大学毕业设计-中南大学-桥梁毕业设计.doc

中 南 大 学 毕 业 设 计 基本资料II中 南 大 学 毕 业 设 计 第一章 基本资料第一章 基本资料 该公路建成后，将与整个重庆市以及相邻的四川省的公路网相连，形成该地区的公路主骨架和快速通道，改善该地区的交通状况和投资环境，有力地支援重庆东部落后地区的工业建设，为三峡工程提供交通保障，从而推动三峡库区乃至整个重庆市和中国西南地区的经济发展。1.1.1 地质条件本地区于长江上游，地质条件比较好。地质条件为：亚粘土，部分分布，厚度34m；强风化砂岩，全场分布，厚度810m；弱风化砂岩，全场分布，厚度610m；弱风化断层角砾岩，部分分布，厚度34m；变质砂岩以及弱风化片岩，分布至探测深度。1.1.2 水文条件根据水文站多年历史统计资料进行分析计算，该桥桥位处三百年一遇水位为2.80m。测时水位为0.2m，最高通航水位1.92m。该地区降水量多年平均值为1465.1mm、最大年为2121.7mm、最小年为940.3mm，丰、枯年降水量之比为2.26。其中39月的降水量占全年总量的79%，主要降水量为春雨、梅雨和台风雨。而流域的大洪水主要由春雨和台风雨所形成。该地区的平均蒸发量为1471.4mm。1.1.3 气象条件本流域属中亚热带季风气候，冬夏较长，春秋较短，温暖湿润。多年平均气温为18.0，月平均最高气温为34.2（七月），月平均最低气温为2.4（一月），极端最高气温为41.5（1966年8月6日），极端最低气温为-8.2（1967年1月16日）。平均水气压为17.3hpa，平均相对湿度为76%，平均风速为1.3m/s，多年平均最大风速为14.0m/s。1.2 主要设计技术标准1、设计荷载：公路级2、桥梁宽度：全桥采用双向6车道，由两幅独立的梁组成，每幅梁宽为：0.5 m（外护栏）+11.25 m（3行车道）+0.5 m（内侧护栏），共计12.25m。全桥宽25.5m。3、坡度：左侧纵坡2.415%，右侧纵坡 2.3561，横坡24、截面形式：变截面箱梁5、材料： 砼： 梁体砼标号 C50 封端砼标号 C50 墩台砼标号 C30 钢筋： 纵向预应力钢筋采用1275钢绞线（极限抗拉强度1860MPa），普通钢筋采用HPB335钢筋， 锚具： OVM型预应力张拉锚固体系，选用与之配套的YWC型千斤顶。 支座： 采用GPZ（II）系列盆式橡胶支座，6、通航要求：级通航要求，7、设计洪水频率：1/100，8、地震参数：不考虑地震。1.3 设计依据与内容1.3.1 设计规范1、公路桥涵设计规范2、公路工程技术标准（JTG B01-2003）3、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）5、其他有关设计规范1.3.2 设计内容1、拟定多个桥式方案，完成其桥长确定、主跨结构型式选择、分孔布置、墩台型式选择及施工方案的选择。各方案可以是悬索桥、斜拉桥、拱桥、连续体系梁桥和简支梁桥。结构材料可以是钢桥，也可以是普通混凝土及预应力混凝土桥。2、拟定各方案的上下部结构尺寸。3、方案比选及评价。4、拟定施工方案。5、采用桥梁博士程序，完成上、下部结构内力分析，绘制内力包络图6、对主要方案进行配束（筋）设计，并绘制预应力钢束配置图。7、工程数量统计。8、完成3000单词以上与毕业设计有关的外文资料翻译。9、编写毕业设计说明书。1.4 设计成果1、设计说明书（含中、英文摘要）；2、桥梁博士程序输入、输出数据及图形；3、英文翻译资料；4、设计图纸，包括：A 第一方案桥梁立面布置图；B 第二方案桥梁立面布置图；C 连续刚构梁主跨上部结构图；D 连续刚构梁预应力筋大样图；E 连续刚构梁预应力束配筋图；F 连续刚构梁桥施工步骤图。 2中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章 桥式方案初步设计第二章 桥式方案初步设计2.1 方案提出2.1.1 方案设计原则随着桥梁理论的不断成熟，在桥梁设计中要求桥梁经济适用、舒适安全、外形美观、技术合理。对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方，即遵循我国桥梁设计中适用、安全、经济、美观的基本原则。由此，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出最合适的设计方案。