下承式系杆拱桥设计计算书样本.doc

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前 言

大学四年的学习生活转瞬即逝, 在毕业前的毕业设计对我们而言尤为重要。它不但仅是学校教学要求的一个重要环节, 更是培养我们独立工作能力、 理论联系实际的能力、 严谨设计能力等能力的一个重要的手段。经过认真的完成毕业设计, 能够系统的运用所学的知识, 也能够经过毕业设计来查找理论知识存在的不足。
本设计是在指导老师的悉心指导下完成的, 横店大桥的设计主要从桥梁方案的设计与比较, 桥梁的结构内力计算, 预应力筋的配置设计, 预应力损失的计算, 截面强度、 应力验算等几个方面进行。在桥梁方案比选时, 首先根据地形地质条件, 桥梁的总长, 大致确定要选用的六个基本方案, 经过初步的比较分析, 再从六个基本方案中初选三个方案, 按照安全、 实用、 经济、 美观、 有利于环保的原则, 确定最终的方案。本设计考虑到水位情况、 基础埋深、 桥面宽度、 施工方法等等因素, 最终选用跨径为120米的双幅上承式钢筋混凝土箱肋拱桥。箱型肋拱相当于在箱型板拱基础上去掉部分箱肋构成的, 除具有箱型板拱的优点之外, 比箱型板拱更加节省混凝土数量, 减小恒载重力, 减少墩台圬工数量, 降低造价。如将1989年建成的四川省第一座跨径为100米的钢筋混凝土箱型拱肋与箱型板拱定型设计相比, 重力与水平推力分别减少小了48%和40%, 相当于减小了下部结构圬工数量, 从而降低了总造价。另外, 在外观上, 箱型拱肋拱桥线形清晰明快, 轻盈美观, 施工也比较方便, 本设计采用缆索吊装施工。由于, 箱型拱肋桥的这些优点, 当前在混凝土拱桥中已被普遍采用。其它结构的设计以及细部的处理都参照了相应的规范和手册进行。在计算时, 经过手算和桥梁博士软件计算相结合, 进行了截面配筋、 应力计算等工作。在模型的建立过程中, 对于细部的处理, 如怎何施加刚臂、 如何添加主从约束等问题有了更清晰的认识, 在整个设计的过程中, 手工制图、 CAD制图、 桥梁电算、 手算等能力有了明显的提高, 独立分析计算的能力得到了长足的发展。
本设计旨在经过合理的设计, 达到安全、 实用、 经济、 美观、 有利于环保的目的, 同时, 要达到学以致用、 举一反一的程度。经过计算分析, 结构的设计是安全可靠、 合理的。经过毕业设计, 收获很多、 感触颇深, 但由于本人能力和知识水平有限, 错误之处在所难免, 恳请各位老师、 同学批评、 指正。

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 设计资料及概述 1
1.1 技术标准 1
1.2 自然概况 2
1.3 设计规范 2
1.4 说明 2
第2章 方案设计与比选 3
2.1 初选设计方案说明 3
2.2 方案比选 3
2.3 推荐桥型方案 12
第3章 营运阶段的设计计算 13
3.1主要技术标准及控制条件 13
3.1.1设计标准 13
3.1.2 主要规范、标准 13
3.2 主要材料及技术性能 13
3.2.1混凝土 13
3.2.2预应力钢束的物理力学参数取值 14
3.2.3沥青混凝土 14
3.3结构尺寸拟定 14
3.3.1基本计算数构造 14
3.3.2桥型尺寸拟定 15
3.3.3主桥上部构造 15
3.4下部构造 17
第4章 主梁内力计算 18
4.1 计算模式 18
4.1.1 单元划分 18
4.1.2边界条件 20
4.1.3 横向分布系数计算 21
4.1.4 汽车冲击系数的确定 21
4.1.5索力调整 21
4.2 设计荷载及荷载组合 23
4.2.1设计荷载 23
4.2.2 使用荷载组合 24
4.3 主梁截面内力计算 24
4.3.1承载能力极限状态荷载组合 24
4.3.2正常使用极限状态荷载组合 29
4.3.3内力包络图 36
4.4系杆预应力钢束的估算和配置 38
4.4.1预应力钢束估算 38
4.4.2．配束后内力计算及内力组合 39
4.5系梁持久状况承载力极限状态验算 42
4.6系梁持久状况正常使用极限状态验算 44
4.7系梁持久状况下预应力混凝土构件应力验算 47
4.8拱肋强度验算 49
4.9桥面板计算 52
第5章 施工要点和方案概要 58
5.1 建筑材料 58
5.2 下部结构施工 58
5.3 上部结构施工 59
5.4 桥台施工 61
5.5 引桥施工 62
5.6 其它施工注意事项 62
5.7 施工安排 63
结束语 65
致 谢 66
参考文献 67

