連續(xù)鋼桁梁橋設(shè)計(jì)畢業(yè)論文docx

1、摘要 本次設(shè)計(jì)是對(duì)高速鐵路連續(xù)鋼桁梁橋進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。本橋?yàn)殡p線3×102m三跨連續(xù)鋼桁梁橋，主桁的中心距為12m，主桁的節(jié)間長度為8.5m，桁高為14m，主桁采用三角形桁架形式，桿件采用高強(qiáng)螺栓連接。荷載有恒載、列車ZK活載、橫向活荷載（風(fēng)荷載）和縱向活載（制動(dòng)力），采用內(nèi)力的組合對(duì)桿件進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。設(shè)計(jì)的主要步驟為：（1）進(jìn)行水文計(jì)算和橋式方案的比選，選取合適的橋型為連續(xù)鋼桁梁橋；（2）利用矩陣位移法，對(duì)主桁架進(jìn)行程序的編制和主桁桿件初步設(shè)計(jì)以及截面參數(shù)的優(yōu)化，對(duì)主桁桿件截面進(jìn)行檢算，保證其滿足規(guī)范要求；（3）最后再對(duì)橋梁進(jìn)行上拱度設(shè)計(jì)和典型節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì)與檢算。本設(shè)計(jì)采用Matla

2、b語言編程計(jì)算，而節(jié)點(diǎn)板計(jì)算則利用手算。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是主桁桿件設(shè)計(jì)程序的編制、桿件截面尺寸擬定和驗(yàn)算部分，設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是ZK移動(dòng)活載在桿件影響線上加載以及實(shí)際上拱度的設(shè)置部分。關(guān)鍵字： 連續(xù)鋼桁梁橋 Matlab編程 主桁設(shè)計(jì) 上拱度設(shè)計(jì) 節(jié)點(diǎn)板檢算Abstract The graduation design is about preliminary designing of the high speed Continuous Steel Truss Girder of railway bridge. The bridge is a double line 3 × 102m three

3、-span continuous steel truss bridge. Its center distance of the main truss is 12m, the internode length is 8.5m, and the height is 14m. The main truss uses triangular truss with high strength bolts connecting rod. The Loads contain many respects, such as constant load, live load of train ZK, lateral

4、 live load (wind) and vertical live load (power). Using a combination of internal forces on the rod design and calculation. The main steps of the design contain：（1）The hydrological calculation of the bridge and the selection of bridge scheme are useful for colecting the appropriate type of continuou

5、s steel truss bridge；（2) With the matrix displacement method, optimize the program of main truss , the preliminary design of the rod and the cross section parameters of the main truss，and calculate the main truss rod in order to meet the requirements of specification；(3) Finally, this thesis designs

6、 the bridge arch and checks the typical node plate. The focus of this design is to use the Matlab language programming, while the node plate is calculated by hand. The key points of the design are the design of the program of the main truss and the mapping out and the calculation of the section size

7、 of the rods. The difficulties of the design are how the load of ZK mobile live load on line loading rods and the setting part of bridge arch.Key words: continuous steel truss bridge; Matlab language programming; the main truss design; camber design; gusset plate calculation摘要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 鋼

8、橋的發(fā)展1 1.1.1 國外鋼橋的發(fā)展概況1我國的鋼橋發(fā)展概況2 第2章 水文計(jì)算32.1水文地質(zhì)資料3、水文資料3河床斷面及地質(zhì)資料3通航要求:3其他資料32.2設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位4洪水特大值的判別42.2.2 經(jīng)驗(yàn)頻率估算62.2.3 統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算72.2.4 設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位計(jì)算72.3 形態(tài)斷面天然流量計(jì)算92.4 通航水位102.5 孔徑計(jì)算112.5.1 沖刷系數(shù)法確定橋梁孔徑。112.5.2 孔涇檢算（梁底高程檢算）122.6 沖刷深度計(jì)算14河槽沖刷142.6.2 河灘沖刷172.7 基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算19第3章 方案設(shè)計(jì)與比選203.1概述203.1.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)203.

9、1.2 工程概況203.1.3 方案設(shè)計(jì)203.2 主橋方案設(shè)計(jì)213.2.1 方案一：連續(xù)鋼桁橋213.2.2 方案二：三跨雙肢薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋223.2.3 方案三：勁性骨架系桿拱橋243.3 方案比選25第4章 程序設(shè)計(jì)274.1 程序設(shè)計(jì)概述274.1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算模型的建立27桿件基本尺寸的擬定27算法設(shè)計(jì)28程序總體設(shè)計(jì)284.2 程序的設(shè)計(jì)294.2.1 程序設(shè)計(jì)基本原理：矩陣位移法294.2.2 平面桁架結(jié)構(gòu)靜定分析程序324.2.3 軸力和位移影響線程序324.2.4 加載程序設(shè)計(jì)334.2.5 截面檢算程序344.2.6 豎向剛度檢算程序364.2.7 上拱度計(jì)算程序37第5