在桥梁设计中，基本设计原则如下：1、使用上的要求要有足够的承载能力，能保证行车的畅通、舒适和安全；既满足当前的需要，又考虑今后的发展；靠近城市、村镇、铁路即水利设施的桥梁还应结合各方面的要求，考虑综合利用。在特定地区，桥梁还应满足特殊要求（如地震等）。2、适用性的要求 修建桥梁的目的是用于交通运输，因此其适用性极为重要。它要求：桥梁宽度不仅应该满足现有车辆和人群的安全通畅，还应满足今后规划年限内交通量增长的需要。桥下净空应满足泄洪、通航或通车等要求。桥梁两端应方便车辆的进出，同时便于检查和维修。建成的桥梁应保证使用年限。3、安全性的要求桥梁的安全至关重要，它要求桥梁在运输、安装和使用的过程中，应当有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并具有一定的安全储备。根据桥上的交通情况，桥面应考虑设置人行道、缘石、护栏、栏杆等，以保证车辆和行人的安全。此外，桥上还应有照明设备，引桥纵坡不宜过陡，地震区桥梁应该按照抗震要求采取防震措施 。4、经济性的要求桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑因素。桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则，综合考虑发展远景和将来的养护维修，使其造价和养护费用综合考虑后最省。5、舒适性的要求现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上震动冲击。6、美观性的要求桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，桥梁应该具有优美的外形，结构布置简练，空间比例和谐，与周围环境相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的重要因素，此外，施工质量也会影响桥梁的美观性。在城市和游览地区，要注意环保问题，较多的考虑建筑艺术。7、技术性的要求桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。积极采用国内外的新结构、新材料、新工艺和新设备，以便于桥梁的建造和架设、减少劳动强度、加快施工进度、提高施工效率、保证工程质量和施工安全。总的来说，桥梁设计应满足以下几个方面的要求：1） 满足交通功能要求，符合地区的发展规划；2） 桥梁结构造型简洁、美观，尽量采用有特色的新结构；3） 桥型方案要保证受力合理、施工技术可靠、施工方便、反映新的科技成果。2.1.2 方案比选任务在方案比较中主要有以下三项任务：一是拟定桥梁图式，二是编制方案，三是技术经济比较和最优方案的选定。编制设计方案通常是从桥梁分孔和拟定桥梁图式开始。对一般的大跨度桥梁，依据以往的设计经验，主跨与边跨的比值有一个范围，再由此选定可能实现的桥型图式，鼓励新式桥式的大胆采用。一般选几个(通常24个)构思好、各具优点、但一时还难以断定孰优孰差的图式，作为进一步详细研究而进行比较的方案。对每一图式可在跨度、高度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。编制方案中，主要指标包括：主要材料（普通钢筋、预应力钢筋、混凝土）用量、劳动力数量、全桥总造价（分上、下部结构列出）、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以便相互比较，科学的从中选定最佳方案。在编制方案中要拟定结构主要尺寸，并计算主要工程量。有了工程量，采取相应的材料和劳动力定额以确定单价，从而确定全桥造价。并且在每个方案中绘制出河床断面及地质分层的立面图和横断面图。设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则，造价低、材料省、施工难度小、劳动力少和桥型美观的方案应优先采用。但当技术因素或是使用性质有特殊要求时就另当别论了，因此我们在选择时还要注重考虑设计的侧重点。技术高，造价必然会高，个个因素是相互制约的。所以在比选时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件，找出影响方案的最重要因素，分清主次，进行比选。