大學畢業(yè)設計-中南大學-橋梁畢業(yè)設計.doc

中 南 大 學 畢 業(yè) 設 計 基本資料II中 南 大 學 畢 業(yè) 設 計 第一章 基本資料第一章 基本資料 該公路建成后，將與整個重慶市以及相鄰的四川省的公路網相連，形成該地區(qū)的公路主骨架和快速通道，改善該地區(qū)的交通狀況和投資環(huán)境，有力地支援重慶東部落后地區(qū)的工業(yè)建設，為三峽工程提供交通保障，從而推動三峽庫區(qū)乃至整個重慶市和中國西南地區(qū)的經濟發(fā)展。1.1.1 地質條件本地區(qū)于長江上游，地質條件比較好。地質條件為：亞粘土，部分分布，厚度34m；強風化砂巖，全場分布，厚度810m；弱風化砂巖，全場分布，厚度610m；弱風化斷層角礫巖，部分分布，厚度34m；變質砂巖以及弱風化片巖，分布至探測深度。1.1.2 水文條件根據水文站多年歷史統(tǒng)計資料進行分析計算，該橋橋位處三百年一遇水位為2.80m。測時水位為0.2m，最高通航水位1.92m。該地區(qū)降水量多年平均值為1465.1mm、最大年為2121.7mm、最小年為940.3mm，豐、枯年降水量之比為2.26。其中39月的降水量占全年總量的79%，主要降水量為春雨、梅雨和臺風雨。而流域的大洪水主要由春雨和臺風雨所形成。該地區(qū)的平均蒸發(fā)量為1471.4mm。1.1.3 氣象條件本流域屬中亞熱帶季風氣候，冬夏較長，春秋較短，溫暖濕潤。多年平均氣溫為18.0，月平均最高氣溫為34.2（七月），月平均最低氣溫為2.4（一月），極端最高氣溫為41.5（1966年8月6日），極端最低氣溫為-8.2（1967年1月16日）。平均水氣壓為17.3hpa，平均相對濕度為76%，平均風速為1.3m/s，多年平均最大風速為14.0m/s。1.2 主要設計技術標準1、設計荷載：公路級2、橋梁寬度：全橋采用雙向6車道，由兩幅獨立的梁組成，每幅梁寬為：0.5 m（外護欄）+11.25 m（3行車道）+0.5 m（內側護欄），共計12.25m。全橋寬25.5m。3、坡度：左側縱坡2.415%，右側縱坡 2.3561，橫坡24、截面形式：變截面箱梁5、材料： 砼： 梁體砼標號 C50 封端砼標號 C50 墩臺砼標號 C30 鋼筋： 縱向預應力鋼筋采用1275鋼絞線（極限抗拉強度1860MPa），普通鋼筋采用HPB335鋼筋， 錨具： OVM型預應力張拉錨固體系，選用與之配套的YWC型千斤頂。 支座： 采用GPZ（II）系列盆式橡膠支座，6、通航要求：級通航要求，7、設計洪水頻率：1/100，8、地震參數：不考慮地震。1.3 設計依據與內容1.3.1 設計規(guī)范1、公路橋涵設計規(guī)范2、公路工程技術標準（JTG B01-2003）3、公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）4、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62-2004）5、其他有關設計規(guī)范1.3.2 設計內容1、擬定多個橋式方案，完成其橋長確定、主跨結構型式選擇、分孔布置、墩臺型式選擇及施工方案的選擇。各方案可以是懸索橋、斜拉橋、拱橋、連續(xù)體系梁橋和簡支梁橋。結構材料可以是鋼橋，也可以是普通混凝土及預應力混凝土橋。2、擬定各方案的上下部結構尺寸。3、方案比選及評價。4、擬定施工方案。5、采用橋梁博士程序，完成上、下部結構內力分析，繪制內力包絡圖6、對主要方案進行配束（筋）設計，并繪制預應力鋼束配置圖。7、工程數量統(tǒng)計。8、完成3000單詞以上與畢業(yè)設計有關的外文資料翻譯。9、編寫畢業(yè)設計說明書。1.4 設計成果1、設計說明書（含中、英文摘要）；2、橋梁博士程序輸入、輸出數據及圖形；3、英文翻譯資料；4、設計圖紙，包括：A 第一方案橋梁立面布置圖；B 第二方案橋梁立面布置圖；C 連續(xù)剛構梁主跨上部結構圖；D 連續(xù)剛構梁預應力筋大樣圖；E 連續(xù)剛構梁預應力束配筋圖；F 連續(xù)剛構梁橋施工步驟圖。 3中 南 大 學 畢 業(yè) 設 計 第二章 橋式方案初步設計第二章 橋式方案初步設計2.1 方案提出2.1.1 方案設計原則隨著橋梁理論的不斷成熟，在橋梁設計中要求橋梁經濟適用、舒適安全、外形美觀、技術合理。對建在城市中的橋梁還特別注重美觀大方，即遵循我國橋梁設計中適用、安全、經濟、美觀的基本原則。由此，對于一定的建橋條件，根據側重點的不同可能會做出基于基本要求的多種不同設計方案，只有通過技術經濟等方面的綜合比較才能科學的得出最合適的設計方案。在橋梁設計中，基本設計原則如下：1、使用上的要求要有足夠的承載能力，能保證行車的暢通、舒適和安全；既滿足當前的需要，又考慮今后的發(fā)展；靠近城市、村鎮(zhèn)、鐵路即水利設施的橋梁還應結合各方面的要求，考慮綜合利用。在特定地區(qū)，橋梁還應滿足特殊要求（如地震等）。2、適用性的要求 修建橋梁的目的是用于交通運輸，因此其適用性極為重要。它要求：橋梁寬度不僅應該滿足現有車輛和人群的安全通暢，還應滿足今后規(guī)劃年限內交通量增長的需要。橋下凈空應滿足泄洪、通航或通車等要求。