沩水大桥桥型方案比选设计及连续刚构桥初步设计.doc

沩水大桥桥型方案比选设计及连续刚构桥初步沩水大桥桥型方案比选设计及连续刚构桥初步 设计设计 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 土木工程学院 院 道路与桥梁工程 系（教研室） 系（教研室）主任: （签名） 2013 年 3 月 25 日 学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题： 沩水大桥桥型方案比选设计及梁桥初步设计 2 学生设计（论文）时间：自 2013 年 3 月 25 日开始至 2013 年 6 月 5 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： （1）邵旭东. 桥梁工程.人民交通出版社.2011 （2）李国平.预应力混凝土结构设计原理.人民交通出版社.2009 （3徐岳、王亚君、万振江编著预应力混凝土连续梁桥设计.人民交通出版社. 2000 （4）中华人民共和国交通部标准.公路桥涵设计通用规范.JTG D60-2004.人 民交通出版社.2004 （5）中华人民共和国交通部标准.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 4 设计（论文）应完成的主要内容： (1) 熟悉桥址设计资料及技术标准，对大桥作不同方案的初步设计，并作方案比 选，方案包括预应力混凝土连续梁桥（或连续刚构）、拱桥、斜拉桥与悬索桥四大基 本桥型； (2) 进行钢筋混凝土连续梁桥（或连续刚构）的结构分析与设计； (3) 计算主要受力构件控制截面的几何特性； (4) 结构内力计算，包括：恒载内力计算，绘制恒载内力图；活载内力计算、绘 制控制截面活 载内力影响线，影响线加载，温度及支座沉降次内力计算，绘内力包络 图； (5) 主梁纵向预应力初步配筋设计及主梁二次内力计算； (6) 强度验算、施工阶段应力验算、使用阶段应力验算、变形验算； (7) 绘制相关图纸，编写设计说明书。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： (1) 设计成果提交设计说明书（论文）一本； (2) 图纸：设计封面，设计总说明，不同桥型方案图，总体布置图 ，主梁一般构 造图，纵向预应力配筋图（含布置图与大样图），断面配筋图，主梁施工程序图； (3) 独立完成所规定的设计任务；通过毕业设计，应使各位同学树立正确的设计 思想，培养严肃认真的科学态度和严谨的科学作风。一旦发现抄袭、请人设计等现象 将取消答辩资格；要求论文书写工整，设计思路明晰，计算准确，章节清楚，内容完 整。 6 发题时间： 2013 年 4 月 1 日 指导教师： 学 生： 湖湖 南南 科科 技技 大大 学学 毕业设计（论文）指导人评语毕业设计（论文）指导人评语 指导人：指导人： （签名） 年 月 日 湖湖 南南 科科 技技 大大 学学 毕业设计（论文）评阅人评语毕业设计（论文）评阅人评语 评阅人：评阅人： （签名）（签名） 年年 月月 日日 湖湖 南南 科科 技技 大大 学学 毕业设计（论文）答辩记录毕业设计（论文）答辩记录 日期：日期： 学生：学生： 学号：学号： 班级：班级： 题目：题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 1 设计（论文）说明书设计（论文）说明书 共共页页 2 2 设计（论文）图设计（论文）图 纸纸 共共页页 3 3 指导人、评阅人评语指导人、评阅人评语 共共页页 毕业设计（论文）答辩委员会评语：毕业设计（论文）答辩委员会评语： 答辩委员会主任：答辩委员会主任： （签名） 委员：委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 成绩：成绩： i 摘摘 要要 本设计为沩水大桥桥型方案比选设计及连续刚构桥初步设计。全桥总长为 330m， 截面形式为单箱单室箱梁，设计跨径为 90m+150m+90m 的三跨变截面连续刚构桥。依据 公路桥涵通用设计规范 JTG D602004和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范 JTG D622004 ，通过综合运用所学过的基础理论及专业知识，独立进行桥 梁设计。 首先，根据地形图提出四种桥型比选方案。 然后通过安全、美观、适用等多方面考虑，最终选定出最优方案。 最后，利用 midas 建模助手对已选方案进行建模,输入材料特性、截面形状、等结 构信息，然后用 midas 报告模板输出每个截面的所需的钢筋面积，以此来布置预应力 钢束。可以根据 midas 输出的施工内力、活载内力、长（短）期效应组合验算、钢束 验算等报告整理计算书，并绘制相关方案图及提交成果。 关键词：关键词： 连续刚构桥； 预应力混凝土； 悬臂施工法； MIDAS; ii ABSTRACT This design for weishui bridge continuously Liang superstructure preliminary desig n.The entire bridge total length is 330m, uses the section form for ShanXiangdanroom box Liang, the design span is the 90m+150m+90m three cross variable cross-section c ontinuous rigid frame bridge.Rests on road Arch of bridge General Design Standard J TG