【《某双索面双塔三跨斜拉桥桥型方案确定案例分析》4000字】

第PAGE第1页某双索面双塔三跨斜拉桥桥型方案确定案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u5108某双索面双塔三跨斜拉桥桥型方案确定案例分析 1154371.1桥梁设计的基本目标 158481.2桥梁的设计方式 3250601.3桥梁设计方案 3123941.3.1双塔三跨式斜拉桥 3140221.3.2钢管混凝土拱桥 528401.3.3连续刚构桥 6246691.4方案比选原则 642401.5方案比选 7桥梁设计的基本目标在进行桥梁设计之时，桥梁设计人员所追求的基本是：安全、实用、经济和美观。安全与实用是其中最重要的，也是进行桥梁设计的首要目标。桥梁设计时，须遵循的一般步骤是：本章节的目的是确定设计的总体桥梁结构方案，因为一次桥梁设计工作想要在评估中获得好的成绩，最重要的一点是选择一个好的桥梁总体方案。1.安全性主要体现在：1.有足够的强度、稳定性和疲劳承载力；2.抑制基础冲刷和桥墩撞击；3.有足够的延性和冗余度。依据我国现行的公路桥梁设计规范，并依据规范中的极限状态设计方法，运用力学原理对桥梁结构安全进行验算。通常采用的极限状态设计法：2.实用性包括：使用性、适用性、耐久性和可维护性等方面。使用性指的是对桥梁的使用需求，需要依据荷载、跨度、车道、坡度等不同需求进行设计，并将其满足，以达到设计目标的使用目的；适用性指其在使用过程中是否能达到满意程度，这就要求结构刚度（不发生较大形变）、排水及桥面抗滑（降低事故风险及加减速性能）、行车平稳性（是否颠簸）、驾驶视野（便于及时发现状况以及愉悦驾驶员驾驶心情）等方面的要求；耐久性和可维护性的提出则是关于桥梁在投入使用期间的所发生的种种问题以及相应解决所需要的技术对策，比如：材料强度减弱(包括混凝土劣化、钢筋锈蚀)、形变、裂缝、以及磨损等问题。经济性指桥梁建设资金、维护成本以及拆除费用，不仅需将有关环境保护法规、技术政策及历史经验等都在设计阶段考虑进去，还并且重点要求在预算和计划工期内完成修建，并尽可能降低在使用运营期间的维修及养护开销。美观性同时满足生态、美感、人文等方面的要求，这就为设计的结构提出了要求：既能受力合理同时又具有一定的审美价值与特色，能与周围环境及景物相协调。在桥梁设计中，对于安全性和实用性这两个优先级目标，我们可以通过可靠度进行调节，并运用相应极限状态组合的验算进行衡量；而对于其余两点目标则是在考验设计师的设计水平。结构本身的质量可以通过力学计算进行验证，除此之外结构还具有着一定的外在质量，其更多地隐含在经济性和美观性中。桥梁的设计方式本次任务在设计中，所采用的是极限状态设计法。现通过查阅相关设计资料，结合本桥设计要求与桥位环境特点，根据设计目标与设计准则，初步拟定了双塔三跨斜拉桥、钢管混凝土拱桥和连续刚构桥这三种风格迥异的桥型设计方案。桥梁设计方案双塔三跨式斜拉桥合理的跨度范围在80~1500

m之间，特别是150~1200