摘 要

本次设计的对象是横店大桥。根据所给地形和其它设计参数, 联系已建桥以及有关文献, 结合相关规范, 进行方案设计。采用钢管混凝土系杆拱桥, 跨径为140m, 系梁高为2.2m 在端部加强, 横梁高为1.1m。本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行桥型方案比选, 对主桥进行总体布置设计, 然后对上部结构进行内力、 配筋计算, 再进行强度、 应力验算。同时, 本设计严格遵从交通部颁布实施的关于此类桥梁设计、 施工规范, 最终达到了理论与实践相结合。

关键词: 钢管混凝土,系杆拱桥,预应力

ABSTRACT

The 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 设计资料及概述
1.1 技术标准
1.桥宽: 0.25米护栏+1.5米人行道+7米行车道+1.5米人行道+0.25米护栏
2.桥面高程: 左岸为1056.89米, 右岸根据桥长按2%纵坡计算可得。
3.桥面横坡: 单向1.5%。
4.桥面纵坡: 单向2%。
4.作用等级: 公路II级。
表1.1 地面线
编号
里程桩号
地面高程
1
+416.17
1056.89
2
+434.171
1049.60
3
+451.171
1045.02
4
+457.171
1042.13
5
+464.171
1042.21
6
+470.171
1033.59
7
+478.171
1033.56
8
+495.171
1016.97
9
+508.171
1011.92
10
+517.170
1007.06
11
+524.171
1000.84
12
+559.671
1042.62
13
+565.171
1044.18
14
+574.171
1044.03
15
+580.671
1045.78
16
+588.171
1047.89
17
598.171
1053.07
18
628.171
1067.50
注: 尺寸单位: m
1.2 自然概况
气候水文地质情况: 月平均气温最高为35度, 最低为-10度; 没有河流经过, 故可不考虑通航问题; 地质情况为, 覆盖层为2～4米, 弱风化基岩埋深20～30米。
1.3 设计规范
[1] 中华人民共和国交通部部标准: 公路桥涵施工技术规范( JTJ041- ) , 北京, 人民交通出版社,
[2] 中华人民共和国交通部部标准: 公路桥涵设计通用规范( JTG D60- ) , 北京, 人民交通出版社,
[3] 中华人民共和国交通部部标准: 公路桥涵设计手册( 桥梁附属结构和支座) , 北京, 人民交通出版社, 1985年
[4] 中华人民共和国交通部部标准: 公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范( JTJ041- ) , 北京, 人民交通出版社, 。
1.4 说明
本毕业设计的课题任务是横店桥的设计。我经过设计资料了解了桥梁所处地理位置, 气候条件以及设计要求等相关信息, 根据所学的知识在综合使用状况、 施工方法、 工程造价及工期等多方面因素后进行桥型方案的初步设计, 我的初步设计5个方案是: 预应力混凝土连续刚构桥、 预应力混凝土连续梁桥、 上承式混凝土拱桥、 下承式混凝土系杆拱桥和简支梁桥。然后从初拟的5个方案中选定了预应力混凝土连续梁桥、 上承式混凝土拱桥和下承式混凝土系杆拱桥三个方案。经过对选定的方案比较( 主要考虑了经济指标和施工的难易程度以及运营效果) , 最后选定下承式混凝土系杆拱桥方案作为推荐桥型方案。

