140m下承式系杆拱桥设计计算书

前 言 大学四年的学习生活转瞬即逝 在毕业前的毕业设计对我们而言尤为重要 它不 仅仅是学校教学要求的一个重要环节 更是培养我们独立工作能力 理论联系实际的 能力 严谨设计能力等能力的一个重要的手段 通过认真的完成毕业设计 可以系统 的运用所学的知识 也可以通过毕业设计来查找理论知识存在的不足 本设计是在指导老师的悉心指导下完成的 横店大桥的设计主要从桥梁方案的设 计与比较 桥梁的结构内力计算 预应力筋的配置设计 预应力损失的计算 截面强 度 应力验算等几个方面进行 在桥梁方案比选时 首先根据地形地质条件 桥梁的 总长 大体确定要选用的六个基本方案 通过初步的比较分析 再从六个基本方案中 初选三个方案 按照安全 实用 经济 美观 有利于环保的原则 确定最终的方案 本设计考虑到水位情况 基础埋深 桥面宽度 施工方法等等因素 最终选用跨径为 120 米的双幅上承式钢筋混凝土箱肋拱桥 箱型肋拱相当于在箱型板拱基础上去掉部 分箱肋构成的 除具有箱型板拱的优点之外 比箱型板拱更加节省混凝土数量 减小 恒载重力 减少墩台圬工数量 降低造价 如将 1989 年建成的四川省第一座跨径为 100 米的钢筋混凝土箱型拱肋与箱型板拱定型设计相比 重力与水平推力分别减少小 了 48 和 40 相当于减小了下部结构圬工数量 从而降低了总造价 另外 在外观 上 箱型拱肋拱桥线形清晰明快 轻盈美观 施工也比较方便 本设计采用缆索吊装 施工 由于 箱型拱肋桥的这些优点 目前在混凝土拱桥中已被普遍采用 其它结构 的设计以及细部的处理都参照了相应的规范和手册进行 在计算时 通过手算和桥梁 博士软件计算相结合 进行了截面配筋 应力计算等工作 在模型的建立过程中 对 于细部的处理 如怎何施加刚臂 如何添加主从约束等问题有了更清晰的认识 在整 个设计的过程中 手工制图 CAD 制图 桥梁电算 手算等能力有了明显的提高 独 立分析计算的能力得到了长足的发展 本设计旨在通过合理的设计 达到安全 实用 经济 美观 有利于环保的目的 同时 要达到学以致用 举一反一的程度 通过计算分析 结构的设计是安全可靠 合理的 通过毕业设计 收获很多 感触颇深 但由于本人能力和知识水平有限 错 误之处在所难免 恳请各位老师 同学批评 指正 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 I 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 设计资料及概述 1 1 1 技术标准 1 1 2 自然概况 2 1 3 设计规范 2 1 4 说明 2 第 2 章 方案设计与比选 3 2 1 初选设计方案说明 3 2 2 方案比选 3 2 3 推荐桥型方案 12 第 3 章 营运阶段的设计计算 13 3 1 主要技术标准及控制条件 13 3 1 1 设计标准 13 3 1 2 主要规范 标准 13 3 2 主要材料及技术性能 13 3 2 1 混凝土 13 3 2 2 预应力钢束的物理力学参数取值 14 3 2 3 沥青混凝土 14 3 3 结构尺寸拟定 14 3 3 1 基本计算数构造 14 3 3 2 桥型尺寸拟定 15 3 3 3 主桥上部构造 15 3 4 下部构造 17 第 4 章 主梁内力计算 18 4 1 计算模式 18 4 1 1 单元划分 18 4 1 2 边界条件 20 4 1 3 横向分布系数计算 21 邱 宇 横店大桥 II 4 1 4 汽车冲击系数的确定 21 4 1 5 索力调整 21 4 2 设计荷载及荷载组合 23 4 2 1 设计荷载 23 4 2 2 使用荷载组合 24 4 3 主梁截面内力计算 24 4 3 1 承载能力极限状态荷载组合 24 4 3 2 正常使用极限状态荷载组合 29 4 3 3 内力包络图 36 4 4 系杆预应力钢束的估算和配置 38 4 4 1 预应力钢束估算 38 4 4 2 配束后内力计算及内力组合 39 4 5 系梁持久状况承载力极限状态验算 42 4 6 系梁持久状况正常使用极限状态验算 44 4 7 系梁持久状况下预应力混凝土构件应力验算 47 4 8 拱肋强度验算 49 4 9 桥面板计算 52 第 5 章 施工要点和方案概要 58 5 1 建筑材料 58 5 2 下部结构施工 58 5 3 上部结构施工 59 5 4 桥台施工 61 5 5 引桥施工 62 5 6 其它施工注意事项 62 5 7 施工安排 63 结束语 65 致 谢 66 参考文献 67 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 I 摘 要 本次设计的对象是横店大桥 根据所给地形和其他设计参数 联系已建桥以及有 关文献 结合相关规范 进行方案设计 采用钢管混凝土系杆拱桥 跨径为140m 系 梁高为2 2m 在端部加强 横梁高为1 1m 本文主要阐述了该桥的设计和计算过程 首先进行桥型方案比选 对主桥进行总体布置设计 然后对上部结构进行内力 配筋 计算 再进行强度 应力验算 同时 