在方案比选中，除了绘制方案比选图外，还应编写方案比选说明书。其中应阐明编制方案的主要原则，拟定方案的理由，方案比较的综合评述，对于推荐方案的详细说明等。2.1.3 待选的桥式方案在对本桥的设计中，通过对基本设计资料的分析和以往的设计经验，初步确定的进行比选的两种桥式为： 预应力混凝土连续梁桥 系杆拱桥2.2 预应力混凝土连续梁桥方案的结构设计2.2.1 桥式特点1、根据以往设计经验，在40200m的跨径范围内，与其它结构体系比较，预应力连续梁常成为最佳的桥型方案。2、预应力混凝土能够充分发挥高强材料的受力特性，具有强度高、刚度大以及抗裂性能好等优点。3、连续梁内力的分布均匀、合理，若采用合理边、中跨比，可显著改善梁体的受力性能和施工难度。4、连续梁具有较高的刚度和较小的变形量，同时，桥垮在桥墩上连续，变形曲线均匀，行车平顺性好，特别有利于高速行车。5、该结构在车辆运营中具有噪音小、维修工作量小等优点。在结构超载时，会发生内力重分布，提高粱部结构的极限承载力。6、连续梁施工方法已达到相当成熟的水平，施工难度小、工期短，经济效益明显。7、除制动墩外，连续梁的桥墩及基础尺寸都可以做得较小。2.2.2 成桥经验数据表21 国内预应力连续梁桥分析表桥名跨组合径边主跨比梁高H中H中/LH支H支/ H中珠江三桥80110800.732.71 /40.75.52.04常德大桥84.7312084.70.731/30.06.82.27沙洋汉大桥62.46111+62.40.562.51/44.462.4华北大桥70+100+700.73.31/30.361.82松花江大桥59+790+590.6631/305.41.82.2.3 主桥设计一、分孔布置对于跨河桥，分孔的主要依据是通航要求、地形和地质条件、水文状况、技术经济条件和美观的要求。桥梁的分孔和造价有很大关系，跨径越大，孔数越少，上部结构的总造价就越大，而下部结构的总造价则相对较小；反之，跨径越小，孔数越多，上部结构的总造价就越小，而下部结构的总造价就相对较高。从结构受力合理和施工方便角度考虑，对于大跨度连续梁，中间部分采用等跨布置，而边跨则应该采用不等跨布置。单从受力合理来看，边、中跨跨径之比取0.8为宜，单从施工角度考虑，悬臂施工时取0.5为宜。综合两方面考虑，边、中跨跨径之比常采用0.60.7，而当边跨与中跨之比小于0.3时，边孔桥台支座要做成拉压式，以承受负反力。本桥横跨京杭古运河，考虑到通航要求，为一跨过河桥。其跨径布置为71m+120m+71m。边孔与中孔跨径之比为0.59。全桥总长412m。主桥与引桥连接处设置12cm的伸缩缝。图2-1 连续梁方案分孔布置示意图（单位：cm）二、截面类型1、等高粱与变高粱预应力混凝土连续梁桥可分为等高度预应力混凝土连续梁桥和变高度预应力混凝土连续梁桥。等高度连续梁一般使用情况如下： 跨径一般为4060m（国外也有达到80m跨径者）,构造简单，施工快捷的连续梁。桥的立面布置在顶推法施工时以等跨径为宜，从受力分析，最好采用边跨跨度小于中跨跨度的不等跨布置，边跨与中跨之比取0.40.8，等截面梁的高跨比一般为1/181/20。 适应于满堂支架施工、移动模架逐孔施工及顶推施工等。 可以通过在支点处加厚腹板厚度、底板厚度等方法在使结构与受力相协调。变高度梁主要适用于大跨径预应力混凝土连续梁桥，主要特点有： 变高度梁能更好地符合梁的内力分布规律，从绝对值看，一般情况下，支点的负弯矩大于跨中的正弯矩，结构的抗弯刚度与弯矩分布规律基本协调。 大跨度桥梁一般采用悬臂施工法，变高度梁与施工状态的内力吻合，且施工内力与成桥结构内力也基本吻合，预应力筋的作用效益高。 变高度梁线形美观，外型和谐，增大了桥下净空，有利于桥下通航和降低桥头引线标高。变高度梁的梁底立面线形一般采用圆弧线或二次抛物线，二次曲线的变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近。个别桥梁也有采用折线变化的。除外形高度变化外，为满足梁内各截面抗压和抗剪的受力要求，底板和腹板往往采用变厚度。顶板一般采用等厚度。本桥设计中主桥选用变高度预应力混凝土连续梁。梁底立面曲线选用抛物线形，底板和腹板采用变厚度。顶板采用等厚度。