第2章 方案设计与比选

2.1 初选设计方案说明
1、 跨径为55+80+55m预应力混凝土连续刚构桥;
2、 跨径为55+80+55m预应力混凝土连续梁桥;
3、 主跨为80m的上承式混凝土拱桥;
4、 主跨为140m的下承式钢管混凝土系杆拱桥;
5、 跨径为6*30m的简支梁桥;
2.2 方案比选
方案比选主要依据适用、 经济、 安全、 美观、 有利于环保的原则进行, 因地制宜选择合适的桥型, 以期达到预期的经济和社会效益, 同时考虑要符合桥梁发展的客观规律, 体现现代新科技的成就。桥型的选择要求在技术是可靠的, 在施工上是切实可行的。综上所述, 本次设计的三个比选方案如下:
方案Ⅰ 三跨预应力混凝土连续梁桥
( 1) 桥跨布置
总体布置55m＋80m＋55m( 三跨连续刚构) ＝190m, 中跨与边跨之比为1∶0.6875。
( 2) 方案构思
连续梁桥墩梁固结, 支点截面负弯矩能够大大消弱跨中截面正弯矩。高墩中常采用空心墩。预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、 变形小、 伸缩缝少、 行车平顺舒适、 造型简洁美观、 养护工程量小、 抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。
图2.1 连续梁桥型总体布置图( 单位: cm)
( 3) 上部结构设计
连续梁桥主梁采为变截面单室箱梁, 墩顶梁高5m, 高跨比为1/16.2, 跨中梁高2.5m, 为支点梁高的1/2。箱梁顶宽10.5m, 底板宽6m, 悬臂2m。顶板厚度统一采用25cm,底板厚度采用变厚度,由墩顶的70cm逐渐过渡至跨中的40cm,梁高、 底板厚度对于中间各段按二次抛物线变化,以满足受力及桥梁线形上的需要。腹板厚度也采用变厚度构造,跨中部分为35cm, 墩顶部分为65cm。
( 4) 下部结构设计
由于连续梁桥采用墩梁以支座连接的形式, 在上部主梁自重大。故本桥下部采用了空心墩形式。在本方案中, 采用直径位3m的空心墩, 壁厚位70cm。
( 5) 基 础
主墩基础承台是连成整体的, 共采用6根直径为200cm的钻孔灌注桩, 为保证主墩基础具有足够的刚度, 钻孔灌注桩打入微风化泥质岩层, 按嵌岩桩设计, 承台整体埋置在土中。承台及钻孔灌注桩均采用C30混凝土。
施工方案
基础工程及下部结构施工时, 开挖基础, 用回旋钻机钻孔并灌注混凝土成桩。待桩基混凝土强度达到80%时, 浇筑承台混凝土封底, 再浇筑钢筋混凝土承台大致积混凝土。主墩高度较高, 可直接在承台顶面搭支架分节段现浇。完成主墩浇筑, 待达到设计强度后即可进入主桥上部结构施工, 主梁采用变截面布置适合悬臂施工法, 本桥施工采用挂篮平衡悬臂浇筑法, 0号块和1号块采用搭支架现浇, 而且采取临时锚固措施, 然后采用挂篮悬臂现浇施工, 跨中合龙, 合龙顺序为先边跨合龙后中跨合龙。在桥的两端采用搭满堂支架现浇的方法, 最后安装防撞栏和进行桥面铺装的施工。施工阶段的主梁内力和运营阶段的主梁内力基本一致。
表2.1 连续梁桥方案主要工程数量表
材料
混凝土( )
钢材(t)
C50
C35
C30
C25
C15
沥青
钢筋
钢绞线
主梁
1994.38