本设计严格遵从交通部颁布实施的关于此类桥 梁设计 施工规范 最终达到了理论与实践相结合 关键词 钢管混凝土 系杆拱桥 预应力 邱 宇 横店大桥 II ABSTRACT The content of the present desigen is on the hengdian Bridge I design the bridge based on the terrain design parameters relevant Standards bridges which have been built and the relevant literature whichadopts the form of concrete filled steel tube tied arch bridge The span arrangement is140m The height ofthe tie girder on the support is 2 2m and the height of beam is1 1m This essay focuseson the design and calculation process of the bridge Firstly comparison anddetermination a better between two types is done and overall disposaldesign of the mainspan Secondly finished the calculation of theinternal force andreinforcing bar on thesuperstructure Thirdly check theintensity stress anddeflection Finally check the substructure The main contents of the design are as the follows Lastly the construction flow diagram is drawn This design conforms to the relevant Standards which are issued by the ministry of communications and it combines theory with practice KEY WORDS concrete filled steel tube tied arch bridge prestressed concrete 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 1 第 1 章 设计资料及概述 1 1 技术标准 1 桥宽 0 25 米护栏 1 5 米人行道 7 米行车道 1 5 米人行道 0 25 米护栏 2 桥面高程 左岸为 1056 89 米 右岸根据桥长按 2 纵坡计算可得 3 桥面横坡 单向 1 5 4 桥面纵坡 单向 2 4 作用等级 公路 II 级 表 1 1 地面线 编号里程桩号地面高程 1 416 171056 89 2 434 1711049 60 3 451 1711045 02 4 457 1711042 13 5 464 1711042 21 6 470 1711033 59 7 478 1711033 56 8 495 1711016 97 9 508 1711011 92 10 517 1701007 06 11 524 1711000 84 12 559 6711042 62 13 565 1711044 18 14 574 1711044 03 15 580 6711045 78 16 588 1711047 89 17598 1711053 07 18628 1711067 50 注 尺寸单位 m 邱 宇 横店大桥 2 1 2 自然概况 气候水文地质情况 月平均气温最高为 35 度 最低为 10 度 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 中华人民共和国交通部部标准 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 北京 人民交通出版社 2000 年 2 中华人民共和国交通部部标准 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 北京 人民交通出版社 2004 年 3 中华人民共和国交通部部标准 公路桥涵设计手册 桥梁附属结构和支座 北京 人民交通出版社 1985 年 4 中华人民共和国交通部部标准 公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规 范 JTJ041 2000 北京 人民交通出版社 2000 年 1 4 说明 本毕业设计的课题任务是横店桥的设计 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 