桥梁初步设计的方案比选

一.桥梁初步设计一工程概略本册设计为猛河大桥初步设计，猛河位于湖南省境内。大桥的建设对推进该地域的经济发展拥有十分重要的意义。本桥设计综合考虑该地域地形、地貌、通航、河床特色、泄洪要求，在知足使用要求的前提下，力争结构经济安全，施工方便。二设计规范《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)；《公路桥涵设计通用规范》(JTG-2004)；《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG-2004)；《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-1985)；《公路工程靠谱度设计一致标准》(GB/T50283-1999)；《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)；.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ026-90)；.《公路工程抗震设计规范》(JTJ005-96)；9.《钢结构设计规范》(GBJ17-88).三技术标准依据设计要求，主要技术指标以下：1.设计荷载：一级公路，双向六车道；2.设计车速：80km/h；3.桥面宽度：双幅分别式，每幅桥宽：0.5m防撞栏+2m人行道右路肩行车道+0.75m左路肩防撞栏，两幅桥之间间距0.5m.4.桥面坡度：纵坡3%，横坡1.5%；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，上低宽b为131m，侧高h为6m,通航水位为；航道等级III-(2).设计洪水频次：按百年一遇洪水频次，设计水位为；.设计基准期：100年。四水文地质概略本桥工程区段为K3+700〜K4+400，桥址位于内地河，环境类型为I类(暖和或严寒地域的大气环境、与无侵害性的水或土接触的环境)，桥位与河流两岸顺直。两堤间距约700m，桥址河床断面属宽滩式河床断面。地质勘探结果表示，桥位区地质状况一般，河滩地点挨次是低液限粘土，允许应力[。0]=250KPa；弱风化泥质灰岩，允许应力[。0]=1000KPa；轻微风化泥质灰岩，允许应力[。0]=1200KPa；细风化白云质灰岩，允许应力[。0]=2000KPa，河槽部分挨次是砂砾层，允许应力[。0]=550KPa，砂卵层，允许应力[。0]=1200KPa，依据上述地质条件，设置端承桩。五大桥设计方案大桥整体方案构想全面贯彻“安全、适用、经济、雅观”的技术目标。造价要求。所选桥型力争技术先进，结构独到有别于邻近已建桥梁，同时知足工程数目省、造价低、投资少、经济合理的原则。(2)施工要求。所选桥型应知足有成熟施工经验、所需施工设备少、工艺简单的要求，以减小施工难度、加速施工进度、节俭投资本额、保证施工质量。(3)通航要求。为减少船舶撞墩的机率，保证桥梁的安全，适合增大和合理部署通航孔跨径，而且抵挡船舶撞击拥有足够的安全，同时所选桥应保证在施工时不可以影响船只通行。(4)景观要求。桥梁作为一种功能性的结构物，同时也是一种美学的艺术。所以在知足桥梁适用功能和桥下通航要求的前提下，力争桥梁造型雅观，使大桥与四周环境相协调。并应最大限度地减少施工对河水及四周环境的污染。鉴于以上原则再联合地质实质状况以及中国现有的常有桥型，本次设计选用了四种桥型：连续刚构桥，独塔双索面斜拉桥，三跨连续下承式钢管混凝土拱桥，自锚式混凝土悬索桥。最后综合各样因素，选用连续刚构桥作为介绍方案。5.2方案一：连续刚构桥主桥设计整体部署1.方案构想跟着交通运输特别是一级级公路的快速发展，对行车平顺舒坦提出了更高的要求。而悬臂梁桥和T形刚构桥因为形变比较大的原由均难知足这个要求，超静定结构的连续钢构桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车安稳舒坦等突出长处而获得快速发展。与连续梁桥对比，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系统桥中，一般考虑采纳连续刚构桥。变截面连续刚构桥立面多采纳不等跨部署，边主跨比一般为0.5〜0.692，梁底曲线可采纳二次抛物线、折线和介于折线与二次抛物线之间的1.5〜1.8次抛物线，此中抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律靠近。本桥河床较为平展，基岩埋深较浅，能够使用较大跨径以知足通航和泄洪要求。由于是III-（2）级航道，通航净宽为150m，设一个通航孔，考虑到桥墩部署、地质、地形和通航充裕等条件，取主跨为160m。