橋梁兩端應方便車輛的進出，同時便于檢查和維修。建成的橋梁應保證使用年限。3、安全性的要求橋梁的安全至關重要，它要求橋梁在運輸、安裝和使用的過程中，應當有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，并具有一定的安全儲備。根據橋上的交通情況，橋面應考慮設置人行道、緣石、護欄、欄桿等，以保證車輛和行人的安全。此外，橋上還應有照明設備，引橋縱坡不宜過陡，地震區(qū)橋梁應該按照抗震要求采取防震措施 。4、經濟性的要求橋梁方案設計中，設計的經濟性是首要考慮因素。橋梁設計應遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原則，綜合考慮發(fā)展遠景和將來的養(yǎng)護維修，使其造價和養(yǎng)護費用綜合考慮后最省。5、舒適性的要求現代橋梁設計越來越強調舒適度，要控制橋梁的豎向與橫向振幅，避免車輛在橋上震動沖擊。6、美觀性的要求橋梁建筑不僅是交通工程中的重點建筑物，而且也是美化環(huán)境的點綴品，橋梁應該具有優(yōu)美的外形，結構布置簡練，空間比例和諧，與周圍環(huán)境相協(xié)調。合理的結構布局和輪廓是美觀的重要因素，此外，施工質量也會影響橋梁的美觀性。在城市和游覽地區(qū)，要注意環(huán)保問題，較多的考慮建筑藝術。7、技術性的要求橋梁設計應體現現代橋梁建設的新技術。積極采用國內外的新結構、新材料、新工藝和新設備，以便于橋梁的建造和架設、減少勞動強度、加快施工進度、提高施工效率、保證工程質量和施工安全?？偟膩碚f，橋梁設計應滿足以下幾個方面的要求：1） 滿足交通功能要求，符合地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃；2） 橋梁結構造型簡潔、美觀，盡量采用有特色的新結構；3） 橋型方案要保證受力合理、施工技術可靠、施工方便、反映新的科技成果。2.1.2 方案比選任務在方案比較中主要有以下三項任務：一是擬定橋梁圖式，二是編制方案，三是技術經濟比較和最優(yōu)方案的選定。編制設計方案通常是從橋梁分孔和擬定橋梁圖式開始。對一般的大跨度橋梁，依據以往的設計經驗，主跨與邊跨的比值有一個范圍，再由此選定可能實現的橋型圖式，鼓勵新式橋式的大膽采用。一般選幾個(通常24個)構思好、各具優(yōu)點、但一時還難以斷定孰優(yōu)孰差的圖式，作為進一步詳細研究而進行比較的方案。對每一圖式可在跨度、高度等方面大致按比例畫在同樣大小的橋址斷面圖上。編制方案中，主要指標包括：主要材料（普通鋼筋、預應力鋼筋、混凝土）用量、勞動力數量、全橋總造價（分上、下部結構列出）、工期、養(yǎng)護費用、運營條件、有無困難工程、特種機具。其目的在于為每個橋式提供全面的技術經濟指標，以便相互比較，科學的從中選定最佳方案。在編制方案中要擬定結構主要尺寸，并計算主要工程量。有了工程量，采取相應的材料和勞動力定額以確定單價，從而確定全橋造價。并且在每個方案中繪制出河床斷面及地質分層的立面圖和橫斷面圖。設計方案的評價和比較要全面考慮上述各項指標，綜合分析每一方案的優(yōu)缺點，最后選定一個最佳的推薦方案。按橋梁的設計原則，造價低、材料省、施工難度小、勞動力少和橋型美觀的方案應優(yōu)先采用。但當技術因素或是使用性質有特殊要求時就另當別論了，因此我們在選擇時還要注重考慮設計的側重點。技術高，造價必然會高，個個因素是相互制約的。所以在比選時必須從任務書提出的要求以及地形資料和施工條件，找出影響方案的最重要因素，分清主次，進行比選。在方案比選中，除了繪制方案比選圖外，還應編寫方案比選說明書。其中應闡明編制方案的主要原則，擬定方案的理由，方案比較的綜合評述，對于推薦方案的詳細說明等。2.1.3 待選的橋式方案在對本橋的設計中，通過對基本設計資料的分析和以往的設計經驗，初步確定的進行比選的兩種橋式為： 預應力混凝土連續(xù)梁橋 系桿拱橋2.2 預應力混凝土連續(xù)梁橋方案的結構設計2.2.1 橋式特點1、根據以往設計經驗，在40200m的跨徑范圍內，與其它結構體系比較，預應力連續(xù)梁常成為最佳的橋型方案。2、預應力混凝土能夠充分發(fā)揮高強材料的受力特性，具有強度高、剛度大以及抗裂性能好等優(yōu)點。3、連續(xù)梁內力的分布均勻、合理，若采用合理邊、中跨比，可顯著改善梁體的受力性能和施工難度。4、連續(xù)梁具有較高的剛度和較小的變形量，同時，橋垮在橋墩上連續(xù)，變形曲線均勻，行車平順性好，特別有利于高速行車。5、該結構在車輛運營中具有噪音小、維修工作量小等優(yōu)點。在結構超載時，會發(fā)生內力重分布，提高粱部結構的極限承載力。6、連續(xù)梁施工方法已達到相當成熟的水平，施工難度小、工期短，經濟效益明顯。7、除制動墩外，連續(xù)梁的橋墩及基礎尺寸都可以做得較小。2.2.2 成橋經驗數據表21 國內預應力連續(xù)梁橋分析表橋名跨組合徑邊主跨比梁高H中H中/LH支H支/ H中珠江三橋80110800.732.71 /40.75.52.04常德大橋84.7312084.70.731/30.06.82.27沙洋漢大橋62.46111+62.40.562.51/44.462.4華北大橋70+100+700.73.31/30.361.82松花江大橋59+790+590.6631/305.41.82.2.3 主橋設計一、分孔布置對于跨河橋，分孔的主要依據是通航要求、地形和地質條件、水文狀況、技術經濟條件和美觀的要求。