140m下承式系桿拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算書.doc

12屆土木工程（橋梁）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活轉(zhuǎn)瞬即逝，在畢業(yè)前的畢業(yè)設(shè)計(jì)對我們而言尤為重要。它不僅僅是學(xué)校教學(xué)要求的一個重要環(huán)節(jié)，更是培養(yǎng)我們獨(dú)立工作能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力、嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)能力等能力的一個重要的手段。通過認(rèn)真的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以系統(tǒng)的運(yùn)用所學(xué)的知識，也可以通過畢業(yè)設(shè)計(jì)來查找理論知識存在的不足。本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的，橫店大橋的設(shè)計(jì)主要從橋梁方案的設(shè)計(jì)與比較，橋梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，預(yù)應(yīng)力筋的配置設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算，截面強(qiáng)度、應(yīng)力驗(yàn)算等幾個方面進(jìn)行。在橋梁方案比選時，首先根據(jù)地形地質(zhì)條件，橋梁的總長，大體確定要選用的六個基本方案，通過初步的比較分析，再從六個基本方案中初選三個方案，按照安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、有利于環(huán)保的原則，確定最終的方案。本設(shè)計(jì)考慮到水位情況、基礎(chǔ)埋深、橋面寬度、施工方法等等因素，最終選用跨徑為120米的雙幅上承式鋼筋混凝土箱肋拱橋。箱型肋拱相當(dāng)于在箱型板拱基礎(chǔ)上去掉部分箱肋構(gòu)成的，除具有箱型板拱的優(yōu)點(diǎn)之外，比箱型板拱更加節(jié)省混凝土數(shù)量，減小恒載重力，減少墩臺圬工數(shù)量，降低造價。如將1989年建成的四川省第一座跨徑為100米的鋼筋混凝土箱型拱肋與箱型板拱定型設(shè)計(jì)相比，重力與水平推力分別減少小了48%和40%，相當(dāng)于減小了下部結(jié)構(gòu)圬工數(shù)量，從而降低了總造價。另外，在外觀上，箱型拱肋拱橋線形清晰明快，輕盈美觀，施工也比較方便，本設(shè)計(jì)采用纜索吊裝施工。由于，箱型拱肋橋的這些優(yōu)點(diǎn)，目前在混凝土拱橋中已被普遍采用。其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及細(xì)部的處理都參照了相應(yīng)的規(guī)范和手冊進(jìn)行。在計(jì)算時，通過手算和橋梁博士軟件計(jì)算相結(jié)合，進(jìn)行了截面配筋、應(yīng)力計(jì)算等工作。在模型的建立過程中，對于細(xì)部的處理，如怎何施加剛臂、如何添加主從約束等問題有了更清晰的認(rèn)識，在整個設(shè)計(jì)的過程中，手工制圖、CAD制圖、橋梁電算、手算等能力有了明顯的提高，獨(dú)立分析計(jì)算的能力得到了長足的發(fā)展。本設(shè)計(jì)旨在通過合理的設(shè)計(jì)，達(dá)到安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、有利于環(huán)保的目的，同時，要達(dá)到學(xué)以致用、舉一反一的程度。通過計(jì)算分析，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是安全可靠、合理的。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，收獲很多、感觸頗深，但由于本人能力和知識水平有限，錯誤之處在所難免，懇請各位老師、同學(xué)批評、指正。69目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 設(shè)計(jì)資料及概述11.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)11.2 自然概況21.3 設(shè)計(jì)規(guī)范21.4 說明2第2章 方案設(shè)計(jì)與比選32.1 初選設(shè)計(jì)方案說明32.2 方案比選32.3 推薦橋型方案12第3章 營運(yùn)階段的設(shè)計(jì)計(jì)算133.1主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及控制條件133.1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)133.1.2 主要規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)133.2 主要材料及技術(shù)性能133.2.1混凝土133.2.2預(yù)應(yīng)力鋼束的物理力學(xué)參數(shù)取值143.2.3瀝青混凝土143.3結(jié)構(gòu)尺寸擬定143.3.1基本計(jì)算數(shù)構(gòu)造143.3.2橋型尺寸擬定153.3.3主橋上部構(gòu)造153.4下部構(gòu)造17第4章 主梁內(nèi)力計(jì)算184.1 計(jì)算模式184.1.1 單元劃分184.1.2邊界條件204.1.3 橫向分布系數(shù)計(jì)算214.1.4 汽車沖擊系數(shù)的確定214.1.5索力調(diào)整214.2 設(shè)計(jì)荷載及荷載組合234.2.1設(shè)計(jì)荷載234.2.2 使用荷載組合244.3 