D60-2004 and Road Reinforced concrete And Prestressed concrete Arch of bridge Design Standard JTG D62-2004, has studied the basic theory and the specialized know le dge through the synthesis utilization, the independence carries on the bridge design. First, according to the topographic diagram proposed four kind of bridge ratios ch oose the plan. Then from , the security, artistic, is suitable and so on the various consideration,f inally designates the synergy. Finally, to has chosen the plan us midas to carry on the modelling, the input ma terials behavior, the section shape isostructuralism information, then with midas reporte dthe template outputs the area of reinforcement which each section needs, arranges the pre-stressed steel by this to tie.May the construction endogenic force, the live loadend ogenic force which outputs according to midas, long (short) the period of validity be supposed to combine the checking calculation, the steel ties report reorganization acco unt books and so on the checking calculation, and draws up the correlation diagram a nd the submission achievement. Key word: continuous rigid frame bridge; Variable cross-section; Cantilever metho d; Midas; 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 1 第一章第一章 前前 言言 设计的主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，分析解决实际问题的能力。 通过毕业设计使学生形成经济，管理等大工程意识，培养学生实事求是、谦虚谨慎的 学习态度和刻苦专研的精神。毕业设计过程中复习以前所学习的专业知识，同时也锻 炼了学生将理论运用于实践的能力。 在连续梁桥中，将墩身与主梁固结而成为连续刚构桥。由于墩身与主梁形成刚架 承受上部结构的荷载，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在结构上充分发挥了潜能， 因此该桥型在我国得到迅速的应用和发展。具有一个主孔的单孔跨径已达 270m，具有 多个主孔的单孔跨径也达250m，最大联长达1060m.随着新材料的开发和应用、设计和 施工技术的进步，具有一个主孔的单孔跨径有望突破300m的潜力。而对于多跨一联的 连续刚构是不是也能在联长上有更大的发展呢？众所周知，墩身内力与其顺桥向抗推 刚度和距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离密切相关。抗推刚度小的薄壁式墩身能 有效地降低其内力，但随着联长的加大，墩身距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离 亦将加大，在温度、混凝土收缩徐变等荷载的作用了，墩顶与主梁一道产生很大的顺 桥向水平和转角位移，墩身剪力和弯矩将迅速增大，同时产生不可忽视的附加弯矩， 致使刚构方案无法成立。在结构上将墩身与主梁的团结约束予以解除而代之以顺桥向 水平和转角位移自由的支座，这样就变成刚构一连续组合梁的结构形式。于是边主墩 墩身强度问题得以解决，且在一定条件下联长可相对延长。可见，刚构一连续组合梁 是连续梁和连续刚构的组合，它兼顾了两者的优点而扬弃各自的缺点，在结构受力、 使用功能和适应环境等方面均具有一定的优越性。 限于本人水平，加之时间紧迫，难免在设计中存在一定的漏洞、缺点和错误，还 恳请老师和同学们批评并指正。 2013 年 06 月 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 2 第二章第二章 设计说明设计说明 2.12.1 设计依据规范和技术指标设计依据规范和技术指标 2.1.12.1.1 设计依据规范设计依据规范 1 公路工程技术标准 （JTG B01-2003） ； 2 公路桥涵设计通用规范 （JTG-2004） ； 3 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG-2004） ； 4 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-1985） ； 5 公路工程可靠度设计统一标准 （GB/T50283-1999） ； 6 公路桥涵施工技术规范 （JTJ041-2000） ； 7 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 （JTJ 026-90） ； 8 公路工程抗震设计规范 （JTJ 005-96） ； 9 钢结构设计规范 （GBJ17-88） 。 