连续刚构桥的边主跨比为：0.5〜0.692之间，本桥考虑取两桥台之间长度为700m。因为桥位地质条件好，而引桥的标准跨为一般30m、40m或50m,，故跨径部署为：2X50+40+50（预制预应力简支T梁）+100+160+100+3X50（预制预应力简支T梁）=700m，这时边主跨比100/160=0.625知足要求。图连续刚构桥方案整体部署图（单位：cm）2.桥面标高确立：（1）竖曲线设计：依据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为4500m、最小值为3000m，但考虑到防止桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡知足规范的前提下，本方案竖曲线半径采纳R=3000m。竖曲线基本因素为：竖曲线长度L=270m、切线长T=135m、竖曲线外距。（2）桥面标高：本桥桥面标高依据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两头引道标高的需要，并联合桥型跨径等综合考虑。按设计水位计算桥面标高，计算公式以下：式中：Hmin——桥面最低高程（m）；Hj——设计水位（m）（设计水位记入壅水、波涛高度等）；hj——桥向净空安全值（m）；ho——桥梁上部结构建筑高度。Hmin=342.365m（主桥跨中桥面标高）按通航水位计算桥面标高：式中：min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）Vho——桥梁上部结构建筑高度，包含桥面铺装层高度（m）。Hmin（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，上部结构建筑高度，设计跨中桥面标高为：43.352+3+4.5=49.852m。综合上述标高，本方案标高取为（跨中桥面标高），由路堤通车处跨线标高确定。（2）上部结构设计主桥上部结构采纳变截面箱梁，C50混凝土，桥梁宽度，箱梁顶板宽度取17.5、.0m，底板宽取。依据《桥梁工程》往常梁性刚柔桥，支点处箱梁截面的高跨比在1/16〜1/20之间，跨中截面梁高约为支点截面梁高的1/2.5〜1/3.5，故本桥支点处梁高取，高跨比为1/20，跨中梁高取4m，跨中截面梁高为支点梁高1/3，高跨比为1/60。箱梁顶板厚取30cm，腹板及底板采纳变截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚渐渐过渡至墩顶60cm厚，底板厚度由墩跨中35cm厚渐渐过渡至墩顶80cm厚。梁高、底板厚度按二次抛物线变化，以知足受力及桥梁线形上的需要，腹板厚度按直线变化。本桥方案因为桥面宽度的要求，考虑采纳单箱单室断面，单箱单室断面结构简单，受力明确，施工方便。图连续刚构桥方案主梁横截面图（单位:cm）（3）下部结构设计本桥地形平展，通航孔部署范围较广，由钻探资料，本桥主要地层第一层为沙砾层、第二层为砂卵层，采纳端承桩，入岩深度大于三倍桩直径，所以主桥基础采纳端承桩基础。主桥桥墩为双肢薄壁桥墩，主桥设4m厚钢筋混凝土承台。主桥基础采纳钻孔灌输桩，选择在枯水季节钻孔施工，主墩每墩桩数为24根，桩端入持力层厚度亦大于桩直径3倍。图连续刚构桥方案主桥桥墩大样图（单位：cm）引桥设计（1）桥跨部署2X50+40+50m（预制预应力简支T梁）+主跨部分+3X50m。（2）上部结构设计引桥上部结构采纳标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2m，预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为，跨中马蹄宽度为，高度为，斜坡高度，支点截面腹板厚度变成。图1.4连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm）（3）下部结构设计引桥桥墩采纳圆柱式桥墩，桥墩直径为，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下边设置1.0m直径的圆柱桩，中心距为2.5倍桩径，圆柱桩之间设置横系梁。。（4）桥台设计本方案中，桥下地基优秀，桥台接线处填土高度大概为10m左右，采纳结构简单，费用较低的重力时桥台是比较合理的选择。详细桥台的尺寸请参照有关图纸。5.3方案二：独塔双索面斜拉桥主桥设计（1）整体部署：8X40m预应力混凝土简支T梁+160m+180m（双塔双索面斜拉桥）+50m+30m预应力混凝土简支T梁=750m。图斜拉桥型整体部署图（单位：cm）.