【《刘家河（100+175+100）m连续刚构桥桥梁布置与结构尺寸计算设计案例》7100字】

PAGEPAGE38刘家河（100+175+100）m连续刚构桥桥梁布置与结构尺寸计算设计案例第一章绪论1.1项目概况刘家河位于河北省保定市涞水，桥梁设计长度为375m，河水水位较低且无通航要求。项目所在地处北回归线以北，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，四季分明，温差振幅大。本次设计桥梁所在处的地理位置中岩层较为坚硬，分别为碎石土、亚粘土、细砂、强风化砂岩、弱风化砂岩。设计桥梁横跨刘家河，河面宽度111m，桥梁中线处常水位线340.65m，最高洪水水位线362.75m。1.2设计指标（1）公路等级：一级公路（2）设计速度：80公里/小时（3）汽车荷载：公路-Ⅰ类（4）抗震基本烈度：6度；抗震措施设防烈度：7度（5）设计安全等级：一级（6）设计基准期：100年（7）桥面总宽度及车道数：32m，双向8车道（8）桥面纵坡：0%（平坡）（9）桥面横坡：2%（10）梁轴线平面线形：直线（11）设计洪水频率：1/1001.3材料规格：（1）主桥箱梁采用C55混凝土；（2）桥面铺装采用10厘米沥青混凝土；（3）防水层：聚合物沥青防水层；（4）护栏采用C20混凝土；（5）双肢薄壁墩墩身采用C40混凝土；（6）支座垫石、挡块：C30混凝土；（7）地下工程：桩基采用C30水下混凝土，承台采用C30混凝土。（8）预应力钢绞线：公称直径φS15.2mm2，钢绞线面积140mm2。钢绞线抗标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，松弛系数Ⅱ级，ζ＝0.3；（9）普通钢筋：受力主筋和非受力钢筋均采用采用HRB400钢筋（ф25~32），fsd=330MPa，f’sd=330MPa.（10）锚具：纵向预应力钢筋采用圆形群锚锚具，竖向预应力钢筋采用低回缩量锚具。预应力管道：纵、竖向预应力均采用金属波纹管成孔，管道直径90mm。第二章方案比选经过对桥位的地质地形研究，并对各种桥型的适用范围与优点缺点做了分析比较，结合桥梁的实际情况，初步拟定了三种桥型方案：（100+175+100）m连续刚构桥；275m上承式箱型拱桥；③（225+150）m不等跨独塔双索面斜拉桥。2.1连续钢构桥总体设计：2.1.1连续刚构桥全桥立面图分孔：100m+175m+100m主梁采用单箱单室预应力混凝土箱梁，根部梁高10m，跨中及边跨合龙段梁高4m，箱梁底板上缘及下缘均按二次抛物线变化。本桥设计为双肢薄壁墩，墩高分别为67m和63m。基础采用钻孔灌注的嵌岩桩，桩径2m。深入持力层深度≥4m。横向布置：两幅桥布置：15.25m单幅+1.5m中央分隔带+15.25m单幅单幅桥横向布置：0.5m护栏+14.25m行车道+0.5m护栏施工方案：采用悬臂浇筑进行桥梁施工，先对承台基础与桥墩进行施工，后对0号块搭建支架浇筑，悬臂施工其他号块，后对边跨现浇段进行支架现浇并对边跨进行合龙，边跨合拢后进行中跨合龙，最后进行桥面铺装等施工。2.1.2跨中截面2.1.3支点截面连续刚构桥结合了连续梁桥与T型刚构的特点，采用墩与梁固结的方式，连续刚构没有伸缩缝满足行车平连续刚构桥结合了连续梁桥与T型刚构的特点，采用墩与梁固结的方式，连续刚构没有伸缩缝满足行车平顺的条件，又保持了T形刚构不设支座、无需体系转换的优点，方便施工；而且很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度能很好地满足较大跨径的受力要求。