10、章 主桁桿件設(shè)計(jì)385.1設(shè)計(jì)依據(jù)及主要技術(shù)指標(biāo)385.1.1 設(shè)計(jì)規(guī)范385.1.2 鋼材及其基本容許應(yīng)力385.1.3 結(jié)構(gòu)的連接方式及連接尺寸385.1.4 結(jié)構(gòu)的基本尺寸38全橋設(shè)計(jì)恒載385.1.6 全橋設(shè)計(jì)活載395.2 主桁桿件初步設(shè)計(jì)395.2.1 計(jì)算模型395.2.2 桿件截面初步設(shè)計(jì)395.2.3 主桁桿件內(nèi)力的組成395.2.4 主力415.2.5 主力+風(fēng)力（搖擺力）415.2.6 主力+制動(dòng)力465.2.7 橫梁面內(nèi)閉合框架在橫梁受豎向荷載時(shí)的節(jié)點(diǎn)彎矩計(jì)算47 控制內(nèi)力485.2.9 截面檢算495.3 截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)49第8章 總結(jié)85結(jié)束語86參考文獻(xiàn)87附

11、錄89第1章 緒論1.1 鋼橋的發(fā)展1.1.1 國外鋼橋的發(fā)展概況國外鋼橋的發(fā)展經(jīng)過了較長的時(shí)期，從鋼橋施工工藝、新材料利用、美學(xué)和鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)理論等方面進(jìn)行劃分，國外鋼結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展過程可分為以下幾個(gè)階段：一、鋼橋在1890年之前的發(fā)展在這段時(shí)期，主要是以鐵橋?yàn)橹?，鋼橋?yīng)用很少，鑄鐵和鍛鐵是主要的使用材料。并且設(shè)計(jì)鋼橋所需的力學(xué)知識(shí)很少，正處在逐步形成、完備之中。在這段時(shí)期，并沒有橋梁規(guī)范，鋼橋的設(shè)計(jì)完全憑借造橋?qū)嵏杉业慕?jīng)驗(yàn)，因此稍有不慎，就會(huì)遭受到失敗，帶來安全和經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。不過，在這段時(shí)間，一些創(chuàng)跨度記錄的大橋在工程師的辛勤工作下而被建成了，并且它們承受住了多年的營運(yùn)考驗(yàn)，最終成

12、為了歷史上著名的名橋，例如：英國1850年建成的Britainia鍛鐵巨型箱管連續(xù)梁橋；美國1856年建成的尼亞格拉河懸索橋；英國1859年建成的Saltash鍛鐵桁梁橋；福斯灣鐵路橋。二、鋼橋在18901920年之間的發(fā)展這段期間出現(xiàn)了簡支、連續(xù)類橋梁類型，同時(shí)鋼材基本上已經(jīng)取代了鐵材，橋梁得以迅猛的發(fā)展，這段時(shí)期內(nèi)，較為出名的橋梁有美國在1916建成的Metropolis簡直桁梁橋，這座橋梁的跨度為220m，大多桿件使用的鋼材為硅鋼，也有一部分的桿件采用鎳鋼。美國于1917年建成的Sciotoville下承式連續(xù)桁梁橋，這座橋梁的跨度為2×236.2m。三、鋼橋在19201945

13、年間的發(fā)展在這段時(shí)間，發(fā)展最大的是鋼橋設(shè)計(jì)理論的完善。開始考慮節(jié)點(diǎn)剛性產(chǎn)生的二次應(yīng)力、橋面系與主梁的共同作用、沖擊和荷載在鋪裝層的擴(kuò)散等問題，鑒于橋梁事故，對(duì)壓桿失穩(wěn)也進(jìn)行了深入研究。四、鋼橋在20世紀(jì)50年代2014年間的發(fā)展這段時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)了現(xiàn)代鋼橋。它的主要技術(shù)有一下幾點(diǎn)：采用了新材料，如預(yù)應(yīng)力鋼筋、高強(qiáng)度低合金鋼、高標(biāo)號(hào)混凝土等新材料的應(yīng)用，這使得鋼橋更輕，跨度更大；橋梁的上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始采用鋼材與混凝土的組合結(jié)構(gòu)，箱型梁以及高次超靜定的結(jié)構(gòu)，使得鋼橋的受力更加合理等等；對(duì)大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性非線性分析、動(dòng)力分析、空間分析；在施工方面采用新方法，工廠預(yù)拼，加快施工進(jìn)度。我國的鋼橋發(fā)展概況我國

14、鋼橋的發(fā)展主要分為鐵路鋼橋和公路鋼橋的發(fā)展史，主要情況如下：（1） 鐵路鋼橋在新中國建國前，鐵路大橋一般都是由外國工程師設(shè)計(jì)的。當(dāng)時(shí)我國的鐵路鋼橋建設(shè)，受到了舊中國的科學(xué)技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)和政治的限制，施工技術(shù)、設(shè)計(jì)水平、材料、制造水平等條件都非常落后，因此鋼橋的發(fā)展非常緩慢。在新中國建國后，我國的鐵路鋼橋整體水平有了相當(dāng)大的進(jìn)步。建國后鐵路發(fā)展的主要標(biāo)志有以下幾點(diǎn)：橋梁標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和栓焊鋼橋；跨越能力逐漸加大；鋼材產(chǎn)量增加以及新材料不斷的開發(fā)利用；鐵路鋼橋制造以及施工技術(shù)的提高；科研成果的發(fā)展促進(jìn)新設(shè)計(jì)概念以及設(shè)計(jì)理論形成；鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。 （2）公路鋼橋我國公路鋼橋發(fā)展主要經(jīng)歷了以下兩個(gè)階段。在

