地区气候属于属温带气候，气候温和，雨量充足，年平均气温13摄氏度，年降水量710-1000毫米（2）工程地质：地形平坦，地势低平，地下水位埋深较深，沿线分布了较多的粉砂、细砂、粉土，均为地震可液化层，局部地段具有地震液化现象。沿线地层简单，第四系地层广泛发育，地层分布从上到下依次为人工堆积层、新近沉积层、上部陆相层、第一海相层、中上部陆相层、上部及中上部地层广泛发育沉积有十几米厚的软土。a.人工填土层，厚度5m，k=100KPa；b.粉质黏土，中密，厚度15m，k=150 KPa；c.粉质黏土，密实，厚度15m，k=180KPa；d.粉质黏土，密实，厚度10m，k=190KPa。第一章方案比选一、桥型方案比选桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设计原则1适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。2舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。3经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。4先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。5美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。梁桥梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；6）结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；7）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；8）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。拱桥拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载q的作用下，简直梁的跨中弯矩为qL2/8，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力