它的造价相比与其他桥梁较低，并且后期的养护成本较低，因此它是一种极有生命力的桥梁结构形式，已成为大跨度预应力混凝土桥梁的首选桥型。跨径大而墩高小的连续列刚构桥中，由于体系的温度变化，混凝土的收缩将在墩底产生较大的弯矩。为减小水平位移在墩上产生的弯距值，本桥采用了水平抗推刚度较小的双薄壁墩，通过高墩的柔度来适应结构的收缩徐变、预应力以及温度变化所产生的位移，使结构的受力更加的合理。连续刚构桥的上部结构形式有利于悬臂施工，悬臂施工适合于梁的上翼缘承受拉应力的桥梁形式，因为悬臂施工的受力与桥梁建成后受力较接近。本桥设计为悬臂拼装法施工。2.2：上承式箱型拱桥总体设计：2.2.1上承式箱形拱桥全桥立面图本桥计算跨径为253m，矢跨比为1/5.5；拱轴线采用悬链线形；施工采用缆索吊装施工；截面为等截面，采用单箱三室截面。拱桥上部分采用简支梁形式，既轻巧又美观。横向布置：33m桥面布置：2m拱肋及护栏+13m车道+1.5m拱肋及护栏+1m中央分隔带+1.5m拱肋及附属+13m车道+1.5m拱肋及护栏。桥面铺装：横梁上铺设30cm行车道板、10cm水泥混凝土，防水层与10cm沥青混凝土做桥面铺装。2.2.2拱肋截面箱形拱桥主要特点有很多：（1）截面挖空率大；（2）中性轴大致居中，能较好的抵抗正负弯矩；（3）抗弯抗扭刚度大，拱圈的整体性好；（4）预制拱箱的宽度较大，施工安全，易于保证施工质量；（5）制作要求高，起吊设备多，主要适用于大跨径拱桥。上承式拱桥优点是桥面系构造简单，拱圈和墩台的宽度较小，桥上视野开阔，施工较下承式拱桥方便；缺点是桥梁建筑高度大，纵坡大和引道长。2.3：不等跨独塔双索面斜拉桥总体设计：2.3.1不等跨独塔双索面斜拉桥全桥立面图分孔：225m+150m主梁采用箱梁截面，梁高3m，均采用钢箱梁。索塔采用混凝土索塔，桥塔175m，桥面以上索塔高80m。左侧29根斜拉索，右侧20根斜拉索，索距7.5m。索塔为宝石型索塔，双索面布置.横向布置：35m桥面一副布置：1.5m（护栏及拉索区域）+15.25m（行车道）+1.5m（中央分隔带）+15.25m（行车道）+1.5m（护栏及拉索区域）施工方案：采用悬臂吊装施工，先对钢箱梁与预应力混凝土箱梁进行预制，在索塔施工完毕后，对箱梁进行平衡吊装并张拉拉索，吊装过程中要根据两侧重量差异进行配重。在施工中要注意当地环境较为潮湿，对钢箱梁要预制后立即进行安装并进行防锈处理，减少锈蚀。斜拉桥的优点是：梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大；受桥下净空和桥面标高的限制少；抗风稳定性比悬索桥好；不需悬索桥那样的集中锚碇构造；便于悬臂施工等。不足之处是，它是多次超静定结构，设计计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技术要求严格。2.4桥型比选表2.4.1方案比选桥型方案预应力混凝土连续刚构桥上承式箱型空腹式拱桥不等跨独塔双索面斜拉桥使用性能行车平顺；抗震能力强行车平顺行车较平顺，抗震能力强受力性能受力明确，无需体系转换，拥有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度；采用了双薄壁墩，通过高墩的柔度来适应结构的收缩徐变、预应力以及温度变化所产生的位移，使结构的受力更加的合理。构造简单，受力明确，抗弯抗扭刚度大，中性轴大致居中，能较好的抵抗正负弯矩为高次超静定结构，受力计算困难，连接构造复杂，其受力与斜拉索的状态有很大联系，动力分析需采用空间结构进行如风洞试验等。结构非线性影响突出，主要有斜索重要效应、结构大变形和塔梁弯矩轴力组合效应。