橋梁的分孔和造價有很大關系，跨徑越大，孔數越少，上部結構的總造價就越大，而下部結構的總造價則相對較??；反之，跨徑越小，孔數越多，上部結構的總造價就越小，而下部結構的總造價就相對較高。從結構受力合理和施工方便角度考慮，對于大跨度連續(xù)梁，中間部分采用等跨布置，而邊跨則應該采用不等跨布置。單從受力合理來看，邊、中跨跨徑之比取0.8為宜，單從施工角度考慮，懸臂施工時取0.5為宜。綜合兩方面考慮，邊、中跨跨徑之比常采用0.60.7，而當邊跨與中跨之比小于0.3時，邊孔橋臺支座要做成拉壓式，以承受負反力。本橋橫跨京杭古運河，考慮到通航要求，為一跨過河橋。其跨徑布置為71m+120m+71m。邊孔與中孔跨徑之比為0.59。全橋總長412m。主橋與引橋連接處設置12cm的伸縮縫。圖2-1 連續(xù)梁方案分孔布置示意圖（單位：cm）二、截面類型1、等高粱與變高粱預應力混凝土連續(xù)梁橋可分為等高度預應力混凝土連續(xù)梁橋和變高度預應力混凝土連續(xù)梁橋。等高度連續(xù)梁一般使用情況如下： 跨徑一般為4060m（國外也有達到80m跨徑者）,構造簡單，施工快捷的連續(xù)梁。橋的立面布置在頂推法施工時以等跨徑為宜，從受力分析，最好采用邊跨跨度小于中跨跨度的不等跨布置，邊跨與中跨之比取0.40.8，等截面梁的高跨比一般為1/181/20。 適應于滿堂支架施工、移動模架逐孔施工及頂推施工等。 可以通過在支點處加厚腹板厚度、底板厚度等方法在使結構與受力相協(xié)調。變高度梁主要適用于大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋，主要特點有： 變高度梁能更好地符合梁的內力分布規(guī)律，從絕對值看，一般情況下，支點的負彎矩大于跨中的正彎矩，結構的抗彎剛度與彎矩分布規(guī)律基本協(xié)調。 大跨度橋梁一般采用懸臂施工法，變高度梁與施工狀態(tài)的內力吻合，且施工內力與成橋結構內力也基本吻合，預應力筋的作用效益高。 變高度梁線形美觀，外型和諧，增大了橋下凈空，有利于橋下通航和降低橋頭引線標高。變高度梁的梁底立面線形一般采用圓弧線或二次拋物線，二次曲線的變化規(guī)律與連續(xù)梁的彎矩變化規(guī)律基本相近。個別橋梁也有采用折線變化的。除外形高度變化外，為滿足梁內各截面抗壓和抗剪的受力要求，底板和腹板往往采用變厚度。頂板一般采用等厚度。本橋設計中主橋選用變高度預應力混凝土連續(xù)梁。梁底立面曲線選用拋物線形，底板和腹板采用變厚度。頂板采用等厚度。2、截面類型預應力混凝土連續(xù)梁橋的截面形式很多，一般應根據橋梁的跨徑、寬度、梁高、支撐形式、總體布置和施工方法等方面綜合確定。合理地選擇主梁的截面形式對減輕橋梁自重、節(jié)約材料、簡化施工和改善截面的受力性能是十分重要的。目前預應力連續(xù)梁橋橫截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面，其中，板式、肋梁式截面構造簡單、施工方便，但受力性能比較差。箱形截面是連續(xù)梁體系中最常用的截面形式，相比于板式、肋式截面，有如下特點： 頂底部都具有較大的承壓面積，能有效地抵抗正、負彎矩，抗彎剛度大。 采用閉口截面，抗扭剛度大。 布置縱向鋼筋的空間位置多，范圍大，方便布筋。 外形簡潔、美觀。 箱梁的施工工藝相對復雜一些，不過施工方法已經比較成熟。本橋橋寬為25.5m，分兩幅，每幅橋面凈寬寬度為12.25m，兩幅梁間距為1m。本設計中，兩幅梁結構尺寸完全一致，均選用單箱單室的箱形截面，因此只設計其中一幅。三、結構尺寸1、梁高 頂板厚 底板厚變高度連續(xù)梁橋的梁高與最大跨徑之比，在跨中截面一般為1/301/50，支點截面可選用1/161/25。本橋設計中，支點梁高6.0m，為主跨的1/20，跨中梁高為2.4，為支點梁高的1/2 。對于懸臂法施工的變高度連續(xù)梁橋，箱梁底板厚度隨負彎矩的增大而逐漸加厚至根部，根部底板厚度一般為根部梁高的1/101/12，以符合施工和運營階段的受壓要求，并在破壞階段使中性軸盡量保持在底板以內。底板沿縱向的厚度變化規(guī)律與底板線形一致?？缰械装迨芰ι喜豢刂圃O計，但要滿足板內配置預應力鋼筋與普通鋼筋的要求。構造上要求底板厚度一般為200300。在本設計中支座處的底板厚為80cm，跨中處底板厚為30cm，在支座與跨中間按拋物線形變化，坐標系建在跨中直線與拋物線交接處，則梁高和梁底曲線形的拋物線方程為（方程中x的單位是m）： 底板下底緣線：，底板上底緣線：。在確定箱形截面頂板厚度時一般考慮兩個因素：滿足橋面橫向彎矩的要求；滿足布置縱向預應力鋼筋的要求。在配筋的混凝土橋面板中，頂板的厚度與腹板間距可參考下表：表2-2 腹板和頂板參考尺寸腹板間距（m）3.04.57.010頂板厚度（）180200250300本設計頂板厚度取30mm，全橋等厚。2、懸臂板長度 腹板厚 箱梁截面頂板兩側挑出的懸臂板（翼板）長度也是調節(jié)頂板內彎矩的重要參數，懸臂板沿橫向常為變厚，其端部一般按最小構造要求取值。