2.1.22.1.2 主要技术指标如下主要技术指标如下 1设计荷载：高速公路，双向六车道； 2设计车速：120km/h； 3桥面宽度：双幅分离式，每幅桥宽15.5m； （0.5m防撞栏+2.5应急车道+11.25m行车道+0.75m路肩+0.5m防撞栏） 4桥面坡度: 纵坡2% ，横坡1%； 5通航标准：III-(2)级1个航道 ,双向通航孔，净高H为10m，净宽B为150m； 6设计洪水频率: 按百年一遇洪水频率,设计水位为34.54m； 7设计基准期：100年。 2.22.2 设计内容设计内容 本册设计为沩水大桥初步设计，沩水河位于湖南宁乡境内。大桥的建设对推动该 地区的经济发展具有十分重要的意义。 本桥设计综合考虑该地区地形、地貌、通航、河床特征、泄洪要求，在满足使用 要求的前提下，力求结构经济安全，施工方便。 本桥工程区段为K5+100K5+910，桥址位于内陆河，环境类别为类（温暖或寒 冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境） ，桥位与河道两岸顺直。两堤间 距约800m，桥址河床断面属宽滩式河床断面。 地质勘探结果表明，桥位区地质情况一般（有断层） ，河滩位置依次是亚黏土，容 许应力0=400KPa；砂卵石，容许应力0=1200 KPa；黄褐色亚黏土，容许应力 0=400KPa；玄武岩，容许应力0= 4000 KPa，砂质板岩夹砂岩，容许应力0 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 3 =2000KPa，根据上述地质条件，主跨位置采用扩大基础，引桥部分采用端承桩。 设计内容如下： 1. 熟悉桥址设计资料及技术标准，对大桥作不同方案的初步设计，并作方案比选， 方案必须包括预应力混凝连续刚构、拱桥、斜拉桥与悬索桥四大基本桥型； 2. 进行钢筋混凝土连续刚构的结构分析与设计； 3. 计算主要受力构件控制截面的几何特性； 4. 结构内力计算，包括：恒载内力计算，绘制恒载内力图；活载内力计算、绘制 截面活载内力影响线，影响线加载，温度及支座沉降次内力计算，绘内力包络 图； 5. 主梁纵向预应力初步配筋设计； 6. 主梁二次内力计算； 7. 强度验算、施工阶段应力验算、使用阶段应力验算、变形验算与预拱度设置； 8. 绘制相关图纸，编写设计说明书。 根据上述资料，设计需要完成以下内容。 2.32.3 设计要求设计要求 1. 设计成果提交设计说明书（论文）一本； 2. 图纸：设计封面，设计总说明，不同桥型方案图，总体布置图 ，主梁一般构 造 图，纵向预应力配筋图（含布置图与大样图），断面配筋图，主梁施工程序图； 3. 独立完成所规定的设计任务；通过毕业设计，应使各位同学树立正确的设计思 想，培养严肃认真的科学态度和严谨的科学作风。一旦发现抄袭、请人设计等 现象将取消答辩资格；要求论文书写工整，设计思路明晰，计算准确，章节清 楚，内容完整。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 4 第三章第三章 方案比选方案比选 3.13.1 方案比选基本设计原则方案比选基本设计原则 随着桥梁理论的不断发展，在桥梁设计中要求桥梁经济适用、舒适安全、外形美 观、技术合理。对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方，即遵循我国桥梁设计中适 用、安全、经济、美观的基本原则。由此，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同 可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较 才能科学的得出最合适的设计方案。 在桥梁设计中，基本设计原则如下： 1、使用上的要求 要有足够的承载能力，能保证行车的畅通、舒适和安全；既满足当前的需要，又 考虑今后的发展；靠近城市、村镇、铁路即水利设施的桥梁还应结合各方面的要求， 考虑综合利用。在特定地区，桥梁还应满足特殊要求（如地震等） 。 2、适用性的要求 修建桥梁的目的是用于交通运输，因此其适用性极为重要。它要求：桥梁宽度不 仅应该满足现有车辆和人群的安全通畅，还应满足今后规划年限内交通量增长的需要。 桥下净空应满足泄洪、通航或通车等要求。桥梁两端应方便车辆的进出，同时便于检 查和维修。建成的桥梁应保证使用年限。 3、安全性的要求 桥梁的安全至关重要，它要求桥梁在运输、安装和使用的过程中，应当有足够的 强度、刚度、稳定性和耐久性，并具有一定的安全储备。根据桥上的交通情况，桥面 应考虑设置人行道、缘石、护栏、栏杆等，以保证车辆和行人的安全。此外，桥上还 应有照明设备，引桥纵坡不宜过陡，地震区桥梁应该按照抗震要求采取防震措施 。 4、经济性的要求 桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑因素。桥梁设计应遵循因地制宜、就 地取材和方便施工的原则，综合考虑发展远景和将来的养护维修，使其造价和养护费 用综合考虑后最省。 5、舒适性的要求 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 上震动冲击。 