15、20世紀(jì)80年代中期以前，鋼材的供應(yīng)不足限制了鋼橋的發(fā)展，因公路鋼橋很少，并且橋梁結(jié)構(gòu)的形式不多、跨度也不很大。但是在20世紀(jì)80年代中期以后，公路鋼橋得以迅猛發(fā)展，跨度大大增大。第2章 水文計(jì)算2.1水文地質(zhì)資料、水文資料 （1）各年水位數(shù)據(jù)表2-1 1931年至1992年水位表年份水位/m年份水位/m年份水位/m193147.61196944.03198241.82195640.76197043.00198338.97195744.26197144.06198441.79195843.56197238.46198545.79195941.02197343.06198646.79196140

16、.76197444.66198737.69196241.96197539.56198843.09196335.86197640.46198936.29196440.56197740.72199039.29196539.46197842.02199141.19196643.46197943.62199243.79196743.42198043.79196845.96198140.76（2）水文站1961-1970年流量表表2-2 1961-1970各年流量年份1961196219631964196519661968Q(m3/s)744066904610758071209190128002.1.2

17、河床斷面及地質(zhì)資料 見CAD圖通航要求: 二級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)其他資料主槽天然流速：5.0 m/s（設(shè)計(jì)流速）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100汛期含砂量：河床泥砂平均粒徑：1.25 mm河灘細(xì)砂平均粒徑：0.12 mm河灘中砂平均粒徑：0.32 mm水文站位于橋址下游：800 m糙率系數(shù)n （1/n約為30）水面比降：河槽與河灘的分界線：30.00220.00左河灘：5.0030.00右河灘：220.00300.00線路標(biāo)高：60 m2.2設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位洪水特大值的判別特大洪水指由暴雨、急驟融冰化雪、風(fēng)暴潮等自然因素引起的江河湖海水量迅速增加或水位迅猛上漲的重現(xiàn)期超過50年的洪水。（1） 判別原理在求取設(shè)

18、計(jì)流量時(shí)，應(yīng)考慮含有特大洪水值對(duì)設(shè)計(jì)流量的影響。由于水文資料中并未直接給出洪水特大值，故首先應(yīng)對(duì)洪水特大值進(jìn)行確定。對(duì)于特大值的判斷，國內(nèi)外學(xué)者都曾提出一系列的方法，如美國洪水頻率指南中的門檻法、BarnettLewis檢驗(yàn)法、偏態(tài)檢驗(yàn)法、峰度檢驗(yàn)法、一次判斷法以及工程上常用的3法等。在氣候環(huán)境基本穩(wěn)定的情況下，水位和流量應(yīng)該符合正態(tài)分布函數(shù)，本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)正態(tài)分布分位點(diǎn)法，原理如下：已知標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，若滿足條件即即稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布上的分位點(diǎn)。根據(jù)上述定義，水位值為正態(tài)分布，當(dāng)特大洪水重現(xiàn)期為50年時(shí)，即特大洪水出現(xiàn)的頻率為2%，而非特大洪水累積出現(xiàn)的頻率為98%，即： ，其中（2）流量與水位

19、的關(guān)系 由表2-2各年份水位和流量繪到坐標(biāo)紙上后，發(fā)現(xiàn)流量與之間存在線性相關(guān)關(guān)系，故一下計(jì)算先對(duì)水位計(jì)算，進(jìn)而求出設(shè)計(jì)流量。用最小二乘法，得與的回歸方程： （2-1）圖2-1 水位與流量關(guān)系曲線表2-1中缺少1960年的水位資料，取1956年至1992年的平均值補(bǔ)充，其值為41.75m。（3）具體求解先剔除1931年水位數(shù)據(jù)，從1956年至1992年各年水位列表如下 ：表2-3 1956-1992年水位表年份水位/米年份水位/米年份水位/米年份水位/米195640.76196643.46197640.46198646.79195744.26196743.42197740.72198737.69

20、195843.56196845.96197842.02198843.09195941.02196944.03197943.62198936.29196041.75197043198043.79199039.29196140.76197144.06198140.76199141.19196241.96197238.46198241.82199243.79196335.86197343.06198338.97196440.56197444.66198441.79196539.46197539.56198545.79先對(duì)這年37水位從小到大排序，用分位點(diǎn)法循環(huán)求解特大洪水位值。先以前n個(gè)數(shù)據(jù)，用分位

21、點(diǎn)法求出50年一遇的特大洪水位值H0，若第n+1個(gè)水位值小于H0，則用前n+1個(gè)數(shù)據(jù)再次計(jì)算，直到第n+1個(gè)水位值大于上次算得的H0，最后一次的H0為特大洪水位判別值，大于此值者為特大洪水位值。表2-4 連續(xù)系列水位排序表 單位：m35.8636.2937.6938.4638.9739.2939.4639.5640.4640.5640.7240.7640.7640.7641.0241.1941.7541.7941.8241.9642.024343.0643.0943.4243.4643.5643.6243.7943.7944.0344.0644.2644.6645.7945.9646.79先取