無橫向預應力時，懸臂長度不宜過大，一般在1.42.5m之間，當配置橫向預應力筋時，懸臂板應盡量外伸。本設計中懸臂板長度取為2.5m。腹板的厚度由受力和構造兩個方面綜合控制。在受力方面，箱梁腹板必須滿足截面面剪力、主拉應力和穩(wěn)定性的最小厚度要求。當腹板內有預應力時，還應滿足局部應力的要求。在預應力連續(xù)梁橋中，彎束對荷載剪力的抵消使梁內剪應力和主拉應力較??；在變高度連續(xù)梁橋中截面高度的變化也可減小主應力值。因此，除受力因素外，考慮預應力鋼筋布置及混凝土澆注后的箱梁腹板構造要求一般為：腹板內無預應力束管道布置時可采用250；腹板內有預應力管道布置時可采用250+管道直徑；腹板內有預應力束錨固時采用350。根據剪力的分布規(guī)律，腹板宜采用變厚度形式。在大跨徑預應力混凝土連續(xù)箱梁中，腹板寬度宜從跨中向支點逐漸加寬，但考慮到施工方便，腹板的變化應盡量簡潔。支點厚度一般采用300600，也有達到1m左右者。本設計中，腹板厚度在跨中處各處寬均為350mm，在支座處兩側寬度為600mm，中間腹板寬度為350mm。箱梁截面尺寸如下圖所示：圖2-2 連續(xù)梁跨中截面尺寸圖（單位：cm）圖2-3 連續(xù)梁支座處截面尺寸圖（單位：cm）四、下部結構設計 橋墩、橋臺和基礎統(tǒng)稱為下部結構，它們的主要作用是支承上部結構并將上部結構傳來的荷載及本身自重傳遞到基礎。1、墩臺設計橋墩形式的采用，取決于橋上線路或道路條件、橋下水流速度、墩位處水深、水流方向與橋梁中軸線的家教、通航及橋下漂流物、基地土壤承載力、兩部結構及施工方法等。橋墩一般可以分為，重力式橋墩、空心橋墩、柱式橋墩、輕型橋墩和拼裝式橋墩。(a) 重力式橋墩重力式實體橋墩主要依靠自身重力來平衡外力保證橋墩的穩(wěn)定，適用于地基良好或橋下有通航、流冰等漂流物的大、中、小橋梁。重力式實體橋墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，截面尺寸及體積較大，其自重和阻水面積也較大，外形粗壯，很少應用于城市橋梁。重力式實體橋墩按截面形狀分為矩形橋墩、圓形橋墩和圓端形橋墩。1） 矩形橋墩矩形橋墩截面為矩形，具有圬工較省、模板簡單、施工簡便的優(yōu)點，但對水流的阻力特別大，并促使水流紊亂而招致橋墩周圍發(fā)生較大的局部沖刷，所以矩形橋墩一般適用于無水、靜水或靠近岸邊水流流速較小處。山區(qū)鐵路或公路的跨谷橋及其他旱橋常采用矩形橋墩。2） 圓形橋墩圓形橋墩截面為圓形，不受水流與橋梁軸線斜交角度的限制。當水流流向不穩(wěn)定或水流與橋梁法線斜交角度大于15時應采用圓形橋墩，由于圓形橋墩的各個方向的尺寸相同，不能根據橋墩縱、橫向受力及使用要求不同的特特點采用不同的尺寸，增大了橋墩的阻水面積，故對于斜交角小于15時及橫向寬度較大的橋墩不宜采用。同時，因為截面為圓形，不宜用石料砌筑。3） 圓端形橋墩圓端形橋墩截面中間為矩形，兩端各加一個半圓，能使水流順暢地通過橋孔，與矩形橋墩相比，它可減少水流對橋墩周圍河床的局部沖刷和水流壓力，一般用于斜交角小于15時的水中橋墩。它是公路和鐵路橋梁上常采用的重力式實體橋墩。（b） 空心橋墩位于山區(qū)的橋梁往往橋長且谷深而需要建造高橋墩，如果采用重力式實體橋墩，則墩身圬工量驚人、墩身的自重大而相應要求地基有較高的承載能力、地震時有較大的慣性力。此時，設計中一般采用空心墩。根據方案比較及實橋對比，混凝土空心墩比實體墩可節(jié)省20%30%的圬工，鋼筋混凝土空心橋墩可節(jié)省圬工50%左右?？招臉蚨盏慕孛嫘问揭话阌邢铝袔追N：圓形空心、雙圓孔空心、園端形空心、園端形中間設縱隔板空心、矩形空心、矩形中間設隔板（雙矩形）空心。墩身的立面形式一般有直坡式、臺階式和斜坡式?？招亩斩毡谳^薄，在有船、筏和漂流物或受冰壓力的河流上，一般不宜采用，以防撞擊和磨損墩壁而招致破壞。但根據河流的具體情況，采取下部實體墩身等措施，通過技術經濟比較后，仍可采用空心墩。圓形空心截面受力性能最好，一般情況下可不設隔板，施工最為方便，設計高墩時可優(yōu)先考慮采用這種截面形式。當構造需要橋墩的橫向尺寸很寬，或橫向水平力較大時，如梁寬度大，雙線鐵路、公路、彎道橋或架梁需要墩頂較寬等情況時，可考慮采用圓端形或矩形帶縱隔板的空心墩。當墩身不很高，平面兩向寬度比值不太大時，可采用不帶縱隔板的形式。另外，方形與圓形相比，方形溫度應力較大。使用滑動鋼模板施工時，園端形比矩形方便。關于橋墩的立面形式，臺階式空心橋墩構造復雜，施工十分不便，截面突變處應力集中，現已不采用這種形式。直坡式空心橋墩只用于墩身不高或某些特殊需要的橋梁上。而斜坡式空心墩普遍適用于各種條件的橋墩，受力合理，施工方便。墩身坡率較陡（45：1以上），便于滑動鋼模施工。（c）柱式橋墩柱式橋墩是目前公路橋梁、橋寬較大的城市橋梁和立交橋及中小跨度鐵路旱橋中廣泛采用的橋墩形式。這種橋墩既可減輕墩身重量、節(jié)省圬工材料，又比較美觀、結構輕巧，橋下通視情況較好。柱式橋墩的形式主要有單柱式、多柱式、啞鈴式以及混合式四種。柱身截面大多為圓形和矩形。單柱式橋墩適用于水流與橋軸線斜交角大于15的橋梁，或河流急彎、水流流向不固定的橋梁。