雁滩桥桥梁工程总体布置设计毕业论文.doc

2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 1 雁滩桥桥梁工程总体布置设计毕业论文雁滩桥桥梁工程总体布置设计毕业论文 第 1 章 设计资料及概述 1 1 雁滩桥技术标准 1 桥宽 0 5 米护栏 11 米行车道 0 5 米护栏 2 桥面高程 左岸为 1794 31 米 右岸根据桥长按 2 纵坡计算可得 3 桥面横坡 单向 2 4 桥面纵坡 单向 2 4 作用等级 公路 I 级 表 1 1 地面线 编号里程桩号地面高程 1K29 5801794 31 2 6001784 50 3 6201776 05 4 6401765 82 5 6601755 10 6 6801742 15 7 7001737 35 8 7201744 22 9 7401755 50 10 7601768 46 11 7801777 88 12 8001788 18 13 8201796 10 14 8401799 81 15 845 581801 21 注 尺寸单位 m 张立永 雁滩桥设计 2 1 2 自然概况 气候水文地质情况 没有河流经过 故可不考虑通航问题 地质情况为 覆盖层为 2 4 米 弱风化基岩埋深 20 30 米 1 3 设计规范 1 中华人民共和国标准 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 2 中华人民共和国标准 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 JTGD62 2004 3 中华人民共和国交通部行业标准 公路工程设计规范 JTJ004 89 4 中华人民共和国交通部行业标准 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ025 86 5 中华人民共和国交通部行业标准 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2011 6 中华人民共和国交通部行业标准 公路砖石及桥涵设计规范 JTG D61 2005 7 中华人民共和国交通部行业标准 公路桥涵地基与基础设计规范 D63 2007 1 4 说明 本毕业设计的课题任务是雁滩桥的设计 我通过设计资料了解了桥梁所处地理位 置 气候条件以及设计要求等相关信息 根据所学的知识在综合使用状况 施工方法 工程造价及工期等多方面因素后进行桥型方案的初步设计 我的初步设计 5 个方案是 预应力混凝土连续刚构桥 预应力混凝土连续梁桥 上承式混凝土 拱桥 中承式钢管混凝土拱桥和单塔斜拉桥 然后从初拟的 5 个方案中选定了连续刚 构桥 上承式混凝土拱桥和中承式钢管混凝土拱桥三个方案 通过对选定的方案比较 主要考虑了经济指标和施工的难易程度以及运营效果 最后选定连续刚构桥方案 作为推荐桥型方案 第 2 章 方案比选 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 3 2 1 初选设计方案说明 1 跨径为 65 115 65m 预应力混凝土连续刚构桥 桥型布置如图所示 图2 1 1 连续刚构桥总体布置图 单位 m 2 跨径为 60 100 60m 预应力混凝土连续梁桥 桥型布置如图所示 图2 1 2 连续梁桥总体布置图 单位 m 3 主跨为 120m 的上承式混凝土拱桥 桥型布置如图所示 张立永 雁滩桥设计 4 图2 1 3 上承式混凝土拱桥总体布置图 单位 m 4 主跨为 160m 的中承式钢管混凝土拱桥 桥型布置如图所示 图 2 1 4 中承式钢管混凝土拱桥总体布置图 单位 m 5 主跨跨径为 110m 的单塔斜拉桥 桥型布置如图所示 图 2 1 5 单塔斜拉桥总体布置图 单位 m 2 2 方案比选 方案比选主要依据实用 经济 安全 美观 有利于环保的原则进行 因地制宜 选择合适的桥型 以达到良好的经济和社会效益 同时考虑要符合桥梁发展的客观规 律 体现现代新科技的成就 桥型的选择要求在技术是可靠的 在施工上是切实可行 的 综上所述 本次设计的三个比选方案如下 方案 三跨预应力混凝土连续刚构桥 1 桥跨布置 总体布置65m 115m 65m 三跨连续刚构 245m 中跨与边跨之比为 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 5 1 0 565 2 方案特点 连续刚构桥墩梁固结 支点截面负弯矩可以大大消弱跨中截面正弯矩 高墩中常 采用双薄壁柔性墩 可进一步消减支点负弯矩峰值 主梁连续无缝 行车平顺又可最 大限度地应用平衡悬臂施工法 在悬臂施工时 又无须梁墩的临时固结 不设支座 不需体系转换 从而方便了施工 选连续刚构桥作方案可利用高墩的柔性来适应结 构由于预加力 混凝土收缩 徐变 温度变化所引起的纵向位移 这种桥型大多在大 跨 高墩 变截面梁体上采用 目前最大跨径的连续刚构桥为中国的石板坡桥 主跨 最大为 330m 我国所建大跨径的连续刚构桥还有 280m 的奉节长江大桥和跨径为 270m 的虎门辅航道桥 为方便施工 一般将跨径布置为奇数跨 这里采用为 3 跨 这样在 中间跨合龙时只有一跨合龙 比较容易控制施工 图2 2 1 连续刚构桥型总体布置图 单位 cm 3 上部结构设计 连续刚构桥主梁采为变截面单室箱梁 墩顶梁高6m 高跨比为1 19 2 跨中梁高 2 5m 为支点梁高的1 2 4 箱梁顶宽12m 底板宽7m 悬臂2 5m 顶板厚度统一采用 30cm 底板厚度采用变厚度 