主梁截面內(nèi)力計(jì)算244.3.1承載能力極限狀態(tài)荷載組合244.3.2正常使用極限狀態(tài)荷載組合294.3.3內(nèi)力包絡(luò)圖364.4系桿預(yù)應(yīng)力鋼束的估算和配置384.4.1預(yù)應(yīng)力鋼束估算384.4.2配束后內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合394.5系梁持久狀況承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算424.6系梁持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算444.7系梁持久狀況下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算474.8拱肋強(qiáng)度驗(yàn)算494.9橋面板計(jì)算52第5章 施工要點(diǎn)和方案概要585.1 建筑材料585.2 下部結(jié)構(gòu)施工585.3 上部結(jié)構(gòu)施工595.4 橋臺施工615.5 引橋施工625.6 其它施工注意事項(xiàng)625.7 施工安排63結(jié)束語65致 謝66參考文獻(xiàn)67摘 要本次設(shè)計(jì)的對象是橫店大橋。根據(jù)所給地形和其他設(shè)計(jì)參數(shù)，聯(lián)系已建橋以及有關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。采用鋼管混凝土系桿拱橋，跨徑為140m，系梁高為2.2m 在端部加強(qiáng)，橫梁高為1.1m。本文主要闡述了該橋的設(shè)計(jì)和計(jì)算過程。首先進(jìn)行橋型方案比選，對主橋進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)，然后對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力、配筋計(jì)算，再進(jìn)行強(qiáng)度、應(yīng)力驗(yàn)算。同時，本設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵從交通部頒布實(shí)施的關(guān)于此類橋梁設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，最終達(dá)到了理論與實(shí)踐相結(jié)合。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土,系桿拱橋,預(yù)應(yīng)力ABSTRACTThe content of the present desigen is on the hengdian Bridge. . I design the bridge based on the terrain, design parameters, relevant Standards, bridges which have been built, and the relevant literature. whichadopts the form of concrete-filled steel tube tied arch bridge. The span arrangement is140m. The height ofthe tie girder on the support is 2.2m,and the height of beam is1.1m.This essay focuseson the design and calculation process of the bridge. Firstly,comparison anddetermination a better between two types is done and overall disposaldesign of the mainspan. Secondly finished the calculation of theinternal force andreinforcing bar on thesuperstructure. Thirdly, check theintensity, stress anddeflection.Finally, check the substructure.The main contents of the design are as the follows. Lastly, the construction flow diagram is drawn. This design conforms to the relevant Standards which are issued by the ministry of communications, and it combines theory with practice.KEY WORDS: concrete-filled steel tube,tied-arch bridge,prestressed concrete第1章 設(shè)計(jì)資料及概述1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.橋?qū)挘?.25米護(hù)欄+1.5米人行道+7米行車道+1.5米人行道+0.25米護(hù)欄2.橋面高程：左岸為1056.89米，右岸根據(jù)橋長按2%縱坡計(jì)算可得。3.橋面橫坡：單向1.5%。4.橋面縱坡：單向2%。4.作用等級：公路II級。表1.1 地面線編號里程樁號地面高程1+416.171056.892+434.1711049.603+451.1711045.024+457.1711042.135+464.1711042.216+470.1711033.597+478.1711033.568+495.1711016.979+508.1711011.9210+517.1701007.0611+524.1711000.8412+559.6711042.6213+565.1711044.1814+574.1711044.0315+580.6711045.7816+588.1711047.8917598.1711053.0718628.1711067.50注：尺寸單位：m1.2 自然概況氣候水文地質(zhì)情況：月平均氣溫最高為35度，最低為-10度；沒有河流經(jīng)過，故可不考慮通航問題；地質(zhì)情況為，覆蓋層為24米，弱風(fēng)化基巖埋深2030米。