方案构想：独塔斜拉桥在河床地质、地形条件较好时，经济性比较好，能够省去一个桥塔，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，对受力有益，受缩短徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构部署灵巧，施工也比较方便，可采纳悬臂浇筑、转体施工等方法。鉴于这些长处，并联合当地的地质条件，桥位处基岩埋深较浅，且平均一致，承载力高，河槽偏于西岸，属于不对称情况，同时河面宽度约400m，在其经济跨径的范围内，此外，桥位处视线宽阔，高耸的桥塔进一步增添了大桥宏伟的气概，所以独塔斜拉桥是一个很拥有竞争力的方案。.桥面标高确立：（1）竖曲线设计：依据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为10000m、最小值为6500m，但考虑到防止桥台高度过高，在桥梁竖曲线和纵坡知足规范的前提下，本方案竖曲线半径采纳R=10000m。竖曲线基本因素为：竖曲线长度L=400m、切线长T=200m、竖曲线外距E=2m。（（2）桥面标高：本桥桥面标高依据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两头引道标高的需要，并联合桥型跨径等综合考虑。①按设计水位计算桥面标高，计算公式以下：式中：Hmin——桥面最低高程（m）；Hj——设计水位（m）（设计水位记入壅水、波涛高度等）；hj桥向净空安全值（m）；ho——桥梁上部结构建筑高度。Hmin=341.865m（主桥跨中桥面标高）②按通航水位计算桥面标高：式中：min桥面最低高程（m）H出一一设计最高通航水位（m）thHM——通航净空高度（m）Vho——桥梁上部结构建筑高度，包含桥面铺装层高度（m）。Hmin=326.473+10+2.5+0.1=339.073m（主桥跨中桥面标高）（2）上部结构设计主塔：桥面以上主塔顺桥向宽7m，桥面以下至承台渐渐过渡到10m。横桥向厚度为4m。桥塔总高度为，桥面以上高为。主梁：主梁梁高为，桥面板行车道做成1%的双向横坡，桥面全宽。主梁截面采用混凝土形式，其截面形式见图：图主梁截面形式（单位：cm）3斜拉索：斜拉索采纳直径8mm的低废弛高强平行镀锌钢丝束。斜拉索外层防备采纳热挤双层PE防备套，外层防备套的颜色可依据景观要求采纳。边跨斜拉索部署14m+17X8m+10m，主跨斜拉索部署15m+17X8m+29m，索横向间距为。全桥共设2X18对斜拉索。主塔两侧斜拉索的设计以防止产生较大的塔身弯矩为原则。斜拉索两头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纳销铰式连结，经过耳板用高强螺栓与主梁连结，斜拉索中心线在耳板平面内摇动。（3）下部结构设计主桥基础采纳端承群桩基础。考虑到雅观性，枯水期桩不外露，承台地点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。承台尺寸取为（横桥向）X12.00m（纵桥向）X4.0m（高）。基础由21根直径为①2.0m的桩构成，纵向3排，间距4m,横向7排，间距5m，持力层厚度大于三倍桩劲。引桥设计（1）桥跨部署8X40m（预制预应力简支T梁）+主跨部分+50m+40m。（2）上部结构设计引桥上部结构采纳标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2m,预制宽度为2m,主梁吊装就位后浇筑的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为，跨中马蹄宽度为，高度为，斜坡高度，支点截面腹板厚度变成。图1.7连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm）（3）下部结构设计引桥桥墩采纳圆柱式桥墩，桥墩直径为，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下边设置2.0m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。详细部署参照图纸。（4）桥台设计本方案中，桥下地基优秀，桥台接线处填土高度大概为10m左右，采纳结构简单，费用较低的重力时桥台是比较合理的选择。详细桥台的尺寸请参照有关图纸。5.4方案三：三跨连续下承式钢管混凝土拱桥主桥设计（1）整体部署方案取为三跨连续中承式钢管混凝土拱桥。主桥长700m，主跨长300m，采纳对称布置。图拱桥桥型整体部署图（单位：cm）方案构想拱桥是我国公路上使用宽泛的一种桥型，在竖向荷载作用下，两头产生水平推力，使拱内产生轴向压力，大大减小了拱圈的弯矩，应力散布平均，超越能力较大，拱圈的