358.99
11.66
现浇段

39.89

7.18

桥面铺装

208.37

横隔板

78.86

桥墩
墩身

223.32

10.52

墩台

378

56.7

桩基

7539.82

414.27

桥台
台帽 台身

74.07
438.26

基础

359.94

人行道栏杆

428.4

合计
1994.38
39.89
601.32
8121.1
798.2
208.37
847.66
11.6

方案Ⅱ 上承式混凝土拱桥
( 1) 总体布置
　 2×20m( 预应力砼简支空心板 ) ＋9×10m(90m上承式混凝土拱桥)＋2×20m( 预应力砼简支空心板) ＝170m。
( 2) 方案构思
拱桥是一种理想的充分发挥材料受压性能的桥型, 以往的由于大跨度拱桥施工所需的拱架费用极高, 限制了大跨度拱桥的发展, 同时大跨度拱桥施工产生的水平推力较大, 因此往往作为跨越山涧峡谷的发展。本方案属宽浅式沟谷, 无河流经过, 故可不考虑通航, 因而考虑采用上承式拱桥。考虑到经济原因, 混凝土拱桥用混凝土方量较大, 本方案主跨80米跨度适中。美学上, 上承式拱桥曲线线形优美, 给人以遐想的空间, 通行视距良好。主拱板为主要受压构件, 充分利用了混凝土材料性能, 外形刚劲而不粗壮冗余。同时考虑到线性和受力特性, 采用悬链线拱, 矢高取为整数15米, 矢跨比为1: 5.5。
图2.2 上承式拱桥桥型总体布置图( 单位: cm)
( 3) 桥面宽度
主桥行车道宽2×3.5=7m ,两侧人行道为2×1.5=3m,两侧护栏为2×0.25=0.5m, 桥的总宽为10.5m。桥面横坡2％。
( 4) 主拱拱圈
主拱拱圈采用上承式箱拱悬链线无铰拱, 计算跨径80m, 计算矢高15m, 矢跨比1/5.5, , 拱圈由六个1.5m预制拱箱组成, 现浇拱接缝与拱圈形成整体并受力。拱圈宽9.5m。拱圈内每4m设置一块横隔板, 尺寸为170cm×116cm, 厚8cm, 拱圈上部分9跨, 每跨10m, 立柱下均设置横隔板。
(5)混凝土盖梁及桥面板
盖梁采用普通钢筋混凝土盖梁, 盖梁宽10.5m, 梁高1m。桥面板为预制空心板, 现浇3cm 防水混凝土及10cm沥青混凝土铺装层构成(铺装层设置双向2%横坡)。空心板高0.5m, 宽1m, 截面挖孔, 孔径0.15m圆孔。桥宽方向需布置9个空心板, 每个空心板之间以湿接缝连接。
(6)立柱
立柱标准间距为10m, 采用C35混凝土现浇, 每组桥宽方向布置二个立柱, 立柱截面尺寸均为直径1.0m圆柱。每组立柱净距4.0m, 靠拱脚处立柱设置横系梁, 以保证立柱刚度和稳定性。
(7)墩台与基础
2号、 11 号墩是拱桥的边墩; 每墩采用2根Φ1.5m柱式墩, 墩顶经过单向活动板式橡胶支座与拱上简直空心板交接。拱座为高14米, 宽14.5米大致积混凝土工程, 施工时应采取可靠措施防止水化热的危害, 防止拱座块体内外温度差过大。拱座为C15 混凝土。宽桥台为重力式桥台。大桥1号、 12号边墩采用柱式墩, 分两层, 上层采用2根Φ1.5m柱式墩, 下层采用 2根Φ1.8m柱式墩, 交接处设置横系梁以增加横向刚度及稳定性。
( 8) 引桥
两岸引桥各为两跨简支梁, 由于引桥采用预应力混凝土简支空心板梁桥, 每跨采用10片预制空心板梁, 空心板高度1m, 每个空心板之间以湿接缝连接。引桥支座选用板式橡胶支座。引桥总宽为: 10.5m, 桥面横坡2％, 由于在满足两头公路通车的要求时, 跨中桥面标高早已满足要求, 因而标高以路堤标高控制。
( 9) 施工方案
拱桥基础工程均采用明挖基础, 首先对于基础施工, 开挖基坑, 现浇混凝土。拱座混凝土属于大致积混凝土, 特别注意施工时混凝土散热, 确保拱座不致因过高的温度应力而开裂。主拱圈采用缆索吊装悬臂拼装焊接, 主拱圈由工厂预制, 试拼合格后经过车辆运至现场缆索吊装, 这种方法的要点是在拱脚墩, 台处安装临时的钢或钢筋混凝土塔架, 用缆索一端拉住拱圈节段, 另一端在台后并锚固在岩盘上, 这种逐节向河中悬臂架设, 直至拱顶合龙。主拱圈合拢后, 开始修建立柱, 现浇盖梁, 吊装预制板桥面板, 现浇湿接缝现浇, 防撞栏及桥面沥青砼铺装等。
表2.2 上承式拱桥方案主要工程数量表
材料
混凝土( )
钢材(t)
C50
C40
C30
C25
C15
沥青
钢筋