6、美观性的要求 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 5 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，桥梁应 该具有优美的外形，结构布置简练，空间比例和谐，与周围环境相协调。合理的结构 布局和轮廓是美观的重要因素，此外，施工质量也会影响桥梁的美观性。在城市和游 览地区，要注意环保问题，较多的考虑建筑艺术。 7、技术性的要求 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。积极采用国内外的新结构、新材料、新 工艺和新设备，以便于桥梁的建造和架设、减少劳动强度、加快施工进度、提高施工 效率、保证工程质量和施工安全。 总的来说，桥梁设计应满足以下几个方面的要求： 1. 满足交通功能要求，符合地区的发展规划； 2. 桥梁结构造型简洁、美观，尽量采用有特色的新结构； 3. 桥型方案要保证受力合理、施工技术可靠、施工方便、反映新的科技成果。 根据桥梁设计的原则，在仔细分析建桥处的地理环境和通车要求后，初步拟定出 了如下四种备选方案： 3.23.2 方案一：连续刚构桥方案一：连续刚构桥 3.2.13.2.1 主桥设计主桥设计 （1 1）总体布置）总体布置 1方案构思 随着交通运输特别是高等级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了更高的要求。 而悬臂梁桥和 T 形刚构桥由于形变比较大的原因均难满足这个要求，超静定结构的连 续刚构桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点而得到迅速 发展。与连续梁桥相比，连续刚构桥在墩顶处由恒载产生的弯矩要小，所以在特大跨 连续梁体系桥中，一般考虑采用连续刚构桥。变截面连续刚构桥立面多采用不等跨布 置，边主跨比一般为 0.50.692，梁底曲线可采用二次抛物线、折线和介于折线与二 次抛物线之间的 1.52 次抛物线，其中抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律 接近。 本桥河床较为平坦，基岩埋深较浅，可以使用较大跨径以满足通航和泄洪要求。 由于是 III-(2)级航道，通航净宽为 130m，设一个通航孔，考虑到桥墩布置、地质、 地形和通航富余等条件，取主跨为 150m。连续刚构桥的边主跨比为：0.50.692 之间， 本桥考虑取两桥台之间长度为 810m。由于桥位地质条件好，而引桥的标准跨为一般 30m、40m 或 50m，故跨径布置为故跨径布置为： 340（ 预制预应力简支 T 梁 ）+90+150+90+940（ 预制预应力简支 T 梁 ） =810m，这时边主跨比 90/150=0.6 满足要求。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 6 图图3.13.1 连续刚构桥方案总体布置图（单位连续刚构桥方案总体布置图（单位:cm:cm） 1）竖曲线设计：根据公路工程技术规范高速公路竖曲线半径一般取值为 17000、最小值为11000m，但考虑到避免桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范 的前提下，本方案竖曲线半径采用R11000m。竖曲线基本要素为：竖曲线长度 L=250m、切线长T135m、竖曲线外距E=3.04m。 2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道 标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下： Hmin=Hj+hj+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） ； Hj 设计水位（m） （设计水位记入壅水、波浪高度等） ； h0桥向净空安全值（m） ； H支/H中=(2-3)桥梁上部结构建筑高度。 Hmin=34.54+1.5+3+0.1=39.14m(主桥跨中桥面标高) 按通航水位计算桥面标高： Hmin=Hth+HM+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） Hth 设计最高通航水位（m） HM通航净空高度（m） h0桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m） 。 Hmin=34.54+10+3+0.1=47.64m（主桥跨中桥面标高） 按路堤通车处计算桥面标高： 路堤通车处通车净空4.5m，上部结构建筑高度3.0m，设计跨中桥面标高为： 37.2+3+4.5=44.7m。 综合上述标高，本方案标高取为44.7（跨中桥面标高） ，由路堤通车处跨线标高确 定。 （2 2） 上部结构设计上部结构设计 主桥上部结构采用变截面箱梁， C50混凝土，桥梁宽度31.5m，箱梁顶板宽度取 15.5m，底板宽取8.5m。根据桥梁工程通常梁性刚柔桥，支点处箱梁截面的高跨比 在1/161/20之间，跨中截面梁高约为支点截面梁高的1/2.51/3.5，故本桥支点处 梁高取9m，高跨比为1/17，跨中梁高取3m，跨中截面梁高为支点梁高1/3，高跨比为 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 7 1/50。箱梁顶板厚取45cm，腹板及底板采用变截面，腹板厚度由墩跨中50cm厚逐渐过 渡至墩顶100cm厚 , 底板厚度由墩跨中45cm厚逐渐过渡至墩顶100cm厚。梁高、底板厚 度按二次抛物线变化，以满足受力及桥梁线形上的需要，腹板厚度按直线变化。本桥 方案由于桥面宽度的要求，考虑采用单箱单室断面 ，单箱单室断面构造简单，受力明 确，施工方便。 