在水流與橋軸線斜交角小于15的橋梁或僅有小的漂流物或輕微的流冰的河流中，可采用雙柱或多柱式橋墩。在有較多的漂流物或較嚴重的流冰河流上，當漂流物卡在兩柱中間可能使橋梁發(fā)生危險，可在雙柱間加做4060cm厚的隔墻，成為啞鈴式橋墩。當墩身較高時，也可把高水位以下的墩身部分做成實體，以上部分做成雙柱的混合式橋墩，這樣，既減少了水上部分的圬工體積，也保證了抵抗漂流物的能力。（d）輕型橋墩輕型橋墩截面形式大多為薄壁矩形或薄壁園端形實體截面，適用于小跨度、低墩以及三孔以下（全橋長大于20m）的公路橋梁。輕型橋墩不像重力式橋墩那樣要滿足獨立的穩(wěn)定性要求，因而可減少圬工材料，獲得較好的經濟效益。輕型橋墩的其他形式有多種，如V形、X形、Y形、倒梯形等形式，一般由鋼筋混凝土或預應力混凝土建成，可以適應具有特殊要求的城市、旅游風景區(qū)。但該類型輕型橋墩結構構造比較復雜、施工比較麻煩、造價也高。在地質不良的地段、路基穩(wěn)定不能保證時，不宜采用輕型橋墩。（e）拼裝式橋墩拼裝式橋墩又稱為裝配式橋墩，前述的柱式橋墩及輕型橋墩采用部分構件現澆，部分構件預制，現場組拼而成橋墩時，即為拼裝式橋墩。采用拼裝式橋墩可提高施工質量、縮短施工周期、減輕勞動強度，使橋梁建設向結構輕型化、制造工廠化及施工機械化發(fā)展。拼裝式橋墩適用于交通較為方便、同類橋墩數量多的長大干線中的中小跨度橋梁工點。但使用該類橋墩時應采用輕巧的結構型式和簡單可靠的裝配方法。應注意提高構件的強度和精度以保證整個結構的正常使用。該橋為公路橋，且橋墩較矮，只有8m左右，因此，空心墩、輕型墩和拼裝式墩都不合適。主橋與引橋的過渡墩相對于主橋墩荷載較小，采用柱式橋墩。每幅橋梁采用兩個矩形柱式墩，結構尺寸為220160cm，采用臺階式蓋梁，蓋梁的高度在主橋和引橋處分別為160cm和200m。引橋橋墩采用柱式橋墩。每幅橋梁采用兩個矩形柱式墩，結構尺寸為13080cm，蓋梁高度為130cm。橋臺為耳墻式橋臺。2、基礎設計：本橋址處河床上覆蓋土為淤泥質粘土和亞粘土，地基承載力很低，因此本設計中，所有的橋墩均采用鉆孔灌注樁基礎、低承臺。主橋墩選用32樁徑為150cm的樁基，高200cm的承臺；引橋選用22樁徑為120的樁基，高150的承臺。2.2.5 基本材料的選用一、 鋼筋預應力混凝土橋梁用的鋼材就其使用狀況可分為非預應力鋼材和預應力鋼材兩大類。對于鋼筋的使用，規(guī)范中有明確的規(guī)定，按照橋規(guī)第3.2.1條規(guī)定：1、鋼筋混凝土及預應力混凝土構件中的普通鋼筋宜選用熱軋R235、HPB335、HPB400及KL400鋼筋，預應力混凝土構件中的普通鋼筋宜選用其中的帶肋鋼筋；按構造要求配置的鋼筋網可采用冷軋帶肋鋼筋。2、預應力混凝土構件中的預應力鋼筋應選用鋼絞線、鋼絲；中、小型構件或豎、橫向預應力鋼筋，也可選用精軋螺紋鋼筋。在本設計中，縱向預應力鋼筋采用75的低松弛鋼絞線，無橫向預應力鋼筋，其標準強度=1860MPa，張拉控制應力=0.75 =1395MPa，兩端“雙控”張拉，張拉時混凝土強度要達到80%的設計強度，普通鋼筋采用HPB335鋼筋。二、混凝土混凝土的強度等級是混凝土強度的主要標志。選用合適的混凝土強度等級除根據結構構造特征外，還需與鋼材的級別相適應，由于預應力鋼材的強度均較高，所以規(guī)范規(guī)定預應力構件中混凝土強度等級不得低于C40。C50及以上強度等級的混凝土為高強混凝土，這些混凝土可用常規(guī)水泥、砂石料和常規(guī)工藝配制，具有高強、早強、工作度良好、變形小、抗?jié)B抗腐蝕性能優(yōu)良等特點。能大幅度提高結構構件的承載能力，減小尺寸和自重，加快施工進度，可獲重大經濟效益?；谝陨弦蛩氐目紤]，本設計中，上部結構為預應力結構，采用的混凝土強度等級為C50，下部結構為普通混凝土結構，采用混凝土強度等級為C30。三、預應力錨固體系預應力結構設計的關鍵是如何保證混凝土內部必須具有永久存在的預應力。后張法構件在制作時都是通過采用可靠的錨夾具使結構產生預應力。規(guī)范中對預應力錨具的要求是：具有可靠的錨固性能、足夠的承載能力和良好的適用性，能保證充分發(fā)揮預應力筋的強度，安全地實現預應力張拉作業(yè)，且與預應力混凝土連續(xù)梁梁橋施工工藝相適應。同時，預應力筋錨具應滿足分級張拉、補張拉以及放松預應力的要求，對于后張法結構，錨具或其附件上宜設置壓漿孔或排氣孔，壓漿孔應有足夠的截面面積，以保證漿液的通暢。經過對國內常用錨具的對比，OVM型錨固體系具有良好的自錨性能，無需頂壓，適用于本設計中采用的鋼絞線。本設計中，縱向預應力選用的錨具為：OVM1315圓錨，其錨墊板尺寸為270270220，波紋管的直徑為100。2.2.6 施工方法的選擇一、施工方法的選定在考慮橋梁設計方案時，要充分考慮到施工的可能性、經濟性和合理性，同時在設計中也要計算施工各階段的強度、變形和穩(wěn)定性，橋梁的設計要同時滿足施工階段和運營階段的各項要求。設計與施工時不能也無法截然分開的，結構設計必須考慮施工的方法、施工內力與變形，而施工方法的選擇應符合設計的要求。我國建造的預應力混凝土連續(xù)梁橋的施工方法很多，常用的施工方法有：支架就地澆注法、懸臂施工法、移動模架逐孔施工法和頂推施工法等。