1.3 設(shè)計(jì)規(guī)范1 中華人民共和國交通部部標(biāo)準(zhǔn)： 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000），北京，人民交通出版社，2000年2 中華人民共和國交通部部標(biāo)準(zhǔn)：公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004），北京，人民交通出版社，2004年3 中華人民共和國交通部部標(biāo)準(zhǔn)：公路橋涵設(shè)計(jì)手冊（橋梁附屬結(jié)構(gòu)和支座），北京，人民交通出版社，1985年4 中華人民共和國交通部部標(biāo)準(zhǔn)：公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ041-2000），北京，人民交通出版社，2000年。1.4 說明本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題任務(wù)是橫店橋的設(shè)計(jì)。我通過設(shè)計(jì)資料了解了橋梁所處地理位置，氣候條件以及設(shè)計(jì)要求等相關(guān)信息，根據(jù)所學(xué)的知識在綜合使用狀況、施工方法、工程造價及工期等多方面因素后進(jìn)行橋型方案的初步設(shè)計(jì)，我的初步設(shè)計(jì)5個方案是： 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、上承式混凝土拱橋、下承式混凝土系桿拱橋和簡支梁橋。然后從初擬的5個方案中選定了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、上承式混凝土拱橋和下承式混凝土系桿拱橋三個方案。通過對選定的方案比較（主要考慮了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和施工的難易程度以及運(yùn)營效果），最后選定下承式混凝土系桿拱橋方案作為推薦橋型方案。第2章 方案設(shè)計(jì)與比選2.1 初選設(shè)計(jì)方案說明1、跨徑為55+80+55m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋；2、跨徑為55+80+55m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；3、主跨為80m的上承式混凝土拱橋；4、主跨為140m的下承式鋼管混凝土系桿拱橋；5、跨徑為6*30m的簡支梁橋； 2.2 方案比選方案比選主要依據(jù)適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀、有利于環(huán)保的原則進(jìn)行，因地制宜選擇合適的橋型，以期達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)和社會效益，同時考慮要符合橋梁發(fā)展的客觀規(guī)律，體現(xiàn)現(xiàn)代新科技的成就。橋型的選擇要求在技術(shù)是可靠的，在施工上是切實(shí)可行的。綜上所述，本次設(shè)計(jì)的三個比選方案如下：方案 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋（1）橋跨布置 總體布置55m80m55m（三跨連續(xù)剛構(gòu)）190m，中跨與邊跨之比為10.6875。（2）方案構(gòu)思連續(xù)梁橋墩梁固結(jié)，支點(diǎn)截面負(fù)彎矩可以大大消弱跨中截面正彎矩。高墩中常采用空心墩。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以結(jié)構(gòu)受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、養(yǎng)護(hù)工程量小、抗震能力強(qiáng)等而成為最富有競爭力的主要橋型之一。圖2.1 連續(xù)梁橋型總體布置圖（單位：cm）（3）上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連續(xù)梁橋主梁采為變截面單室箱梁，墩頂梁高5m，高跨比為1/16.2，跨中梁高2.5m，為支點(diǎn)梁高的1/2。箱梁頂寬10.5m，底板寬6m，懸臂2m。頂板厚度統(tǒng)一采用25cm,底板厚度采用變厚度,由墩頂?shù)?0cm逐漸過渡至跨中的40cm,梁高、底板厚度對于中間各段按二次拋物線變化,以滿足受力及橋梁線形上的需要。腹板厚度也采用變厚度構(gòu)造,跨中部分為35cm，墩頂部分為65cm。（4）下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于連續(xù)梁橋采用墩梁以支座連接的形式，在上部主梁自重大。故本橋下部采用了空心墩形式。在本方案中，采用直徑位3m的空心墩，壁厚位70cm。（5）基 礎(chǔ)主墩基礎(chǔ)承臺是連成整體的，共采用6根直徑為200cm的鉆孔灌注樁，為保證主墩基礎(chǔ)具有足夠的剛度，鉆孔灌注樁打入微風(fēng)化泥質(zhì)巖層，按嵌巖樁設(shè)計(jì)，承臺整體埋置在土中。承臺及鉆孔灌注樁均采用C30混凝土。施工方案基礎(chǔ)工程及下部結(jié)構(gòu)施工時，開挖基礎(chǔ)，用回旋鉆機(jī)鉆孔并灌注混凝土成樁。待樁基混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%時，澆筑承臺混凝土封底，再澆筑鋼筋混凝土承臺大體積混凝土。主墩高度較高，可直接在承臺頂面搭支架分節(jié)段現(xiàn)澆。完成主墩澆筑，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可進(jìn)入主橋上部結(jié)構(gòu)施工，主梁采用變截面布置適合懸臂施工法，本橋施工采用掛籃平衡懸臂澆筑法，0號塊和1號塊采用搭支架現(xiàn)澆，并且采取臨時錨固措施，然后采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工，跨中合龍，合龍順序?yàn)橄冗吙绾淆埡笾锌绾淆垺Ｔ跇虻膬啥瞬捎么顫M堂支架現(xiàn)澆的方法，最后安裝防撞欄和進(jìn)行橋面鋪裝的施工。