由墩跨中的40cm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 腹板厚度也采用 变厚度构造 跨中部分为45cm 墩顶部分为80cm 4 下部结构设计 由于连续刚构桥采用墩梁固结形式 在温差作用下会产生较大的纵向位移 要求 主墩必须具有一定的柔度 以缓解过大的变形应力 本桥采用了双薄壁实心墩形式 在本方案中 双薄壁墩中心距4 5m 各宽1 5m 横向长与主梁底板等宽7m 墩下现浇 3 5m厚钢筋混凝土承台 5 基 础 主墩基础承台是连成整体的 共采用6根直径为200cm的钻孔灌注桩 为保证主墩 张立永 雁滩桥设计 6 基础具有足够的刚度 钻孔灌注桩打入微风化泥质岩层 按嵌岩桩设计 桩长约为 26m 承台整体埋置在土中 承台及钻孔灌注桩均采用C30混凝土 施工方案 基础工程及下部结构施工时 开挖基础 用回旋钻机钻孔并灌注混凝土成桩 待 桩基混凝土强度达到80 时 浇筑承台混凝土封底 再浇筑钢筋混凝土承台大体积混 凝土 主墩高度较高 可直接在承台顶面搭支架分节段现浇 完成主墩浇筑 待达到 设计强度后即可进入主桥上部结构施工 主梁采用变截面布置适合悬臂施工法 本桥 施工采用挂篮平衡悬臂浇筑法 0号块和1号块采用搭支架现浇 然后采用挂篮悬臂现 浇施工 跨中合龙 合龙顺序为先边跨合龙后中跨合龙 在桥的两端采用搭满堂支架 现浇的方法 最后安装防撞栏和进行桥面铺装的施工 施工阶段的主梁内力和运营阶 段的主梁内力基本一致 6 连续刚构桥方案主要工程数量表 表2 2 1 工程项目上部构造下部构造 桥墩桥台 类 型 材料名称 现浇 箱梁 桥面 铺装 栏杆 承 台 墩身 桩 基 台 帽 台 身 基 础 合计 C50 m33561 3561 C40 m3 198 198 C30 m3 9451260 2205 C25 m3 99913 1012 C15 片石混凝土 m3 568 224224 混 凝 土 沥青混凝土 m3 418 418 钢筋 t 659 66202670 42 994 预应力钢绞线 t 191 191 钢 材 预应力粗钢筋 t 36 36 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 7 张立永 雁滩桥设计 8 7 方案大样 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 9 方案 上承式混凝土拱桥 1 总体布置 2 25m 预应力砼简支T梁 9 15m 135m上承式混凝土拱桥 2 25m 预 应力砼简支T梁 235m 2 方案特点 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 所以往往作为跨越山涧峡谷的发展 本方案属宽浅式沟谷 无河流通过 故可 不考虑通航 因而考虑采用上承式拱桥 考虑到经济原因 混凝土拱桥用混凝土方量 较大 本方案主跨120米跨度适 图2 2 2 上承式拱桥桥型总体布置图 单位 cm 中 美学上 上承式拱桥曲线线形优美 给人以遐想的空间 通行视距良好 主拱板 为主要受压构件 充分利用了混凝土材料性能 外形刚劲而不粗壮冗余 同时考虑到 线性和受力特性 采用悬链线拱 矢高取为整数24米 矢跨比为1 5 3 桥面宽度 主桥行车道宽2 5 5 11m 两侧护栏为2 0 5 1m 桥的总宽为12m 桥面横坡 2 4 主拱拱圈 主拱拱圈采用上承式箱拱悬链线无铰拱 计算跨径120m 计算矢高24m 矢跨比 1 5 拱轴系数m 2 24 拱圈由六个1 5m预制拱箱组成 现浇拱接缝与拱圈形成整体 并受力 拱圈宽9m 拱圈内每4m设置一块横隔板 尺寸为170cm 116cm 厚8cm 拱 圈上部分9跨 每跨15m 立柱下均设置横隔板 5 混凝土盖梁及桥面板 盖梁采用普通钢筋混凝土盖梁 盖梁宽12m 梁高1m 桥面板为预制空心板 现 张立永 雁滩桥设计 10 浇3cm 防水混凝土及10cm沥青混凝土铺装层构成 铺装层设置双向2 横坡 空心板高 0 65m 宽1 2m 截面挖孔 孔径0 15m圆孔 桥宽方向需布置9个空心板 每个空心 板之间湿接缝 6 立柱 立柱标准间距为15m 采用C35混凝土现浇 每组桥宽方向布置二个立柱 立柱截 面尺寸均为直径1 0m圆柱 每组立柱净距5 0m 靠拱脚处立柱设置横系梁 以保证立 柱刚度和稳定性 7 墩台与基础 2号 11 号墩是拱桥的边墩 每墩采用2根 1 8m柱式墩 墩顶通过单向活动板 式橡胶支座与拱上简直空心板交接 拱座为高15米 宽17米大体积混凝土工程 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 拱座为C15 混 凝土 宽桥台为重力式桥台 高8 8m 大桥1号 12号边墩采用柱式墩 分两层 上 层采用2根 1 5m柱式墩 下层采用 2根 1 8m柱式墩 交接处设置横系梁以增加横 向刚度及稳定性 8 引桥 两岸引桥各为两跨简支梁 由于引桥采用预应力混凝土简支T 形梁桥 每跨采用 6片预制T 梁 主跨根部主梁预制梁高1 8m 上翼缘预制宽1 7m 上翼缘根部厚度 0 3m 腹板跨中厚度0 2m 根部厚0 5m T梁与T梁之间的湿接缝0 5m T 梁间距为 2 2m 引桥支座选用板式橡胶支座 引桥总宽为 12 0m 桥面横坡2 由于在满足 两头公路通车的要求时 跨中桥面标高早已满足要求 因而标高以路堤标高控制 9 施工方案 拱桥基础工程均采用明挖基础 首先对于基础施工 开挖基坑 现浇混凝土 拱 座混凝土属于大体积混凝土 尤其注意施工时混凝土散热 确保拱座不致因过高的温 度应力而开裂 主拱圈采用缆索吊装悬臂拼装焊接 主拱圈由工厂预制 