選擇確定橋梁的施工方法，需要充分考慮橋位的地形、環(huán)境、安裝方法的安全性和經濟性、施工速度等，同時要考慮橋梁的類型、跨徑、施工的技術水平、機具設備條件等。總體來說，施工方法的選擇可依據下列條件綜合考慮： 使用條件：橋梁類型、使用跨徑、墩高、橋下空間限制、平面場地限制、橋墩形狀等。 施工條件：工期要求、起重能力和機具設備要求、架設時是否封閉交通、架設時所需的臨時設備、材料可供情況等 自然環(huán)境條件：山區(qū)或平原、地質條件及軟弱層狀況、對河道的影響、運輸線路的限制等。 社會環(huán)境影響：公害、景觀、污染、架設孔下的障礙、道路交通的限制、公共道路的使用以及建筑界限等。綜合考慮以上各種因素，本設計中采用懸臂施工法。懸臂施工法是以橋墩為中心向兩岸對稱地、逐節(jié)懸臂接長的施工方法。該施工方法的主要特點如下： 預應力混凝土連續(xù)梁采用懸臂施工時需要進行體系轉換，即在懸臂施工時，梁墩采取臨時固結，結構為T形剛構，合攏前，撤銷梁墩臨時固結，結構呈懸臂梁受力狀態(tài)，待結構合攏后形成連續(xù)梁體系。設計時，應對每種狀態(tài)進行配束驗算。 橋垮間不需要搭設支架，施工不影響橋下通航或行車。 多孔橋垮結構可以同時施工，加快施工進度。 懸臂施工法充分利用預應力混凝土承受負彎矩能力強的特點，將跨中負彎矩轉移為支點負彎矩，使橋梁跨越能力提高，并適合變截面橋梁的施工。 懸臂施工用的懸拼吊機或掛藍設備可重復使用，施工費用較省。懸臂施工法主要有懸臂澆注法和懸臂拼裝法兩種，懸臂澆筑法利用移動式掛籃作為主要施工設備，以橋墩為中心，對稱向兩岸利用掛籃逐段澆筑梁段混凝土，待混凝土達到要求強度后，張拉預應力束，移動掛籃，進行下一階段的施工。懸臂拼裝法則利用移動式懸拼吊機將預制梁段起吊至橋位，然后采用環(huán)氧樹脂及張拉預應力使其連接位整體，在吊裝下一預制梁段，直至全橋合攏。通過對施工進度、結構整體性、施工變形控制、施工適應性和起重能力要求等方面的對比，我們發(fā)現，懸臂澆筑法具有結構整體性好、施工變形宜控制、不受橋下地形限制、起重能力要求低等特點，優(yōu)越性明顯，因此本橋采用懸臂澆筑法施工。懸臂澆筑法的主要施工機具是掛籃。掛藍是有一個能沿著軌道行走的活動腳手架，掛籃懸掛在已經張拉錨固的兩端上，懸臂澆筑時，箱梁梁段的模板安裝、鋼筋綁扎、管道安裝、混凝土澆筑、預應力張拉、壓漿等工作均在掛籃上進行。當一個梁段施工結束后，掛籃解除后錨，移向下一階段施工。因此，掛籃既是空間的施工設備，又是預應力筋張拉前的承重結構。掛籃主要有梁式掛籃、斜拉式掛籃和組合式斜拉式掛籃。掛籃通常由底模板、懸吊系統(tǒng)、承重結構、行走系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、平衡重和工作平臺幾部分組成。承重結構是掛籃的主要受力構件，可以采用鋼板梁、大號型鋼、萬能桿件或貝雷梁拼裝的桁架或斜拉體系等，它承受施工過程中新澆節(jié)段混凝土的重量并通過錨固系統(tǒng)將荷載傳遞到己施工完成的梁段上，當后支座的錨固能力不夠，并考慮行走的穩(wěn)定性時，常采用在尾端壓重的措施。本橋采用斜拉式掛籃。綜上論述，本橋設計中采用斜拉式掛籃懸臂澆筑施工法進行施工。二、施工流程用掛籃逐段懸拼澆筑施工的主要工藝程序為：灌注0號段，拼裝掛籃，灌注1號段，掛籃的前移、調整、錨固，灌注下一段梁，依次類推完成懸臂灌注，掛籃拆除，跨中（邊跨）合攏。以下對施工程序進行敘述： 0號段位于橋墩的上方，灌注0號段相當于給掛籃提供一個安裝場地。0號段的長度以兩個掛籃的長度而定，一般為812m，本橋設計中采用10m。0號段一般需要在橋墩兩側設托架或支架進行施工，并且在施工過程中設置臨時梁墩固結，防止施工過程中的不平衡彎矩使梁體傾覆。 掛籃運至工地時，應在試拼臺上試拼，以發(fā)現由于制作不精細及運輸中發(fā)生變形造成的問題，保證正是安裝時的順利及工程進度。試拼通過后，在0號塊上進行掛籃的拼裝工作，同一個橋墩上的兩個掛籃要同時拼裝。 箱梁各梁段在灌注前，必須嚴格檢查掛籃中線，掛籃底模標高；三向預應力管道位置；鋼筋、錨頭及其他預埋件的位置。混凝土的灌注宜從掛籃前段開始，以使掛籃的微小變形大部分實現，從而避免新舊混凝土間產生裂縫?；炷凉嘧⑼瓿珊螅⒓从猛灼鳈z查管道，以防止堵管現象的發(fā)生。 合攏段的施工是懸臂施工的關鍵。在合攏段的施工過程中，應通過某些措施降低晝夜溫度變化，新澆筑混凝土的早期收縮、水化熱影響，己完成結構混凝土的收縮、徐變影響，結構體系的轉換以及施工荷載等因素的影響。本橋0號段的施工周期為28天，其余均采用7天?；炷恋氖┕こ绦蛑饕腥N：逐跨連續(xù)懸臂施工法、T構單懸臂梁連續(xù)梁施工法、T構雙懸臂梁連續(xù)梁施工法。三種施工方法的特點分別為： 逐跨連續(xù)懸臂施工法施工從一端向另一端逐跨進行，逐跨經歷了懸臂施工階段，施工過程中進行了體系轉換。該法每完成一個新的懸臂并在跨中合攏后，結構的剛度、穩(wěn)定性不斷增加，所以該法適用多跨連續(xù)梁及大跨長橋的施工。 T構單懸臂梁連續(xù)梁施工法施工時可以采用幾個合攏段同時施工，以加快施工進度。適用于35跨的連續(xù)梁施工。 T構雙懸臂梁連續(xù)梁施工法施工時，當結構呈雙懸臂狀態(tài)時，結構穩(wěn)定性較差，所以一般用于跨度較小的橋梁。