施工階段的主梁內(nèi)力和運(yùn)營階段的主梁內(nèi)力基本一致。表2.1 連續(xù)梁橋方案主要工程數(shù)量表材料混凝土（m3）鋼材(t)C50C35C30C25C15瀝青鋼筋鋼絞線主梁1994.38358.9911.66現(xiàn)澆段39.897.18橋面鋪裝208.37橫隔板78.86橋墩墩身223.3210.52墩臺37856.7樁基7539.82414.27橋臺臺帽 臺身74.07438.26基礎(chǔ)359.94人行道欄桿428.4合計(jì)1994.3839.89601.328121.1798.2208.37847.6611.6方案 上承式混凝土拱橋（1）總體布置 220m（ 預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板 ）910m(90m上承式混凝土拱橋)220m（預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板）170m。（2）方案構(gòu)思拱橋是一種理想的充分發(fā)揮材料受壓性能的橋型，以往的由于大跨度拱橋施工所需的拱架費(fèi)用極高，限制了大跨度拱橋的發(fā)展，同時大跨度拱橋施工產(chǎn)生的水平推力較大，所以往往作為跨越山澗峽谷的發(fā)展。本方案屬寬淺式溝谷，無河流通過，故可不考慮通航，因而考慮采用上承式拱橋?？紤]到經(jīng)濟(jì)原因，混凝土拱橋用混凝土方量較大，本方案主跨80米跨度適中。美學(xué)上，上承式拱橋曲線線形優(yōu)美，給人以遐想的空間，通行視距良好。主拱板為主要受壓構(gòu)件，充分利用了混凝土材料性能，外形剛勁而不粗壯冗余。同時考慮到線性和受力特性，采用懸鏈線拱，矢高取為整數(shù)15米，矢跨比為1：5.5。圖2.2 上承式拱橋橋型總體布置圖（單位：cm）（3）橋面寬度主橋行車道寬23.5=7m ,兩側(cè)人行道為21.5=3m,兩側(cè)護(hù)欄為20.25=0.5m，橋的總寬為10.5m。橋面橫坡2。（4）主拱拱圈主拱拱圈采用上承式箱拱懸鏈線無鉸拱，計(jì)算跨徑80m，計(jì)算矢高15m，矢跨比1/5.5，拱圈由六個1.5m預(yù)制拱箱組成，現(xiàn)澆拱接縫與拱圈形成整體并受力。拱圈寬9.5m。拱圈內(nèi)每4m設(shè)置一塊橫隔板，尺寸為170cm116cm，厚8cm，拱圈上部分9跨，每跨10m，立柱下均設(shè)置橫隔板。(5)混凝土蓋梁及橋面板蓋梁采用普通鋼筋混凝土蓋梁，蓋梁寬10.5m，梁高1m。橋面板為預(yù)制空心板，現(xiàn)澆3cm 防水混凝土及10cm瀝青混凝土鋪裝層構(gòu)成(鋪裝層設(shè)置雙向2%橫坡)。空心板高0.5m，寬1m，截面挖孔，孔徑0.15m圓孔。橋?qū)挿较蛐璨贾?個空心板，每個空心板之間以濕接縫連接。(6)立柱立柱標(biāo)準(zhǔn)間距為10m，采用C35混凝土現(xiàn)澆，每組橋?qū)挿较虿贾枚€立柱，立柱截面尺寸均為直徑1.0m圓柱。每組立柱凈距4.0m，靠拱腳處立柱設(shè)置橫系梁，以保證立柱剛度和穩(wěn)定性。(7)墩臺與基礎(chǔ)2號、11 號墩是拱橋的邊墩；每墩采用2根1.5m柱式墩，墩頂通過單向活動板式橡膠支座與拱上簡直空心板交接。拱座為高14米，寬14.5米大體積混凝土工程，施工時應(yīng)采取可靠措施防止水化熱的危害，防止拱座塊體內(nèi)外溫度差過大。拱座為C15 混凝土。寬橋臺為重力式橋臺。大橋1號、12號邊墩采用柱式墩，分兩層，上層采用2根1.5m柱式墩，下層采用 2根1.8m柱式墩，交接處設(shè)置橫系梁以增加橫向剛度及穩(wěn)定性。（8）引橋兩岸引橋各為兩跨簡支梁，由于引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁橋，每跨采用10片預(yù)制空心板梁，空心板高度1m，每個空心板之間以濕接縫連接。引橋支座選用板式橡膠支座。引橋總寬為： 10.5m，橋面橫坡2，由于在滿足兩頭公路通車的要求時，跨中橋面標(biāo)高早已滿足要求，因而標(biāo)高以路堤標(biāo)高控制。（9）施工方案拱橋基礎(chǔ)工程均采用明挖基礎(chǔ)，首先對于基礎(chǔ)施工，開挖基坑，現(xiàn)澆混凝土。拱座混凝土屬于大體積混凝土，尤其注意施工時混凝土散熱，確保拱座不致因過高的溫度應(yīng)力而開裂。主拱圈采用纜索吊裝懸臂拼裝焊接，主拱圈由工廠預(yù)制，試拼合格后通過車輛運(yùn)至現(xiàn)場纜索吊裝，這種方法的要點(diǎn)是在拱腳墩，臺處安裝臨時的鋼或鋼筋混凝土塔架，用纜索一端拉住拱圈節(jié)段，另一端在臺后并錨固在巖盤上，這種逐節(jié)向河中懸臂架設(shè)，直至拱頂合龍。主拱圈合攏后，開始修建立柱，現(xiàn)澆蓋梁，吊裝預(yù)制板橋面板，現(xiàn)澆濕接縫現(xiàn)澆，防撞欄及橋面瀝青砼鋪裝等。表2.2 上承式拱橋方案主要工程數(shù)量表材料混凝土（m3）鋼材(t)C50C40C30C25C15瀝青鋼筋上部結(jié)構(gòu)主梁706.18891.8現(xiàn)澆段275.027橋面鋪裝96.526橫隔板橋墩立柱901.4758.6下部結(jié)構(gòu)墩身239.8515.59樁基885.6155.62橋臺臺帽臺身93.75554.38基礎(chǔ)637.89主拱圈863.7373.42人行道及欄桿379.96合計(jì)1569.9275.021141.31359.31192.296.5273.4方案 下承式鋼管混凝土系桿拱橋總體布置20m（ 預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板梁 ）140.5m(下承式鋼管混凝土系桿拱橋)20m（預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板梁）180.5m。方案構(gòu)思鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用已有一百多年的歷史。早在1879年，英國的鐵路建設(shè)中就采用了鋼管橋墩。在20世紀(jì)30年代末期，前蘇聯(lián)用鋼管混凝土建造了跨度101m的公路拱橋和跨度140m的鐵路拱橋。