试拼合格后 通过车辆运至现场缆索吊装 这种方法的要点是在拱脚墩 台处安装临时的钢或钢筋 混凝土塔架 用缆索一端拉住拱圈节段 另一端在台后并锚固在岩盘上 这种逐节向 河中悬臂架设 直至拱顶合龙 主拱圈合拢后 开始修建立柱 现浇盖梁 吊装预制 板桥面板 现浇湿接缝现浇 防撞栏及桥面沥青砼铺装等 10 上承式混凝土拱桥方案主要工程数量表 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 11 表2 2 2 材料名称混凝土 m3钢材 t 工程项目 C50C40C35C25C15 沥青混凝土钢筋预应力钢绞线 预制 T 梁 483 4617 桥面铺装 401 横隔板 T 50 2 6 横系梁 39 31 空心板 696 91 栏杆 191 拱座 3980 266 主拱圈 795 68 横隔板 22 1 2 柱身 758 50 6 盖梁 252 164 立 柱 底梁 108 70 台帽 13 2 台身 518 0 4 桥 台 基础 224 合计 1974263115713 24722401790 817 张立永 雁滩桥设计 12 11 方案大样 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 13 方案 中承式钢管混凝土拱桥 1 总体布置 30m 预应力砼简支 T 梁 170m 中承式钢管混凝土拱桥 30m 预应力砼简 支 T 梁 230m 2 方案特点 钢管混凝土结构在桥梁工程中的应用已有一百多年的历史 早在 1879 年 英国 的铁路建设中就采用了钢管桥墩 在 20 世纪 30 年代末期 前苏联用钢管混凝土建造 了跨度 101m 的公路拱桥和跨度 140m 的铁路拱桥 我国从 1959 年开始研究钢管混凝 土的基本性能和应用 1991 年 5 月建成国内第一座钢管混凝土拱桥 四川旺苍净跨 115m 的下承式钢管混凝土系杆拱桥 钢管混凝土拱桥 是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料 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 从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力 钢管 混凝土本质上属于套箍混凝土 因此 除具有一般套箍混凝土的强度高 塑性好 质 量轻 耐疲劳 耐冲击外 尚具有以下几方面的独特优点 1 钢管本身就是耐侧 压的模板 因而浇筑混凝土时 可省去支模 拆模等工序 并可适应先进的泵送混凝 土工艺 2 钢管本身就是钢筋 它兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用 既能受压 又 能受拉 3 钢管本身又是劲性承重骨架 在施工阶段可起劲性骨架的作用 在使用 阶 图2 2 3 中承式钢管混凝土拱桥桥型总体布置图 单位 cm 段又是主要的承重结构 因此可以节省脚手架 缩短工期 减少施工用地 减低工程 造价 4 在受压构件中采用钢管混凝土 可大幅度节省材料 理论分析和工程实践 都表明 钢管混凝土与钢结构相比 在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下 张立永 雁滩桥设计 14 可节省钢材约 50 焊接工作量显著减少 与普通钢筋混凝土相比 在保持钢材用量 相当和承载能力相同的条件下 可减少构件横截面面积约 50 混凝土和水泥用量以 及构件自重也相当于减少一半 本方案属宽浅式沟谷 无河流通过 故可不考虑通航 因而考虑采用中承式拱桥 考虑到经济原因 本方案主跨160米跨度适中 两侧各设 置30m跨的预应力混凝土简支T梁作为引桥 美学上 中承式拱桥曲线线形优美 外形 刚劲而不粗壮冗余 给人以遐想的空间 同时考虑到线性和受力特性 采用悬链线拱 矢高取为整数32米 矢跨比为1 5 3 桥面宽度 主桥行车道宽2 5 5 11m 两侧护栏为2 0 5 1m 桥的总宽为12m 桥面横坡 2 4 主拱拱圈 主拱拱圈采用中承式四肢格构型悬链线无铰拱 计算跨径160m 计算矢高32m 矢跨比1 5 拱轴系数m 2 24 每肋由4根直径 750mm 壁厚10mm的16Mn钢管组成 内灌40号混凝土作为弦杆 上弦和下弦横向两根钢管之间用缀板连接 内灌40号混凝 土横向成哑铃形 上下弦之间用直径 350mm 壁厚10mm的钢管作为腹杆 组成桁式 拱肋 肋高3 5m 肋宽1 8m 见图2 4 桥面以上两肋之间设3条一字式横撑 横撑由直径 500mm 壁厚12mm的四根钢管 弦杆和直径 350mm 壁厚10mm的钢管腹杆组成空间桁架 截面高2 75m 宽2m 见图 见图2 5 拱肋与桥面系交叉处设钢筋混凝土固定横梁 也起横撑的作用 图2 4 拱肋横截面 图2 5 横撑 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 15 5 主梁设计 主桥主梁采用吊杆悬吊横梁 横梁上放置槽形板的形式 其中 横梁长 15 4m 宽 0 8m 高 1 2m 槽形板高 0 5m 宽 1m 壁厚 0 18m 横向布置 10 块 位于拱肋下 部的长度取 10m 在拱肋上部的取 15m 依据吊杆间距和拱上立柱的间距 6 混凝土盖梁和立柱 盖梁采用普通钢筋混凝土盖梁 盖梁宽12m 梁高1m 拱上立柱标准间距为15m 采用C35混凝土现浇 每组桥宽方向布置二个立柱 立柱截面尺寸均为直径1 0m圆柱 拱座上设置交界墩 采用C35混凝土现浇 每组桥宽方向布置二个立柱 立柱截面尺 寸均为直径1 