赫山大桥桥型方案设计 土木工程（桥隧工程方向）专业毕业设计 毕业论文.doc

学生毕业设计 论学生毕业设计 论 文 计算书文 计算书 课题名称课题名称 赫山大桥桥型方案设计赫山大桥桥型方案设计 姓姓 名名 学学 号号 院院 系系 土木工程学院土木工程学院 专专 业业 土木工程 桥隧工程方向 土木工程 桥隧工程方向 指导教师指导教师 20122012 年年 0505 月月 2828 日日 20122012 届学生届学生 毕业设计毕业设计 论文论文 材料材料 四 四 2 湖南城市学院本科毕业设计 论文 诚信声明 本人郑重声明 所呈交的本科毕业设计 论文 是本人在指导 老师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 成果不存在知识 产权争议 除文中已经注明引用的内容外 本设计 论文 不含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明 本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担 本科毕业设计作者签名 二 一二年五月二十八日 3 目录目录 摘要 1 关键词 1 1 设计总说明 2 1 1 工程概况 3 1 2 设计任务及要求 3 1 3 设计依据与主要技术指标 5 1 4 推荐方案 5 1 5 设计小结 5 2 桥位条件概述 7 2 1 概述 7 2 2 河床断面图 7 2 3 河床高程表 8 2 4 地质情况表 8 2 5 地质说明 9 3 初步方案的拟定 9 3 1 初拟方案概述 9 3 2 结构布置基本要点 10 3 2 1 立面布置 10 3 2 2 横截面布置 12 3 2 3 平面设计 14 3 2 4 下部结构 14 3 3 初拟方案及相关技术要求 16 3 3 1 钢管混凝土拱桥 16 3 3 2 混凝土箱型斜拉桥 18 4 3 3 3 预应力混凝土连续刚构 19 3 3 4 预应力混凝土连续梁桥 20 3 4 初拟方案主要数据汇总 21 3 4 1 主桥 21 3 4 2 引桥 21 3 4 3 桥面主要控制点数据 21 4 桥型方案比选 22 4 1 比选的标准 22 4 2 各桥型截面设计及结构受力特点 23 4 2 1 赫山大桥混凝土箱型斜拉桥桥型方案 一 23 4 2 2 赫山大桥钢管混凝土拱桥桥型方案 二 25 4 2 3 赫山大桥预应力混凝土连续梁桥桥型方案 三 27 4 3 桥型方案比选概述 29 4 4 工程数量概算表 29 4 5 造价概算 30 4 5 1 概算及作用 30 4 5 2 概算的编制依据 30 4 5 3 概算档的组成 30 4 5 4 概算费用的组成 31 4 5 5 编制概算时必须考虑的问题 33 4 5 6 工程概算的编制 34 5 模糊综合评判法确定最佳推荐方案 38 5 1 混凝土箱梁斜拉桥工程数量表 推荐方案 38 5 2 中承式钢管混凝土拱桥工程数量表 43 5 3 预应力砼连续刚构桥工程数量表 49 5 4 运用模糊综合评判法进行方案比选 53 5 5 桥型方案比选表 54 5 6 推荐方案相关结构的说明 55 6 1 上部结构尺寸拟定及说明 55 6 1 1 桥塔 55 6 1 2 箱梁截面主要结构尺寸拟定 56 6 1 3 加宽段 57 6 2 下部结构尺寸拟定及说明 57 6 2 1 桥台结构形式的选择 57 6 2 2 桥墩结构形式选用原则 58 6 2 3 桩基和承台及尺寸规范 60 7 手工图绘制 61 7 1 交接墩 61 7 2 桥台 62 8 30M 简支 T 梁内力计 65 8 2 计算标准和设计参数 65 8 1 工程概况 65 8 3 截面特征及单元特征信息列表 65 8 4 正常使用极限状态应力验算 70 8 5 承载能力极限状态正截面强度验算 85 8 6 钢束引伸量及钢束长度 87 8 7 钢束最大拉应力验算 87 8 8 成桥结构位移 88 8 9 结论 88 9 专业文章英译汉 89 参考文献 98 6 致谢 90 附录 毕业设计任务书 模糊综合评判法在桥型方案优选中的应用 7 赫山大桥桥型方案设计赫山大桥桥型方案设计 学生 朱亮学生 朱亮 指导老师 金志仁指导老师 金志仁 摘摘 要要 本次毕业设计课题名称为 赫山大桥桥型方案设计 在桥型方案设计中 初步拟定了四个桥型 在方案选择中采用了三个桥型方案 通过工程造价概算 和模糊数学综合评判法 确定的推荐方案为 混凝土箱梁斜拉桥 30m 30m 140m 260m 140m 30m 30m 并对 30mT 梁的引桥内力配筋进 行桥博电算 对推荐方案的交接墩和桥台构造进行手工绘图 本毕业设计提高 了我们在桥型方案中涉及到的结构 受力 造价 绘图的实际工作能力 通过 本次设计我学到了各种桥梁设计和计算软件的运用方法 桥梁比选中模糊数学 综合评判法的运用以及各种桥型结构中构造要求的知识 安全和技术要求 对 本专业的专业知识进一步进行了巩固 同时对专业知识的运用也更加灵活和娴 熟 而从另外一个方面上来说 本次设计虽然工作量大 时间紧凑 难点较多 但是锻炼了我们的意志力 为我们今后的工作做了一次提前的演练 让我们熟 悉了自己今后毕业后的工作性质 为我们打了一针强心剂 认识到土木工程设 计工作的艰苦性 复杂性 磨炼出坚韧的心志来面对繁琐量大的设计步骤 打 造了自我思考和探究的独立性 关键词 