下承式混凝土系杆拱桥和简支梁桥 然后从初拟的 5 个方案中选定了预应力混 凝土连续梁桥 上承式混凝土拱桥和下承式混凝土系杆拱桥三个方案 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 最后选定下承式 混凝土系杆拱桥方案作为推荐桥型方案 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 3 第 2 章 方案设计与比选 2 1 初选设计方案说明 1 跨径为 55 80 55m 预应力混凝土连续刚构桥 2 跨径为 55 80 55m 预应力混凝土连续梁桥 3 主跨为 80m 的上承式混凝土拱桥 4 主跨为 140m 的下承式钢管混凝土系杆拱桥 5 跨径为 6 30m 的简支梁桥 2 2 方案比选 方案比选主要依据适用 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 以期达到预期的经济和社会效益 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梁桥 1 桥跨布置 总体布置55m 80m 55m 三跨连续刚构 190m 中跨与边跨之比为 1 0 6875 2 方案构思 连续梁桥墩梁固结 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 用空心墩 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好 变形小 伸缩缝少 行车平顺 舒适 造型简洁美观 养护工程量小 抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型 之一 邱 宇 横店大桥 4 图 2 1 连续梁桥型总体布置图 单位 cm 3 上部结构设计 连续梁桥主梁采为变截面单室箱梁 墩顶梁高5m 高跨比为1 16 2 跨中梁高 2 5m 为支点梁高的1 2 箱梁顶宽10 5m 底板宽6m 悬臂2m 顶板厚度统一采用 25cm 底板厚度采用变厚度 由墩顶的70cm逐渐过渡至跨中的40cm 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35cm 墩顶部分为65cm 4 下部结构设计 由于连续梁桥采用墩梁以支座连接的形式 在上部主梁自重大 故本桥下部采 用了空心墩形式 在本方案中 采用直径位3m的空心墩 壁厚位70cm 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 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 并且采取临时 锚固措施 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 表 2 1 连续梁桥方案主要工程数量表 混凝土 3 钢材 t 材料 C50C35C30C25C15沥青钢筋钢绞线 主梁1994 38358 9911 66 现浇段39 897 18 桥面铺装208 37 横隔板78 86 墩身223 3210 52 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 5 墩台37856 7桥 墩桩基7539 82414 27 台帽 台身 74 07438 26桥 台 基础359 94 人行道栏 杆 428 4 合计1994 3839 89601 328121 1798 2208 37847 6611 6 方案 上承式混凝土拱桥 1 总体布置 2 20m 预应力砼简支空心板 9 10m 90m上承式混凝土拱桥 2 20m 预应力砼简支空心板 170m 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 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80米跨度适中 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15米 矢跨比为1 5 5 邱 宇 横店大桥 6 图2 2 上承式拱桥桥型总体布置图 单位 cm 3 桥面宽度 主桥行车道宽2 3 5 7m 两侧人行道为2 1 5 3m 两侧护栏为2 0 25 0 5m 桥的总宽为10 5m 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80m 计算矢高15m 矢跨比 1 5 5 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 9 5m 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10m 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10 5m 梁高1m 