8m圆柱 立柱中部设置横系梁 以保证立柱刚度和稳定性 7 桥台和拱座 大桥桥台台帽采用 C20 混凝土 台身和基础均采用 C15 片石混凝土 桥台长 7 5m 高 9m 宽 13m 拱座局部采用 C25 混凝土 基本采用 C15 片石混凝土 长高均 为 15m 宽 17m 根部局部掏空以减少混凝土用量 桥台和拱座均属于大体积混凝土 工程 施工时应采取可靠措施防止水化热的危害 防止块体内外温度差过大 造成开 裂 8 引桥 引桥采用 30m 跨预应力混凝土简支 T 梁 采用 C50 标号混凝土预制 每跨采用 5 片预制 T 梁 主跨根部主梁预制梁高 2 0m 上翼缘预制宽 2 0m 上翼缘根部厚度 0 26m 腹板跨中厚度 0 2m 根部厚 0 4m T 梁与 T 梁之间的现浇湿接缝 T 梁间距 为 2 5m 主梁支座选用板式橡胶支座 主梁之间设置横隔板以保证主梁横桥向稳定性 桥面设置 2 横坡 9 施工方案 本桥采用采用分段缆索吊装方法施工 每条拱肋分 15 段由工厂预制 上下游拱 肋相应节段用贝雷架临时组拼成四边形组合节段经陆路运抵桥位 并立即由缆索垂直 起吊安装就位 段与段间由多点螺栓定位 已安装的节段由临时吊索扣于承重主索上 并逐步调整拱肋标高 如此往复 直至所有节段安装完毕 再经多次拱轴线的调整 当达到设计精度后 即可焊接每段间的接头焊缝及外包加劲钢板 合拢后的施工加载分为三大步骤 主拱肋浇灌混凝土 吊装横梁 安装桥面槽形 板及现浇桥面铺装 先用多点对称灌注的方法浇筑横缀板内的混凝土 再用泵送混凝土浇筑钢管弦杆 内的混凝土 每次一条 上下游跳开浇灌 由桥两端同时自拱脚到拱顶泵送 用天线缆索 按一定的顺序吊装 10 道预制横梁 另两条肋间横梁以及立柱横梁 张立永 雁滩桥设计 16 采用肋上吊模现浇施工 吊杆防锈以及上锚头均在工厂预先做好 准确量取长度后穿挂于拱肋上 在空中 散开的状态下安好下锚头并穿过横梁用螺母锚于梁底 为了改善抗震性能 在吊杆两 端均安设防震圈 利用横梁先导通两条轨道 安装简易滑车 逐条架设槽形板 拆除 边跨临时支架 完成预计的预拱度 10 中承式钢管混凝土拱桥方案主要工程数量表 表 2 2 3 材料名称混凝土 m3钢材 t 工程项目 C50C40C35C20C15 沥青混 凝土 钢筋 预应力 钢绞线 平行钢 丝束 钢管钢板 预制 T 梁 216 217 6 桥面铺装 392 横隔板 32 1 6 槽形板 478 62 横系梁 17 13 4 拱座 6085 吊杆 1 6 横向联结 系 39 拱肋 576 306 腹板 119 主 拱 圈 缀板 81 50 柱身 124 8 盖梁 101 66 立 柱 底梁 29 19 台帽 13 2 台身 545 0 4 桥 台 基础 224 合计 69468927113 26854392191 47 61 646450 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 17 张立永 雁滩桥设计 18 11 方案大样 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 19 2 3 技术比较 1 根据设计构思宗旨 桥型方案应满足受力合理 技术可靠 施工方便 造价 经济以及环保美观的原则 以上三个方案基本符合要求 2 从结构受力的角度看 第一方案连续刚构桥 支点截面负弯矩对跨中截面正 弯矩起卸载作用 变截面箱梁适合桥梁的纵向变形 连续桥面提高了行车的舒适性 第二方案为上承式混凝土拱桥 主拱圈采用箱板拱 充分利用了混凝土的抗压性能 但行车舒适性明显较连续刚构桥差 第三方案中承式钢管混凝土拱桥 主桥线性流畅 结构清晰 但其抗风抗震性能较连续刚构桥差 3 从材料用量上来评比 第一方案连续刚构桥主梁 C50 混凝土用量三千多方 C30 混凝土两千方左右 C25 混凝土一千方左右 钢筋用量一千吨左右 而第二方案 上承式混凝土拱桥虽然主梁 C50 混凝土用量两千方左右 比连续刚构桥少 但 C15 混 凝土用量达四千七百方 明显多于连续刚构桥 二者钢筋用量接近 第三方案中承式 钢管混凝土拱桥与第二方案类似 主梁 C50 用量少于连续刚构桥 但 C15 混凝土用量 达七千方 明显多于连续刚构桥 4 从施工及维护方面评比 第一方案连续刚构桥挂蓝对称平衡悬臂施工技术可 靠 经验足 施工工艺成熟 多个作业面同时施工 施工进度快 工期短 连续刚构 桥运营期维护费用比方案二多 但少于方案三 第二方案为上承式混凝土拱桥 缆索 施工经验已经基本成熟 但预制拱肋吊装过程复杂 工期较连续刚构桥长 拱肋标高 不易控制 增加合龙难度 运营期间维护费用相对较少 第三方案中承式钢管混凝土 拱桥 钢管接头连接存在缺陷 预制钢管拱肋吊装及泵送混凝土施工工艺复杂 钢管 内灌注混凝土密实度不足会使整体强度消减很多 而且成桥后问题检测难 它的抗风 抗震性能较方案一连续刚构桥差 运营期间钢管养护费用多 是这三个方案中维护费 用最多的 张立永 雁滩桥设计 20 项 目 方 案桥长分孔适用性安全性美观性施工难易 第 一 方 案 三跨预应 力混凝土 连续刚构 桥 245m 65m 115m 65m 三跨连续刚构 适用范围广 可适用于跨越海 湾 山沟 河谷 桥面连续 伸 缩缝少 适用于高速公路等行车 速度较快的公路 主梁连续无缝 行车平顺舒适 且驾驶人员视野开阔 行车安全 性提高 此外 该桥型抗风抗震 性能很好 抗变形能力较好 主桥线条简洁明快 外型朴 素大方 线形流畅 视野开 阔 悬臂施工经验足 技术可靠 对称 悬臂浇筑施工 工作面多进度快 工期短 第 二 方 案 上承式混 凝土拱桥 235m 2 25m 预应力砼 