2、截面类型预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，一般应根据桥梁的跨径、宽度、梁高、支撑形式、总体布置和施工方法等方面综合确定。合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能是十分重要的。目前预应力连续梁桥横截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面，其中，板式、肋梁式截面构造简单、施工方便，但受力性能比较差。箱形截面是连续梁体系中最常用的截面形式，相比于板式、肋式截面，有如下特点： 顶底部都具有较大的承压面积，能有效地抵抗正、负弯矩，抗弯刚度大。 采用闭口截面，抗扭刚度大。 布置纵向钢筋的空间位置多，范围大，方便布筋。 外形简洁、美观。 箱梁的施工工艺相对复杂一些，不过施工方法已经比较成熟。本桥桥宽为25.5m，分两幅，每幅桥面净宽宽度为12.25m，两幅梁间距为1m。本设计中，两幅梁结构尺寸完全一致，均选用单箱单室的箱形截面，因此只设计其中一幅。三、结构尺寸1、梁高 顶板厚 底板厚变高度连续梁桥的梁高与最大跨径之比，在跨中截面一般为1/301/50，支点截面可选用1/161/25。本桥设计中，支点梁高6.0m，为主跨的1/20，跨中梁高为2.4，为支点梁高的1/2 。对于悬臂法施工的变高度连续梁桥，箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，根部底板厚度一般为根部梁高的1/101/12，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内。底板沿纵向的厚度变化规律与底板线形一致。跨中底板受力上不控制设计，但要满足板内配置预应力钢筋与普通钢筋的要求。构造上要求底板厚度一般为200300。在本设计中支座处的底板厚为80cm，跨中处底板厚为30cm，在支座与跨中间按抛物线形变化，坐标系建在跨中直线与抛物线交接处，则梁高和梁底曲线形的抛物线方程为（方程中x的单位是m）： 底板下底缘线：，底板上底缘线：。在确定箱形截面顶板厚度时一般考虑两个因素：满足桥面横向弯矩的要求；满足布置纵向预应力钢筋的要求。在配筋的混凝土桥面板中，顶板的厚度与腹板间距可参考下表：表2-2 腹板和顶板参考尺寸腹板间距（m）3.04.57.010顶板厚度（）180200250300本设计顶板厚度取30mm，全桥等厚。2、悬臂板长度 腹板厚 箱梁截面顶板两侧挑出的悬臂板（翼板）长度也是调节顶板内弯矩的重要参数，悬臂板沿横向常为变厚，其端部一般按最小构造要求取值。无横向预应力时，悬臂长度不宜过大，一般在1.42.5m之间，当配置横向预应力筋时，悬臂板应尽量外伸。本设计中悬臂板长度取为2.5m。腹板的厚度由受力和构造两个方面综合控制。在受力方面，箱梁腹板必须满足截面面剪力、主拉应力和稳定性的最小厚度要求。当腹板内有预应力时，还应满足局部应力的要求。在预应力连续梁桥中，弯束对荷载剪力的抵消使梁内剪应力和主拉应力较小；在变高度连续梁桥中截面高度的变化也可减小主应力值。因此，除受力因素外，考虑预应力钢筋布置及混凝土浇注后的箱梁腹板构造要求一般为：腹板内无预应力束管道布置时可采用250；腹板内有预应力管道布置时可采用250+管道直径；腹板内有预应力束锚固时采用350。根据剪力的分布规律，腹板宜采用变厚度形式。在大跨径预应力混凝土连续箱梁中，腹板宽度宜从跨中向支点逐渐加宽，但考虑到施工方便，腹板的变化应尽量简洁。支点厚度一般采用300600，也有达到1m左右者。本设计中，腹板厚度在跨中处各处宽均为350mm，在支座处两侧宽度为600mm，中间腹板宽度为350mm。箱梁截面尺寸如下图所示：图2-2 连续梁跨中截面尺寸图（单位：cm）图2-3 连续梁支座处截面尺寸图（单位：cm）四、下部结构设计 桥墩、桥台和基础统称为下部结构，它们的主要作用是支承上部结构并将上部结构传来的荷载及本身自重传递到基础。1、墩台设计桥墩形式的采用，取决于桥上线路或道路条件、桥下水流速度、墩位处水深、水流方向与桥梁中轴线的家教、通航及桥下漂流物、基地土壤承载力、两部结构及施工方法等。桥墩一般可以分为，重力式桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和拼装式桥墩。