赫山大桥 方案比选 CAD 绘图 桥型设计 Heshan Bridge Bridge design based General Information Student Zhu liang Guiding Teacher Jin zhirong 8 Abstract This graduation design topic name for heshan of bridge type scheme design in the bridge type scheme design preliminary protocol the four bridge the scheme uses three bridge type scheme through project cost estimate and the fuzzy comprehensive evaluation method determining the recommended program for concrete box girder cable stayed bridge 30m 30m 140m 260m 140m 30m 30m and 30mT beam bridge internal force reinforcement for bridge Bo computer on the recommendation of the pier and abutment construction handover scheme for manual drawing the graduation design and improve our in bridge scheme relates to the structure stress cost drawing ability in practical work Through this design I learned a variety of bridge design and calculation software to use a method comparison and selection of bridge comprehensive evaluation method of fuzzy mathematics and the use of various bridge structure construction requirement of knowledge safety and technology requirements On the professional knowledge to further consolidate at the same time the application of professional knowledge is more flexible and skilled And from another aspect this design although workload is big time is compact there are many difficulties but exercise our willpower for us the job henceforth made an early exercise let us know their future after graduation to work nature as we hit stitch cardiac recognize civil engineering design work hard sex complexity hone tenacity will come face to face with complicated large amount of design steps create self reflection and inquiry independence Key word Heshan bridge Scheme comparison and selection CAD drawing Bridge design 9 1 设计总说明设计总说明 1 1 工程概况工程概况 本设计课题是赫山大桥桥型方案设计 该桥位于湖南省益阳市桃花仑路 他是此公路建设项目中的独立重点的工程 本设计中严格按照 毕业设计任务书 的要求进行工作安排 涉及到的技 术指标均能满足 公路与桥涵地基与基础设计规范 公路工程技术标准 公路桥涵设计通用规范 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 公路工程概算定额 本设计初步拟定了四个方案 钢管混凝土拱桥 混凝土箱梁斜拉桥 预应力混凝土连续刚构 预应力混凝土连续梁桥 在方案选择中采用了如下三个方案 第一方案为 钢管混凝土拱桥 桥型 主跨 200 m 边跨 320 m 全桥 640m 第二方案为 混凝土箱梁斜拉桥 桥型 主跨 260m 边跨 340m 全桥 660m 第三方案为 预应力混凝图连续梁桥 桥型 主跨 180m 边跨 420m 全 桥 660m 以上三个方案中引桥采用 30m 预应力混凝土 T 梁 并对其内力及配筋进行 了电算 程序为桥博 本设计提供 设计文件 一份 计算书 一份 10 1 2 毕业设计任务与要求毕业设计任务与要求 1 任务 