我國從1959年開始研究鋼管混凝土的基本性能和應(yīng)用。1991年5月建成國內(nèi)第一座鋼管混凝土拱橋四川旺蒼凈跨115m的下承式鋼管混凝土系桿拱橋。鋼管混凝土拱橋，是在薄壁圓形鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的一種復(fù)合材料，它一方面借助內(nèi)填混凝土增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性，同時又利用鋼管對核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使其具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。鋼管混凝土本質(zhì)上屬于套箍混凝土，因此，除具有一般套箍混凝土的強(qiáng)度高、塑性好、質(zhì)量輕、耐疲勞、耐沖擊外，尚具有以下幾方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：（1）鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板，因而澆筑混凝土?xí)r，可省去支模、拆模等工序，并可適應(yīng)先進(jìn)的泵送混凝土工藝。（2）鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用，既能受壓，又能受拉。（3）鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起勁性骨架的作用，在使用階段又是主要的承重結(jié)構(gòu)，因此可以節(jié)省腳手架，縮短工期，減少施工用地，減低工程造價。（4）在受壓構(gòu)件中采用鋼管混凝土，可大幅度節(jié)省材料。理論分析和工程實(shí)踐都表明，鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比，在保持結(jié)構(gòu)自重力相近和承載能力相同的條件下，可節(jié)省鋼材約50%，焊接工作量顯著減少；與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相當(dāng)和承載能力相同的條件下，可減少構(gòu)件橫截面面積約50%，混凝土和水泥用量以及構(gòu)件自重也相當(dāng)于減少一半。本方案屬寬淺式溝谷，無河流通過，故可不考慮通航，因而考慮采用中承式拱橋。考慮到經(jīng)濟(jì)原因，本方案主跨140米跨度適中，兩側(cè)各設(shè)置20m跨的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁作為引橋。美學(xué)上，中承式拱橋曲線線形優(yōu)美，外形剛勁而不粗壯冗余，給人以遐想的空間。同時考慮到線性和受力特性，采用懸鏈線拱，矢高取為整數(shù)30米，矢跨比為1：5。圖2.3 中承式鋼管混凝土拱橋橋型總體布置圖（單位：cm）橋面寬度主橋行車道寬23.5=m , 兩側(cè)人行道為21.5=3m,兩側(cè)護(hù)欄為20.25=0.5m，橋的總寬為10.5m。橋面橫坡2。主拱拱圈主拱拱圈采用下承式懸鏈線無鉸拱，計(jì)算跨徑140m，計(jì)算矢高30m，矢跨比1/5，每肋由2根直徑1200mm、壁厚12mm的16Mn鋼管組成，內(nèi)灌40號混凝土作為弦桿，上弦和下弦橫向兩根鋼管之間用綴板連接，內(nèi)灌40號混凝土橫向成啞鈴形；上下弦之間用直徑350mm、壁厚10mm的鋼管作為腹桿，組成桁式拱肋，肋高3.5m，肋寬1.8m。 主梁設(shè)計(jì)主橋主梁采用吊桿懸吊橫梁，橫梁上放置空心板的形式。其中，橫梁長11m，寬0.8m，高1.1m；空心板高0.5m，寬1m，橫向布置9塊。 混凝土實(shí)心墩墩柱采用普通鋼筋混凝土矩形墩，墩寬3m，上部設(shè)置交界墩。采用C35混凝土現(xiàn)澆，每組橋?qū)挿较虿贾枚€墩柱，立柱截面尺寸均為寬3.0m矩形柱。墩柱中部設(shè)置橫系梁，以保證立柱剛度和穩(wěn)定性。橋臺和拱座大橋橋臺臺帽采用C20混凝土，臺身和基礎(chǔ)均采用C15片石混凝土，橋臺長7.5m，高9m，寬11m。拱座局部采用C25混凝土，基本采用C15片石混凝土，長高均為14m，寬14.5m，根部局部掏空以減少混凝土用量。橋臺和拱座均屬于大體積混凝土工程，施工時應(yīng)采取可靠措施防止水化熱的危害，防止塊體內(nèi)外溫度差過大，造成開裂。引橋引橋采用20m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁。采用C50標(biāo)號混凝土預(yù)制。每跨采用10片預(yù)制空心板 梁，空心板高1m。空心板間以濕接縫連接保證主梁整體性和穩(wěn)定性。橋面設(shè)置2%橫坡。施工方案本橋采用采用分段纜索吊裝方法施工，每條拱肋分15段由工廠預(yù)制。上下游拱肋相應(yīng)節(jié)段用貝雷架臨時組拼成四邊形組合節(jié)段經(jīng)陸路運(yùn)抵橋位，并立即由纜索垂直起吊安裝就位；段與段間由多點(diǎn)螺栓定位，已安裝的節(jié)段由臨時吊索扣于承重主索上并逐步調(diào)整拱肋標(biāo)高。如此往復(fù)，直至所有節(jié)段安裝完畢，再經(jīng)多次拱軸線的調(diào)整，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)精度后，即可焊接每段間的接頭焊縫及外包加勁鋼板。合攏后的施工加載分為三大步驟：主拱肋澆灌混凝土、吊裝橫梁、安裝橋面空心板及現(xiàn)澆橋面鋪裝。先用多點(diǎn)對稱灌注的方法澆筑橫綴板內(nèi)的混凝土，再用泵送混凝土澆筑鋼管弦桿內(nèi)的混凝土，每次一條，上下游跳開澆灌，由橋兩端同時自拱腳到拱頂泵送。用天線纜索，按一定的順序吊裝10道預(yù)制橫梁，另兩條肋間橫梁以及立柱橫梁采用肋上吊?，F(xiàn)澆施工。吊桿防銹以及上錨頭均在工廠預(yù)先做好，準(zhǔn)確量取長度后穿掛于拱肋上；在空中散開的狀態(tài)下安好下錨頭并穿過橫梁用螺母錨于梁底。為了改善抗震性能，在吊桿兩端均安設(shè)防震圈。利用橫梁先導(dǎo)通兩條軌道，安裝簡易滑車，逐條架設(shè)槽形板。拆除邊跨臨時支架，完成預(yù)計(jì)的預(yù)拱度。