图图3.23.2 连续刚构桥方案主梁横截面图（单位连续刚构桥方案主梁横截面图（单位:cm:cm） （3 3） 下部结构设计下部结构设计 本桥地形平坦，通航孔布置范围较广，由钻探资料，本桥主要地层第一层为亚粘 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 8 土、第二层为卵石层，第三层为玄武岩，采用端承桩，入岩深度大于三倍桩直径，因 此主桥基础采用端承桩基础。主桥桥墩为双肢薄壁桥墩，主桥设2m厚钢筋混凝土承台。 主桥基础采用钻孔灌注桩，选择在枯水季节钻孔施工，主墩每墩桩数为16根，桩端入 持力层厚度亦大于桩直径3倍。 图图3.33.3 承台布置图承台布置图( (单位单位:cm):cm) 3.2.23.2.2 引桥设计引桥设计 （1 1） 桥跨布置桥跨布置 340m（ 预制预应力简支T梁 ）+90+150+90（主跨部分）+940m三跨一联 （2 2） 上部结构设计上部结构设计 引桥上部结构采用标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2.5m，预制宽度为 3.1m，主梁吊装就位后浇筑0.5m的湿接缝，T梁间距为3.1m，跨中腹板厚度为0.3m，跨 中马蹄宽度为0.6m，高度为0.3m，斜坡高度0.15m，支点截面腹板厚度变为0.6m。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 9 图图3.43.4 连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm:cm） （3 3） 下部结构设计下部结构设计 引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为1.8m，每一横截面共设有2个桥墩，每一个 桥墩下面设置2.0 m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。具体布置参考图纸。 3.33.3 方案二：独塔不对称双索面斜拉桥方案二：独塔不对称双索面斜拉桥 3.3.13.3.1 主桥设计主桥设计 （1 1）总体布置）总体布置: : 340m预应力混凝土简支T梁130m200m（双塔双索面斜拉桥）940m预应力 混凝土简支T梁810m。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 10 图图3.53.5 斜拉桥型总体布置图（单位：斜拉桥型总体布置图（单位：cmcm） 1 1方案构思：方案构思： 独塔斜拉桥在河床地质、地形条件较好时，经济性比较好，可以省去一个桥塔， 无索区比双塔斜拉桥长，拉索用量少；其次，其活载最大挠度发生在拉索区，对受力 有利，受收缩徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构布置灵活，施工也比较方便， 可采用悬臂浇筑、转体施工等方法。 鉴于这些优点，并结合当地的地质条件，桥位处基岩埋深较浅，且均匀一致，承 载力高，河槽偏于西岸，属于不对称情形，同时河面宽度约350m，在其经济跨径的范 围内，另外，桥位处视野开阔，高耸的桥塔进一步增加了大桥雄伟的气势，因此独塔 斜拉桥是一个很具有竞争力的方案。 2 2桥面标高确定：桥面标高确定： 1）竖曲线设计：根据公路工程技术规范高速公路竖曲线半径一般取值为 17000、最小值为11000m，但考虑到避免桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范 的前提下，本方案竖曲线半径采用R11000m。竖曲线基本要素为：竖曲线长度 L=250m、切线长T135m、竖曲线外距E=3.04m。 2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道 标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下： Hmin=Hj+hj+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） ； Hj 设计水位（m） （设计水位记入壅水、波浪高度等） ； h0桥向净空安全值（m） ； H支/H中=(2-3)桥梁上部结构建筑高度。 Hmin=34.54+1.5+3+0.1=39.14m(主桥跨中桥面标高) 按通航水位计算桥面标高： Hmin=Hth+HM+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） Hth 设计最高通航水位（m） HM通航净空高度（m） h0桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m） 。 Hmin=34.54+10+3+0.1=47.64m（主桥跨中桥面标高） 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 11 按路堤通车处计算桥面标高： 路堤通车处通车净空4.5m，上部结构建筑高度3.0m，设计跨中桥面标高为： 37.2+3+4.5=44.7m。 综合上述标高，本方案标高取为44.7（跨中桥面标高） ，由路堤通车处跨线标高确 定。 （2 2）上部结构设计）上部结构设计 1. 主 塔： 桥面以上主塔顺桥向宽5m，桥面以下至承台逐渐过渡到7m。横桥向厚度为4m。桥 塔总高度为146m，桥面以上高为80m。 2. 主 梁： 主梁梁高为3m，桥面板行车道做成1的双向横坡，桥面全宽33m。