简支 T 梁 9 15 135m 上 承式混凝土拱桥 2 25m 预应力 砼简支 T 梁 适用于跨越山沟 河谷 为抵 抗拱脚处巨大的水平和竖直推力 要求拱座处地基土强度要满足要 求 桥位处强风化层土有20多米厚 拱座和引桥桥墩的设置存在隐患 虽然缆索施工经验基本成熟 但 施工中因吊装过程复杂 与连续 刚构施工相比安全性较差 行车 性能较连续刚构桥差 桥的气势宏伟 外观优美 顺滑曲线令人遐想无限 整 座桥特有一种秩序感和韵律 感 拱圈一显得 一桥飞架 南北 的感慨 缆索施工经验已 经基本成熟 但 预制拱肋吊装过 程复杂 工期较 连续刚构桥长 拱肋标高不易控 制 增加合龙难 度 2012 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 21 表 2 3 1 桥型方案比较表 第 三 方 案 中承式钢 管混凝土 拱桥 230m 30m T 170m 中承 式钢管混凝土拱桥 30 T m 230 m 适用于跨越山沟 河谷 为抵 抗拱脚处巨大的水平和竖直推力 拱座处地基土强度应满足要求 钢管接头连接存在缺陷 钢管内 灌注混凝土密实度不足会使整体 强度消减很多 钢管养护费用多 抗风和抗震性能较差 主桥线性流畅 结构清晰 中承式的构造外型优美 但 驾驶员的视野没有连续刚构 桥开阔 预制钢管拱肋吊 装及泵送混凝土 施工工艺复杂 成桥后问题检测 难 张立永 雁滩桥设计 22 2 4 推荐桥型方案 从方案比较中我们可以看到 第一方案连续刚构桥在安全 功能以及材料用量等 方面占据优势 且使用期维护费用与另外两座桥相比居中 连续刚构桥施工工艺成熟 技术可靠 施工所需机械器具少而简单 第二和第三方案桥型虽然技术比较先进 也 比较优美 但施工相对复杂 缆索施工前期准备工作复杂 包括塔架的架设 主索的 牵引锚固等 二者施工所需机械器具复杂 包括整个缆索吊装系统 泵送混凝土系统 等 而且方案二和方案三都需要比较大的拱座来抵抗拱的水平和竖直推力 拱座的施 工挖方量巨大 浇筑混凝土时存在大体积混凝土水化热问题 必须采取可靠措施来降 低水化热 增加了施工的复杂程度 第三方案中承式钢管混凝土拱桥后期钢管维护费 用高 且抗风抗震性能明显低于方案一连续刚构桥 经技术比较之后 最终确定推荐 方案为 预应力混凝土连续刚构桥 第 3 章 结构内力计算 3 1 Midas Civil 电算 Midas Civil 系统是一个集可视化数据处理 数据库管理 结构分析 打印与帮助 为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统 系统的编制完全按照桥梁设计与施工 过程进行 密切结合桥梁设计规范 充分利用现代计算机技术 符合设计人员的习惯 对结构的计算充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况 按照第二章的结论 采用预应力混凝土连续刚构桥为最终方案 据此开始结构计 算 结构内力计算采用 Midas Civil 2011 版本 见图 3 1 进行计算 2012 届土木工程专业 桥梁 毕业设计 23 图 3 1 Midas Civil 2011 界面 3 1 1 桥面系单元划分 0 号块长 11m 0 号块的两端各超出桥墩根部 2 5m 为简化计算 将 0 号块划分 为 8 个单元 墩根部中间和两边各一个节点 0 号块中点处需划分一个节点 其它桥面系单元从墩顶 0 号块对称向两边沿伸 分别取 3m 长的单元 5 个 3 6m 长的单元 10 个 直到最大悬臂长度 53 5m 处 主跨跨中合龙段和边跨合龙段分别取 2m 划分为两个 1m 的单元 此外边跨近桥台处有 6 5m 长的现浇段 划分为 2 个单 元 每个单元为 3 25m 3 1 2 非桥面系单元划分 非桥面系单元划分时 定义 4 个挂篮单元 取 5m 长的单元一个挂蓝 3 1 3 单元划分图 图 3 2 全桥单元划分图 张立永 雁滩桥设计 24 3 1 4 主要施工阶段划分 为简化计算 共划分 19 个施工阶段和一个营运阶段 每悬臂段的施工用一个阶 段在 定义施工阶段 中进行 其具体过程可表示为 挂篮安装 激活挂篮荷载 浇筑悬臂段混凝土 激活混凝土湿重 激活浇筑 梁段 挂篮拆除 钝化挂篮荷载及混凝土湿重 转移锚固 激活挂篮荷载 至于前 19 个阶段可以简单描述为 基础及 0 块施工 悬臂施工 边跨合龙 中 跨合龙 桥面系施工 具体施工内容请见内附的 Midas Civil 2011 资料 3 1 5 连续刚构模型图 图 3 3 全桥模型图 3 2 主梁内力计算及组合 现选取正常使用状态组合一弯矩 剪力包络图 极限使用状态组合弯矩 剪力包 络图加以说明 3 2 1 内力计算组合图 图 3 4 正常使用状态组合一剪力包络图 单位 kN 2012 届土木工程专业 桥梁 毕业设计 25 图 3 5 正常使用状态组合一弯矩包络图 单位 mkN 图 3 6 承载极限状态组合剪力包络图 单位 kN 图 3 7 承载极限状态组合弯矩包络图 单位 mkN 3 2 2 内力计算结果 现将从 Midas Civil 桥梁分析软件中建立的预应力混凝土连续刚构桥模型和模拟相 应的施工方法而得到的数据中提取边跨及中跨主要内力控制节点 6 营运阶段边跨正 弯矩最大处 44 根部 53 中跨 1 4 处 62 中跨跨中 内力计算结果列于表 3 1 施工阶段主梁内力计算结果表 最大悬臂阶段 中跨合龙阶段 成桥阶段 和表 3 2 张立永 雁滩桥设计 26 营运和承载能力主梁内力计算结果表中 如下 表 3 1 施工阶段主梁内力计算结果 阶段节点轴向力 kN剪力 kN 弯矩 