m跨度之中，是最有竞争力的桥梁形式。1.跨径及分孔设置依据桥位地理环境以及通航要求，确定主桥总跨径276m，其中中跨140m、边跨68m，桥梁总体对称布置。两主塔均采用塔、梁固结的形式，以及在主塔下方的墩顶设支座即墩梁分离的结构措施。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11主桥方案一斜拉桥桥型布置图2.横断面布置桥面宽度：26.5m（不含布索区，梁顶总宽30.0m）。车道布置：依据公路布置，设定为双向四车道，且不设置人行道。设置桥面横坡对称设置，为双向2%。3.主梁截面断面形式：主梁断面的基本形式是肋板式截面：材料选用预应力混凝土；主梁的基本梁高预设计为1.9m；；按悬臂浇筑施工段划分节段并设置横隔板，其基本长度及间距为6m；边肋基本宽1.8m；顶板处的基本厚度为0.28m；梁顶构造实现双向2%的横坡，斜拉索锚固与距边缘0.75m处。4.斜拉索斜拉索的布置：每座主塔分别布置10对斜拉索，斜拉索在梁上的基本索距与主梁节段即施工节段保持一致为6m，仅在边跨1、2号梁段处变化为5m，斜拉索横向间距28.5m，即布置在主梁基本横断面距边缘0.75m处。斜拉索的材料：抗拉强度1860MPa的7mm高强度低松驰钢丝，并同时满足相关技术要求。5.主塔主塔形式：顺桥向为双柱式，并按塔柱轴间距5m布置，在柱间设置横梁连接，横桥向为双柱式设置，距离与索面距离相同即28.5m。主塔尺寸：初步选用Ф2.2m混凝土塔柱。塔高32.2m。6.桥墩主塔墩截面采用与塔柱截面形式相同的双柱墩。墩身表面设一层φ6钢筋网。7.承台、基础承台：尺寸11×11m厚3m，横桥向采用双系梁进行连接。基础：为按矩形3×3排列的端承型钻孔群桩基础，桩径1.5m，桩距2.25m。8.施工方法双悬臂浇筑对称施工，先边跨合龙再中跨合龙，合拢段混凝土浇注时采用预压重法由于本方案的桥型采用了斜拉索对主梁提供了多点弹性支承，使得梁高显著减小，可降为相同规格连续刚构桥梁粱高的一半。该方案的优势就在于其结构轻巧，外形优美，在与连续刚构形式桥梁对比时，桥面高度更低、引桥所需要的长度更短；但该方案也存在一定的缺点，就是桥梁的塔墩设置于河流中部，河水深度较大，不仅设计时需要考虑偶然冲击等的影响，而且在施工时也较为复杂，造价较高，该环境也使得其在后期进行运营养护时所需要的费用提高。钢管混凝土拱桥我国的拱桥建造的历史悠久，而且近现代发展的速度也很快，尤其是采取钢管混凝土的这种拱肋形式的拱桥，对钢材与混凝土的材料性能，有了更加充分的利用，使得此种桥梁的优势跨径在60~450m内。1.跨径及分孔设置主桥采用连拱结构形式，总跨径为278m。其中中跨为130m，且为中承式钢管混凝土系杆拱桥形式，边跨为74m的上承式钢筋混凝土拱桥。2.横断面布置横桥向桥面宽度为26.5m，双向四车道，不设人行道。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12主桥方案二拱桥桥型布置图此桥结构轻盈，与周边环境协调，桥型具有一定的美观性。该方案中，无论是中跨的钢管混凝土拱桥还是边跨的钢筋混凝土拱桥形式，都属于大跨径桥梁中较经济、合理的桥型。当截面形式选择闭合空心截面时，可进一步提高抗弯抗扭刚度，就提高了桥梁主跨拱圈整体性，进而使其应力以一个较为均匀的方式分布等等。另外，在施工方面：其结构形式经过多年的发展与实践，技术成熟，且操作较为安全，这就使得施工质量更容易得到保证。但此方案的难度在于：生产难度较大，这是因为这种大型钢管截面的制作难度大，需要有较高的技术水平，而且在施工时起吊要求也高，需要一定的设备支持；在结构受力上，由于拱桥桥墩会承较大的受水平推力，同时会产生较大的水平位移，对地基要求高，由于桥墩位于水中，更使得基础施工难，技术复杂，整体工期可能会受到桥墩施工进度的影响，难以得到保证。