(a) 重力式桥墩重力式实体桥墩主要依靠自身重力来平衡外力保证桥墩的稳定，适用于地基良好或桥下有通航、流冰等漂流物的大、中、小桥梁。重力式实体桥墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，截面尺寸及体积较大，其自重和阻水面积也较大，外形粗壮，很少应用于城市桥梁。重力式实体桥墩按截面形状分为矩形桥墩、圆形桥墩和圆端形桥墩。1） 矩形桥墩矩形桥墩截面为矩形，具有圬工较省、模板简单、施工简便的优点，但对水流的阻力特别大，并促使水流紊乱而招致桥墩周围发生较大的局部冲刷，所以矩形桥墩一般适用于无水、静水或靠近岸边水流流速较小处。山区铁路或公路的跨谷桥及其他旱桥常采用矩形桥墩。2） 圆形桥墩圆形桥墩截面为圆形，不受水流与桥梁轴线斜交角度的限制。当水流流向不稳定或水流与桥梁法线斜交角度大于15时应采用圆形桥墩，由于圆形桥墩的各个方向的尺寸相同，不能根据桥墩纵、横向受力及使用要求不同的特特点采用不同的尺寸，增大了桥墩的阻水面积，故对于斜交角小于15时及横向宽度较大的桥墩不宜采用。同时，因为截面为圆形，不宜用石料砌筑。3） 圆端形桥墩圆端形桥墩截面中间为矩形，两端各加一个半圆，能使水流顺畅地通过桥孔，与矩形桥墩相比，它可减少水流对桥墩周围河床的局部冲刷和水流压力，一般用于斜交角小于15时的水中桥墩。它是公路和铁路桥梁上常采用的重力式实体桥墩。（b） 空心桥墩位于山区的桥梁往往桥长且谷深而需要建造高桥墩，如果采用重力式实体桥墩，则墩身圬工量惊人、墩身的自重大而相应要求地基有较高的承载能力、地震时有较大的惯性力。此时，设计中一般采用空心墩。根据方案比较及实桥对比，混凝土空心墩比实体墩可节省20%30%的圬工，钢筋混凝土空心桥墩可节省圬工50%左右。空心桥墩的截面形式一般有下列几种：圆形空心、双圆孔空心、园端形空心、园端形中间设纵隔板空心、矩形空心、矩形中间设隔板（双矩形）空心。墩身的立面形式一般有直坡式、台阶式和斜坡式。空心墩墩壁较薄，在有船、筏和漂流物或受冰压力的河流上，一般不宜采用，以防撞击和磨损墩壁而招致破坏。但根据河流的具体情况，采取下部实体墩身等措施，通过技术经济比较后，仍可采用空心墩。圆形空心截面受力性能最好，一般情况下可不设隔板，施工最为方便，设计高墩时可优先考虑采用这种截面形式。当构造需要桥墩的横向尺寸很宽，或横向水平力较大时，如梁宽度大，双线铁路、公路、弯道桥或架梁需要墩顶较宽等情况时，可考虑采用圆端形或矩形带纵隔板的空心墩。当墩身不很高，平面两向宽度比值不太大时，可采用不带纵隔板的形式。另外，方形与圆形相比，方形温度应力较大。使用滑动钢模板施工时，园端形比矩形方便。关于桥墩的立面形式，台阶式空心桥墩构造复杂，施工十分不便，截面突变处应力集中，现已不采用这种形式。直坡式空心桥墩只用于墩身不高或某些特殊需要的桥梁上。而斜坡式空心墩普遍适用于各种条件的桥墩，受力合理，施工方便。墩身坡率较陡（45：1以上），便于滑动钢模施工。（c）柱式桥墩柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁和立交桥及中小跨度铁路旱桥中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况较好。柱式桥墩的形式主要有单柱式、多柱式、哑铃式以及混合式四种。柱身截面大多为圆形和矩形。单柱式桥墩适用于水流与桥轴线斜交角大于15的桥梁，或河流急弯、水流流向不固定的桥梁。在水流与桥轴线斜交角小于15的桥梁或仅有小的漂流物或轻微的流冰的河流中，可采用双柱或多柱式桥墩。在有较多的漂流物或较严重的流冰河流上，当漂流物卡在两柱中间可能使桥梁发生危险，可在双柱间加做4060cm厚的隔墙，成为哑铃式桥墩。当墩身较高时，也可把高水位以下的墩身部分做成实体，以上部分做成双柱的混合式桥墩，这样，既减少了水上部分的圬工体积，也保证了抵抗漂流物的能力。（d）轻型桥墩轻型桥墩截面形式大多为薄壁矩形或薄壁园端形实体截面，适用于小跨度、低墩以及三孔以下（全桥长大于20m）的公路桥梁。轻型桥墩不像重力式桥墩那样要满足独立的稳定性要求，因而可减少圬工材料，获得较好的经济效益。轻型桥墩的其他形式有多种，如V形、X形、Y形、倒梯形等形式，一般由钢筋混凝土或预应力混凝土建成，可以适应具有特殊要求的城市、旅游风景区。