主梁截面采用 混凝土形式，其截面形式见图： 图图3.63.6 主梁截面形式（单位：主梁截面形式（单位：cmcm） 3 斜拉索： 斜拉索采用直径8mm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，外层防护套的颜色可根据景观要求选用。边跨斜拉索布置525m+5m，主跨 斜拉索布置825m，索横向间距为33m。全桥共设225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。斜拉索两端用冷铸锚分别锚固于索塔和主梁 上。斜拉索与主梁上的耳板采用销铰式连接，通过耳板用高强螺栓与主梁连接，斜拉 索中心线在耳板平面内摆动。 （3 3）下部结构设计）下部结构设计 主桥基础采用扩大基础。考虑到美观性，枯水期桩不外露，承台位置尽可能靠近 最低水位，本设计取承台中心面与最低水位平齐。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 12 3.3.23.3.2 引桥设计引桥设计 （1 1） 桥跨布置桥跨布置 340m（ 预制预应力简支 T 梁 ）+主跨部分+940m。 （2 2） 上部结构设计上部结构设计 引桥上部结构采用标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2。5m，预制宽度为 3.1m，主梁吊装就位后浇筑0.5m的湿接缝，T梁间距为3.1m，跨中腹板厚度为0.3m，跨 中马蹄宽度为0.6m，高度为0.3m，斜坡高度0.15m，支点截面腹板厚度变为0.6m。 图图3.73.7 连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm:cm） （3 3） 下部结构设计下部结构设计 引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为1.8m，每一横截面共设有2个桥墩，每一 个桥墩下面设置2.0 m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。具体布置参考图纸。 3.43.4 方案三：三跨连续下承式钢管混凝土拱桥方案三：三跨连续下承式钢管混凝土拱桥 3.4.13.4.1 主桥设计主桥设计 （1 1） 总体布置总体布置 方案取为三跨连续下承式钢管混凝土拱桥。主桥长290m，主跨长130m，采用对称 布置。总体布置340m+80m+130m+80m+940m。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 13 图图3.83.8 拱桥桥型总体布置图（单位：拱桥桥型总体布置图（单位：cmcm） 1. 方案构思 拱桥是我国公路上使用广泛的一种桥型，在竖向荷载作用下，两端产生水平推力， 使拱内产生轴向压力，大大减小了拱圈的弯矩，应力分布均匀，跨越能力较大，拱圈 的弧形使结构摆脱了单纯的直线组合，形式鲜活美观。下承式拱桥不仅保持了拱桥一 般的力学特点，特别是桥梁建筑高度受限时，采用下承式拱桥满足桥下净空要求，在 不等跨的多孔连续拱桥中，为了平衡左右桥墩的水平推力，将较大跨径一孔的矢跨比 加大，做成下承式拱桥，可以减小大跨的水平推力；更重要的是下承式拱桥的拱圈中 的巨大水平推力可以由系杆来承受，从而减小拱桥对地基的要求，使基础造价降低； 有时为了满足当地景观和美学的需要，特别是多孔连续的下承式拱桥，以其波浪形的 起伏。构件轻巧给人以美感。 2桥面标高确定 1）竖曲线设计：根据公路工程技术规范高速公路竖曲线半径一般取值为 17000、最小值为11000m，但考虑到避免桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范 的前提下，本方案竖曲线半径采用R11000m。竖曲线基本要素为：竖曲线长度 L=250m、切线长T135m、竖曲线外距E=3.04m。 2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道 标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下： Hmin=Hj+hj+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） ； Hj 设计水位（m） （设计水位记入壅水、波浪高度等） ； h0桥向净空安全值（m） ； H支/H中=(2-3)桥梁上部结构建筑高度。 Hmin=34.54+1.5+3+0.1=39.14m(主桥跨中桥面标高) 按通航水位计算桥面标高： Hmin=Hth+HM+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） Hth 设计最高通航水位（m） HM通航净空高度（m） h0桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m） 。 Hmin=34.54+10+3+0.1=47.64m（主桥跨中桥面标高） 按路堤通车处计算桥面标高： 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 14 路堤通车处通车净空4.5m，上部结构建筑高度3.0m，设计跨中桥面标高为： 37.2+3+4.5=44.7m。 综合上述标高，本方案标高取为44.7（跨中桥面标高） ，由路堤通车处跨线标高确定。 （2 2） 上部结构设计上部结构设计 1. 拱肋设计 引桥上部主跨采用下承式悬链线无铰拱，结构采用钢管混凝土拱，沿拱轴拱肋采 用变高，预制直径为 0.5m，计算跨径为 130m，矢高为 26m,矢跨比为 1/5，边拱拱肋采 用上承式双肋悬链线半拱，计算跨径为 80m，矢高为 18m，矢跨比为 1/4.4,每肋直径 0.5m 钢筋混凝土拱，两肋间设有一组“K”字和一组“米”字钢管桁式架横撑，它们与 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。 