上部结构
主梁
706.188

91.8
现浇段

275.027

桥面铺装

96.526

横隔板

桥墩
立柱

901.47

58.6

下部结构
墩身

239.85

15.59
桩基

885.61

55.62

桥台
台帽台身

93.75
554.38

基础

637.89

主拱圈

863.73

73.42
人行道及栏杆

379.96

合计
1569.9
275.02
1141.3
1359.3
1192.2
96.52
73.4

方案Ⅲ 下承式钢管混凝土系杆拱桥
总体布置
20m( 预应力砼简支空心板梁 ) ＋140.5m(下承式钢管混凝土系杆拱桥)＋20m( 预应力砼简支空心板梁) ＝180.5m。
方案构思
钢管混凝土结构在桥梁工程中的应用已有一百多年的历史。早在1879年, 英国的铁路建设中就采用了钢管桥墩。在20世纪30年代末期, 前苏联用钢管混凝土建造了跨度101m的公路拱桥和跨度140m的铁路拱桥。中国从1959年开始研究钢管混凝土的基本性能和应用。1991年5月建成国内第一座钢管混凝土拱桥——四川旺苍净跨115m的下承式钢管混凝土系杆拱桥。
钢管混凝土拱桥, 是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料, 它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性, 同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用, 使核心混凝土处于三向受压状态, 从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。
钢管混凝土本质上属于套箍混凝土, 因此, 除具有一般套箍混凝土的强度高、 塑性好、 质量轻、 耐疲劳、 耐冲击外, 尚具有以下几方面的独特优点: ( 1) 钢管本身就是耐侧压的模板, 因而浇筑混凝土时, 可省去支模、 拆模等工序, 并可适应先进的泵送混凝土工艺。( 2) 钢管本身就是钢筋, 它兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用, 既能受压, 又能受拉。( 3) 钢管本身又是劲性承重骨架, 在施工阶段可起劲性骨架的作用, 在使用阶段又是主要的承重结构, 因此能够节省脚手架, 缩短工期, 减少施工用地, 减低工程造价。( 4) 在受压构件中采用钢管混凝土, 可大幅度节省材料。理论分析和工程实践都表明, 钢管混凝土与钢结构相比, 在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下, 可节省钢材约50%, 焊接工作量显著减少; 与普通钢筋混凝土相比, 在保持钢材用量相当和承载能力相同的条件下, 可减少构件横截面面积约50%, 混凝土和水泥用量以
及构件自重也相当于减少一半。本方案属宽浅式沟谷, 无河流经过, 故可不考虑通航,