桥面板为预制空心板 现浇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 5m 宽1m 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 之间以湿接缝连接 6 立柱 立柱标准间距为10m 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4 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 5m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14米 宽14 5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 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空心板梁桥 每跨采 用10片预制空心板梁 空心板高度1m 每个空心板之间以湿接缝连接 引桥支座选用 板式橡胶支座 引桥总宽为 10 5m 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 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 7 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 表2 2 上承式拱桥方案主要工程数量表 混凝土 3 钢材 t 材料 C50C40C30C25C15沥青钢筋 主梁706 18891 8 现浇段275 027 桥面铺装96 526上部 结构 横隔板 立柱901 4758 6 墩身239 8515 59 桥墩桩基885 6155 62 台帽 台身 93 75554 38下部 结构桥台 基础637 89 主拱 圈 863 7373 42 人行道及栏杆379 96 合计1569 9275 021141 31359 31192 296 5273 4 方案 下承式钢管混凝土系杆拱桥 总体布置 20m 预应力砼简支空心板梁 140 5m 下承式钢管混凝土系杆拱桥 20m 预应力砼简支空心板梁 180 5m 方案构思 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 邱 宇 横店大桥 8 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 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140米跨度适中 两侧各设 置20m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30米 矢跨比为1 5 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 9 图2 3 中承式钢管混凝土拱桥桥型总体布置图 单位 cm 桥面宽度 主桥行车道宽2 3 5 m 两侧人行道为2 1 5 3m 两侧护栏为2 0 25 0 5m 桥的总宽为10 5m 桥面横坡2 主拱拱圈 主拱拱圈采用下承式悬链线无铰拱 计算跨径140m 计算矢高30m 矢跨比 1 5 每肋由2根直径 1200mm 壁厚12mm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 主梁设计 主桥主梁采用吊杆悬吊横梁 横梁上放置空心板的形式 其中 横梁长 11m 宽 0 8m 高 1 1m 空心板高 0 5m 宽 1m 横向布置 9 块 混凝土实心墩 墩柱采用普通钢筋混凝土矩形墩 墩宽3m 上部设置交界墩 采用C35混凝土现 浇 每组桥宽方向布置二个墩柱 立柱截面尺寸均为宽3 0m矩形柱 墩柱中部设置横 系梁 以保证立柱刚度和稳定性 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 11m 拱座局部采用 C25 混凝土 基本采用 C15 片石混凝土 长高均 为 14m 宽 14 5m 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 引桥 引桥采用 20m 预应力混凝土简支空心板梁 采用 C50 标号混凝土预制 每跨采用 10 片预制空心板 梁 空心板高 1m 空心板间以湿接缝连接保证主梁整体性和稳定性 桥面设置 2 横坡 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 邱 宇 横店大桥 10 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 安装桥面空心 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 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 