但该类型轻型桥墩结构构造比较复杂、施工比较麻烦、造价也高。在地质不良的地段、路基稳定不能保证时，不宜采用轻型桥墩。（e）拼装式桥墩拼装式桥墩又称为装配式桥墩，前述的柱式桥墩及轻型桥墩采用部分构件现浇，部分构件预制，现场组拼而成桥墩时，即为拼装式桥墩。采用拼装式桥墩可提高施工质量、缩短施工周期、减轻劳动强度，使桥梁建设向结构轻型化、制造工厂化及施工机械化发展。拼装式桥墩适用于交通较为方便、同类桥墩数量多的长大干线中的中小跨度桥梁工点。但使用该类桥墩时应采用轻巧的结构型式和简单可靠的装配方法。应注意提高构件的强度和精度以保证整个结构的正常使用。该桥为公路桥，且桥墩较矮，只有8m左右，因此，空心墩、轻型墩和拼装式墩都不合适。主桥与引桥的过渡墩相对于主桥墩荷载较小，采用柱式桥墩。每幅桥梁采用两个矩形柱式墩，结构尺寸为220160cm，采用台阶式盖梁，盖梁的高度在主桥和引桥处分别为160cm和200m。引桥桥墩采用柱式桥墩。每幅桥梁采用两个矩形柱式墩，结构尺寸为13080cm，盖梁高度为130cm。桥台为耳墙式桥台。2、基础设计：本桥址处河床上覆盖土为淤泥质粘土和亚粘土，地基承载力很低，因此本设计中，所有的桥墩均采用钻孔灌注桩基础、低承台。主桥墩选用32桩径为150cm的桩基，高200cm的承台；引桥选用22桩径为120的桩基，高150的承台。2.2.5 基本材料的选用一、 钢筋预应力混凝土桥梁用的钢材就其使用状况可分为非预应力钢材和预应力钢材两大类。对于钢筋的使用，规范中有明确的规定，按照桥规第3.2.1条规定：1、钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热轧R235、HPB335、HPB400及KL400钢筋，预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用其中的带肋钢筋；按构造要求配置的钢筋网可采用冷轧带肋钢筋。2、预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线、钢丝；中、小型构件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精轧螺纹钢筋。在本设计中，纵向预应力钢筋采用75的低松弛钢绞线，无横向预应力钢筋，其标准强度=1860MPa，张拉控制应力=0.75 =1395MPa，两端“双控”张拉，张拉时混凝土强度要达到80%的设计强度，普通钢筋采用HPB335钢筋。二、混凝土混凝土的强度等级是混凝土强度的主要标志。选用合适的混凝土强度等级除根据结构构造特征外，还需与钢材的级别相适应，由于预应力钢材的强度均较高，所以规范规定预应力构件中混凝土强度等级不得低于C40。C50及以上强度等级的混凝土为高强混凝土，这些混凝土可用常规水泥、砂石料和常规工艺配制，具有高强、早强、工作度良好、变形小、抗渗抗腐蚀性能优良等特点。能大幅度提高结构构件的承载能力，减小尺寸和自重，加快施工进度，可获重大经济效益。基于以上因素的考虑，本设计中，上部结构为预应力结构，采用的混凝土强度等级为C50，下部结构为普通混凝土结构，采用混凝土强度等级为C30。三、预应力锚固体系预应力结构设计的关键是如何保证混凝土内部必须具有永久存在的预应力。后张法构件在制作时都是通过采用可靠的锚夹具使结构产生预应力。规范中对预应力锚具的要求是：具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适用性，能保证充分发挥预应力筋的强度，安全地实现预应力张拉作业，且与预应力混凝土连续梁梁桥施工工艺相适应。同时，预应力筋锚具应满足分级张拉、补张拉以及放松预应力的要求，对于后张法结构，锚具或其附件上宜设置压浆孔或排气孔，压浆孔应有足够的截面面积，以保证浆液的通畅。经过对国内常用锚具的对比，OVM型锚固体系具有良好的自锚性能，无需顶压，适用于本设计中采用的钢绞线。本设计中，纵向预应力选用的锚具为：OVM1315圆锚，其锚垫板尺寸为270270220，波纹管的直径为100。2.2.6 施工方法的选择一、施工方法的选定在考虑桥梁设计方案时，要充分考虑到施工的可能性、经济性和合理性，同时在设计中也要计算施工各阶段的强度、变形和稳定性，桥梁的设计要同时满足施工阶段和运营阶段的各项要求。