mkN 6 2 42817 7 1 47e 03 44 1 49e 03 1 81e 04 4 05e 05 53 292 9 7 28e 03 9 94e 04 最大悬臂阶段 620 00e 000 0 00e 000 0 00e 000 6 3 791 28e 031 12e 03 44 1 51e 03 1 86e 04 4 26e 05 53 302 8 7 51e 03 1 06e 05 中跨合龙阶段 62 0 80 00e 00068 6 6 2 59874 91 28e 04 44 2 25e 03 2 35e 04 5 34e 05 53 727 4 1 03e 04 1 23e 05 成桥阶段 62 314 57 36e 052 45e 04 表 3 2 使用阶段和承载极限组合主梁内力计算结果 阶段 节 点 最大轴向力 kN 最小轴向力 kN 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 mkN 最小弯矩 mkN 60 183 4 191 73e 03 204 43 04e 041 15e 04 44 2 48e 03 3 25e 03 2 80e 04 3 12e 04 6 35e 05 7 05e 05 53 670 3 1 30e 03 1 20e 04 1 44e 04 1 37e 05 1 62e 05 承载 极限 状态 组合 62 177 1 745 41 03e 03 1 03e 034 95e 042 73e 04 6 1 02 3 451 20e 03277 62 00e 041 10e 04 44 2 15e 03 2 51e 03 2 34e 04 2 49e 04 5 31e 05 5 65e 05 53 631 931 1 1 01e 04 1 13e 04 1 18e 05 1 30e 05 使用 极限 状态 组合 I 62 219 1 489 7491 5 491 53 41e 042 35e 04 6 1 69 3 081 06e 03533 61 69e 041 18e 04 使用 极限 44 2 19e 03 2 40e 03 2 34e 04 2 43e 04 5 33e 05 5 52e 05 2012 届土木工程专业 桥梁 毕业设计 27 53 672 3 843 8 1 02e 04 1 08e 04 1 20e 05 1 27e 05 状态 组合 II 62 260 0 414 6280 9 280 93 00e 042 39e 04 3 3 预应力钢筋估算和配筋 根据 公路桥涵设计通用规范 JTG D060 2004 和 公路钢筋混凝土及预应力 混凝土桥涵设计规范 JTG D062 2004 的要求 参照 结构设计原理 人民交通 出版社 和 公路桥涵设计手册 梁桥分册 人民交通出版社 采用手算 预应力 钢筋的计算见配筋计算书 梁段力筋布置采用三向预应力 包括纵向预应力 横向预应力和竖向预应力 主 要进行纵向预应力的设计 对于横向预应力和竖向预应力在力筋布置时做简要说明 3 3 1 主梁控制截面 表 3 3 截面几何特性 其中 截面形心距截面上缘的距离 s y 截面形心距截面下缘的距离 x y 截面上缘抗弯模量 按下式计算 I s W S W s y 截面下缘抗弯模量 按下式计算 I x W X W x y 截面上下缘核心矩 按下式计算 A A s k x k s k x k s W x W 截面 节 点 净截面积 A 2 m 惯性矩 I 4 m s y m x y m s W 3 m x W 3 m s k m x k m 边跨69 0858 1671 0691 4317 6405 7070 8410 628 根部4420 11100 4003 0172 98333 278 33 6571 6551 674 中跨 1 4L 处 5312 28721 5251 6061 88313 403 11 4311 0910 930 中跨 跨中 629 0858 1671 0691 4317 6405 7070 8410 628 张立永 雁滩桥设计 28 3 3 2 最不利荷载组合 见表 3 4 最不利荷载组合表 表 3 4 最不利荷载组合 阶段 节 点 最大轴向力 kN 最小轴向力 kN 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 mkN 最小弯矩 mkN 60 183 4 191 73e 03 204 43 04e 041 15e 04 44 2 48e 03 3 25e 03 2 80e 04 3 12e 04 6 35e 05 7 05e 05 53 670 3 1 30e 03 1 20e 04 1 44e 04 1 37e 05 1 62e 05 承载 极限 状态 组合 62 177 1 745 41 03e 03 1 03e 034 95e 042 73e 04 6 1 02 3 451 20e 03277 62 00e 041 10e 04 44 2 15e 03 2 51e 03 2 34e 04 2 49e 04 5 31e 05 5 65e 05 53 631 931 1 1 01e 04 1 13e 04 1 18e 05 1 30e 05 使用 极限 状态 组合 I 62 219 1 489 7491 5 491 53 41e 042 35e 04 3 4 预应力钢束估算 3 4 1 估筋原则 1 受负弯矩在最大弯矩作用下截面上缘不出现拉应力 截面下缘不至压碎 2 受负弯矩在最小弯矩作用下截面下缘不出现拉应力 截面上缘上至压碎 