22、前個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算，特大洪水位值，取前個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算，特大洪水位值，最后取前36個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算，特大洪水值，故為特大洪水位值初值，即年為特大洪水。2.2.2 經(jīng)驗(yàn)頻率估算根據(jù)水文資料及以上數(shù)據(jù)處理，可知該水文分析為含特大洪水系列的頻率分析。（1）特大洪水考證期:式中：考證或調(diào)查所及的最遠(yuǎn)年代； 連續(xù)系列中的最后年代。（2）經(jīng)驗(yàn)頻率估算對(duì)于項(xiàng)特大洪水： （） （2-2）對(duì)于其余項(xiàng)觀測洪水 （2-3）由以上公式可計(jì)算各年水位出現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)頻率，列表如下：表2-5 水位經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算序號(hào)按年份排序按大小排序年份水位（m）年份水位（m）經(jīng)驗(yàn)頻率（%）1193147.61193147.611.62195640.761986

23、46.793.23195744.26196845.965.81624195843.56198545.798.43245195941.02197444.6611.0496196041.75195744.2613.6657196140.76197144.0616.2818196241.96196944.0318.8979196335.86199243.7921.51410196440.56198043.7924.1311196539.46197943.6226.74612196643.46195843.5629.36213196743.42196643.4631.97814196845.96196

24、743.4234.59515196944.03198843.0937.21116197043197343.0639.82717197144.0619704342.44318197238.46197842.0245.05919197343.06196241.9647.67620197444.66198241.8250.29221197539.56198441.7952.90822197640.46196041.7555.52423197740.72199141.195802195941.0260.75725197943.62195640.7663.37326198043

25、.79196140.7665.98927198140.76198140.7668.60528198241.82197740.7271.22229198338.97196440.5673.83830198441.79197640.4676.45431198545.79197539.5679.0732198646.79196539.4681.68633198737.69199039.2984.30334198843.09198338.9786.91935198936.29197238.4689.53536199039.29198737.699219198936.2994.

26、7682.2.3 統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算對(duì)于從年空缺的年，假定這年的平均值等于連續(xù)系列（不含特大值）的平均值，其均方差等于連續(xù)系列（不含特大值）的均方差，補(bǔ)齊后組成從年的連續(xù)系列樣本。 （2-4） （2-5）求得： 2.2.4 設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位計(jì)算通過適線法確定一條和經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)群吻合較好的理論曲線以求得設(shè)計(jì)流量值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)的計(jì)算，其中平均流量取，分別選取、而保持、不變的這條理論曲線，計(jì)算結(jié)果見表2-6：表2-6 2條理論曲線計(jì)算值p(%)1252050909599曲線號(hào)H=41.873.022.541.880.76-0.16-1.13-1.32-1.591Cv=0.05Kp1.151.131.091.0

27、40.990.940.930.92Cs=0Hp48.1947.1945.8143.4641.5439.5039.1138.54H=41.872.42.111.670.84-0.02-1.27-1.62-2.252Cv=0.065Kp1.161.141.111.051.000.920.890.85Cs=0.1Hp48.4047.6146.4144.1641.8238.4137.4635.75將表2-4中經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)群和表2-6理論曲線均描繪在海森幾率格紙上，如下圖2-2所示圖2-2 水位頻率曲線圖由圖2-2所示，得知曲線2與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)群吻合的較好，但由此算的50年一遇（頻率為2%）的特大洪水位判別值為47

28、.61m與46.79m不符，即1986年水位46.79m小于47.61m，不應(yīng)該作為特大值處理。對(duì)1986年水位值按一般洪水位處理，即特大洪水位值判別值按47.61m計(jì)算，重復(fù)上述步驟得，選取的理論曲線，計(jì)算結(jié)果見表2-7：表2-7 1條理論曲線計(jì)算值p(%)1252050909599H=41.872.40 2.11 1.67 0.84 -0.02 -1.27 -1.62 -2.25 Cv=0.062Kp1.15 1.13 1.10 1.05 1.00 0.92 0.90 0.86 Cs=0.1Hp48.10 47.35 46.21 44.05 41.82 38.57 37.66 36.03將

29、表2-4中經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)群和表2-7理論曲線描繪在海森幾率格紙上，如圖2-3所示。由圖2-3可知，該理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)頻率曲線較為吻合，最終確定其為選定的理論頻率曲線。由表2-6，50年一遇的特大洪水位值為47.35m小于47.61m（特大洪水判別值） 符合假設(shè)；由表2-6可得， 水文站百年一遇的設(shè)計(jì)洪水位為48.1m，水文站在橋址下游800m處，由于兩者之間無支流匯入、分出，故可利用其間水面比降求得橋址處的設(shè)計(jì)水位。橋址處百年一遇的設(shè)計(jì)洪水位為： 設(shè)計(jì)水位： 由公式（2-1）可得，設(shè)計(jì)流量 ： 圖2-3 水位頻率曲線圖2.3 形態(tài)斷面天然流量計(jì)算 由節(jié)可知，橋下通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，形態(tài)斷面設(shè)計(jì)水位，橋下