弧形使结构挣脱了纯真的直线组合，形式鲜活雅观。下承式拱桥不单保持了拱桥一般的力学特色，特别是桥梁标高受限时，采纳下承式拱桥能够降低桥面标高，方便两头的接线，更重要的是下承式拱桥的拱圈中的巨大水平推力能够由系杆来蒙受，进而减小拱桥对地基的要求，使基础造价降低2.桥面标高确立（1）竖曲线设计：依据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为4500m、最小值为3000m，但考虑到防止桥台高度过高，在桥梁竖曲线和纵坡知足规范的前提下，本方案竖曲线半径采纳R=3000m。竖曲线基本因素为：竖曲线长度L=270m、切线长T=135m、竖曲线外距。（2）桥面标高：本桥桥面标高依据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两头引道标高的需要，并联合桥型跨径等综合考虑。按设计水位计算桥面标高，计算公式以下：式中：Hmin桥面最低高程（m）；Hj——设计水位（m）（设计水位记入壅水、波涛高度等）；hj桥向净空安全值（m）；ho——桥梁上部结构建筑高度。Hmin=341.365m(主桥跨中桥面标高）②按通航水位计算桥面标高：式中：min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）Vho——桥梁上部结构建筑高度，包含桥面铺装层高度（m）min（主桥跨中桥面标高）综合上述标高，本方案标高取为338.573（跨中桥面标高），由路堤通车处跨线标高确立。H(2)上部结构设计min（主桥跨中桥面标高）综合上述标高，本方案标高取为338.573（跨中桥面标高），由路堤通车处跨线标高确立。拱肋设计引桥上部主跨采纳中承式悬链线无铰拱，结构采纳钢管混凝土桁架，六支桁式断面，沿拱轴拱肋采纳变高度(拱脚钢管中心距8m,拱顶钢管中心距4m)，预制宽度为4m，边拱拱肋采纳上承式双肋悬链线半拱，计算跨径为75m，矢高为35m，矢跨比为1/4.3,每肋由高4m,宽4m钢筋混凝土箱梁构成，两肋间设有一组“^，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同，构成一个稳固的空间梁系结构系杆及吊杆设计系杆设计是拱桥中的一个重点问题，一方面要考虑系杆与拱肋的连结，保证系杆能很好的与拱肋共同受力；另一方面又要考虑系杆与行车道之间的互相作用，防止桥面因阻挡系杆的受拉而遭损坏。该桥系杆部署箱梁的中间室内，两头锚固于边跨混凝土箱梁梁段横梁处锚体之上，锚体为钢筋混凝土结构，采纳C50混凝土，锚体及拱座处埋设系杆预埋钢管。吊杆在同一截面内设置双吊杆，以有益于拱肋横向稳固。一般吊杆间距为4〜10m,吊杆间距初步制定为，全桥共设37对吊杆。每根吊杆采纳①7的低废弛钢绞线，采纳双层HDPE全防腐系统，双层HDPE之间设一隔绝层，锚具采纳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。引桥设计(1)桥跨部署2X50m+40+50(预制预应力简支T梁)+主跨部分+30m+30m。(2)上部结构设计引桥上部结构采纳标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2m，预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为，跨中马蹄宽度为，高度为，斜坡高度，支点截面腹板厚度变成。图1.9连续刚构桥方案引桥主梁截面图(单位:cm)(3)下部结构设计引桥桥墩采纳圆柱式桥墩，桥墩直径为，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下边设置2.0m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。详细部署参照图纸。（4）桥台设计本方案中，桥下地基优秀，桥台接线处填土高度大概为10m左右，采纳结构简单，费用较低的重力时桥台是比较合理的选择。详细桥台的尺寸请参照有关图纸。5.5方案四：自锚式混凝土悬索桥主桥设计（1）整体部署1.方案构想自锚式悬索桥与传统悬索桥的最大差别有两个，其一是主缆锚固于边跨加劲梁（即锚跨），因此能够利用加劲梁的水平支承能力来均衡主缆水均分力；利用锚跨自重来均衡主缆拉力的竖向分力，可节俭宏大的锚碇工程。其二，可利用主缆水均分力为加劲梁供给压应力，因此加劲梁可采纳一般混凝土结构，节俭了预应力花费。自锚式悬索桥拥有传统悬索桥的主要审美特色，又能够给我们一种分外的厚重、敦实、宏伟的感觉。现代桥梁除了知足自己的结构要求外，也愈来愈着重景观设计，所以，自锚式悬索桥应用远景是很乐观的。