3 受正弯矩在最大弯矩作用下截面下缘不出现拉应力 截面上缘不至压碎 4 受正弯矩在最小弯矩作用下截面上缘不出现拉应力 截面下缘不至压碎 3 4 2 预应力钢束的估算 A 根部截面 44 根据正常使用极限状态正截面抗裂要求 确定预应力钢筋数量 为满足抗裂要求 所 需的有效预加力为 2012 届土木工程专业 桥梁 毕业设计 29 3 1 1 85 0 0 weA wM N p S pe 为短期效应弯矩组合设计值 由 Midas Civil 计算得 估算 S Mm565000 KNMs 钢筋数量时 可近似采用毛截面几何性质 由 Midas Civil 输出的数据 2 m11 20 c A 4 m657 33 x W 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离 假设 则有 P em15 0 P a 代入公式得到 m867 215 0017 3 ye csp p aKNN pe 967 146386 采用每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 1860 张拉2 15 j 2 139mm y A pk fMPa 控制应力取 预应力损失按张拉控制应的 20 MPa1395186075 0 75 0 pkcon f 估算 则 根944 13913958 0 1000967 146386 Pscon pe p A N n 根据承载能力极限状态进行计算 当在荷载 Mmin作用下 a 保证上缘不出现拉应力 3 2 0 min ss ppepe w M w eN A N 则有 3 3 sp s pe weA wM N 1 min 为基本组合弯矩组合设计值 由表查得 估算钢筋数 min Mm705000 min KNM 量时 可近似采用毛截面几何性质 由 Midas Civil 输出的数据 2 m11 20 c A 4 m657 33 x W 4 s m278 33 W 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离 假设 则有 P em15 0 P a m867 215 0017 3 ye csp p a 代入公式得到 张立永 雁滩桥设计 30 KNN pe 411 155911 278 33 867 211 20 1 278 33 705000 则 根1006 13913958 0 1000411 155911 Pscon pe p A N n b 保证下缘不被压碎 3 4 xx ppepe w M w eN A N min 则有 3 5 xp x pe weA wM N 1 min KNN pe 986 40990 657 33 867 211 20 1 657 33 705000104 22 3 则 根265 13913958 0 1000986 40990 Pscon pe p A N n 当在荷载 Mmax作用下 a 保证下缘不出现拉应力 3 6 0 max xx ppepe w M w eN A N 则有 3 7 xp x pe weA wM N 1 max 为基本组合弯矩组合设计值 由表查得 估算钢筋数 max Mm635000 max KNM 量时 可近似采用毛截面几何性质 由 Midas Civil 输出的数据 2 m11 20 c A 4 m657 33 x W 4 s m278 33 W 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离 假设 则有 P em15 0 P a m867 215 0017 3 ye csp p a 代入公式得到 2012 届土木工程专业 桥梁 毕业设计 31 KNN pe 223 532113 657 33 867 211 20 1 657 33 635000 则 根3431 13913958 0 1000223 532113 Pscon pe p A N n b 保证上缘不被压碎 3 8 ss ppepe w M w eN A N max 则有 3 9 sp s pe weA wM N 1 max KNN pe 357 305885 657 33 867 211 20 1 657 33 635000104 22 3 则 根1972 13913958 0 1000357 305885 Pscon pe p A N n 钢绞线根数的选定 因为 暂选定钢根944 1 n根1006 2 n根265 3 n根3431 4 n根1972 5 n 绞线根数根1102 1 n B L 4 中跨截面 53 根据正常使用极限状态正截面抗裂要求 确定预应力钢筋数量 为满足抗裂要求 所 需的有效预加力为 3 10 1 85 0 0 weA wM N p S pe 为短期效应弯矩组合设计值 由表查得 估算钢筋数量 S Mm130000 KNM S 时 可近似采用毛截面几何性质 由 Midas Civil 输出的数据 2 m287 12 c A 4 m431 11 x W 张立永 雁滩桥设计 32 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离 假设 则有 P em15 0 P a m456 115 0606 1 ye csp p a 代入公式得到 KNN pe 462 64090 采用每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 1860 张拉2 15 j 2 mm139 y A pk fMPa 