30、過水?dāng)嗝鎴D如下圖2-4 橋下過水?dāng)嗝媸疽鈭D在此設(shè)計(jì)中認(rèn)為該河段為穩(wěn)定均勻流河段，于是可以采用謝才-曼寧公式2 計(jì)算流速： （2-6）式中， ：糙率系數(shù)；：為水力半徑；：為水力坡度。斷面流量計(jì)算 ： （2-7）式中，：計(jì)算斷面的過水?dāng)嗝婷娣e。根據(jù)節(jié)可知，。然后再根據(jù)橋下過水?dāng)嗝鎴D和設(shè)計(jì)流量通過橋下時(shí)的水位高,然后通過CAD查詢左右河灘、主槽部分的斷面面積，進(jìn)而計(jì)算各部分的濕周、水力半徑和流量參數(shù)，列表如下：表2-8 橋下河床斷面天然狀態(tài)下流量計(jì)算左河灘主槽右河灘斷面面積3217119196濕周 70.4327.136.5水力半徑4.56 21.76 5.37 水速0.87 2.47 0.97 流

31、量279.1 17548.7 190.1 2.4 通航水位 通航水位包括設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)最高通航水位和設(shè)計(jì)最低通航水位。根據(jù)內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)（GB50139-2004）有如下要求：表2-9 設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期航道等級(jí) 、洪水重現(xiàn)期（年）20105表2-10 設(shè)計(jì)最低通航水位的多年歷時(shí)保證率航道等級(jí) 、 洪水重現(xiàn)期（年）9898 9595 90本航道二級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)最高通航水位重現(xiàn)期為20年；設(shè)計(jì)最低通航水位多年歷時(shí)保證率為98%，在圖2-3水位頻率曲線上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)，得：設(shè)計(jì)最高通航水位: 44.05m設(shè)計(jì)最低通航水位：36.65m2.5 孔徑計(jì)算2.5.1 沖刷系數(shù)法確定橋梁孔徑。（1） 沖刷

32、系數(shù)的確定鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條中，沖刷系數(shù)表示橋下設(shè)計(jì)需要過水?dāng)嗝婷娣e與橋下實(shí)有供給過水?dāng)嗝婷娣e之比，公式表示如下： （2-8）式中 : 沖刷系數(shù)；：橋下供給過水?dāng)嗝婷娣e，不包括橋墩阻水面積。：橋下需要過水?dāng)嗝婷娣e （2-9） : 設(shè)計(jì)流量 : 設(shè)計(jì)流速；：水流方向與線路軸向之法線間的夾角。 根據(jù)鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條，容許沖刷系數(shù)如下表：表2-11 容許沖刷系數(shù)河段類別沖刷系數(shù)山區(qū)峽谷段1.2山前變遷段按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定其他各類河段1.4注：平原寬灘河流的平均水深小于或等于1.0m時(shí)，容許沖刷系數(shù)可大于表列數(shù)值。該河流為寬闊平坦區(qū)，河床比降為1/9000，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，??；河流與橋

33、梁軸線垂直即：；設(shè)計(jì)流速為；設(shè)計(jì)流量為，帶入公式（2-9）、公式（2-8）得:橋下需要過水?dāng)嗝婷娣e： 橋下供給過水?dāng)嗝婷娣e（最小值）： （2） 橋孔凈長檢算為保守起見，初步設(shè)定橋墩寬度（順橋向）為4m，按32m簡支箱梁布置橋墩，由斷面圖2-4可知，河流寬度為，最多布置13跨，最多有橋墩14個(gè)，由斷面CAD圖紙可得，設(shè)計(jì)流量通過天然河道時(shí)，橋下毛過水?dāng)嗝婷娣e為： 設(shè)計(jì)水位下，平均水深 則橋下實(shí)際可供給的過水?dāng)嗝婷娣e為：故本橋滿足排洪泄沙的要求。2.5.2 孔涇檢算（梁底高程檢算）（1） 壅水高度根據(jù)鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條，橋前壅水高可用下式計(jì)算： （2-10）式中， ：橋前最大壅水高度；：

34、系數(shù)從表2-12查取；：斷面平均流速，為設(shè)計(jì)流量被全河過水?dāng)嗝娉弥?；：橋下平均流速，按?-13計(jì)算； 表2-12 系數(shù)河段特征河灘路堤阻擋的流量和設(shè)計(jì)流量的比值（%）河灘很小的山區(qū)河流100.05河灘較小的半山區(qū)河流11300.07有中等河灘的平原河流31500.10河灘較大的低洼地區(qū)河流500.15由地址資料圖可知，本橋河灘較小，??；將以上數(shù)據(jù)代入公式（2-10）可得橋前最大壅水高為：表2-13 橋下平均流速計(jì)算表土質(zhì)土的名稱顆粒直徑（mm）松軟土淤泥、細(xì)粒砂、中粒砂、松軟的淤泥質(zhì)砂粘土1及以下=中等土砂礫、小卵石、圓礫、中等密實(shí)的砂粘土和粘土125密實(shí)土大卵石、漂石、密實(shí)的粘土25以