通過對以上三種施工程序的對比，本橋設計中采用T構單懸臂梁連續(xù)梁施工法進行施工，其施工程序為：第一步：首先從中跨的13、14號墩同時開始進行懸臂施工。第二步：兩岸邊跨同時合攏，13、14號墩處的臨時固結釋放，形成單懸臂梁。第三步：13、14號墩跨中段進行合攏，形成三跨連續(xù)梁。斜拉式掛藍懸臂澆筑法施工的流程圖如下：圖2-5 懸臂施工法的流程圖三、注意事項1、掛藍懸澆過程中難免要出現不平衡彎矩，為此，需采取0號段和橋墩間臨時固結或支承措施來保證手工過程中結構的穩(wěn)定可靠。目前常用的臨時固結措施或支承措施有以下幾種： 將0號梁段與橋墩鋼筋或預應力鋼筋臨時固結，待需要解除固結時切斷鋼筋。 在橋墩一側或兩側加臨時支承或支墩。 將0號段臨時支承設于扇形或門式托架的兩側。 臨時支承可用硫磺水泥砂漿塊，砂筒或混凝土等卸落設備，以使體系轉換時，較方便地撤除臨時支承。臨時梁墩固結要考慮兩側對稱，施工時有一個梁段超前的不平衡力矩，應檢算其穩(wěn)定性，穩(wěn)定系數不小于1.5。需要指出的是，隨懸臂施工進行，如果遇到單孔合攏并張拉錨固預應力筋后，應立即拆除上述臨時措施。2、合攏段施工時應該采取的措施。 合攏段長度選擇。合攏段的長度在滿足施工操作要求的前提下，應盡量縮短，這樣在構造處理上比較方便，一般取值1.52m，本橋設計中采用均采用2m。 合攏溫度選擇。一般宜在低溫合攏，遇夏季應在晚上合攏，并用草袋等覆蓋，并加強接頭混凝土的養(yǎng)護，使混凝土早期硬結過程處于升溫受壓狀態(tài)。 合攏段混凝土的選擇?；炷林幸思尤雺A水劑、早強劑，以便早達到設計要求強度，及時張拉預應力束，防止合攏段混凝土出現裂縫。 合攏段采用臨時鎖定措施，采用勁性型鋼或預制的混凝土柱安裝在合攏段的上下部作支承，然后張拉部分預應力筋，待合攏段混凝土達到要求強度后，張拉其余預應力筋，最后拆除臨時鎖定裝置。為保證合攏段施工時混凝土始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，在澆筑之前各懸臂端應附加與混凝土質量相等的配重（壓重），加配重要以橋軸線對稱加載，按澆筑重量分級卸載。3、基本數據本橋施工段（0號段除外）的最大控制重量為85t，掛籃設計承重120t，掛籃重量取承重的1/3，為40t。按現在的施工水平，梁體中每個梁段長度一般不應該大于4m，節(jié)段過長，將增加混凝土自重及掛籃結構重力；節(jié)段過短則會影響施工進度，增加施工費用。在本設計中1-4號節(jié)段長度為3.5m，其余節(jié)段長度為4m。四、懸臂澆筑施工法小結采用掛藍懸臂澆注施工法進行施工不需要大量施工支架和大型臨時設備，不占用很大的預制場地。逐段現澆，易于調整和控制梁段的位置，且整體性好。不影響橋下通航、通車，不受季節(jié)、洪水影響，不受跨數限制。各段施工屬嚴密的重復作業(yè)，需要施工人員少，工作效率高。橋梁施工受力狀態(tài)與運營受力狀態(tài)基本相近，與頂推法相比，不因施工而增加過多的材料。但懸臂施工法中梁體部分不能與墩柱平行施工，施工周期較長，而且懸臂澆筑的混凝土加載齡期短，混凝土收縮和徐變影響較大。體系轉換次數較多，施工線形及合攏技術要求較高。2.3 系桿拱橋方案的結構設計2.3.1 橋式特點系桿拱橋是拱橋的一種特殊形式。拱端的水平推力用拉桿承受，使拱端支座不產生水平推力。拱與弦間用兩端鉸接的豎直桿聯(lián)結而成。亦可用斜桿來代替直桿成為尼而森體系。這種拱橋內部為超靜定體系，外部則為靜定，因此對墩臺不均勻沉降無影響。2.3.2 成橋經驗數據表 2-3 系桿拱橋成橋資料表橋名跨徑矢跨比拱軸系數結構型式四川旺倉東河1151/61.543下承式系桿拱廣州丫髻沙3441/4.52中承桁肋系桿拱廣東南海佛陳1131/51.167下承式系桿拱廣東南海三山西2001/4.51.3中承桁肋系桿拱峨邊縣大渡河1401/51.352下承式系桿拱成都青龍場立交1321/5.51.543下承式系桿拱2.3.3 主橋設計一、橋型布置1、根據橋址處兩岸附近地形情況，初步設計階段選定的橋位綜合而言相對合理，因此施工圖設計階段維持原橋位不變，但對橋軸線做適當偏轉。2、調低起拱線標高并同時調高橋臺處橋面設計標高。二、主拱肋 根據平面桿系有限元程序靜力計算結果和空間靜、動力計算結果，對主拱肋的弦桿及腹桿結構與構造形式做了改進，主拱肋弦桿鋼管外徑由初步設計的 800mm 改為850mm，上弦桿及下弦桿中間段壁厚同初步設計一樣，仍為12mm，下弦桿拱腳段局部加厚由初步設計的t=14mm改為t=20mm，增設一段t=14mm的過渡段。腹桿鋼管由初步設計的400x10mm改為529x10mm。對腹桿的布置進行了調整，保持初步設計布置的直腹桿（與弦桿正交），將各半拱相鄰節(jié)間雙向斜置的斜腹桿（與弦桿斜交）改為單方向斜置，同時改單管為雙管。經深化設計后的拱肋主要參數為： 1、懸鏈線拱軸，拱軸系數： m=1.167 2、矢跨比為： 1/5.27，凈跨徑為： 290m；凈矢高： 55m 3、拱肋上、下弦桿鋼管中距： 5200mm 4、拱肋內、外桁片中距： 2550mm三、橫撐由于本橋寬度相對于跨徑較窄，因此拱肋的橫向穩(wěn)定問題較為突出，合理的拱肋間橫撐結構構造及布置間距，在對拱肋的橫向穩(wěn)定性起到有力地保證同時，又可盡量減少因橫撐過密地設置而影響橋梁的美觀。