表2.3 下承式鋼管混凝土系桿拱橋方案主要工程數(shù)量表材料混凝土（m3）鋼材(t)C50C40C30C25C15瀝青鋼筋鋼絞線上部結(jié)構(gòu)主梁750.4497.56現(xiàn)澆段292.02橋面鋪裝184.29主拱圈橫梁256.45110.57拱圈736.8345.99系桿1308.7104.739.26吊桿41.36下部結(jié)構(gòu)橋墩墩身660.7841.5樁基10336.9649.16橋臺臺帽臺身75.12479.65基礎(chǔ)402.5760.39人行道及欄桿379.05合計(jì)750.44548.47660.7810791.07882.22184.29959.1839.26項(xiàng)目方 案橋長分孔適用性安全性美觀性施工難易第一方案三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋190m55m80m55m（三跨連續(xù)梁）橋面連續(xù)，伸縮縫少，視野開闊。必須墩高才能保證主墩具有足夠的柔性，高跨比也要協(xié)調(diào)適中。后期變形大。主孔的跨度為80m，比較大，施工難度較大；工期較長；主橋后期營運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)大；行車平順舒適。主橋線條簡潔明快，外型樸素大方，線形流暢，視野開闊，與引橋上部結(jié)構(gòu)形式協(xié)調(diào)統(tǒng)一，相得益彰。懸臂施工經(jīng)驗(yàn)足，進(jìn)度快技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。需要設(shè)置預(yù)應(yīng)力，需要調(diào)整索力，要臨時錨固。第二方案上承式混凝土箱板拱橋170m220m（預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板）910=90m（上承式混凝土拱橋）220m（預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板）主跨80m，橋下凈空大，拱腳設(shè)置在岸上，無防撞要求；跨數(shù)不多，成橋后視野開闊。后期維護(hù)費(fèi)用少，變形量小。 主孔的跨度為90m，跨度適中， 引橋預(yù)制吊裝，質(zhì)量高，工期有保障，主橋后期營運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)較少，行車較平順。橋型氣勢宏偉，外觀優(yōu)美，順滑曲線令人遐想無限。整座橋特有一種秩序感和韻律感，拱圈一顯得“一橋飛架南北”的感慨。 纜索施工經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)基本成熟，沒有通航要求施工方便，成拱后施工進(jìn)度快，簡單，安全性好。便于控制。第三方案下承式混凝土預(yù)應(yīng)力系桿拱橋180m20m（預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板）+140m系桿拱+20m（預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板）主跨80m，橋下凈空大，系桿拱位無推力拱，對下部基礎(chǔ)要求較低，成橋后線形優(yōu)美。主孔的跨度為140m，跨度適中， 引橋預(yù)制吊裝，質(zhì)量高，工期有保障，主橋后期營運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)較少，行車較平順。橋型氣勢宏偉，外觀優(yōu)美，外觀大氣，穩(wěn)定性好。纜索施工經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)基本成熟，可以節(jié)省大量鋼材和水泥施工方便，施工要求較高。表2.4 橋型方案比較表 2.3 推薦橋型方案從方案比較中我們可以看到，第二和第三方案在安全，功能，美學(xué)感覺上，使用期維護(hù)等方面占據(jù)優(yōu)勢，第一方案橋型雖然技術(shù)比較先進(jìn)，也比較優(yōu)美，但施工相對復(fù)雜，連續(xù)梁橋跨養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高，需要配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，施工比較困難。而第二方案雖然構(gòu)造簡單，但橋墩修建較多，立柱設(shè)置比較復(fù)雜。經(jīng)技術(shù)比較之后，最終確定推薦方案為：下承式預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋。第3章 營運(yùn)階段的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及控制條件3.1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)荷載：公路II級、設(shè)計(jì)行車速度：80km/h、主橋斷面：2.0m(系桿區(qū))+ 0.5m（人行道護(hù)欄）+1.5m（人行道）+7.0m（車行道）+1.5m（人行道）+ 0.5m（人行道護(hù)欄）+2.0m(系桿區(qū))=14.5m。、引橋斷面:1.75m(人行道含欄桿)+7m(車行道)+ 1.75m(人行道含欄桿)=10.5m、橋面縱坡：3%、橋面橫坡：雙向1.5%3.1.2 主要規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)1、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D6020042、公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D6220043、公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范JTJ064984、公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ022855、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D63-20076、公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ025867、公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-978、城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)CJJ77-989、工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文（公路工程部分）3.2 主要材料及技術(shù)性能3.2.1混凝土根據(jù)文獻(xiàn)，主梁采用中交新混凝土：C50 混凝土。