经济性造价相比与其他桥梁较低，并且后期的养护成本较低造价高，施工时需要设备、材料多，不够经济造价较高，桥梁养护高但是养护方便，如若拉索出现疲劳锈蚀等影响结构安全的问题，可更换拉索，用最小的代价延长结构服役期。美观性构造简单，线条简洁造型美观桥梁具有通透性，桥塔可以设置好看的造型，十分美观施工方面悬臂拼装法施工，适合于梁的上翼缘承受拉应力的桥梁形式，其施工时的受力与桥梁建成后受力较接近；不设支座、无需体系转换的优点，方便施工。缆索吊装施工，施工设备多，施工精度要求准确，悬臂拼装法施工，施工阶段调整索力是保障安全经济的重要措施，并且拆除临时固结时要注意减少风振对桥梁的不利影响。主梁是处于平衡状态的弹性支承构件，其内力和位移对力非常敏感，需要较高的施工精度。适用性跨越能力强，刚度大，变形小，动力性能好，抗震性能好地基要求高，要求地质条件好，跨越能力强跨越能力强，抗风抗震性能好，刚度大，抗裂性好通过对上述因素比较，最终选择经济性最好且造型美观的连续刚构桥方案作为推荐方案。第三章桥梁布置与结构尺寸3.1桥型布置与孔径布置设计为预应力混凝土变截面连续刚构桥，分孔布置100m+175m+100m，梁高按二次抛物线变化。下部结构两个桥墩均采用双肢板式墩，墩身尺寸横向×纵向为10.6×2m。桥墩基础采用钻孔灌注桩，均按嵌岩桩设计，桩尖嵌入中风化岩层有效深度不小于2倍的桩径。3.2截面形式与截面尺寸·3.2.1截面形式由于设计桥梁跨度较大，需要对上部结构减轻自重，并且减小下部基础尺寸，以达到增加主梁截面抗扭刚度的目的，主梁设计为单箱单室截面。且由于顶部横向宽度较大，减少其弯矩，设计为双幅桥。因此，总体设计为分离式的单箱单室截面，在设计计算中，仅对一幅进行讨论。3.2.2主梁高度设计桥梁采用2次抛物线型变高度箱形截面，连续刚构桥支点处高跨比一般为1/15~1/20，设计桥梁支点梁高10m，高跨比=1/17.5。跨中处高跨比一般为1/40~1/55,设计桥梁跨中及边跨合拢段梁高4m，高跨比≈1/44。主梁变高段底板底面抛物线方程：Y=2.9+0.0013554×X²（以米为单位）主梁变高段底板顶面抛物线方程：y=-6/(83.5×83.5)×x2（以米为单位）边中跨底板顶面抛物线起点均在0号块内侧100cm处，底面抛物线起点均在与桥墩固结处。中跨底板顶面抛物线终点位于19号梁段终点处，中跨底板底面抛物线终点位于跨中中心线处。边跨底板顶面底面抛物线终点均位于19`号梁段起点处。3.2.3箱梁底板厚度由于墩梁固结处有了较大的负弯矩，所以墩梁固结处底板应相应加厚，提供较大的受压面积，跨中截面弯矩较小，同时为了减轻自重，跨中底板厚度应较墩梁固结处薄一些。设计桥梁墩梁固结处底板厚60cm，由底板上下缘抛物线不等变化将底板厚度在跨中变至30cm。边中跨对称布置。底板在端横梁附近设置120cm倒角；底板在中跨中横隔板处设置130cm倒角。3.2.4腹板厚度设计桥梁腹板厚度60cm。3.2.5顶板厚度箱梁顶板厚28cm，顶板在中横梁、端横梁以及跨中横隔板处设置倒角130cm、120cm。3.2.6横梁与横隔板设计由于设计桥梁为箱型截面，抗扭刚度较大，因此对设计桥梁只在支座处设计中横梁，边跨处设置端横梁，跨中处设置一道横隔板。设计桥梁0号块处设置两道柔性中横梁，宽80cm，中横梁位置分别与双肢板式墩位置对应。边跨现浇段设置端横梁，梁宽150cm。跨中中心线处设置一道横隔板，板宽180cm。3.2.7横坡设计设计桥梁箱梁横桥向底板保持水平，顶板设横坡，由桥面铺装的厚度变化形成，横坡设计为±2％，两幅桥对称设计。3.2.8箱梁尺寸箱梁截面采用单箱单室直腹板形式，顶板宽1525cm，底板宽1060cm。