因而考虑采用中承式拱桥。考虑到经济原因, 本方案主跨140米跨度适中, 两侧各设置20m跨的预应力混凝土简支T梁作为引桥。美学上, 中承式拱桥曲线线形优美, 外形刚劲而不粗壮冗余, 给人以遐想的空间。同时考虑到线性和受力特性, 采用悬链线拱, 矢高取为整数30米, 矢跨比为1: 5。
图2.3 中承式钢管混凝土拱桥桥型总体布置图( 单位: cm)
桥面宽度
主桥行车道宽2×3.5=m , 两侧人行道为2×1.5=3m,两侧护栏为2×0.25=0.5m, 桥的总宽为10.5m。桥面横坡2％。
主拱拱圈
主拱拱圈采用下承式悬链线无铰拱, 计算跨径140m, 计算矢高30m, 矢跨比1/5, , 每肋由2根直径φ1200mm、 壁厚12mm的16Mn钢管组成, 内灌40号混凝土作为弦杆, 上弦和下弦横向两根钢管之间用缀板连接, 内灌40号混凝土横向成哑铃形; 上下弦之间用直径φ350mm、 壁厚10mm的钢管作为腹杆, 组成桁式拱肋, 肋高3.5m, 肋宽1.8m。
主梁设计
主桥主梁采用吊杆悬吊横梁, 横梁上放置空心板的形式。其中, 横梁长11m, 宽0.8m, 高1.1m; 空心板高0.5m, 宽1m, 横向布置9块。
混凝土实心墩
墩柱采用普通钢筋混凝土矩形墩, 墩宽3m, 上部设置交界墩。采用C35混凝土现浇, 每组桥宽方向布置二个墩柱, 立柱截面尺寸均为宽3.0m矩形柱。墩柱中部设置横系梁, 以保证立柱刚度和稳定性。
桥台和拱座
大桥桥台台帽采用C20混凝土, 台身和基础均采用C15片石混凝土, 桥台长7.5m, 高9m, 宽11m。拱座局部采用C25混凝土, 基本采用C15片石混凝土, 长高均为14m, 宽14.5m, 根部局部掏空以减少混凝土用量。桥台和拱座均属于大致积混凝土工程, 施工时应采取可靠措施防止水化热的危害, 防止块体内外温度差过大, 造成开裂。
引桥
引桥采用20m预应力混凝土简支空心板梁。采用C50标号混凝土预制。每跨采用10片预制空心板 梁, 空心板高1m。空心板间以湿接缝连接保证主梁整体性和稳定性。桥面设置2%横坡。
施工方案
本桥采用采用分段缆索吊装方法施工, 每条拱肋分15段由工厂预制。上下游拱肋相应节段用贝雷架临时组拼成四边形组合节段经陆路运抵桥位, 并立即由缆索垂直起吊安装就位; 段与段间由多点螺栓定位, 已安装的节段由临时吊索扣于承重主索上并逐步调整拱肋标高。如此往复, 直至所有节段安装完毕, 再经多次拱轴线的调整, 当达到设计精度后, 即可焊接每段间的接头焊缝及外包加劲钢板。
合拢后的施工加载分为三大步骤: 主拱肋浇灌混凝土、 吊装横梁、 安装桥面空心板及现浇桥面铺装。
先用多点对称灌注的方法浇筑横缀板内的混凝土, 再用泵送混凝土浇筑钢管弦杆内的混凝土, 每次一条, 上下游跳开浇灌, 由桥两端同时自拱脚到拱顶泵送。
用天线缆索, 按一定的顺序吊装10道预制横梁, 另两条肋间横梁以及立柱横梁采用肋上吊模现浇施工。
吊杆防锈以及上锚头均在工厂预先做好, 准确量取长度后穿挂于拱肋上; 在空中散开的状态下安好下锚头并穿过横梁用螺母锚于梁底。为了改进抗震性能, 在吊杆两端均安设防震圈。利用横梁先导通两条轨道, 安装简易滑车, 逐条架设槽形板。拆除边跨临时支架, 完成预计的预拱度。