35、上根據(jù)鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條，對(duì)于一般河流，橋下壅水高度為橋前最大壅水高度的一半。橋下壅水高度為：（2） 波浪高度由于缺少實(shí)測資料，浪高公式采用了經(jīng)驗(yàn)公式，為了簡化計(jì)算，本文采用公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)中的查表方法。浪程平均水深按設(shè)計(jì)流量下的斷面平均水深計(jì)算，即：；計(jì)算浪程近似按設(shè)計(jì)水位下的橋孔長度的一半計(jì)算，即：；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和地區(qū)氣象資料，設(shè)計(jì)風(fēng)速為：。查公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-3-13d得，波浪高度。（3） 橋面高程檢算 按設(shè)計(jì)洪水位（不通航）計(jì)算橋面最低高程 （2-11）式中，：橋面最低高程；：按要求對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水位；：各種水面升高值（壅水高、浪高）總和；：橋下凈空安全值，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，按表2-

36、14，?。挥晒剑?-11）可得，不通航時(shí)橋面最低高程為： 按設(shè)計(jì)最高通航水位計(jì)算 （2-12）式中，：設(shè)計(jì)最高通航水位，根據(jù)2.4結(jié)可知，：通航凈空高度；根據(jù)內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)表規(guī)定，取，帶入公式（2-12）求得，結(jié)論：根據(jù)和計(jì)算結(jié)果，本設(shè)計(jì)中梁底最小高程為54.05m。 表2-14 橋下凈空高度序號(hào)橋的部位高出設(shè)計(jì)洪水頻率水位加后最小高度高出檢算洪水頻率水位加后最小高度1梁底（洪水期無大漂流物）0.50.252梁底（洪水期有大漂流物）1.51.03梁底（有泥石流）1.04支撐墊石頂0.25 5拱肋和拱圈的拱腳0.25 2.6 沖刷深度計(jì)算河槽沖刷（1） 河槽一般沖刷計(jì)算 計(jì)算原理 根據(jù)鐵路工程水

37、文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范 ，非粘性土橋下河槽的一般沖刷公式為 （2-13）式中 ， ： 橋下一般沖刷后的最大水深； ：河槽橋孔部分的過水凈寬； ：河槽斷面上的最大水深；：河槽斷面上的平均水深；：與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)，見表2-15；：單寬流量集中系數(shù)，即： 其中，、為造床流量時(shí)的河寬和平均水深，本地址資料顯示河床為復(fù)式河床，按平灘水位計(jì)算。：河槽泥沙的平均粒徑；：河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量，按下式計(jì)算：其中，：天然狀態(tài)河槽部分通過的流量；：天然狀態(tài)河灘部分通過的流量；表2-15 系數(shù)含沙量（） 河槽一般沖刷計(jì)算1）河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量 由表2-7橋下河床斷面天然狀態(tài)下流量計(jì)算，可得： 2）單寬流量集中系數(shù)

38、按平灘水位計(jì)算河寬 按平灘水位計(jì)算平均水深 3）河槽橋孔部分的過水凈寬 河槽部分水面長度為，按簡支箱梁布置橋墩，橋墩最多有個(gè)，橋墩順橋向?qū)挾葹椋傻?）河槽斷面的最大水深和平均水深 由河床斷面圖可知，設(shè)計(jì)水位下河槽部分面積為，河槽部分水面長度為，進(jìn)而可求出：5）和由節(jié)資料可知，汛期含沙量，查表2-14得：。6）計(jì)算橋下河槽一般沖刷后的最大水深（2）河槽局部沖刷的計(jì)算 計(jì)算原理根據(jù)鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條，非粘性土河槽橋墩局部沖刷公式如下：當(dāng)時(shí)， （2-14）當(dāng)時(shí)， （2-15） 式中，：局部沖刷深度；：墩形系數(shù)（橢圓型，取0.96）；：河床顆粒影響系數(shù)，；：河床平均粒徑，??；：橋墩計(jì)算寬度

39、，??；：墩前行進(jìn)流速，：河床泥沙啟動(dòng)流速，：墩前泥沙啟動(dòng)流速，：指數(shù)， 河槽局部沖刷計(jì)算 1）墩前行進(jìn)流速 2）河床泥沙啟動(dòng)流速 3）河床顆粒影響系數(shù) 4）墩前泥沙起沖流速 5）指數(shù)6）墩前局部沖刷 ，由公式（2-14）得，2.6.2 河灘沖刷（1）河灘一般沖刷 計(jì)算原理根據(jù)鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條，粘性土河灘一般沖刷計(jì)算公式為： （2-16）式中，：河灘部分的過水凈寬；：橋下河灘斷面的最大水深；：橋下河灘斷面的平均水深；：沖刷范圍內(nèi)粘土的液性指數(shù)，此處??；：橋下河灘部分通過的設(shè)計(jì)流量，其余未述及參數(shù)與前面節(jié)相同。 河灘一般沖刷計(jì)算 左河灘、右河灘的尺寸由cad斷面圖量得，二者計(jì)算過程相同

40、，按照公式（2-16）分別計(jì)算出左右河灘一般沖刷深度，由于計(jì)算過程較為繁瑣，故此處略，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表2-16所示。表 2-16 河灘一般沖刷計(jì)算參數(shù)左河灘右河灘203138水面寬度65.530.8橋墩數(shù)21橋墩寬度44河灘部分的過水凈寬57.526.8斷面面積322195河灘斷面的最大水深河灘斷面的平均水深4.926.33液性指數(shù)0.160.16一般沖刷深度9.068.75（2） 河灘局部沖刷計(jì)算 計(jì)算原理 根據(jù)鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條，該河流河灘為粘性土，粘性土河床橋墩局部沖刷計(jì)算公式如下： 當(dāng)時(shí)， （2-17）當(dāng)時(shí)， （2-18）式中， ：河灘一般沖刷后墩前行進(jìn)流速， 其余參數(shù)