本毕业设计课题的重点放在初步设计中的桥型方案设计 具体完成内容及 要求如下 1 桥型比较方案图 包括 桥梁分孔 确定桥下通航净空和桥面标高 合理选择基础形式 桥 头接线及纵坡 材料选用 绘制桥型比较方案图 要求 3 种桥型以上 必须有梁 拱 斜拉桥结构 每一种桥型均应画出 一个立面图 两个横断面图 即一个主跨断面 一个边跨断面 不允许徒手画 具体参见 土木工程毕业设计指南 桥梁工程分册 的第二章第一节 尺寸拟定 根据经验公式 结合已建桥梁实例拟定 平面图 桥台设计不能占用河堤 包括堤角 不能设在浅滩上 2 桥型推荐方案设计图 一种桥型 包括 拟定结构 桥跨结构 墩台 基础等 各部分的主要尺寸 计算各 桥型的定额直接费 概算 绘制桥型方案设计图 要求 每一种桥型均应有一个立面图 一个平面图 包括桥墩 桥台平面 两个横断面图 即一个主跨断面 一个边跨断面 包括桥墩 桥台 基础的横 断面布置 以及桥面附属构造图 具体要求参见 土木工程毕业设计指南 桥梁工程分册 的第二章第二 节 第四节 第五节 第六节 3 上 下部构造设计图 包括 主跨 边跨的主梁 主拱 构造 钢筋布设 墩 台及基础的构造 主跨墩 边跨墩 交接墩 台 要求 有标准图的可采用 否则应在计算书中作估算 4 设计总说明 包括 毕业设计任务书 设计基本资料及使用的规范 参考资料 桥型比 较方案的文字说明 推荐方案的明显优势 以及推荐方案的施工方案 施 工受力分析图 对所完成设计的总结和体会 要求 步骤清晰 字迹工整 文字简洁流畅 对每一步骤的设计思想和设 11 计依据交代清楚 具体要求参见 土木工程毕业设计指南 桥梁工程分册 的第二章第七 节 5 引桥内力计算 包括 根据引桥的施工方案和拟定的结构尺寸进行引桥的内力计算和配筋 设计 2 桥位条件 河床情况 通航等级 3 设计荷载 公路等级为公路 级 人群荷载 3 5kN m2 4 桥面净宽 行车道宽 20 5m 人行道宽 1 5m 5 要求 1 3 设计依据与主要技术指标设计依据与主要技术指标 1 毕业设计与任务书 湖南城市学院 2012 2 2 毕业设计规范 公路与桥涵地基与基础设计规范 公路工程技术标准 公路桥涵设 计通用规范 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 公路工程概 算定额 桥梁工程 结构设计原理 公路施工技术 公路圬工桥涵设 计规范 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 3 桥面中的设计高程为 29 9m 河堤顶至桥跨的净高为 5m 1 4 推荐方案推荐方案 推荐方案为 混凝土箱梁斜拉桥 桥型 桥跨布置 1 30 1 210 1 260 1 210 1 30 其结构特点是跨越能力大 符合桥型发展趋势 箱型截面抗 弯抗扭大便于悬臂施工 受力特点是拉索只承受拉力 主梁为多跨弹性支承的 12 连续梁 主塔主要承受弯压内力 施工方法为悬臂拼装施工 1 5 设计小结设计小结 本次毕业设计本人主要进行了如下工作 两张桥型初拟图的 cad 绘制 包括 四个桥型初拟方案 三张桥梁方案投影大图的 cad 绘制 三个筛选桥型方案的 概算造价并据此通过模糊数学综合评判法对方案进行排序从而选出最优方案 最优方案的交接墩以及桥台构造的手工图绘制 用桥梁博士软件对简支梁进行 配筋计算 设计总说明以及设计说明书的编写 在文国华 教授 老师 张锴 副教授 金志仁 教授 的指导下 在李展鹏 向正 尹武等同学的帮助下 顺利完成了本次设计 通过本次设计我学到了各种桥梁设计和计算软件的运用 方法 桥梁比选中模糊数学综合评判法的运用以及各种桥型结构中构造要求的 知识 安全和技术要求 对本专业的专业知识进一步进行了巩固 同时对专业 知识的运用也更加灵活和娴熟 而从另外一个方面上来说 本次设计虽然工作 量大 时间紧凑 难点较多 但是锻炼了我们的意志力 为我们今后的工作做 了一次提前的演练 让我们熟悉了自己今后毕业后的工作性质 为我们打了一 针强心剂 认识到土木工程设计工作的艰苦性 复杂性 磨炼出坚韧的心志来 面对繁琐量大的设计步骤 打造了自我思考和探究的独立性 13 2 桥位条件概述桥位条件概述 2 1 概述概述 桥梁设计是道路设计中的一个重要部分 所以一座桥梁的设计必须经过严 格的挑选过程 也就是我们所说的桥梁方案比选 同时 随着桥梁理论的不断 成熟 在桥梁设计中要求桥的实用性强 舒适安全 建桥费用经济 科技含量 高 对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方 由以上两点 就确定了我们在 桥梁设计中 必须通过综合考虑技术 经济 安全和社会性等多种因素 然后 再进行方案比选 选出最优方案 在方案比较中主要有以下三项任务 一是初拟桥型方案 二是初选桥型方 案 三是技术经济比较和最优方案的选定 初拟桥型方案是根据当地的地形图 选择出合适的桥型 在确定好桥梁的分孔和拟定桥梁的主要尺寸结构 对一般 的大跨度桥梁 依据以往的设计经验 主跨与边跨的壁纸有一个范围 再由此 选定可能实现的桥型图式 鼓励新式桥式的大胆采用 一般选择三到四个各有 特点的桥型 再然后根据综合模糊评判的方法来确定最优方案 在编制方案中 要拟定结构主要尺寸并计算主要工程量 有了工程量 采取相应的材料和劳动 力定额以扩大单价 就可以确定全桥造价 并且在每个方案中绘制出河床断面 