表2.3 下承式钢管混凝土系杆拱桥方案主要工程数量表
材料
混凝土( )
钢材(t)
C50
C40
C30
C25
C15
沥青
钢筋
钢绞线

上部
结构
主梁
750.44

97.56

现浇段

292.02

桥面铺装

184.29

主拱圈
横梁

256.45

110.57

拱圈
736.83

45.99

系杆
1308.7

104.7
39.26
吊杆

41.36

下部
结构
桥墩
墩身

660.78

41.5

桩基

10336.9

649.16

桥台
台帽台身

75.12
479.65

基础

402.57

60.39

人行道及栏杆

379.05

合计
750.44
548.47
660.78
10791.07
882.22
184.29
959.18
39.26

项目
方 案
桥长
分孔
适用性
安全性
美观性
施工难易
第一方案
三跨变截面预应力混凝土连续梁桥
190m
55m＋80m＋55m( 三跨连续梁)
桥面连续, 伸缩缝少, 视野开阔。必须墩高才能保证主墩具有足够的柔性, 高跨比也要协调适中。后期变形大。
主孔的跨度为80m, 比较大, 施工难度较大; 工期较长;
主桥后期营运养护费大;
行车平顺舒适。

主桥线条简洁明快, 外型朴素大方, 线形流畅, 视野开阔, 与引桥上部结构形式协调统一, 相得益彰。
悬臂施工经验足, 进度快技术经济合理。需要设置预应力, 需要调整索力, 要临时锚固。
第二方案

上承式混凝土箱板拱桥
170m
2×20m( 预应力砼简支空心板) ＋9×10=90m( 上承式混凝土拱桥) ＋2×20m( 预应力砼简支空心板)
主跨80m, 桥下净空大, 拱脚设置在岸上, 无防撞要求;
跨数不多, 成桥后视野开阔。后期维护费用少, 变形量小。

主孔的跨度为90m, 跨度适中,
引桥预制吊装, 质量高, 工期有保障, 主桥后期营运养护费较少, 行车较平顺。
桥型气势宏伟, 外观优美, 顺滑曲线令人遐想无限。整座桥特有一种秩序感和韵律感, 拱圈一显得”一桥飞架南北”的感慨。
缆索施工经验已经基本成熟, 没有通航要求施工方便, 成拱后施工进度快, 简单, 安全性好。便于控制。
第三方案
下承式混凝土预应力系杆拱桥
180m
20m( 预应力砼简支空心板) +140m系杆拱+20m( 预应力砼简支空心板)
主跨80m, 桥下净空大, 系杆拱位无推力拱, 对下部基础要求较低, 成桥后线形优美。
主孔的跨度为140m, 跨度适中,
引桥预制吊装, 质量高, 工期有保障, 主桥后期营运养护费较少, 行车较平顺。
桥型气势宏伟, 外观优美, 外观大气, 稳定性好。
缆索施工经验已经基本成熟, 能够节省大量钢材和水泥施工方便, 施工要求较高。
表2.4 桥型方案比较表
2.3 推荐桥型方案
从方案比较中我们能够看到, 第二和第三方案在安全, 功能, 美学感觉上, 使用期维护等方面占据优势, 第一方案桥型虽然技术比较先进, 也比较优美, 但施工相对复杂, 连续梁桥跨养护费用高, 需要配置预应力钢筋, 施工比较困难。而第二方案虽然构造简单, 但桥墩修建较多, 立柱设置比较复杂。经技术比较之后, 最终确定推荐方案为: 下承式预应力混凝土系杆拱桥。

第3章 营运阶段的设计计算

3.1主要技术标准及控制条件
3.1.1设计标准
①、 设计荷载: 公路－II级
②、 设计行车速度: 80km/h
③、 主桥断面: ｛2.0m(系杆区)+ 0.5m( 人行道护栏) +1.5m( 人行道) +7.0m( 车行道) +1.5m( 人行道) + 0.5m( 人行道护栏) +2.0m(系杆区)｝=14.5m。
④、 引桥断面:｛1.75m(人行道含栏杆)+7m(车行道)+ 1.75m(人行道含栏杆)｝=10.5m
⑤、 桥面纵坡: ≤3%
⑥、 桥面横坡: 双向1.5%
3.1.2 主要规范、 标准
1、 《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—
2、 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 JTG D62—
3、 《公路工程地质勘察规范》JTJ064–98
4、 《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTJ022–85
5、 《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-
6、 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025–86
7、 《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97
8、 《城市桥梁设计荷载标准》CJJ77-98
9、 工程建设标准强制性条文( 公路工程部分)
3.2 主要材料及技术性能
3.2.1混凝土
根据文献, 主梁采用中交新混凝土: C50 混凝土。有关该混凝土的参数取值如下:
拉压弹性模量: E=34500 MPa
剪切弹性模量: G=13800 MPa
泊桑比: v=0.2
温度膨胀系数: alfa= 1e-005/度
3.2.2预应力钢束的物理力学参数取值
预应力钢束采用直径为15.24mm 的预应力钢绞线, 预应力管道采用性能优良的预埋波纹管。钢绞线的主要力学性能如下:
极限抗拉强度: f pk = 1860MPa, 张拉控制应力: 0.75 f pk = 1395MPa
预应力钢束与管道的摩阻系数: μ = 0.22, 预应力管道的偏差系数: k = 0.001。
弹性模量: E=1.95×105MPa, 钢筋松弛率: ≤ 0.035
两端锚具变形及钢筋回缩值: ≤ 12mm
3.2.3沥青混凝土
沥青混凝土型号为 SMAy=23KN/m3
3.3结构尺寸拟定
3.3.1基本计算数构造
根据《公预范》中各条规定, 混凝土、 纲绞线和钢筋的各项基本数据以及在各阶段的容许值, 如表3.1 所列。