控制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 估MPa1395186075 0 75 0 pkcon f 算 则 根414 13913958 0 1000462 64090 Pscon pe p A N n 根据承载能力极限状态进行估束 当在荷载 Mmin作用下 a 保证上缘不出现拉应力 3 11 0 min ss ppepe w M w eN A N 则有 3 12 sp s pe weA wM N 1 min 为基本组合弯矩组合设计值 由表查得 估算钢筋数 min Mm162000 min KNM 量时 可近似采用毛截面几何性质 由 Midas Civil 输出的数据 2 m287 12 c A 4 m431 11 x W 4 s m403 31 W 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离 假设 则有 P em15 0 P a m456 115 0606 1 ye csp p a 代入公式得到 KNN pe 543 63608 403 13 456 1287 12 1 403 13 162000 则 2012 届土木工程专业 桥梁 毕业设计 33 根411 13913958 0 1000543 63608 Pscon pe p A N n b 保证下缘不被压碎 3 13 xx ppepe w M w eN A N min 则有 3 14 xp x pe weA wM N 1 min KNN pe 876 178923 431 11 456 1287 12 1 431 11 162000104 22 3 则 根1154 13913958 0 1000876 178923 Pscon pe p A N n 当在荷载 Mmax作用下 a 保证下缘不出现拉应力 3 15 0 max xx ppepe w M w eN A N 则有 3 16 xp x pe weA wM N 1 max 为基本组合弯矩组合设计值 由表查得 估算钢筋数量 max Mm137000 max KNM 时 可近似采用毛截面几何性质 由 Midas Civil 输出的数据 2 m287 12 c A 4 m431 11 x W 4 s m403 31 W 为预应力钢筋重心至毛截面重心 c 的距离 假设 则有 P em15 0 P a m456 115 0606 1 ye csp p a 代入公式得到 KNN pe 204 260621 431 11 456 1287 12 1 431 11 137000 则 张立永 雁滩桥设计 34 根1681 13913958 0 1000204 260621 Pscon pe p A N n b 保证上缘不被压碎 3 17 ss ppepe w M w eN A N max 则有 3 18 sp s pe weA wM N 1 max KNN pe 218 171675 403 13 456 1287 12 1 403 13 137000104 22 3 则 根1107 13913958 0 1000218 171675 Pscon pe p A N n 钢绞线根数的选定 因为 414 1 n根411 2 n根1154 3 n根1681 4 n根1107 5 n 暂选定钢绞线根数根494 n C 跨中截面 62 根据正常使用极限状态正截面抗裂要求 确定预应力钢筋数量 为满足抗裂要求 所 需的有效预加力为 3 19 1 85 0 0 weA wM N p S pe 为短期效应弯矩组合设计值 由表查得 估算钢筋数量时 S Mm34100 KNM S 可近似采用毛截面几何性质 由 Midas Civil 输出的数据 2 m085 9 c A 4 m707 5 x W 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离 假设 则有 P emaP15 0 m919 015 0069 1 ye csp p a 代入公式得到 2012 届土木工程专业 桥梁 毕业设计 35 KNN pe 556 25929 707 5 919 0085 9 1 85 0 707 5 34100 采用每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 1860 张拉2 15 j 2 mm139 y A pk fMPa 控制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 估MPa1395186075 0 75 0 pkcon f 算 则 根168 13913958 0 1000556 25929 Pscon pe p A N n 根据承载能力极限状态进行估束 当在荷载 Mmax作用下 a 保证下缘不出现拉应力 3 20 0 max xx ppepe w M w eN A N 则有 3 21 xp x pe weA wM N 1 max 为基本组合弯矩组合设计值 由表查得 估算钢筋数量时 可 max Mm49500 max KNM 近似采用毛截面几何性质 由桥梁由 Midas Civil 输出的数据 2 m085 9 c A 4 m707 5 x W 4 m640 7 s W 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离 假设 则有 P em15 0 P a m919 015 0069 1 ye csp p a 代入公式得到 KNN pe 727 31993 707 5 919 0085 9 1 707 5 49500 则