及地址分层的立面图和横断面图 在选出了最优方案后 即为我们的推荐方案 再对推荐方案进行详细设计 绘推荐方案详细构造图 如下部结构图和引桥的 T 梁构造图 而且要求用手工 14 绘制这两张图 在桥型方案比选中 除了绘制方案比选图外 还应编写方案比较说明书 其中除了阐明方案的跨径 技术指标 经济性 和施工的难易程度等 还必须 综合考虑桥梁的工期及社会适应性等各方面因素 有关拟定结构主要尺寸所作 的各种计算资料 以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称 均以附件 的形式载入 2 2 河床断面图河床断面图 本河床断面为 型 4 类河床断面 左右两边河堤中心线的距离 600m 左右 2 3 河床高程表河床高程表 地面高程水位高程表 表 2 3 1 点号高程里程备注 135 83K41 000 235 83K41 038 342 50K41 052 437 83K41 066 524 96K41 150 621 83K41 334 717 83K41 449 836 10K41 506 929 16K41 559 1042 90K41 631 15 1138 50K41 682 设计水位29 90 2 4 地质情况表地质情况表 地质情况表 表 2 4 1 钻孔ZK1ZK2ZK3 里程K41 067K41 335K41 505 地面高程37 4821 8336 12 第一层土冲击亚砂土冲击亚砂土冲击亚砂土 第二层土砂卵石层砂卵石层砂卵石层 第三层土强风化板岩 层 强风化板岩 层 强风化板岩 层 第四层土弱风化板岩 层 弱风化板岩 层 弱风化板岩 层 第五层土微风化板岩 层 微风化板岩 层 微风化板岩 层 2 5 地质说明地质说明 此处地质由冲击亚砂土 砂卵石 强风化板岩 弱风化板岩 微风化板岩 层组成 此处地质钻探技术资料由益阳市建筑设计院提供 根据各地层物理力 学性质试验 标准贯入试验 动力触探试验结果 参照 公路桥涵地基与基础 设计规范 JTJ024 85 公路工程地质勘探规范 JTJ064 98 及其它规范的 有关规定 结合地区经验建议各地层的容许承载力取如下 16 3 初步方案的拟定初步方案的拟定 3 1 初拟方案概述初拟方案概述 根据桥型特点和设计原则可以根据自己的设计条件着手方案的初拟工作 初拟方案时 思路要宽 只要满足孔径要求 暂不管经济 美观与否 都先提 出来 但结构体系和地质条件要相符 如果地质条件差时不宜采用拱式体系和 超静定体系 以免产生过大的附加力 如要做拱式体系 可先设计成无推力的 梁 拱组合体系 在宽浅河床上采用多跨梁式平桥是经济 合理的 在跨越深 谷 或水深较深 地质条件较好的桥位 采用拱式体系既能与周围环境很好协 调 又可以达到经济合理的要求等 在此阶段一般要求提出 3 4 个方案 初拟方案不要求严格按比例尺画 即在跨度 建筑高度 矢跨比等方面大 体上按照比例即可 考虑方案时 通常先考虑主孔要求 在考虑边孔或引桥 桥长不大时 往 往不将正桥和引桥分别考虑 而是统筹全长来设计 初拟方案完成后 通过初步分析 将其中明显竞争性不大的体系删去 提 出 2 3 个具有特色的体系作进一步分析评比 这 2 3 个比选方案应力求受力合 理 施工可行 3 2 结构布置基本要点结构布置基本要点 17 3 2 1 立面布置 桥梁总跨径的确定 对于一般跨河桥梁 总跨径一般根据水文计算来确定 由于桥梁墩台和桥 台路堤压缩了河床 使桥下过水断面减小 流苏加大 引起河床冲刷 因此桥 梁的总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积 使河床不致遭受过大的冲刷 另 一方面 在某些情况下 为了降低工程造价 可以再不超过允许的桥前雍水和 规范规定的允许最大冲刷系数的条件下 适当增大桥下冲刷 以缩短总跨长 由此可见 桥梁的总跨径应根据具体情况经过全面分析后加以确定 例如 对 于深埋基础 一般允许稍大一点的冲刷 使总跨径能适当减小 对于平原区稳 定的宽滩河段 流速较小 漂流物也少 主河槽较大 这时 可以对河滩的浅 水流区段作较大的压缩 但必须慎重校核 压缩后桥梁的雍水不得危及河滩路 堤以及附近农田和建筑物 桥梁的分孔 对于一座较长的桥梁 应当分成若干孔 但孔径划分的大小 有几个河中 桥墩 哪些是通航孔 哪些不是 这些问题要根据通航要求 地形和地质情况 水文情况以及技术经济和美观的条件来加以确定 桥梁的分孔关系到桥梁的造价 跨径和孔数不同时 上部结构和墩台的总 造价是不同的 跨径愈大 孔数愈少 上部结构的造价就愈大 而墩台的造价 就愈小 通常采用最经济的分孔方式 即使得上 下部结构的总造价趋于最低 因此当桥墩较高或地质不良 基础工程较较复杂而造价较高时 桥梁跨径就选 得大一些 反之 当桥墩较矮或地基较好时 跨径就可选得小一些 在实际工 作中 应对不同的跨径布置进行粗略的方案比较 来选择最经济的跨径和孔数 对于通航河流 在分孔时首先应满足桥下的通航要求 桥梁的通航孔应布 置在航行最方便的河域 对于变迁性河流 考虑航道可能发生变化 应多设几 个通航孔 在平原区宽阔河流上的桥梁 通常在主河槽部分按需要布置较大的通航孔 而在两侧浅滩部分按经济跨径进行分孔 如果经济跨径较通航要求者还大 则 通航孔也应取用较大跨径 18 在山区深谷上 水深流急的江河上 或需在水库上修桥时 为了减少中间 桥墩 应加大跨径 