41、同公式（2-14）、（2-15）和（2-16）中的同名符號(hào)相同，不再贅述。 河灘局部沖刷計(jì)算 按照公式（2-17）或（2-18）分別計(jì)算出左右河灘局部沖刷深度，計(jì)算過程略，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)在表2-17中。表 2-17 河灘局部沖刷計(jì)算參數(shù)左河灘右河灘一般沖刷深度9.068.75橋墩跨度442.32.2計(jì)算公式（2-18）（2-18）墩形系數(shù)0.960.96液性指數(shù)0.160.16墩前行進(jìn)流速7.747.57局部深度1.871.732.7 基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算 根據(jù)鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范第條，鐵路橋基底埋置安全值，對(duì)于一般橋梁，安全值為2m加沖刷總深度的10%。因工程中，常常將標(biāo)高設(shè)為整數(shù)，故基底

42、標(biāo)高實(shí)設(shè)值與計(jì)算值不同，橋下各部分基底標(biāo)高實(shí)設(shè)值列于表2-18。表2-18 沖刷深度和基礎(chǔ)埋置深度匯總左河灘主槽右河灘一般沖刷深度9.0616.788.75局部沖刷深度1.875.751.73總沖刷深度10.9322.5310.48預(yù)留安全值3.094.253.05基底標(biāo)高計(jì)算值36.1721.4136.66基底標(biāo)高實(shí)設(shè)值32.02032第3章 方案設(shè)計(jì)與比選3.1概述橋型方案設(shè)計(jì)與比選是橋梁設(shè)計(jì)者必須十分注意的部分，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響橋梁的安全、工程費(fèi)用、施工、美觀等方面。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮橋梁的結(jié)構(gòu)受力情況、適用性能、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用與造價(jià)以及橋梁的美學(xué)因素等，采用綜合分析法，初步擬定橋梁的合理結(jié)構(gòu)

43、形式及其主要結(jié)構(gòu)尺寸。該階段的主要內(nèi)容包括：橋梁立面設(shè)計(jì)和橋梁平面設(shè)計(jì)；施工組織方案；技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和優(yōu)化方案的選用。3.1.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）線路標(biāo)準(zhǔn)：高速鐵路（2）正線數(shù)目：雙線，線間距（3）設(shè)計(jì)行車速度：設(shè)計(jì)最高時(shí)速，初期運(yùn)行速度（4）通航要求：級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)（通航凈高為）（5）橋梁限界：見高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）圖1.0.6規(guī)定（6）設(shè)計(jì)荷載：ZK標(biāo)準(zhǔn)活載3.1.2 工程概況該橋河寬為，橋址處河灘上層部分為河流沖積相的粘土，下層部分為礫巖；河槽大部分是礫巖，地質(zhì)情況表較好。由第章水文計(jì)算部分可知，該橋橋址處百年一遇的設(shè)計(jì)洪水流量為，設(shè)計(jì)水位為，設(shè)計(jì)最高通航水位為，設(shè)計(jì)最低通航水位，梁底設(shè)

44、計(jì)標(biāo)高為。設(shè)計(jì)水位下，河寬。3.1.3 方案設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料及水文計(jì)算情況，并考慮地形通航要求特點(diǎn)，結(jié)合高鐵的現(xiàn)有規(guī)范及橋梁修建與規(guī)劃情況，充分考慮了不同類型橋梁在高鐵上的應(yīng)用合理性，并且結(jié)合了中國高鐵橋梁建設(shè)的實(shí)例，本設(shè)計(jì)最終選定了三種橋型進(jìn)行方案比選，主要橋型包括以下：第一種方案：連續(xù)鋼桁橋；第二種方案: 三跨雙肢薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋；第三種方案： 勁性骨架系桿拱橋。對(duì)于所選三種橋型方案，從從結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，使用維護(hù)，工程造價(jià)，美觀，施工等方面對(duì)備選方案作出全面的比較，從中選出最佳橋式方案。3.2 主橋方案設(shè)計(jì)3.2.1 方案一：連續(xù)鋼桁橋（1）縱立面設(shè)計(jì) 方案一橋跨組成：預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱

45、梁 +連續(xù)鋼桁橋 + 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，全橋總長，橋面軌頂標(biāo)高為。節(jié)間長度為，主桁采用加豎桿的三角形平行弦桁架，上平縱聯(lián)和下平縱聯(lián)均采用交叉形。橋梁跨長由第2章水文計(jì)算部分確定，要求滿足河流排洪輸沙的基本要求。主橋分孔時(shí)要考慮航道運(yùn)輸要求，結(jié)合水文條件，初步擬定主橋每跨為。圖3-1 連續(xù)鋼桁梁橋立面布置示意圖（途中未注明單位一律為：）三跨連續(xù)梁橋跨度布置的原則是：邊跨和中跨最大彎矩基本相等?；炷吝B續(xù)梁橋中，自重所占比例比活載大，為使各孔彎矩達(dá)到平衡，跨度的合理比例是，這樣可使自重產(chǎn)生的彎矩得以平衡。由于本設(shè)計(jì)中采用的是鋼桁梁橋，自重所占的比例比較小，不需嚴(yán)格按照上述原則，同時(shí)為了美觀，三