表 2 3 下承式钢管混凝土系杆拱桥方案主要工程数量表 混凝土 3 钢材 t 材料 C50C40C30C25C15沥青钢筋钢绞线 主梁750 4497 56 现浇段292 02 桥面铺装184 29 横梁256 45110 57 拱圈736 8345 99 系杆1308 7104 739 26 上 部 结 构 主 拱 圈 吊杆41 36 墩身660 7841 5桥 墩桩基10336 9649 16 台帽台 身 75 12479 65 下 部 结 构 桥 台 基础402 5760 39 人行道及栏杆379 05 合计750 44548 47660 7810791 07882 22184 29959 1839 26 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 11 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 三跨变截 面预应力 混凝土连 续梁桥 190m 55m 80m 55m 三 跨连续梁 桥面连续 伸缩缝少 视野开 阔 必须墩高才能保证主墩具有 足够的柔性 高跨比也要协调适 中 后期变形大 主孔的跨度为80m 比较大 施 工难度较大 工期较长 主桥后期营运养护费大 行车平顺舒适 主桥线条简洁明快 外型朴 素大方 线形流畅 视野开 阔 与引桥上部结构形式协 调统一 相得益彰 悬臂施工经验足 进度快技术经济 合理 需要设置 预应力 需要调 整索力 要临时 锚固 第 二 方 案 上承式混 凝土箱板 拱桥 170m 2 20m 预应力砼 简支空心板 9 10 90m 上承 式混凝土拱桥 2 20m 预应力 砼简支空心板 主跨80m 桥下净空大 拱脚设 置在岸上 无防撞要求 跨数不多 成桥后视野开阔 后期维护费用少 变形量小 主孔的跨度为90m 跨度适中 引桥预制吊装 质量高 工期 有保障 主桥后期营运养护费较 少 行车较平顺 桥型气势宏伟 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 没 有通航要求施工 方便 成拱后施 工进度快 简单 安全性好 便于 控制 邱 宇 横店大桥 12 表 2 4 桥型方案比较表 第 三 方 案 下承式混 凝土预应 力系杆拱 桥 180m 20m 预应力砼简支 空心板 140m 系杆 拱 20m 预应力砼 简支空心板 主跨 80m 桥下净空大 系杆拱 位无推力拱 对下部基础要求较 低 成桥后线形优美 主孔的跨度为140m 跨度适中 引桥预制吊装 质量高 工期有 保障 主桥后期营运养护费较少 行车较平顺 桥型气势宏伟 外观优美 外观大气 稳定性好 缆索施工经验已 经基本成熟 可 以节省大量钢材 和水泥施工方便 施工要求较高 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 13 2 3 推荐桥型方案 从方案比较中我们可以看到 第二和第三方案在安全 功能 美学感觉上 使用 期维护等方面占据优势 第一方案桥型虽然技术比较先进 也比较优美 但施工相对 复杂 连续梁桥跨养护费用高 需要配置预应力钢筋 施工比较困难 而第二方案虽 然构造简单 但桥墩修建较多 立柱设置比较复杂 经技术比较之后 最终确定推荐 方案为 下承式预应力混凝土系杆拱桥 邱 宇 横店大桥 14 第 3 章 营运阶段的设计计算 3 1 主要技术标准及控制条件 3 1 1 设计标准 设计荷载 公路 II级 设计行车速度 80km h 主桥断面 2 0m 系杆区 0 5m 人行道护栏 1 5m 人行道 7 0m 车行 道 1 5m 人行道 0 5m 人行道护栏 2 0m 系杆区 14 5m 引桥断面 1 75m 人行道含栏杆 7m 车行道 1 75m 人行道含栏杆 10 5m 桥面纵坡 3 桥面横坡 双向1 5 3 1 2 主要规范 标准 1 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 3 公路工程地质勘察规范 JTJ064 98 4 公路砖石及混凝土桥涵设计规范 JTJ022 85 5 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63 2007 6 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ025 86 7 公路沥青路面设计规范 JTJ014 97 8 城市桥梁设计荷载标准 CJJ77 98 9 工程建设标准强制性条文 公路工程部分 3 2 主要材料及技术性能 3 2 1 混凝土 根据文献 主梁采用中交新混凝土 C50 混凝土 有关该混凝土的参数取值如下 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 15 拉压弹性模量 E 34500 MPa 剪切弹性模量 G 13800 MPa 泊桑比 v 0 2 温度膨胀系数 alfa 1e 005 度 3 2 2 