如果条件允许的话 甚至可以采用特大跨径的单孔跨越 对于河流中存在不利的地质段 例如 岩石破碎带 裂隙 溶洞等 在布 孔时 要将桥基位置移开 或适当加大跨径 在有些体系中 为了结构受力合理和用材经济 分跨布置时要考虑合理的 跨径比例 例如 为了使钢筋混凝土连续梁桥的中跨和相邻边跨的跨中最大弯 矩接近相等 其中跨河相邻边跨的跨径比值 对于三跨连续梁约为 1 0 8 对于 五跨连续梁约为 1 0 9 0 65 跨径的选择也与所采用的施工方法密切相关 如同样是预应力混凝土连续 梁桥 采用支架施工和悬臂施工其边跨和中跨的比例就不相同 采用支架施工 的 边跨长度可取中跨的 0 8 倍左右是经济合理的 采用悬臂施工法 考虑到 一部分边跨采用悬臂施工外 剩余的边跨部分还需另搭脚手架施工 为使脚手 架长度最短 则边跨长度取中跨长度的 0 65 倍为宜 跨径的选择还与施工能力有关 有时选用较大跨径虽然在经济上是合理的 但是 如果限于现在的施工技术能力和设备条件 也只能将跨径减小 对于大 桥施工 基础工程往往对工期起控制作用 在此情况下 从缩短工期出发 就 应减少基础数量而修建较大跨径的桥梁 总之 对于大 中型桥梁来说 分孔问题时设计中最基本 最复杂的问题 必须进行深入全面的分析 才能做出比较完美的方案 桥道标高的确定 对于跨河桥梁 桥道的标高应保证桥下排洪和通航的需要 对于跨线桥 则应确保桥下安全行车 在平原区建桥时 桥道标高的太高往往伴随着桥头引 道路堤土方量的显著增加 在修建城市桥梁时 桥高了会使两端引道的延伸影 响市容 或者需要设置立体交叉或高架栈桥 这导致造价提高 合理的桥道标 高必须根据设计洪水位 桥下通航 通车 净空的需要 并结合桥型 跨径等 一起考虑 在有些情况下 桥道标高在路线纵断面设计中已作规定 桥面纵坡的确定 桥面设置纵坡首先有利于排水 同时 在平原地区 还可以在满足桥下通 航净空要求的前提下降低墩台标高 减少桥头引道土方量 从而节省工程费用 19 桥面的纵坡 一般都做成双向纵坡 在桥中心设计竖曲线 纵坡一般不超过 3 为宜 桥梁当受到两岸地形限制时 允许修建坡桥 但大 中桥和城市桥梁桥 面纵坡不宜大于 4 位于市镇混合交通繁忙处桥面纵坡不得大于 3 3 2 2 横截面布置 1 横截面设计主要包括桥面布置和上部承重结构 如梁式桥中的主梁 拱桥中 的主拱圈 的横截面设计 2 桥面布置 桥面的宽度取决于桥上交通的需要 在 公路工程技术标准 JTG B01 2003 表 3 0 2 中 给出了不同公路等级的行车道净宽标准 一般在毕业设计资 料里作为设计要求已经给出 在可能条件下 在高速公路 一级公路 一般以建上 下行两座独立桥梁 为宜 城市交通的公路桥桥面宽度应考虑到城市交通工程规划要求予以适当加 宽 桥上人行道与行车道的设置 应根据需要而定 并与前后路线布置配合 非机动车道与行车道之间 必要时应设适当的分隔措施 3 横截面设计 设计原则 桥跨结构横截面采用什么形式主要与结构体系 跨长 荷载等 级 施工方法等因素有关 在某些特定条件下 如城市桥梁 还要满足美观要 求 1 结构体系 不同的体系 其受力特点也各不相同 如梁式桥的主梁是 以它的抗弯能力承受荷载的 同时也要保证它的抗剪 或主拉应力 因此对梁 式桥截面的基本要求是用最经济的面积提供最大的抗弯惯矩 即用最小的自重 提供最大的承载能力 对于简支体系 它只产生单向正弯矩 在钢筋混凝土和 预应力混凝土简支梁中 受拉区主要是钢筋和预应力筋起作用 因此混凝土面 积可以减小到只需符合规范的构造要求 对钢筋和预应力筋能起保护作用即可 但受压区应保证有足够的承压面积 所以简支体系一般跨径在 30m 以上的大多 做成 T 梁 30m 以下的为施工方便 大多采用板式截面 先张法空心板用得就 很多 10m 左右的小桥可采用整体浇筑的钢筋混凝土实体板式截面 在连续体 系和悬臂体系中 由于有正负弯矩区 因此选择截面时要考虑这一因素 跨度 20 不大的钢筋混凝土连续或悬臂梁桥 如采用 T 型截面 则应对支点附近截面的 腹板加宽 或局部增加底板 以提高截面抗压和抗剪能力 当跨径超过 50 60m 时 可做成预应力桥 截面可采用箱形 这样不仅保证了正负弯矩区 的受力 也保证了施工阶段的强度和稳定性 拱桥的主拱圈是以受压为主的压 弯构件 其截面不仅要能够提供抗弯惯矩 而且应提供足够的承压面积 除采 用满堂支架施工的拱桥外 在体系转换的各施工阶段截面要承受较大的弯矩 这些弯矩对拱圈截面的设计往往起控制作用 但一旦拱圈合拢 推力起作用后 截面上会产生强大的的轴力 对改善截面的受力是很有利的 2 跨长因素 跨度小的桥梁 5 20m 其截面设计主要考虑要形状简 单 施工方便 因此板式截面用得较多 但随着跨度的增大 自重内力所占的 比重迅速加大 因此希望截面的尺寸尽量小 材料尽量采用轻质高强 但跨度 越大要求截面的抗力也越大 这是一对矛盾 中等跨度的桥梁 20 40m 采 用肋式截面的较多 如 T 型 I 型 II 型等 大跨度桥梁一般都采用箱形截面 近年来 在中等跨度以上的拱桥设计中采用钢管混凝土截面的也不少 其截面 形状有圆形的 椭圆形的 还有把钢管做成劲性骨架 外包混凝土的等 由于 钢管混凝土施工方便 受力合理 因此得到迅速推广 3 施工因素 桥梁的施工方法很多 有整孔安装 支架施工 缆索吊装 顶推法 劲性骨架施工 悬臂施工等 不同的施工方法 截面受力也不同 因 此设计的要求也不相同 如整个安装和支架施工 