设计与施工时不能也无法截然分开的，结构设计必须考虑施工的方法、施工内力与变形，而施工方法的选择应符合设计的要求。我国建造的预应力混凝土连续梁桥的施工方法很多，常用的施工方法有：支架就地浇注法、悬臂施工法、移动模架逐孔施工法和顶推施工法等。选择确定桥梁的施工方法，需要充分考虑桥位的地形、环境、安装方法的安全性和经济性、施工速度等，同时要考虑桥梁的类型、跨径、施工的技术水平、机具设备条件等。总体来说，施工方法的选择可依据下列条件综合考虑： 使用条件：桥梁类型、使用跨径、墩高、桥下空间限制、平面场地限制、桥墩形状等。 施工条件：工期要求、起重能力和机具设备要求、架设时是否封闭交通、架设时所需的临时设备、材料可供情况等 自然环境条件：山区或平原、地质条件及软弱层状况、对河道的影响、运输线路的限制等。 社会环境影响：公害、景观、污染、架设孔下的障碍、道路交通的限制、公共道路的使用以及建筑界限等。综合考虑以上各种因素，本设计中采用悬臂施工法。悬臂施工法是以桥墩为中心向两岸对称地、逐节悬臂接长的施工方法。该施工方法的主要特点如下： 预应力混凝土连续梁采用悬臂施工时需要进行体系转换，即在悬臂施工时，梁墩采取临时固结，结构为T形刚构，合拢前，撤销梁墩临时固结，结构呈悬臂梁受力状态，待结构合拢后形成连续梁体系。设计时，应对每种状态进行配束验算。 桥垮间不需要搭设支架，施工不影响桥下通航或行车。 多孔桥垮结构可以同时施工，加快施工进度。 悬臂施工法充分利用预应力混凝土承受负弯矩能力强的特点，将跨中负弯矩转移为支点负弯矩，使桥梁跨越能力提高，并适合变截面桥梁的施工。 悬臂施工用的悬拼吊机或挂蓝设备可重复使用，施工费用较省。悬臂施工法主要有悬臂浇注法和悬臂拼装法两种，悬臂浇筑法利用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称向两岸利用挂篮逐段浇筑梁段混凝土，待混凝土达到要求强度后，张拉预应力束，移动挂篮，进行下一阶段的施工。悬臂拼装法则利用移动式悬拼吊机将预制梁段起吊至桥位，然后采用环氧树脂及张拉预应力使其连接位整体，在吊装下一预制梁段，直至全桥合拢。通过对施工进度、结构整体性、施工变形控制、施工适应性和起重能力要求等方面的对比，我们发现，悬臂浇筑法具有结构整体性好、施工变形宜控制、不受桥下地形限制、起重能力要求低等特点，优越性明显，因此本桥采用悬臂浇筑法施工。悬臂浇筑法的主要施工机具是挂篮。挂蓝是有一个能沿着轨道行走的活动脚手架，挂篮悬挂在已经张拉锚固的两端上，悬臂浇筑时，箱梁梁段的模板安装、钢筋绑扎、管道安装、混凝土浇筑、预应力张拉、压浆等工作均在挂篮上进行。当一个梁段施工结束后，挂篮解除后锚，移向下一阶段施工。因此，挂篮既是空间的施工设备，又是预应力筋张拉前的承重结构。挂篮主要有梁式挂篮、斜拉式挂篮和组合式斜拉式挂篮。挂篮通常由底模板、悬吊系统、承重结构、行走系统、锚固系统、平衡重和工作平台几部分组成。承重结构是挂篮的主要受力构件，可以采用钢板梁、大号型钢、万能杆件或贝雷梁拼装的桁架或斜拉体系等，它承受施工过程中新浇节段混凝土的重量并通过锚固系统将荷载传递到己施工完成的梁段上，当后支座的锚固能力不够，并考虑行走的稳定性时，常采用在尾端压重的措施。本桥采用斜拉式挂篮。综上论述，本桥设计中采用斜拉式挂篮悬臂浇筑施工法进行施工。二、施工流程用挂篮逐段悬拼浇筑施工的主要工艺程序为：灌注0号段，拼装挂篮，灌注1号段，挂篮的前移、调整、锚固，灌注下一段梁，依次类推完成悬臂灌注，挂篮拆除，跨中（边跨）合拢。以下对施工程序进行叙述： 0号段位于桥墩的上方，灌注0号段相当于给挂篮提供一个安装场地。0号段的长度以两个挂篮的长度而定，一般为812m，本桥设计中采用10m。0号段一般需要在桥墩两侧设托架或支架进行施工，并且在施工过程中设置临时梁墩固结，防止施工过程中的不平衡弯矩使梁体倾覆。 挂篮运至工地时，应在试拼台上试拼，以发现由于制作不精细及运输中发生变形造成的问题，保证正是安装时的顺利及工程进度。试拼通过后，在0号块上进行挂篮的拼装工作，同一个桥墩上的两个挂篮要同时拼装。 箱梁各梁段在灌注前，必须严格检查挂篮中线，挂篮底模标高；三向预应力管道位置；钢筋、锚头及其他预埋件的位置。混凝土的灌注宜从挂篮前段开始，以使挂篮的微小变形大部分实现，从而避免新旧混凝土间产生裂缝。混凝土灌注完成后，立即用通孔器检查管道，以防止堵管现象的发生。 