46、跨連續(xù)鋼桁梁橋布置成等跨形式。（2）橫斷面設(shè)計(jì)橫斷面設(shè)計(jì)主要參數(shù)如下：1）主桁架：本橋?yàn)殡p線橋，采用雙片主桁，桁高，主桁中心距。2）主桁桿件：荷載比較大，主桁桿件大部分采用箱型截面，桿件寬度為 ，上下弦桿在各節(jié)間的高度相同，為，立柱不受力，采用H型截面。 3）橋面系：采用明橋面形式，橫梁高度為，縱梁高度為，設(shè)道縱梁，縱梁間距2米，對(duì)稱布置于線路中心線兩側(cè)。4）橫向聯(lián)結(jié)系：為增加橋梁整體橫向剛度，應(yīng)盡可能使楣桿下緣逼近橋梁建筑限界，橫梁與楣桿間的距離為，采用工字型截面。圖3-2 橫斷面圖（單位: ）（3）基礎(chǔ)墩臺(tái)設(shè)計(jì)該橋所有橋墩均為圓端形空心墩，距墩頂有3的實(shí)心段，主墩順橋向?qū)?，橫向?qū)?。該橋下?/p>

47、床水文地質(zhì)情況良好，考慮到河灘和主槽地質(zhì)條件不同，河灘采用承臺(tái)加樁基的形式，河槽采用承臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)的形式，具體見1號(hào)圖紙。（4）施工設(shè)計(jì)鋼桁梁架設(shè)的方法主要包括懸臂拼裝法、拖拉法及浮運(yùn)法三種。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到本橋施工時(shí)間段應(yīng)為河流的枯水期，不易采用浮運(yùn)法，又結(jié)合鋼橋施工經(jīng)驗(yàn)，本橋采用施工技術(shù)比較成熟的懸臂拼裝法進(jìn)行施工，這種方法在施工時(shí)，安裝內(nèi)力接近于設(shè)計(jì)內(nèi)力，故安裝時(shí)需要加強(qiáng)的桿件也較少，能節(jié)約工程費(fèi)用和加快施工進(jìn)度等。采用懸臂施工步驟主要有以下幾點(diǎn)工廠內(nèi)進(jìn)行桿件的預(yù)制和部分桿件的預(yù)拼；現(xiàn)場吊機(jī)進(jìn)行懸臂拼裝作業(yè)和進(jìn)行螺栓連接，應(yīng)注意拼裝的順序及確保桿件穩(wěn)定性； 安裝支座，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的體

48、系轉(zhuǎn)換。3.2.2 方案二：三跨雙肢薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋（1）縱立面設(shè)計(jì) 方案二橋跨組成：預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁 +雙肢薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋 + 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，全橋總長，橋面軌頂標(biāo)高為。主橋部分，邊跨，中跨，邊跨與中跨的跨徑之比為，在、橋墩處，墩梁固結(jié)在一起，可以使中墩內(nèi)基本沒有恒載偏心彎矩。中跨支點(diǎn)截面高，高跨比為，跨中截面高度為，跨中截面梁高為支點(diǎn)截面梁高的，梁底曲線為拋物線，邊跨和主跨合攏段各為直線段。圖3-3 雙肢薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋縱立面（單位：）（2）橫斷面設(shè)計(jì)剛構(gòu)橋橫截面形式有：板式、肋梁式和箱型截面。箱型截面具有很好的抗彎和抗扭性能，因此本方案采用采用箱型截面。主要參數(shù)如下：1）主橋上部結(jié)

49、構(gòu)為變截面箱梁，單箱單室形式。橋?qū)?，主跨支點(diǎn)截面高度，跨中截面高度為；2）支點(diǎn)截面：上翼緣板厚，下翼緣板厚，腹板厚度；3）跨中截面和邊跨合攏段截面：上翼緣板厚，下翼緣板厚，腹板厚度；圖3-4 剛構(gòu)橋橫斷面圖（單位：）（3）基礎(chǔ)墩臺(tái)設(shè)計(jì)連續(xù)剛構(gòu)橋跨越能力大，承載能力強(qiáng)，但也有缺點(diǎn)，尤其是基礎(chǔ)不均勻沉降、溫度變化對(duì)其影響很大，因此要求基礎(chǔ)必須有高的承載能力。本橋所在處，主槽部分位于礫巖上，地質(zhì)條件較好，但為了防止基礎(chǔ)不均勻沉降、河流沖刷等對(duì)其造成不利影響，主橋基礎(chǔ)全部采用樁基礎(chǔ)的形式，樁底標(biāo)高為，樁徑為。由于橋墩不是很高，本橋采用豎直雙肢薄壁墩，這樣的結(jié)構(gòu)不僅能增加橋墩縱橋向豎向荷載作用下的剛度，而且其水平抗推剛度較小，在橋梁縱向允許的變位大。此外，雙肢結(jié)構(gòu)能減小主梁附加彎矩，故可以減