预应力钢束的物理力学参数取值 预应力钢束采用直径为15 24mm 的预应力钢绞线 预应力管道采用性能优良的预 埋波纹管 钢绞线的主要力学性能如下 极限抗拉强度 f pk 1860MPa 张拉控制应力 0 75 f pk 1395MPa 预应力钢束与管道的摩阻系数 0 22 预应力管道的偏差系数 k 0 001 弹性模量 E 1 95 105MPa 钢筋松弛率 0 035 两端锚具变形及钢筋回缩值 12mm 3 2 3 沥青混凝土 沥青混凝土型号为 SMAy 23KN m3 3 3 结构尺寸拟定 3 3 1 基本计算数构造 根据 公预范 中各条规定 混凝土 纲绞线和钢筋的各项基本数据以及在各阶 段的容许值 如表3 1 所列 表 3 1 基本计算数据 名称项目符号单位数据 立方体强度标准值fcu kMPa50 弹性模量EcMPa 3 45 1 04 轴心抗压强度标准值fckMPa32 4 轴心抗拉强度标准值ftkMPa2 65 主梁混凝土 轴心抗压强度设计值fcdMPa22 4 邱 宇 横店大桥 16 轴心抗拉强度设计值ftdMPa1 83 极限压应力0 7f ckMPa20 72短暂 状态极限拉应力0 7f ckMPa1 757 压应力极限值 极限压应力0 5fckMPa16 2 极限主压应力0 6fckMPa19 44 拉应力极限值 短期效应组合极限拉应力 st pc 0 7ftk MPa1 855 短期效应组合极限主拉应力0 7ftkMPa1 855 持久 状态 长期效应组合极限拉应力 lt pcMPa0 标准强度fpkMPa1860 弹性模量EpMPa 1 95 1 05 抗拉设计强度fpdMPa1260 最大控制应力 con0 75fpkMPa1395 持久状态应力 15 2 钢绞线 标准荷载组合0 65fpkMPa1209 钢筋混凝土 1KN m325 沥青混凝土 2KN m323材料容重 钢绞线 3KN m378 5 钢绞线与混凝土的弹性模量比 EP无量纲5 65 注 分别为钢束张拉时混凝土轴心抗压 抗拉强度标准值 本例考虑混凝土 tk f tk f 强度达到设计强度的90 时开始张拉预应力钢束 即混凝土强度等级为C45时开始张拉 钢束 因此 29 6 MPa 2 51 MPa tk f tk f 3 3 2 桥型尺寸拟定 跨径布置 桥梁为 10 5 米净宽 主桥采用下承式钢筋混泥土系杆拱桥 主桥标 准跨径为 140 5m 计算跨径为 140 米 全桥总布设 北岸引桥布跨为 20m 普通钢筋 砼空心板梁 主桥为 140 米下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥 南岸引桥布跨为 20m 普通钢筋砼空心板梁 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 17 3 3 3 主桥上部构造 主桥截面形式及主要尺寸 a 拱肋行式 本次设计采用的是钢筋混凝土拱肋 计算跨径140m 计算矢高比1 5 拱轴线形 式采用二次抛物线形式 拱轴线方程为 式 3 1 175 1 140 主桥采用圆形截面的拱肋 矢高 30m 壁厚为14mm 内填C50 微膨胀混凝土的钢 管混凝土拱肋 钢管外径为120cm 图3 1 拱肋截面图 单位 cm b 系梁的尺寸拟定 系梁断面宽1 4m 高2 2m 系梁在俩端支座处局部加强 宽2m 高3 5m 具体尺 寸如图 图3 2 系杆示例图 单位 cm 邱 宇 横店大桥 18 c 横梁尺寸拟定 中横梁采用箱型实心预应力混凝土截面1 1m 具体尺寸如图2 5 a 所示 端横梁 具体尺寸如图 图3 3 横梁示例图 单位 cm d 吊杆尺寸拟定 吊杆 全桥共设21对吊杆 吊杆为钢筋混凝土圆形截面 直径为15cm 吊杆内设 12 根中交新预应力筋 270K 级钢绞线 15 24 e 预应力体系 纵向预应力钢索采用 ASTM 270K 级低松弛钢绞线 D15 24 采用OVM 15 张 拉锚固体系 钢绞线采用ASTM A416 90a 标准 高强度低松弛270K 级 j 15 24 钢 绞线 其标准强度为1860MPa 公称直径15 24mm 公称面积140mm 预应力波纹管采 用镀锌双波金属波纹管 f 桥面铺装 桥面铺装采用 6cm 厚SMA 沥青混凝土 8cm40 号防水混凝土 g 伸缩缝 主桥两侧设置 80 型异型钢伸缩缝 h 支座 支座采用 GPZ 盆式橡胶支座 i 其他材料 砂 石 水等材料的质量要求均按照 公路桥涵施工技术规范 的有关要求执行 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 19 3 4 下部构造 主桥主墩采用双柱式实体墩 基础采用 120cm 钻孔灌注桩 邱 宇 横店大桥 20 第 4 章 主梁内力计算 4 1 计算模式 4 1 1 单元划分 结构总体静力分析采用桥梁静力计算综合分析程序midas7 9进行 以理论纵轴线 为基准进行结构离散 拱肋单元1 22 吊杆单元23 43 系梁单元44 65 单拱部分共 65个单元 全桥单元划分如图4 1 所示 图4 