表3.1 基本计算数据
名称
项目
符号
单位
数据
主梁混凝土
立方体强度标准值
fcu,k
MPa
50
弹性模量
Ec
MPa
3.45×104
轴心抗压强度标准值
fck
MPa
32.4
轴心抗拉强度标准值
ftk
MPa
2.65
轴心抗压强度设计值
fcd
MPa
22.4
轴心抗拉强度设计值
ftd
MPa
1.83
短暂状态
极限压应力
0.7f’ck
MPa
20.72
极限拉应力
0.7f’ck
MPa
1.757
持久状态
压应力极限值:

极限压应力
0.5fck
MPa
16.2
极限主压应力
0.6fck
MPa
19.44
拉应力极限值:

短期效应组合极限拉应力
σst－σpc≤0.7ftk
MPa
1.855
短期效应组合极限主拉应力
0.7ftk
MPa
1.855
长期效应组合极限拉应力
σlt－σpc
MPa
0
φ15.2钢绞线
标准强度
fpk
MPa
1860
弹性模量
Ep
MPa
1.95×105
抗拉设计强度
fpd
MPa
1260
最大控制应力σcon
0.75fpk
MPa
1395
持久状态应力:

标准荷载组合
0.65fpk
MPa
1209
材料容重
钢筋混凝土
γ1
KN/m3
25
沥青混凝土
γ2
KN/m3
23
钢绞线
γ3
KN/m3
78.5

钢绞线与混凝土的弹性模量比
αEP
无量纲
5.65
注: 、 分别为钢束张拉时混凝土轴心抗压、 抗拉强度标准值, 本例考虑混凝土强度达到设计强度的90%时开始张拉预应力钢束, 即混凝土强度等级为C45时开始张拉钢束, 因此, = 29.6 MPa , = 2.51 MPa 。
3.3.2桥型尺寸拟定
跨径布置: 桥梁为10.5米净宽, 主桥采用下承式钢筋混泥土系杆拱桥, 主桥标准跨径为140.5m, 计算跨径为140米。全桥总布设: 北岸引桥布跨为20m( 普通钢筋砼空心板梁) ; 主桥为140米下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥; 南岸引桥布跨为20m( 普通钢筋砼空心板梁) 。
3.3.3主桥上部构造
主桥截面形式及主要尺寸
a) 拱肋行式
本次设计采用的是钢筋混凝土拱肋, 计算跨径140m, 计算矢高比1/5, 拱轴线形式采用二次抛物线形式, 拱轴线方程为:
式(3.1)
主桥采用圆形截面的拱肋, 矢高 30m, 壁厚为14mm, 内填C50 微膨胀混凝土的钢管混凝土拱肋, 钢管外径为120cm。

图3.1 拱肋截面图(单位: cm)

b) 系梁的尺寸拟定:
系梁断面宽1.4m, 高2.2m。系梁在俩端支座处局部加强, 宽2m, 高3.5m。具体尺寸如图
图3.2 系杆示例图(单位: cm)
c)横梁尺寸拟定:
中横梁采用箱型实心预应力混凝土截面1.1m。具体尺寸如图2.5(a)所示, 端横梁具体尺寸如图
图3.3 横梁示例图(单位: cm)
d)吊杆尺寸拟定:
吊杆: 全桥共设21对吊杆, 吊杆为钢筋混凝土圆形截面, 直径为15cm。吊杆内设12 根中交新预应力筋:270K 级钢绞线(15.24)。
e)预应力体系:
纵向预应力钢索采用 ASTM: 270K 级低松弛钢绞线