没有复杂的体系转换 基本 上是一次落架的受力状态 而且采用这些施工方法的桥梁 一般跨度不大 因 此大多采用经济 施工方便的板式截面 如上海市内环线高架工程的主梁形式 经过详细的技术经济比较 选用造价最低的 22m 先张法空心板作为路段工程的 标准跨径 但也有的情况 如城市桥梁 往往对美观和结构的多样化有较高的 要求 有时也采用箱形截面 中等跨度以上的梁式桥绝大多数设计成连续体系 或悬臂体系 采用悬臂施工方法 为保证施工中的强度和稳定性 横截面基本 采用箱梁 在顶推施工中 每个截面都要经受正负弯矩的作用 箱形截面也是 它的首选方案 在拱桥施工中 无支架和少支架施工方法采用较多 首先要将 拱圈合拢 然后再施工拱上建筑和桥面系 因此采用肋式截面 箱形截面和钢 管混凝土组成的各种形状的截面的较多 便于吊装合拢 当采用劲性骨架施工 21 时 由钢管和外包混凝土组成的箱形截面无疑是一种优选方案 4 截面形式 梁式桥的横截面有板式 肋式和箱式等几种形式 拱桥的横截面形式可视上承式 中承式和下承式选用 上承式拱桥只要采 用板式 肋式和箱式截面 中等跨度以上的拱桥一般采用无支架 少支架施工 方法施工 为便于吊装 合拢 采用钢筋混凝土肋拱和箱形拱的较多中承式和 下承式拱桥则采用矩形 I 字形 箱形等肋式截面 近年来钢管混凝土在拱桥 的使用也越来越普遍 其截面形式有圆形 椭圆形 哑铃形 3 2 3 平面设计 大 中桥梁的线形 一般为直线 当桥面受到两岸地形限制时 允许修建 曲线桥 也允许修建斜桥 其斜度一般不大于 450 通航河流上不宜大于 5 0 桥墩沿水流方向的轴线与通航水位的主流方向交角 小桥涵的线形及其与 公路的衔接 可按路线的要求布置 3 2 4 下部结构 1 墩台类型 1 桥墩 1 实体桥墩 实体桥墩又称重力式桥墩 主要靠自身的重量平衡外荷载 墩身自重大 稳 定性好 一般用于地基承载能力强的桥位或流冰 漂流物较多的河道中 在多跨 拱桥的设计中 由于推力的存在 也常用实体墩 2 柱式桥墩 有单柱式 双柱 多柱式 哑铃式和混合式四种 单柱式桥墩在水流与桥 轴线斜交角度较大及曲线桥梁中用得较多 双柱 多柱 式桥墩是桥梁建筑中 采用较多的一种形式 它具有施工方便 造价低和美观等特点 在有较严重漂 流物或流冰的河流上或墩身较高时可采用哑铃式或混合式 见图 3 1 22 a 双柱式 b 哑铃型 图 3 1 柱式桥墩 3 空心薄壁墩 空心薄壁墩由于用料少 自重轻 对地基桥墩的要求可以降低 同时可采 用滑模施工 大大加快了施工速度 因此特别适用于高墩 目前国内 60m 以上 的高墩大部分是空心墩 最高的达 75m 但在流速大并夹有大泥沙的河流以及 可能有船只和漂流物冲击的河流中 不宜采用空心薄壁墩 空心墩的截面形式有 圆形空心 双圆孔空心等 4 轻型桥墩 轻型桥墩的主要构造特点是利用上部构造及下部支撑作为桥墩台之间的支 撑 使整个结构成为四铰刚架 并把墩台作为弹性地基上的梁来考虑矩形的四 铰刚架是几何可变结构 但可借助于两端台后对称恒定的土压力来提供约束 以 密实稳定的路提保证其稳定性 他适宜于小跨径不大于 13 米 多孔全长不宜大 于 20 米 2 桥台 1 实体桥台 主要靠自身重量平衡台背土压力 他根据的不同又有 U 型 桥台 埋置式桥台 八字式桥台和拱型桥台等不同形式 见图 3 5 图 3 2 U 型桥台结构图 2 基础形式 基础一般是桥梁建设中最困难的部分 往往影响工期和造价 施工时的安 23 全与整个桥梁的安全性 因此基础形式选择需十分慎重 基础形式的选择主要看地质条件 上部构造受力要求 水文情况 施工设 备等条件来考虑 本设计采用钻孔灌注桩基础 2 桩基础 桩基础是一种使用较广泛的基础形式 在有打桩设备的地区施工时 具有 造价低 施工速度快 使用材料较少等优点 有低桩承台的高桩承台之分 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩适合于缺乏打桩设备或遇到打入桩困难的地质条 件时 如 砂砾 碎石 卵石类土 以及需嵌入岩石的桩基中采用 它具有施工 机械简单 造价低 便于群众性施工等优点 因而已成为我国桥梁基础的主要 形式 目前公路桥中 钻孔灌注桩的入土深度已达 107m 最大桩径已达 4m 钻孔桩的直径在一般中小型桥梁中采用 0 8m 1 5m 这样施工设备简单 只有在特大型桥梁与地基具有较大承载能力时 采用大直径钻孔桩才是适宜的 桩径的选择 由于成孔困难而不宜选得太小 以减少钻孔数量 桩径大小一般 根据当地的施工设备选取 桩中距不小于成孔桩径的 2 倍 钻孔桩的配筋率 主要根据受力要求配置 一般不需要通长配筋 仅在嵌 固于岩石中的桩 有此要求 截面配筋在拟定方案时 可以 0 5 0 8 之间选 择 3 3 1 钢管混凝土拱桥 该拱桥主拱为中承式钢管拱 边拱为板拱 并设置拱上拱结构 主拱净跨 径为 190m 净矢高为 40m 边拱净跨径为 70m 净矢高为 10 5m 该拱桥为不等跨拱桥 由于相邻两孔的恒载推力不相等 使桥墩和基础增 加了恒载不平衡水平推力 该拱桥采用了不同的矢跨比和不同的拱脚标高来改 善桥墩基础受力状况 该桥的拱上建筑为拱式拱上建筑 拱式拱上建筑构造简单 外型美观 腹 孔对称布置在靠拱脚侧的一定区段内 一般在半跨内的范围以跨径的 1 3 1 4 为 24 宜 此时跨中存在一实腹段 腹孔跨径的确定主要考虑主拱的受力需要 腹孔跨径过大时 