箱梁翼缘223cm，翼缘外侧厚28cm，根部厚87cm，采用一次折线变化。3.2.8.1跨中截面3.2.8.2支点截面3.3主梁分段与施工阶段划分根据设计桥梁实际地址情况，由于地势较高，选用悬臂浇筑法进行主梁施工。3.3.1主梁划分阶段设计桥梁全长375m，共划分21个施工段，将主梁分为19个号块，为方便表示，对边跨施工号块用X`表示。墩梁固结处0号块长度10m，后续悬臂施工段长度分别为10×4m，8×4.5m，1×4m设置至19号块，边跨21`、22`号节段为支架现浇段，20`号节段为边跨合龙段。中跨20号节段为中跨合龙段。3.3.2主梁施工方法及注意事项1、主梁采用悬臂浇筑施工，墩梁固结处0号块与边跨支架段采用搭建支架的方式进行浇筑，其余梁端采用活动挂篮悬臂浇筑，挂篮重量设计为80吨。中跨合龙段吊架及机具的重量设计为40吨2、施工步骤：搭建支架浇筑墩顶0号块。安装挂篮，并对称悬臂浇筑1~19号块，搭建支架现浇两侧边跨现浇段，拆除挂篮，现浇小里程侧边跨合龙段，现浇大里程侧边跨合拢段。拆除边跨合龙段支架并安装中跨合拢段吊架，浇筑中跨合拢段后拆除吊架，进行桥面铺装与桥面系等的施工后进行成桥运营。3、中跨合拢段混凝土进行浇筑时，应选择温度不会急剧变化的晚上温度最低的时间开始，跨中合龙前应在合龙段两侧施加3000KN顶推力，以克服板式墩的向内位移，顶推力可以根据后期建模计算结果进行调整。4、梁端悬浇时，前一段号块混凝土与悬浇段接合面应进行凿毛并清洗，对纵向非预应力钢筋在进行钢筋绑扎时采用搭接的形式进行接长。悬臂浇筑施工时，两侧挂篮等施工设备重量应尽量保持平衡，左右不出现偏载情况，两端混凝土浇筑梁之差应小于2m³5、预应力束在混凝土达到设计强度的90％，且混凝土龄期不小于7天时方可张拉。6、合龙段施工过程中，禁止在梁体（特别是合龙段附近）堆放不必要杂物、机具或机械设备、大量材料的上落或移动，以免影响合龙段混凝土质量。7、在浇筑合龙段混凝土前，应检查悬臂段箱梁轴线及标高，并应符合设计要求。8、本设计按拆除全部挂篮后安装吊架，进行合龙施工。施工中可利用挂篮前移形成吊架，但应满足重量要求。3.3.3施工阶段说明一、1，主墩基础及承台施工，采用提升模分段现浇完成墩身施工。二、1，采用托（支）架现浇1、2号墩与箱梁0号块梁段。2、待混凝土强度至90％后依次张拉纵向预应力、竖向预应力及横向预应力；张拉纵向预应力时，两端对称张拉腹板下弯束及顶板钢束。3、纵横向预应力张拉完后应及时压浆，该阶段施工时间按30天考虑，具体时间施工单位可根据实际情况来细化。三、安装挂篮以及进行悬臂浇筑施工所必需的施工机具（80t）。四、浇筑1号梁段，待混凝土强度至90％后依次张拉纵向预应力、横向预应力及竖向预应力；张拉纵向预应力时，两端对称张拉腹板下弯束及顶板钢束。一个块件的施工周期按7天控制（其中移动挂篮为1天，绑扎钢筋网浇筑混凝土并等待混凝土强度达到设计强度90％需4~5天，1天张拉预应力钢束）。五、1，挂篮前移，浇筑2（2’）号梁段，带混凝土强度至90％后依次张拉纵向预应力、竖向预应力及横向预应力；张拉纵向预应力时，两端对称张拉腹板下弯束及顶板钢束；竖向、横向预应力滞后1个节段张拉。重复工序施工3-15（3’-15’）号梁端，待混凝土强度达到90％后依次张拉相应预应力钢束。2，搭设边跨现浇段施工支架，并在支架上浇筑边跨现浇梁段，并张拉边跨现浇梁段的横向预应力钢束。六、1，拆除所有挂篮，搭设边跨合龙段支架。2，在边跨合龙段两侧均施加合龙段自重一半的压重，安装边跨合龙段劲性骨架，准备边跨合龙。七、1，浇筑边跨合龙梁段（浇筑过程中，边浇筑混凝土边减轻压重，使合龙段处于平衡加载过程中）。2，待混凝土强度达到90％后张拉边跨底板预应力钢束及边跨合龙梁段。