2. 系杆及吊杆设计 塔两侧斜拉索的设计以避免产生较大的塔身弯矩为原则。斜拉索两端用冷铸锚分 别锚固于索塔和主梁上。斜拉索与主梁上的耳板采用销铰式连接，通过耳板用高强螺 栓与主梁连接，斜拉索中心线在耳板平面内摆动。吊杆在同一截面内设置双吊杆，以 有利于拱肋横向稳定。一般吊杆间距为410m,吊杆间距初步拟定为7m，全桥共设39对 吊杆。每根吊杆采用7的低松弛钢绞线，采用双层HDPE全防腐体系，双层HDPE之间设 一隔离层，锚具采用OVM-LZM冷铸墩头锚，分别锚固与拱肋钢管顶端和箱梁锚固室内的 腹板上。 为了便于传递水平力，将主拱拱肋，边拱拱肋的轴线置于同一直线上，且拱肋的 轴线宽度相等。为使主桥能用转体施工。将边拱设计为劲性骨架结构，在转体施工时， 边拱拱肋为钢管混凝土结构。 （3 3） 下部结构设计下部结构设计 主桥的采用扩大基础，主梁梁的两边和中间各设一个。 3.4.23.4.2 引桥设计引桥设计 （1 1） 桥跨布置桥跨布置 340m（ 预制预应力简支T梁 ）+80+130+80（主跨部分）+940m。 （2 2） 上部结构设计上部结构设计 引桥上部结构采用标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2。5m，预制宽度为 3.1m，主梁吊装就位后浇筑0.5m的湿接缝，T梁间距为3.1m，跨中腹板厚度为0.3m，跨 中马蹄宽度为0.6m，高度为0.3m，斜坡高度0.15m，支点截面腹板厚度变为0.6m。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 15 图图3.93.9 连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm:cm） （3 3） 下部结构设计下部结构设计 引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为1.8m，每一横截面共设有四个桥墩，每一 个桥墩下面设置2.0 m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。具体布置参考图纸。 3.53.5 方案四：自锚式悬索桥方案四：自锚式悬索桥 3.5.13.5.1 主桥设计主桥设计 （1 1） 总体布置总体布置 1 方案构思 自锚式悬索桥与传统悬索桥的最大区别有两个，其一是主缆锚固于边跨加劲梁 （即锚跨） ，因而可以利用加劲梁的水平支承能力来平衡主缆水平分力；利用锚跨自重 来平衡主缆拉力的竖向分力，可节省庞大的锚碇工程。其二，可利用主缆水平分力为 加劲梁提供压应力，因而加劲梁可采用普通混凝土结构，节省了预应力费用。自锚式 悬索桥具有传统悬索桥的主要审美特征，又能够给我们一种格外的厚重、敦实、雄伟 的感受。现代桥梁除了满足自身的结构要求外，也越来越注重景观设计，因此，自锚 式悬索桥应用前景是很乐观的。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 16 表表3.13.1 国内外自锚式悬索桥参数：国内外自锚式悬索桥参数： 桥名跨度矢跨比加劲梁地点 三汊矶湘江大桥 132+328+1281/5.0 钢梁中国 苏州竹园大桥 33+90+331/8.0 钢-混凝土梁中国 日本此花大桥 120+300+1201/6.0 钢梁日本 韩国永宗大桥 125+300+1251/5.0 钢梁韩国 参考上表设计资料，本桥总体布置为： 340m（预制预应力混凝土T形梁）60m+250m+60m（自锚式混凝土悬索桥） +8 40m（预制预应力混凝土T形梁） 图图3.103.10 自锚式悬索桥方案总体布置图（单位：自锚式悬索桥方案总体布置图（单位：cmcm） 2 桥面标高确定 1）竖曲线设计：根据公路工程技术规范高速公路竖曲线半径一般取值为 17000、最小值为11000m，但考虑到避免桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范 的前提下，本方案竖曲线半径采用R11000m。竖曲线基本要素为：竖曲线长度 L=250m、切线长T135m、竖曲线外距E=3.04m。 2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道 标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下： Hmin=Hj+hj+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） ； Hj 设计水位（m） （设计水位记入壅水、波浪高度等） ； h0桥向净空安全值（m） ； H支/H中=(2-3)桥梁上部结构建筑高度。 Hmin=34.54+1.5+3+0.1=39.14m(主桥跨中桥面标高) 按通航水位计算桥面标高： Hmin=Hth+HM+h0 式中:Hmin桥面最低高程（m） Hth 设计最高通航水位（m） HM通航净空高度（m） h0桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m） 。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 17 Hmin=34.54+10+3+0.1=47.64m（主桥跨中桥面标高） 按路堤通车处计算桥面标高： 路堤通车处通车净空4.5m，上部结构建筑高度3.0m，设计跨中桥面标高为： 37.2+3+4.5=44.7m。 综合上述标高，本方案标高取为44.7（跨中桥面标高） ，由路堤通车处跨线标高确定。 （2 2） 上部结构设计上部结构设计 1 加劲梁 自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受，而活载还需要由主梁来承受，所以主 梁必须有一定的抗弯刚度，主梁的形式以采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为 合适。本方案选用混凝土双主梁截面，减轻了体系的自重，在一定的跨度允许范 围内，使桥梁的安全性指标、适用性指标、经济性指标、美观性指标得到了完美 的统一。对结构受力而言，由于采用了自锚体系，将索锚固于主梁上，利用主梁 来抵抗水平轴力 。 图图3.113.11 主梁断面图（单位：主梁断面图（单位：cmcm） 2 桥塔及基础设计 本桥索塔塔高50m（主梁底部以上） ，采用钢筋混凝土门式桥塔，由两根塔柱及一 道横梁组成，塔柱在纵向、横向均为等宽度。塔柱底面高程13m，塔顶高程为101.8m。 索塔包括塔柱、横梁以及索塔附属设施（索塔内爬梯、除湿系统） 。为加强索塔横向连 系，提高索塔横向稳定性，索塔设置一道预应力混凝土箱形横梁。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 18 图图3.123.12 索塔侧面图索塔侧面图 （3 3） 下部结构设计下部结构设计 塔基采用钻孔群桩基础，塔基采用 16根直径1m的钻孔桩，桩底嵌入基岩层1.5-2 倍桩径；桩长15.56m，承台厚度为2m。 3.5.23.5.2 引桥设计引桥设计 （1 1） 桥跨布置桥跨布置 340m（ 预制预应力简支T梁 ）+80+130+80（主跨部分）+940m。 （2 2） 上部结构设计上部结构设计 引桥上部结构采用标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2。5m，预制宽度为 3.1m，主梁吊装就位后浇筑0.5m的湿接缝，T梁间距为3.1m，跨中腹板厚度为0.3m，跨 中马蹄宽度为0.6m，高度为0.3m，斜坡高度0.15m，支点截面腹板厚度变为0.6m。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 19 图图3.133.13 连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm:cm） （3 3） 下部结构设计下部结构设计 引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为1.8m，每一横截面共设有四个桥墩，每一 个桥墩下面设置2.0 m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。具体布置参考图纸。 3.63.6 桥梁方案比选桥梁方案比选 在桥梁方案比选中，要注意下列四项主要标准：安全、功能、经济与美观，其中 自然以安全与经济为重。下面对四个方案进行简述：（此设计经济可以不考虑）。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 20 桥型方案比较表桥型方案比较表: : 第一方案第二方案第三方案第四方案 方案 项目 预应力混凝土连 续刚构桥 独塔斜拉桥下承式连续钢 管拱桥 自锚式混凝土 悬索桥 分孔 340m+90m+150 m+90m+940m 340m13 0m200m+9 40m 340m+ 80m+130m+80m +940m 340m60m+2 50m+60m+ 840m 桥长 810m810m770m810m 纵坡 2% 111 施 工 难 易 主桥主跨跨度 150m，跨度很大， 对于悬臂施工技 术以及所采用的 材料有较高的要 求，引桥预制吊 装，质量易保证， 工序简单。 索力调整控 制复杂，主 梁悬臂施工， 索塔爬模施 工技术成熟， 工期较短； 引桥用预制 架设，质量 高，工期短。 主梁采用移动 模架施工，临 时墩较多，影 响通航；缆索 架设拱肋时要 修建临时索塔， 工程量大； 主桥跨度 250m，跨度较 小，需要先悬 臂拼装施工主 梁，施工复杂， 工序多，技术 尚不成熟。 接线标 高 51.4m51.4m51.4m51.4m 适 用 性 1双向通航孔， 主孔道 150m，通 航性好； 2满足泄洪要 求，适用性好； 3施工技术成 熟，悬臂施工合 理。 4主桥桥面连 续，行车平顺， 后期养护费用少。 引桥采用简支结 构，伸缩缝多。 1双向通 航，主孔道 200m，通航 性好； 2墩台少， 对河床压缩 小，有利于 汛期泄洪； 3主桥连 续，行车平 顺，拉索张 拉复杂，后 期养护费用 高。 1双向通航 孔，主孔道 130m，两个同 行孔，通航性 好； 2桥面连续， 行车顺畅； 3钢管混凝 土拱受日照温 差影响易脱空 1双向通航孔， 主孔道 250m， 通航性好； 2净跨径大， 有利于汛期泄 洪； 3先梁后缆的 施工方法，施 工技术复杂； 锚固技术复杂， 混凝土容易开 裂。 4桥型新颖， 受力合理，养 护费用很高。 外 形 美 观 外型朴素大方， 线形流畅。引桥 的跨径和主桥的 跨径过渡比例适 当，造型美观 外形新颖， 桥型美观， 气势宏伟， 与周围环境 协调好。 拱圈错落有致， 具有层次感 桥型新颖独特， 造型顺畅，线 形流畅美观， 气势宏伟，景 观效果 好。 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文） 21 从方案比较中我们可以看到，第一和第三方案在造价、施工和维护等方面占据优 势，其它二种桥型虽然技术比较先进，外观比较优美，但施工相对困难，造价相对过 高。根据安全、适用、经济、美观和可行性原则，综合考虑地形、地质、水文、河床 特