腹孔墩处的 集中力就大 对主拱受力不利 腹孔跨径过小时 对减小拱上结构质量不利 构造也较复杂 对中小跨径拱桥一般选用 2 5 5 5m 为宜 对大跨径 拱桥则控 制在主跨径的 1 8 1 15 之间 腹孔的拱圈 可以采用石砌 混凝土预制或现浇的圆弧形板拱 矢跨比一 般为 1 2 1 5 有时也采用矢跨比 1 10 1 12 的微弯板或扁壳结构作为腹板拱跨结 构 中 下承式拱桥保持了上承式拱桥的基本力学特征 可以充分发挥拱圈混 凝土材料的抗压性能 中 下承式拱桥的桥跨结构一般由拱肋 横向连接 吊杆和桥面系等组成 拱肋是主要的承重构件 横向联系设置在两片拱肋之间 以增加两片分离式拱 肋的横向刚度和稳定性 吊杆和桥面系称为悬挂结构 桥面荷载通过它们将作 用力传递到主结构拱肋上 组成拱肋的材料可以是钢筋混凝土 钢管混凝土 劲性骨架混凝土或纯钢 材 两片拱肋一般在两个互相平行的平面内 通常 肋拱矢跨比的取值在 1 4 1 7 之间 该拱桥为连续梁拱组合式桥梁 这种桥型造型美观 本身刚度大 跨越能 力大 中承式主拱矢跨比为 1 3 5 1 6 跨径为 40 250m 边拱跨径为主拱跨径 的 0 5 0 7 倍左右 该拱桥采用钢管拱肋 钢管混凝土肋拱断面中钢管点的根数 布置型式和 直径等根据桥梁跨径 桥宽及受力等具体情况确定 该设计中采用四肢格构型 其肋高与跨径之比常在 1 45 1 65 之间 钢管混凝土具有质量小 强度高 塑性 好等优点 3 3 2 混凝土箱型斜拉桥 25 该斜拉桥为双塔三跨式斜拉桥 拉索为双索面结构 主塔高 90m 总共 96 根拉索 双塔三跨式是斜拉桥最基本的布置方式 其主孔跨径大 适用于河床地形 为对称 桥位位于直线河道上的情况 对于公路与城市桥 边跨与主跨的跨径 比值为 0 4 0 5 对于铁路桥 边跨与主跨跨径比值为 0 2 0 25 边跨应设辅助 墩和引跨 辅助墩的受力特性 限制全跨的挠曲变形 所以它既要抗拉又要抗压 引跨的受力特性 限制主跨的扭转与挠曲的变形 所以它与主跨 边跨的 主梁连为一体 该斜拉桥采用空间斜向双索面 桥面视觉效果不是很好 但是拉索对主梁 抗风振抗扭的特性明显 斜面索有效限制了主梁的横向摆动 适用于桥位在风 力大的地区 该斜拉桥采用密索布置 使得桥面系具有受力更为合理 便于安装 锚固 和换索等优点 主梁是斜拉桥直接承受荷载的重要构件 由于 密索 体系的发展使主梁 变得更为轻薄纤细 主梁纵断面现行通常采用水平直线 显得简洁而明快 同 时也呈现出速度感和连续流畅感 该斜拉桥索塔的布置方式为菱形 拉索与主塔对整个斜拉桥结构的刚度经 济性都存在影响 一般塔高与中跨之比约为 1 4 1 7 比较合适 同时这也是最恰 当的景观角度 另外 要保证足够的梁下空间 以使得梁下的净空与塔柱 主 跨维持一种平衡和美感 避免不协调的状况发生 该斜拉桥的体系为支承体系 主塔在塔墩处设置有支座 接近于跨度内具 有弹性支承的三跨连续梁 这种体系的主梁内力在塔墩支点处产生急剧变化 出现负弯矩尖峰 通常需要加强支承区段的主梁截面 支承体系的主梁一般均 26 设置活动支座 这样可以避免因一侧存在纵向水平约束而导致极不均衡的温度 变位时 使无水平约束一侧的塔柱内产生极大的附加弯矩 混凝土斜拉桥的截面尺寸直接影响结构的抗弯和抗扭刚度 同时 其梁高 对截面的内力影响也极大 并与拉索间距大小直接相关 密索 梁高约为跨径 的 1 70 1 200 为了保证横向抗风稳定性 主梁的宽高比应大于 8 10 主梁截面 的其他尺寸可依据预应力肋梁式截面梁 箱型截面梁及拉索锚固装置确定 斜 拉桥的梁高与中跨跨径之比取在 1 80 1 300 之间比较适宜 3 3 3 预应力混凝土连续刚构 该刚构桥为三跨变截面连续刚构 主墩采用双薄壁墩 混凝土连续刚构桥一般适用于跨径 100 240m 范围 最大跨径可达 300m 一般采用预应力混凝土结构 跨径布置 预应力混凝土刚构桥一般采用 3 5 跨布置 如果采用刚构 连续 组合体系桥 则跨数可以更多 边跨与中跨的跨径之比一般取 0 5 0 7 当采用 悬臂法施工时 在深谷条件下 支架现浇很困难 为了减小边跨的支架现浇长 度 或取消边跨落地支架采用导梁合拢的方式 往往取边中跨比为 0 5 0 55 主梁截面形式 梁高及预应力筋布置 连续刚构桥的主梁一般采用箱型截 面 根部梁高一般取 1 16 1 20 l 跨中梁高与根部梁高之比一般取 1 2 5 1 3 5 略小于连续梁的跨中梁高 连续刚构桥箱梁截面的细部尺寸与连续箱梁 基本相同 大跨连续刚构桥一般采用悬臂法施工 箱梁预应力筋布置方式与采 用悬臂法施工的连续箱梁相同 桥墩 连续刚构桥桥墩 主要有竖直双薄壁墩 竖直单薄壁墩及 V 形墩三 种基本形式 对于连续刚构桥的桥墩设计 在满足桥墩抗压 抗弯刚度的前提 下 应减小其水平抗推刚度 以适应桥梁纵向变形 减小结构次内力 可采用 水平抗推刚度较小的单肢薄壁墩或双肢薄壁墩 一般情况下 墩的长细比可取 16 20 双肢薄壁墩的中距与主跨之比可取 1 20 1 25 27 因壁墩的防撞能力较弱 在通航河流上建桥时 应充分注意桥梁薄壁墩抵 抗船舶撞击的安全度 采取合适的防撞措施 其次 大跨径连续刚构桥在横桥 的约束也较弱 桥梁在横向不平衡荷载或风荷载作用下 易产生扭曲变位 为 了增大其横向稳定性 桥墩的横向刚度应设计得大一些 3 3 4 预应力混凝土连续梁桥 该连续梁桥为五跨变截面连续梁桥 