连续刚构桥连续刚构桥的合理跨径一般在50~350m，优势跨径在100~300m。其结构上下部共同受力，使得结构刚度大、整体性好，并以此增加跨度，结构形式简单，理论成熟，且施工便捷，在我国中小跨径工程中应用广泛。1.跨径及分孔设置78m+120m+78m三跨预应力连续混凝土刚构桥。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13主桥方案三桥型布置图2.横、纵断面布置桥宽26.5m，主梁采用变截面单箱单室箱形梁结构，根部梁高最大为7m，至跨中处降低为3m。方案比选原则(1)首要方面，严格执行国家有关政策法规，以及国家及部颁标准、规范、规定和办法；(2)实用性：满足设计需要，并且做到安全、行车舒适、耐用、便于维修保养；(3)工艺上：技术先进可靠，施工便捷，工期有保障；(4)美观性：与环境协调，具有一定特色与审美价值；(5)经济性：上下结构造价协调，减少拆迁改线，节约投资。方案比选将上述三种预设计方案进行综合对比，见REF_Ref73622835\h表STYLEREF1\s21桥型方案对比表。表STYLEREF1\s2SEQ表格\*ARABIC\s11桥型方案对比表方案名称双塔三跨斜拉桥中承式钢管混凝土拱桥连续预应力刚构桥跨越能力较优优较优抗风性能中等弱强抗震性能中等弱中等设计施工设计施工难设计成熟，施工难设计施工技术成熟基础规模一般较大较大施工工期稍长较长一般维护成本较高较高很少景观效果美观较好较差综合评价较优一般一般方案一:斜拉桥为超静定结构，其双塔双索面形式应用广泛，主梁受轴力和弯矩，拉索受拉和索塔受压为主，此种斜拉桥具有很好的抗扭、抗风性能。通过增添拉索结构为主梁提供了多点弹性支撑，主梁所弯矩明显减小，主梁内力得以以一个更加均匀、合理地方式进行分布，进而大大提高其跨越能力。此外，由于不需要设置伸缩缝，使得设计主桥的桥面更加连续，因此行车条件好，因此该设计方案在使用性方面上的评价更高。方案二:主跨为中承式钢管混凝土结构，此种桥型在节约材料的同时，造型美观，线形明晰。考虑到设计具有通航要求，在施工时需要使用一种不会影响通航的施工方法，综合考虑最终决定采取用缆索进行吊装施工的方法。本方案桥型的主要结构当中纵梁和横梁可在工厂预制，钢管混凝土拱在施工中不需要支模，从而可以省去拆模工序，此外，基础和拱座可以按实地条件及需要采取明挖基础，不仅可以节约时间，还可以节省工程所需要的费用。但是设计和施工过程中还是存在着一些缺点，其中几个重要的问题如下：钢管内的混凝土可能会存在脱空现象并且没有先进的检测方式及设备，焊管质量如何保证，钢材的养护与混凝土的开裂等问题难以发现,更难以修补，而且这种截面形式为组合截面，在软件中进行受力分析时，容易因模拟不当存在一定的计算误差等。方案三:对于预应力混凝土连续梁的刚构桥，由于其在结构上为墩梁固结的形式，属于多次超静定结构，这就使得桥梁结构内部由于多种因素所产生的的次内力较大。对于该问题有如下解决方案：对于桥墩，可选择单壁或双壁的薄壁墩，此种形式的桥墩抗压刚度较大且抗推刚度较小，不仅截面形式上需要合理选择，该方案桥梁结构对边主墩的高度也有一定的要求，一但边主墩的高度不足，受到不同的工况荷载作用时，此位置会产生较大的偏心弯矩，即便采用在边跨增加配重的手段，也很难改善如此的不利受力情况，但边主墩的高度一旦过高，虽受力情况有所改善，但是引桥长度也将随之增加，此方案结构本身并不具有很高的景观性