1 模型示意图 表4 1 拱肋特性表 单元号 截面高度 m 截面面积 2 截面抗弯惯性 矩 kN m 截面中心轴高 度 m 1拱肋2 72 47320 75611 35 2拱肋2 72 47320 75611 35 3拱肋2 72 47320 75611 35 4拱肋2 72 47320 75611 35 5拱肋2 72 47320 75611 35 6拱肋2 72 47320 75611 35 7拱肋2 72 47320 75611 35 8拱肋2 72 47320 75611 35 9拱肋2 72 47320 75611 35 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 21 10拱肋2 72 47320 75611 35 11拱肋2 72 47320 75611 35 12拱肋2 72 47320 75611 35 13拱肋2 72 47320 75611 35 14拱肋2 72 47320 75611 35 15拱肋2 72 47320 75611 35 16拱肋2 72 47320 75611 35 17拱肋2 72 47320 75611 35 18拱肋2 72 47320 75611 35 19拱肋2 72 47320 75611 35 20拱肋2 72 47320 75611 35 21拱肋2 72 47320 75611 35 22拱肋2 72 47320 75611 35 44系梁3 570 86861 75 45系梁2 22 040 77151 0988 46系梁2 22 040 77151 0988 47系梁2 22 040 77151 0988 48系梁2 22 040 77151 0988 49系梁2 22 040 77151 0988 50系梁2 22 040 77151 0988 51系梁2 22 040 77151 0988 52系梁2 22 040 77151 0988 53系梁2 22 040 77151 0988 54系梁2 22 040 77151 0988 55系梁2 22 040 77151 0988 56系梁2 22 040 77151 0988 57系梁2 22 040 77151 0988 58系梁2 22 040 77151 0988 59系梁2 22 040 77151 0988 60系梁2 22 040 77151 0988 邱 宇 横店大桥 22 61系梁2 22 040 77151 0988 62系梁2 22 040 77151 0988 63系梁2 22 040 77151 0988 64系梁2 22 040 77151 0988 65系梁3 570 86861 75 4 1 2 边界条件 边界条件见表4 2 表4 2 施工阶段边界条件 节点号水平刚性约束竖向刚性约束转动刚性约束 1有有无 24无有无 25无有无 26无有无 27无有无 28无有无 29无有无 30无有无 31无有无 32无有无 33无有无 34无有无 35无有无 36无有无 37无有无 38无有无 39无有无 40无有无 41无有无 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 23 42无有无 43无有无 44无有无 23有有无 表 4 3 成桥阶段边界条件 节点号水平刚性约束竖向刚性约束转动刚性约束 1有有无 23无有无 4 1 3 横向分布系数计算 二车道 1 2 1 式 8 7 6 9 5 6 3 8 12 5 4 1 人 群 1 14 式 12 5 1 0 75 12 5 4 2 所以汽车的横分布系数为1 人群的横向分布系数为1 14 4 1 4 汽车冲击系数的确定 其中系梁的截面面积为S 2 04 2 截面惯矩IC 1 0916 f 1 64Hz 式 1 2 2 22 65 2 3 14 1402 1 0916 104 0 222 9 8 106 2 04 2 5 103 4 3 而1 5Hz f0 2 符合要求 u Rg Ra 0 007 280 19 1 0 103M 32 85KN M 故 每米板宽上排采用9 12 钢筋面积为10 18 2 cm 4 10 验算阶段计算施工工况 为了进行桥梁施工过程和成桥阶段的结构验算 按照前面估算预应力筋后配置的 系杆预应力束以及吊杆力 详细模拟其施工过程如下 第一阶段系梁施工 预制系杆 张拉 1 预应力筋 第二阶段顶推系杆到位 第三 阶段拱肋施工 第四阶段浇筑横梁 张拉 4 号和 5 号预应力筋 第五阶段安装吊杆 张拉一半的吊杆力 第六阶段安装桥面板及桥面铺装 防撞墙和栏杆施工 张拉吊杆 力到位 张拉 2 号和 3 号预应力筋 见图 4 11 4 12 4 13 4 14 1 施工阶段一 系梁施工 张拉 1 号预应力筋 图 4 11 施工阶段一示意图 2 施工阶段二 顶推发施工 3 施工阶段三 拱肋施工图 邱 宇 横店大桥 58 4 12 施工阶段四示意图 表 4 15 施工阶段 1 2 3 外部边界条件 约束节点号水平刚性约束竖直刚性约束转角方向 44有有无 