有關(guān)該混凝土的參數(shù)取值如下：拉壓彈性模量：E=34500 MPa剪切彈性模量：G=13800 MPa泊桑比：v=0.2溫度膨脹系數(shù)：alfa= 1e-005/度3.2.2預(yù)應(yīng)力鋼束的物理力學(xué)參數(shù)取值預(yù)應(yīng)力鋼束采用直徑為15.24mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，預(yù)應(yīng)力管道采用性能優(yōu)良的預(yù)埋波紋管。鋼絞線的主要力學(xué)性能如下：極限抗拉強(qiáng)度：f pk = 1860MPa，張拉控制應(yīng)力：0.75 f pk = 1395MPa預(yù)應(yīng)力鋼束與管道的摩阻系數(shù)： = 0.22，預(yù)應(yīng)力管道的偏差系數(shù)：k = 0.001。彈性模量： E=1.95105MPa，鋼筋松弛率： 0.035兩端錨具變形及鋼筋回縮值： 12mm3.2.3瀝青混凝土瀝青混凝土型號為 SMAy=23KN/m33.3結(jié)構(gòu)尺寸擬定3.3.1基本計(jì)算數(shù)構(gòu)造根據(jù)公預(yù)范中各條規(guī)定，混凝土、綱絞線和鋼筋的各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)以及在各階段的容許值，如表3.1 所列。表3.1 基本計(jì)算數(shù)據(jù)名稱項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)主梁混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,kMPa50彈性模量EcMPa3.45104軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fckMPa32.4軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftkMPa2.65軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcdMPa22.4軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftdMPa1.83短暫狀態(tài)極限壓應(yīng)力0.7fckMPa20.72極限拉應(yīng)力0.7fckMPa1.757持久狀態(tài)壓應(yīng)力極限值：極限壓應(yīng)力0.5fckMPa16.2極限主壓應(yīng)力0.6fckMPa19.44拉應(yīng)力極限值：短期效應(yīng)組合極限拉應(yīng)力stpc0.7ftkMPa1.855短期效應(yīng)組合極限主拉應(yīng)力0.7ftkMPa1.855長期效應(yīng)組合極限拉應(yīng)力ltpcMPa015.2鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpkMPa1860彈性模量EpMPa1.95105抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度fpdMPa1260最大控制應(yīng)力con0.75fpkMPa1395持久狀態(tài)應(yīng)力：標(biāo)準(zhǔn)荷載組合0.65fpkMPa1209材料容重鋼筋混凝土1KN/m325瀝青混凝土2KN/m323鋼絞線3KN/m378.5鋼絞線與混凝土的彈性模量比EP無量綱5.65注：、分別為鋼束張拉時混凝土軸心抗壓、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，本例考慮混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%時開始張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，即混凝土強(qiáng)度等級為C45時開始張拉鋼束，因此， = 29.6 MPa ， = 2.51 MPa 。3.3.2橋型尺寸擬定跨徑布置：橋梁為10.5米凈寬，主橋采用下承式鋼筋混泥土系桿拱橋，主橋標(biāo)準(zhǔn)跨徑為140.5m，計(jì)算跨徑為140米。全橋總布設(shè)：北岸引橋布跨為20m（普通鋼筋砼空心板梁）；主橋?yàn)?40米下承式鋼管混凝土預(yù)應(yīng)力系桿拱橋；南岸引橋布跨為20m（普通鋼筋砼空心板梁）。3.3.3主橋上部構(gòu)造主橋截面形式及主要尺寸a）拱肋行式本次設(shè)計(jì)采用的是鋼筋混凝土拱肋，計(jì)算跨徑140m，計(jì)算矢高比1/5，拱軸線形式采用二次拋物線形式，拱軸線方程為： y=x1751-x140 式(3.1)主橋采用圓形截面的拱肋，矢高 30m，壁厚為14mm，內(nèi)填C50 微膨脹混凝土的鋼管混凝土拱肋，鋼管外徑為120cm。圖3.1 拱肋截面圖(單位：cm)b）系梁的尺寸擬定：系梁斷面寬1.4m，高2.2m。系梁在倆端支座處局部加強(qiáng)，寬2m，高3.5m。具體尺寸如圖圖3.2 系桿示例圖(單位：cm)c)橫梁尺寸擬定:中橫梁采用箱型實(shí)心預(yù)應(yīng)力混凝土截面1.1m。具體尺寸如圖2.5(a)所示，端橫梁具體尺寸如圖圖3.3 橫梁示例圖(單位：cm)d)吊桿尺寸擬定:吊桿：全橋共設(shè)21對吊桿，吊桿為鋼筋混凝土圓形截面，直徑為15cm。吊桿內(nèi)設(shè)12 根中交新預(yù)應(yīng)力筋:270K 級鋼絞線(15.24)。