表1.1国内外自锚式悬索桥参数:桥名跨度矢跨比加劲梁地址三汊矶湘江大桥132+328+128钢梁中国苏州竹园大桥33+90+33钢-混凝土梁中国日本此花大桥120+300+120钢梁日本韩国永宗大桥125+300+125钢梁韩国参照上表设计资料，本桥整体部署为：7X40m（预制预应力混凝土T形梁）+75m+230m+75m（自锚式混凝土悬索桥）+50m+40m（预制预应力混凝土T形梁）图自锚式悬索桥方案整体部署图（单位：cm）2.桥面标高确立本桥桥面标高依据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两头引道标高的需要，并联合桥型跨径等综合考虑。按设计水位计算桥面标高，计算公式以下：式中：Hmin桥面最低高程（m）；Hj——设计水位（m）（设计水位记入壅水、波涛高度等）；hj——桥向净空安全值（m）；ho——桥梁上部结构建筑高度。Hmin=41.01m（主桥跨中桥面标高）按通航水位计算桥面标高：式中：min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）Vho——桥梁上部结构建筑高度，包含桥面铺装层高度（m）。Hmin=32.05+10+2.8++0.1=44.95m（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，上部结构建筑高度，设计跨中桥面标高为：+2.1+4.5+2.05=47.702m。综合上述标高，本方案标高取为（跨中桥面标高）。（2）上部结构设计加劲梁自锚式悬索桥中的恒载由主缆来蒙受，而活载还需要由主梁来蒙受，所以主梁一定有必定的抗弯刚度，主梁的形式以采纳拥有必定抗弯刚度的箱形断面较为适合。本方案采纳钢箱梁，减少了系统的自重，在必定的跨度同意范围内，使桥梁的安全性指标、会用性指标、经济性指标、雅观性指标获得了完满的一致。对结构受力而言，因为采纳了自锚系统，将索锚固于主梁上，利用主梁来抵挡水平轴力^

_i5-口ntir」i:n□nn厂」虹醐者很短土吊匿居JUUL1\L_1_■32」.推〃15卧_i5-口ntir」i:n□nn厂」虹醐者很短土吊匿居JUUL1\L_1_■32」.推〃15卧155L5O1SD」_T501=501501知1边一―倒15CTSO眺口I--以电1L__£55」一1-啊-■L罪8502.1」图主梁断面图（单位：cm）引桥设计拜见此前引桥设计方案。5.6桥型方案比选在桥梁方案比选中，要注意以下四项主要标准：安全、功能、经济与雅观，此中自然以安全与经济为重。下边对四个方案进行简述：桥型方案比较表:方案项目第一方案第一万案—r——＞，，农第二万案第四方案预应力混凝土连续钢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1分孔7X40m+100m+8X40m8X40m7X40m

180m+100m+50m+40m+160m+180m+50m+40m+95+110m+95m+40m+50m+40m+75m+230m+75m+50m+40m2桥长750m750m750m750m3纵坡2%1%1%1%4施工难易主桥主跨跨度180m，跨度很大，关于悬臂施工技术以及所采纳的资料有较高的要求，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。主梁采纳挪动模架施工，暂时墩较多，影响通航；缆索架设拱肋时要修筑暂时索塔，工程量大；主桥跨度240m，跨度较小，需要先悬臂拼装施工主梁，施工复杂，工序多，技术尚不可熟。5接线标高6会用性1・双向通航孔，主孔道150m，通航性好；.知足泄洪要求，合用性好；.施工技术成熟，悬臂施工合理。.主桥桥面连续，行车平顺，后期保养花费少。引桥米纳简支结构，伸缩缝多。1・双向通航，主孔道150m，通航性好；.净跨径大，墩台少，对河床压减小，有益于汛期泄洪；.悬臂施工技术成熟，施工合理。.主桥连续，行车平顺，拉索张拉复杂，后期保养花费高。1.双向通航孔，主孔道75m，两个同行孔，通航性好；.桥面连续，行车顺畅；；.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150m，通航性好；.净跨径大，有利于汛期泄洪；.先梁后缆的施工方法，施工技术复杂；锚固技术复杂，混凝土简单开裂。.桥型新奇，受力合理，保养花费很高。7外形美观外型朴实大方，线形流利。引桥的跨径和主桥的跨径过渡比率适外形新奇，桥型雅观，气概宏伟，与四周环境协调好。拱圈有条有理，具有层次感桥型新奇独到，造型顺畅，线形流利雅观，气概宏伟，景观成效好。

当，造型雅观从方案比较中我们能够看到，第一和第三方案在造价、施工和保护等方面占有优势，其余二种桥型固然技术比较先进