力学特点 随着跨径的增大 l 70m 采用变截面设计显得经济合理 由于连续梁的 支点截面负弯矩大于跨中截面正弯矩 因此往往采用支点梁高大于跨中梁高的 变截面形式 并且增加支点截面梁高有利于抵抗支座截面的较大的剪力 减小 跨中梁高可减轻自重弯矩 归纳起来有下面三个特点 采用支点梁高大于跨 中梁高的变截面形式 使得梁高的变化规律与连续梁的弯矩图变化规律相一致 可充分发挥材料性能 减小跨中梁高 有利于减小结构自重产生的弯矩 剪 力 增大支座截面梁高 还有利于抵抗支座截面较大的剪力 因此 与等截 面连续梁相比 变截面连续梁可适用于较大的跨径 跨径与梁高布置 一般采用三跨或者五跨布置 跨数太多 连续长度过长 因温度变化使 得桥梁纵桥向水平位移大 给伸缩缝设置带来困难 为了使边跨与中跨的最大正弯矩基本相等 一般取边跨与中跨的跨径之比 等于 0 6 0 8 对于城市桥梁 为了满足跨线要求 有时 l1 l 0 5 此时需要在 边跨进行压重 以抵消边支座可能产生的负反力 梁高 支点截面梁高一般取 1 16 1 18 l 不小于 l 20 跨中梁高等于 1 1 5 1 2 5 h 支 梁低一般按二次抛物线 折现或者 1 5 1 8 次抛物线变化 适用范围 跨径范围 70 120m 大于 120m 跨径 目前较少见 28 施工方法 大多采用悬臂浇注或悬臂拼装施工法 连续梁桥采用悬臂法 施工时 施工过程中墩梁临时固结 待合拢后 拆除临时固结措施 进行体系 转换 3 4 初拟方案主要数据汇总初拟方案主要数据汇总 3 4 1 主桥 桥型拱桥斜拉桥连续刚构连续梁桥 主桥厚度3m3m4m 12m5m 9m 主桥长度520m600m480m600m 主桥纵坡2 2 1 3 3 4 2 引桥 桥型拱桥斜拉桥连续刚构连续梁桥 引桥厚度1 85m1 85m1 85m1 85m 引桥长度 4 30m2 30m2 30m6 30m 引桥纵坡4 000 3 4 3 桥面主要控制点数据 桥型拱桥斜拉桥连续刚构连续梁桥 起点高程52 8054 4055 6051 40 里程K41 000 3 8 K40 992 3 8 K40 990 3 8 K40 988 3 8 中点高程60 4060 4060 4060 40 里程K41 339 3 8 K41 339 3 8 K41 339 3 8 K41 339 3 8 终点高程52 8054 4055 6051 40 里程K41 676 3 8 K41 684 3 8 K41 685 3 8 K41 688 3 8 29 4 桥型方案比选桥型方案比选 4 1 比选的标准比选的标准 比选标准主要根据安全 功能 经济与美观 其中以安全与经济为重 至 于桥梁美观 要视经济于环境条件而定 1 安全 安全标准可从行车安全 通航安全 基础地质条件的安全与施工安全等几 方面考虑 行车安全主要通过桥面设施的布置来实现 如根据公路等级和车流 具体情况决定是否需设置中央分隔带 分车带或护拦以保证行车安全 通航安 全虽然有通航净空保证 但应注意是否有拖船组成的船队通过 另外桥下水流 方向是否与桥梁垂直 如遇到这些情况均应适当加大桥梁跨径 基础的安全一 方面应该满足规范中规定的基础埋深与河流的冲刷深度和水冻深度的关系 另 一方面应检查基础附近是否有裂缝 断层 溶洞等不良地质现象存在 由此检 查桥梁分孔是否合理 施工期间结构的安全也是应考虑的重要因素 如果设计 要求编制施工组织计划 则要注意洪水和飓风对桥梁施工的不利影响 一般要 求在洪水来临之前 桥墩的施工面要超出设计的洪水位 2 功能 桥梁的功能无非是两方面 一是跨越障碍 河流 山谷或线路 二是承受 荷载 在具备这两种功能的 2 3 个比选方案中 应选择传力路线直接 简捷的 结构形式 以保证结构受力的合理性 此外 还应考虑非正常运营条件下 如 地震 风载 能保证结构功能的实施 如在地震区修建桥梁要考虑抗震性能好 的桥型 梁式体系比拱式体系好 无铰拱比有铰拱好 整体式的比组合式的好 扩大基础比桩基础好 低桩比高桩好等 同时方案中需要考虑军事或自然因素 破坏后的修复难易 军事抢修关系战争胜负 自然灾害修复关系人民的生命财 30 产 一般来说 梁式体系较拱式体系容易修复 从这一意义上讲 小跨能满足 功能要求的就不做大跨 能用标准设计或通用设计的宜优先考虑 3 经济 评价一座桥的经济性可从以下几个方面进行 造价 工期及养护维修 造价它包括材料费 人工费 机具设备费 材料费的估价由于目前缺乏经济指标的资料 而且各地区计算方法又不一 致 可暂按材料用量来衡量 估算材料用量的方法有 采用标准设计与通用设计时 可按所附材料表查用 参考同类体系 同荷载标准 相近跨度的已建桥梁的工程数量 如每平 方米的材料用量等 可参考有关桥梁设计总结资料求得 如缺乏这类统计数字 时 可参考接个设计图纸的主要尺寸进行估算 根据材料或参考书中提出的构造尺寸以及经验尺寸 定出总体设计的轮 廓尺寸 然后对主要结构的少数控制截面进行粗略的验算 验算时可仅按主力 组合进行 4 2 各桥型截面设计及结构受力特点 4 2 1 赫山大桥混凝土箱型斜拉桥桥型方案 一 纵断面和平面图 横断面图 31 桥型结构受力特点 跨越能力大 符合桥型发展趋势 荷载传递路径明确 32 拉索只承受拉力 主梁为多跨弹性支承的连续梁 索塔主要承受弯压内力 箱 型截面抗弯 抗扭大 便于悬臂施工 4 2 2 赫山大桥钢管混凝土拱桥桥型方案 二 纵断面和平面图 横断