e)預(yù)應(yīng)力體系:縱向預(yù)應(yīng)力鋼索采用 ASTM：270K 級低松弛鋼絞線（D15.24），采用OVM15 張拉錨固體系，鋼絞線采用ASTM A41690a 標(biāo)準(zhǔn)，高強(qiáng)度低松弛270K 級j=15.24 鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa，公稱直徑15.24mm，公稱面積140mm。預(yù)應(yīng)力波紋管采用鍍鋅雙波金屬波紋管。f)橋面鋪裝:橋面鋪裝采用 6cm 厚SMA 瀝青混凝土，8cm40 號防水混凝土。g)伸縮縫：主橋兩側(cè)設(shè)置80型異型鋼伸縮縫。h)支座：支座采用GPZ（）盆式橡膠支座；i)其他材料砂、石、水等材料的質(zhì)量要求均按照公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)要求執(zhí)行。3.4下部構(gòu)造主橋主墩采用雙柱式實(shí)體墩，基礎(chǔ)采用120cm鉆孔灌注樁。第4章 主梁內(nèi)力計(jì)算4.1 計(jì)算模式4.1.1 單元劃分結(jié)構(gòu)總體靜力分析采用橋梁靜力計(jì)算綜合分析程序midas7.9進(jìn)行。以理論縱軸線為基準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，拱肋單元1-22，吊桿單元23-43，系梁單元44-65，單拱部分共65個單元。全橋單元劃分如圖4.1 所示。圖4.1 模型示意圖表4.1 拱肋特性表單元號截面高度(m)截面面積（m2）截面抗彎慣性矩(kNm)截面中心軸高度（m）1拱肋2.72.47320.75611.352拱肋2.72.47320.75611.353拱肋2.72.47320.75611.354拱肋2.72.47320.75611.355拱肋2.72.47320.75611.356拱肋2.72.47320.75611.357拱肋2.72.47320.75611.358拱肋2.72.47320.75611.359拱肋2.72.47320.75611.3510拱肋2.72.47320.75611.3511拱肋2.72.47320.75611.3512拱肋2.72.47320.75611.3513拱肋2.72.47320.75611.3514拱肋2.72.47320.75611.3515拱肋2.72.47320.75611.3516拱肋2.72.47320.75611.3517拱肋2.72.47320.75611.3518拱肋2.72.47320.75611.3519拱肋2.72.47320.75611.3520拱肋2.72.47320.75611.3521拱肋2.72.47320.75611.3522拱肋2.72.47320.75611.3544系梁3.570.86861.7545系梁2.22.040.77151.098846系梁2.22.040.77151.098847系梁2.22.040.77151.098848系梁2.22.040.77151.098849系梁2.22.040.77151.098850系梁2.22.040.77151.098851系梁2.22.040.77151.098852系梁2.22.040.77151.098853系梁2.22.040.77151.098854系梁2.22.040.77151.098855系梁2.22.040.77151.098856系梁2.22.040.77151.098857系梁2.22.040.77151.098858系梁2.22.040.77151.098859系梁2.22.040.77151.098860系梁2.22.040.77151.098861系梁2.22.040.77151.098862系梁2.22.040.77151.098863系梁2.22.040.77151.098864系梁2.22.040.77151.098865系梁3.570.86861.754.1.2邊界條件邊界條件見表4.2:表4.2 施工階段邊界條件節(jié)點(diǎn)號水平剛性約束豎向剛性約束轉(zhuǎn)動剛性約束1有有無24無有無25無有無26無有無27無有無28無有無29無有無30無有無31無有無32無有無33無有無34無有無35無有無36無有無37無有無38無有無39無有無40無有無41無有無42無有無43無有無44無有無23有有無表 4.3 成橋階段邊界條件節(jié)點(diǎn)號水平剛性約束豎向剛性約束轉(zhuǎn)動剛性約束1有有無23無有無4.1.3 橫向分布系數(shù)計(jì)算二車道： mq=1/2(8.7+6.9+5.6+3.812.5)=1 式(4.1)人 群： mor=(12.5+1+0.75)12.5=1.14 式(4.2)所以汽車的橫分布系數(shù)為1，人群的橫向分布系數(shù)為1.14。4.1.4 汽車沖擊系數(shù)的確定其中系梁的截面面積為S=2.04 m2截面慣矩IC=1.0916f=12l2EIcmc = 22.6523.1414021.09161040.2229.81062.042.5103 = 1.64Hz 式4.3而1.5Hzf14所以沖擊系數(shù)=0.1767lnf-0.0157=0.0224.1.5索力調(diào)整對于柔性系桿剛性拱，取系桿拉力H為多余未知力典型方程為： 11H+1p=0 式(4.4)柔性系桿剛性拱的拱軸線常采用二次拋物線。若拱軸線方程（坐標(biāo)原點(diǎn)在拱腳）為y=4fl2x(l-x),拱肋慣性矩和面積的變化規(guī)律分別為I=ICcos和AACcos,則系桿拉力的表達(dá)式可寫成： H=11+,1f58(a-2a2+a4) 式(4.5)式中：a參數(shù)，a=x/l ，參數(shù)，按下式計(jì)算： u,=158Icf2(1Ac+EE1A1) 式(4.6)式中：Ac、Ic分別為拱肋、拱頂截面的面積和慣性矩（見表4.4）表4.4索力調(diào)整結(jié)果見下表調(diào)索單元號索 力(kF)23712.2924954.125979.8526959.5227953.6728963.6429958.3930956.8831960.4932942.0433925.9734943.4235961.4236957.1637956.3738955.6239934.5840929.5641960.1142944.1243707.754