45无有无 46无有无 47无有无 48无有无 49无有无 50无有无 51无有无 52无有无 53无有无 54无有无 55无有无 56无有无 57无有无 58无有无 59无有无 60无有无 61无有无 62无有无 63无有无 64无有无 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 59 约束节点号水平刚性约束竖直刚性约束转角方向 65无有无 4 施工阶段四 浇筑横梁 张拉 4 号和 5 号预应力筋 5 施工阶段五 安装吊杆 张拉一半的吊杆力 图 4 13 施工阶段四示意图 6 施工阶段六 安装桥面板及桥面铺装 安装防撞栏和人行道栏杆 张拉吊杆力到位 张拉 2 号和 3 号预应力筋 图 4 14 施工阶段六示意图 表 4 16 施工阶段 4 5 6 边界条件 约束节点号水平刚性约束竖直刚性约束转角方向 44有有无 65无有无 邱 宇 横店大桥 60 第 5 章 施工要点和方案概要 本桥结构受力复杂 为确保工程质量 有关施工艺和质量检验标准必须严格遵守 中华人民共和国交通部颁发的 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 和 公路 工程质量检评定标准 JTG F80 1 2004 的有关要求 对各主要工艺应制定详细的 施工方案 并征得监理工程师的同意后再进行施工作业 5 1 建筑材料 a 混凝土 避免使用较强混凝土 采取有效措施降低混凝土施工温度 以避免过高的水化热 及环境温度引起不利的混凝土温度应力 混凝土施工前必须做配合比试验 综合考虑 施工工序 工期安排 环境影响等因素 通过试验 保证混凝土强度和抗渗指标 减 少混凝土收缩 徐变的不良影响 b 钢材 普通钢筋 预应力钢材和锚具应按设计要求的技术指标和型号进行采购 并按有 关质量检验标准进行严格的检验 遵照施工技术规范及有关要求进行施工 5 2 下部结构施工 桥梁上部承受的各种荷载 通过桥台或桥墩传至基础 再由基础传至地基 基础 是桥梁下部结构的重要组成部分 因此 基础工程在桥梁结构物的设计与施工中 占 有极为重要的地位 它对结构物的安全使用和工程造价有很大的影响 所以施工中应 加倍注意 1 施工时应结合施工条件和施工艺安排 尽量考虑先预制钢筋骨架 或钢筋 骨架片 钢筋网片 在现场就位后进行连接或绑扎 以保证安装质量和加快施工进 度 钢筋骨架 或钢筋骨架片 和钢筋网片的预制及安装均应符合 公路桥涵施工技 术规范 JTJ041 2000 的有关规定 2 墩身及钻孔桩竖向主筋长应尽量采用螺纹套筒接头 桩身钢筋现场接长采用 螺纹套筒接长 有困难也可采用挤压套筒接长或焊接接长 其连接应满足相应规范的 要求 其搭接要求为 I II 级钢筋应满足 35d 钢筋直径 20mm的钢筋允许搭接 连接 且同一断面内搭接数量应满足规范要求 12 届土木工程 桥梁 毕业设计 论文 61 3 如因浇筑或振捣混凝土需要 可对构造钢筋间距作适当调整 4 为保证边墩墩身和桩基连接处的施工质量 护筒刃角应穿过淤泥和淤泥混砂 及砂层进入亚粘土层或残积土层 施工的护筒壁厚应满足抽水后的强度及稳定性要求 护筒刃角的最高标高应满足整体稳定性要求 护筒直径不大于1 8m 5 根据地质报告 岩面起伏和风化程度变化较大 施工时应认真作好钻孔记录 保存好各岩 土 层的渣样 并采用用可靠的方法确定弱风化和微风化岩面的标高 当施工发现岩面高程与现有地质资料不符时 须及时通知设计单位进行处理 6 钻孔施工至设计标高后 必须测量孔位 孔深 孔径 沉淀层厚度和泥浆的 含砂率 只有在确认各项指标满足设计和规范要求后 才能灌注桩基混凝土 各项规 定和指标的允许值如下 桩孔中心位置偏差 不大于50mm 孔径 不小于设计桩径 倾斜度 小于1 100 孔深 不小于设计要求的嵌岩深度 沉渣厚度 不大于50mm 泥浆指标 相对密度 1 03 1 10 粘度 17 20Pa s 含 砂率 2 胶结率 98 7 为确保基桩的质量 成桩后应逐一进行无破损检验 本设计建议采用声测法 每根桩均要埋设3 根测钢管 以便采用超声波检测法检查桩的混凝土质量 具体埋设 要求与检测部门商定 声测管应采用套筒丝扣连接或套筒焊接连接 以保证声测管内 壁平顺和密封 同时应采取防护措施 保证声测管在施工中不被堵塞 8 墩身 桩基 桥台各部分的施工缝应严格进行凿毛 去除浮浆 松散混凝土 和油污 以保证新老混凝土的结合质量 9 墩身模板应有足够的刚度 以免模板变形影响墩身混凝土浇筑质量和墩外观 5 3 上部结构施工 上部结构由系梁 拱肋 横梁 横撑 吊杆等组成 采用先梁后拱法施工 系梁 采用支架法施工 拱肋也采用支架法施工 a 施工控制 1 设置临时横撑固定拱肋 特别是在合拢段基肋端一定要设置临时支撑 b 预应力管道质量 1 所有纵向预应力管道必须设置内衬管时才允许浇注混凝土 2 所有纵向预应力管道须采用镀锌双波波纹管 且钢带厚度不得小于0 3毫米 如有条件可采用真空吸浆工艺及专用塑料波纹管 3 所有管道与管道间的连接及管道与喇叭管的连接应确保其密封性 邱 宇 横店大桥 62 4 所有管道