因此，根據空間動、靜力分析計算結果，暫在橋道系以上，肋間共布置十三道雙“K”字型鋼管風撐。拱頂設置一道，其余六對由拱頂對稱布置，水平設置間距20m一道(拱頂附近間距25m)。將根據施工過程中的需要，考慮設置施工臨時橫撐和對上述十三道永久風撐在拱肋穩(wěn)定系數降低不多的前提下，進一步優(yōu)化。四、吊桿及吊桿錨頭本次施工圖設計在初步設計選定的熱擠PE護套防護的鍍鋅高強鋼絲配冷鑄鐓頭錨的吊桿體系基礎上，又進一步優(yōu)選，改5高強鋼絲為7高強鋼絲，選用PES（C）7-055吊桿配PESM7-055冷鑄鐓頭錨的吊桿體系，使吊桿抗應力腐蝕的能力提高，同時考慮了長期運營過程中，吊桿的可更換性。圖26 主梁橫截面圖四、下部結構橋臺采用耳墻式橋臺。所有基礎均采用鉆孔灌注樁基礎。2.3.4 施工方案 1. 施工場地平整，修筑便道、臨時碼頭等施工臨時設施。 2. 橋址施工控制網（三角網、水準網）建立。 3. 0號、1號橋臺基礎定位放樣，橋臺拱座施工，各預埋件埋設要求定位準確。 4. 上部結構橋道系各預制構件預制場地平整，臺座設置，構件制作。 5. 主拱肋的制作 21中 南 大 學 畢 業(yè) 設 計 第三章 內力計算3.1 計算程序介紹3.1.1 系統(tǒng)功能橋梁結構是一種復雜的空間結構。要精確分析橋梁結構的真實受力，最好把它模擬成由梁、板、殼和三維實體單元組成的空間受力模型。但這種處理方式建模非常復雜，同時考慮到橋梁荷載的空間三維分布，按此方式計算的工作量是極其浩大的。對于實際應用的橋梁結構分析軟件，必須對計算模型進行合理的簡化。對于橋梁結構而言，最主要的是結構的縱向受力分析。考慮到橋梁的寬跨比一般較大，將縱向分析模型近似處理為桿件系統(tǒng)是切實可行的方法。常用的橋梁軟件就是在桿系有限元通用程序的基礎上，根據橋梁工程的構造、施工、設計特點而開發(fā)的專用軟件。本設計采用Dr.Bridge3.0計算。本橋設計中，結構的計算是通過Dr.Bridge3.0系統(tǒng)來完成的。Dr.Bridge3.0系統(tǒng)是在Dr.Bridge2.9系統(tǒng)地基礎上，按照公路橋涵設計通用規(guī)范 JTG D60-2004和公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范 JTG D62-2004而進行的補充和修改。Dr.Bridge3.03系統(tǒng)是一個集可視化數據處理、數據庫管理、結構分析、打印與幫助為一體的綜合性橋梁結構設計與施工計算系統(tǒng)。該系統(tǒng)的編制完全按照橋梁設計與施工過程進行，密切結合橋梁設計規(guī)范，充分利用現代計算機技術，符合設計人員的習慣。對結構的計算充分考慮了各種結構的復雜組成與施工情況，計算更為精確；同時在數據輸入的容錯性方面作了大量的工作，提高了用戶的工作效率。該系統(tǒng)的主要功能如下：1、進行直線橋梁的設計 能夠計算鋼筋混凝土、預應力混凝土、組合梁以及鋼結構的各種結構體系的恒載與活載的各種線性與非線性結構響應。 對于帶索結構可根據用戶要求計算各索的一次施工張拉力或考慮活載后估算拉索的面積和恒載的優(yōu)化索力； 活載的類型包括公路汽車、掛車、人群、特殊活載、特殊車列、鐵路中-活載、高速列車和城市輕軌荷載； 可以按照用戶的要求對各種構件和預應力鋼束進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)及施工階段的配筋計算或應力和強度驗算，并根據規(guī)范限值判斷是否滿足規(guī)范。2、進行斜、彎和異型橋梁的設計3、進行基礎的計算 整體基礎：進行整體基礎的基底應力驗算，基礎沉降計算及基礎穩(wěn)定性驗算； 單樁承載力：計算地面以下各深度處單樁容許承載力。 剛性基礎：計算剛性基礎的變位及基礎底面和側面土應力。 彈性基礎：計算彈性基礎（m法）的變形，內力及基底和側面土應力；對于多排樁基礎可分析各樁的受力特征。4、進行截面的計算 截面特征計算：可以計算任意截面的幾何特征，并能同時考慮普通鋼筋、預應力鋼筋、以及不同材料對幾何特征的影響； 荷載組合計算：對本系統(tǒng)定義的各種荷載效應進行承載能力極限狀態(tài)荷載組合I-III和正常使用極限狀態(tài)荷載組合I-IX共9種組合的計算。 截面配筋計算：可以用戶提供的混凝土截面描述和荷載描述進行承載能力極限狀態(tài)荷載組合I-III和正常使用極限狀態(tài)荷載組合I-III的荷載組合計算，并進行6種組合狀態(tài)的普通鋼筋或預應力鋼筋的配筋計算； 應力驗算：可根據用戶提供的任意截面和截面荷載描述進行承載能力極限狀態(tài)荷載組合I-III和正常使用極限狀態(tài)荷載組合I-IX共9種組合的計算，并進行9種組合的應力驗算及承載能力極限強度驗算；其中強度驗算根據截面的受力狀態(tài)按軸心受壓、軸心受拉、上緣受拉偏心受壓、下緣受拉偏心受壓、上緣受拉偏心受拉、下緣受拉偏心受拉、上緣受拉受彎、下緣受拉受彎8種受力情況分別給出強度驗算結果。5、橫向分布系數計算能運用杠桿法、剛性橫梁法或剛接（鉸接）板梁法計算主梁在各種活載作用下的橫向分布系數。6、數據