合拢段的施工是悬臂施工的关键。在合拢段的施工过程中，应通过某些措施降低昼夜温度变化，新浇筑混凝土的早期收缩、水化热影响，己完成结构混凝土的收缩、徐变影响，结构体系的转换以及施工荷载等因素的影响。本桥0号段的施工周期为28天，其余均采用7天。混凝土的施工程序主要有三种：逐跨连续悬臂施工法、T构单悬臂梁连续梁施工法、T构双悬臂梁连续梁施工法。三种施工方法的特点分别为： 逐跨连续悬臂施工法施工从一端向另一端逐跨进行，逐跨经历了悬臂施工阶段，施工过程中进行了体系转换。该法每完成一个新的悬臂并在跨中合拢后，结构的刚度、稳定性不断增加，所以该法适用多跨连续梁及大跨长桥的施工。 T构单悬臂梁连续梁施工法施工时可以采用几个合拢段同时施工，以加快施工进度。适用于35跨的连续梁施工。 T构双悬臂梁连续梁施工法施工时，当结构呈双悬臂状态时，结构稳定性较差，所以一般用于跨度较小的桥梁。通过对以上三种施工程序的对比，本桥设计中采用T构单悬臂梁连续梁施工法进行施工，其施工程序为：第一步：首先从中跨的13、14号墩同时开始进行悬臂施工。第二步：两岸边跨同时合拢，13、14号墩处的临时固结释放，形成单悬臂梁。第三步：13、14号墩跨中段进行合拢，形成三跨连续梁。斜拉式挂蓝悬臂浇筑法施工的流程图如下：图2-5 悬臂施工法的流程图三、注意事项1、挂蓝悬浇过程中难免要出现不平衡弯矩，为此，需采取0号段和桥墩间临时固结或支承措施来保证手工过程中结构的稳定可靠。目前常用的临时固结措施或支承措施有以下几种： 将0号梁段与桥墩钢筋或预应力钢筋临时固结，待需要解除固结时切断钢筋。 在桥墩一侧或两侧加临时支承或支墩。 将0号段临时支承设于扇形或门式托架的两侧。 临时支承可用硫磺水泥砂浆块，砂筒或混凝土等卸落设备，以使体系转换时，较方便地撤除临时支承。临时梁墩固结要考虑两侧对称，施工时有一个梁段超前的不平衡力矩，应检算其稳定性，稳定系数不小于1.5。需要指出的是，随悬臂施工进行，如果遇到单孔合拢并张拉锚固预应力筋后，应立即拆除上述临时措施。2、合拢段施工时应该采取的措施。 合拢段长度选择。合拢段的长度在满足施工操作要求的前提下，应尽量缩短，这样在构造处理上比较方便，一般取值1.52m，本桥设计中采用均采用2m。 合拢温度选择。一般宜在低温合拢，遇夏季应在晚上合拢，并用草袋等覆盖，并加强接头混凝土的养护，使混凝土早期硬结过程处于升温受压状态。 合拢段混凝土的选择。混凝土中宜加入碱水剂、早强剂，以便早达到设计要求强度，及时张拉预应力束，防止合拢段混凝土出现裂缝。 合拢段采用临时锁定措施，采用劲性型钢或预制的混凝土柱安装在合拢段的上下部作支承，然后张拉部分预应力筋，待合拢段混凝土达到要求强度后，张拉其余预应力筋，最后拆除临时锁定装置。为保证合拢段施工时混凝土始终处于稳定状态，在浇筑之前各悬臂端应附加与混凝土质量相等的配重（压重），加配重要以桥轴线对称加载，按浇筑重量分级卸载。3、基本数据本桥施工段（0号段除外）的最大控制重量为85t，挂篮设计承重120t，挂篮重量取承重的1/3，为40t。按现在的施工水平，梁体中每个梁段长度一般不应该大于4m，节段过长，将增加混凝土自重及挂篮结构重力；节段过短则会影响施工进度，增加施工费用。在本设计中1-4号节段长度为3.5m，其余节段长度为4m。四、悬臂浇筑施工法小结采用挂蓝悬臂浇注施工法进行施工不需要大量施工支架和大型临时设备，不占用很大的预制场地。逐段现浇，易于调整和控制梁段的位置，且整体性好。不影响桥下通航、通车，不受季节、洪水影响，不受跨数限制。各段施工属严密的重复作业，需要施工人员少，工作效率高。桥梁施工受力状态与运营受力状态基本相近，与顶推法相比，不因施工而增加过多的材料。但悬臂施工法中梁体部分不能与墩柱平行施工，施工周期较长，而且悬臂浇筑的混凝土加载龄期短，混凝土收缩和徐变影响较大。体系转换次数较多，施工线形及合拢技术要求较高。2.3 系杆拱桥方案的结构设计2.3.1 桥式特点系杆拱桥是拱桥的一种特殊形式。拱端的水平推力用拉杆承受，使拱端支座不产生水平推力。拱与弦间用两端铰接的竖直杆联结而成。亦可用斜杆来代替直杆成为尼而森体系。这种拱桥内部为超静定体系，外部则为静定，因此对墩台不均匀沉降无影响。2.3.2 成桥经验数据表 2-3 系杆拱桥成桥资料表桥名跨径矢跨比拱轴系数结构型式四川旺仓东河1151/61.543下承式系杆拱