3，边跨底板束张拉顺序应遵循先长束后短束的原则，同类型束应两侧对称张拉。4，安装中跨合龙段吊架（20吨），准备中跨合龙。八、1，拆除主墩处的托架和边跨的施工支架。2，中跨两悬臂端各加中跨合龙段重量一半的压重，安装中跨合龙段劲性骨架，浇筑中跨合龙梁段（浇筑过程中，边浇筑混凝土边减轻压重，使合龙段处于平衡加载过程中）。3，浇筑中跨合龙段钢束，待混凝土强度达到90%后依次张拉中跨顶、底板合龙束。九、1，浇筑护栏、安装排水管。2，进行伸缩缝及桥面铺装的施工。3，完成桥面系和交通工程等的施工。4，成桥运营。3.3.4施工阶段划分表3-1施工阶段划分序号内容日期备注1下部基础134对桥墩进行施工模拟20号现浇20满堂支架施工进行现浇，0号节段的约束条件加上，激活主墩刚接条件，并激活0号节段和中隔板30号挂篮10将挂篮从地面安装上去4施工1号节段12激活1号节段湿重51号张拉2激活1号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化0号挂篮61号挂篮安装1激活1号挂篮7施工2号节段12激活2号节段湿重82号张拉2激活2号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化1号挂篮92号挂篮安装1激活2号挂篮10施工3号节段12激活3号节段湿重113号张拉2激活3号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化2号挂篮123号挂篮安装1激活3号挂篮13施工4号节段12激活4号节段湿重144号张拉2激活4号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化3号挂篮154号挂篮安装1激活4号挂篮16施工5号节段12激活5号节段湿重175号张拉2激活5号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化4号挂篮185号挂篮安装1激活5号挂篮19施工6号节段12激活6号节段湿重206号张拉2激活6号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化5号挂篮216号挂篮安装1激活6号挂篮22施工7号节段12激活7号节段湿重237号张拉2激活7号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化6号挂篮247号挂篮安装1激活7号挂篮25施工8号节段12激活8号节段湿重268号张拉2激活8号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化7号挂篮278号挂篮安装1激活8号挂篮28施工9号节段12激活9号节段湿重299号张拉2激活9号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化8号挂篮309号挂篮安装1激活9号挂篮31施工10号节段12激活10号节段湿重3210号张拉2激活10号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化9号挂篮3310号挂篮安装1激活10号挂篮34施工11号节段12激活11号节段湿重3511号张拉2激活11号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化10号挂篮3611号挂篮安装1激活11号挂篮37施工12号节段12激活12号节段湿重3812号张拉2激活12号节段单元，并张拉预应力钢束,钝化11号挂篮3