桥梁初步设计方案比选

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1、桥梁初步设计方案比选一桥梁初步设计一 工程概况 本册设计为猛河大桥初步设计，猛河位于湖南省境内。大桥的建设对 推动该地区的经济发展具有十分重要的意义。本桥设计综合考虑该地区地形、地貌、通航、河床特征、泄洪要求， 在满足使用要求的前提下，力求结构经济安全，施工方便。二 设计规范1公路工程技术标准 ( JTG B01-2003 )； 2公路桥涵设计通用规范 (JTG-2004 )； 3公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 ( JTG-2004 )； 4公路桥涵地基与基础设计规范 ( JTJ024-1985 )； 5公路工程可靠度设计统一标准 ( GB/T50283-1999 )； 6公路桥涵施

2、工技术规范 (JTJ041-2000 )； 7公路桥涵钢结构与木结构设计规范 (JTJ 026-90 )； 8公路工程抗震设计规范 (JTJ 005-96 )； 9钢结构设计规范 ( GBJ17-88 ) .三 技术标准根据设计要求，主要技术指标如下：1 设计荷载：一级公路，双向六车道；2设计车速： 80km/h ；3桥面宽度：双幅分离式，每幅桥宽17.5m ： 0.5m 防撞栏 +2m 人行道+2.5m 右路肩+11.25m 行车道+0.75m 左路肩+0.5m 防撞 栏，两幅桥之间间距 0.5m.4桥面坡度 : 纵坡 3%，横坡 1.5%；5通航标准： III-(2) 级 1 个航道 ,双

3、向通航孔，净高 H 为 10m ，净 宽 B 为 150m ，上低宽 b 为 131m ，侧高 h 为 6m, 通航水位为 326.473m ;航道等级川-(2)6设计洪水频率 : 按百年一遇洪水频率 ,设计水位为 337.765m ；7设计基准期： 100 年。四 水文地质概况本桥工程区段为K3+700K4+400，桥址位于内陆河，环境类别为I 类(温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境) ，桥 位与河道两岸顺直。 两堤间距约 700m ，桥址河床断面属宽滩式河床断面。地质勘探结果表明，桥位区地质情况一般，河滩位置依次是低液限黏土，容许应力o0=250 KPa ;弱风化泥质灰

4、岩，容许应力o0=1000 KPa ;微弱风化泥质灰岩，容许应力应=1200 KPa ;微风化白云质灰岩，容许 应力o0= 2000 KPa，河槽部分依次是砂砾层，容许应力 (y0=550 KPa ， 砂卵层，容许应力o0=1200 KPa，根据上述地质条件，设置端承桩。五 大桥设计方案5.1 大桥总体方案构思全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。（1）造价要求。 所选桥型力求技术先进 , 结构独特有别于附近已建桥 梁 , 同时满足工程数量省、造价低、投资少、经济合理的原则。（2）施工要求。所选桥型应满足有成熟施工经验、所需施工设备少、 工艺简单的要求 , 以减小施工难度、加快施工进度

5、、节省投资金额、保证 施工质量。（ 3）通航要求。为减少船舶撞墩的机率 , 确保桥梁的安全 , 适当增大 和合理布置通航孔跨径 , 并且抵抗船舶撞击具有足够的安全 , 同时所选桥 应保证在施工时不能影响船只通行。（4）景观要求。桥梁作为一种功能性的结构物，同时也是一种美学 的艺术。所以在满足桥梁实用功能和桥下通航要求的前提下，力求桥梁造 型美观，使大桥与周围环境相协调。并应最大限度地减少施工对河水与周 围环境的污染。基于以上原则再结合地质实际情况以与中国现有的常见桥型，本次设计选 取了四种桥型：连续刚构桥，独塔双索面斜拉桥，三跨连续下承式钢管混 凝土拱桥，自锚式混凝土悬索桥。最后综合各种因素，

6、选取连续刚构桥作 为推荐方案。5.2 方案一：连续刚构桥5.2.1 主桥设计（1）总体布置1方案构思 随着交通运输特别是一级级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了 更高的要求。而悬臂梁桥和 T形刚构桥由于形变比较大的原因均难满足这 个要求，超静定结构的连续钢构桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和 行车平稳舒适等突出优点而得到迅速发展。与连续梁桥相比，连续刚构桥 在墩顶处由恒载产生的弯矩要小，所以在特大跨连续梁体系桥中，一般考 虑采用连续刚构桥。变截面连续刚构桥立面多采用不等跨布置，边主跨比 一般为0.50.692，梁底曲线可采用二次抛物线、折线和介于折线与二次 抛物线之间的1.51.8次抛物线

7、，其中抛物线的变化规律应与连续梁的弯 矩变化规律接近。本桥河床较为平坦，基岩埋深较浅，可以使用较大跨径以满足通航和泄洪要求。由于是III-（2）级航道，通航净宽为150m，设一个通航孔，考虑 到桥墩布置、地质、地形和通航富余等条件，取主跨为 160m 。连续刚构 桥的边主跨比为： 0.50.692之间， 本桥考虑取两桥台之间长度为 700m 。 由于桥位地质条件好，而引桥的标准跨为一般30m、40m 或50m,，故跨径布置为：2 X50+40+50（预制预应力简支 T梁）+100+160+100+3 X50 （预制预应力简支T梁）=700m，这时边主跨比100/160=0.625 满足要求。&

8、1H1.垃（hW图1.1连续刚构桥方案总体布置图（单位:cm ）2 .桥面标高确定：（1 ）竖曲线设计：根据公路工程技术规范高速公路竖曲线半径一般取值为4500m、最小值为3000m，但考虑到避免桥台高度过低，在桥 梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下，本方案竖曲线半径采用R= 3000m 。竖曲线基本要素为：竖曲线长度 L=270m、切线长T= 135m、竖曲线外距E=3.04m。（2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：Hmin Hj hj ho式中：H min 桥面最低高程（m ）；H

9、 j 设计水位（m ）（设计水位记入壅水、波浪高度等）；hj 桥向净空安全值（m ）;h。桥梁上部结构建筑高度。H min 337.765+1.5+3+0.10=342.365m（主桥跨中桥面标高） 按通航水位计算桥面标高：H minH thH M八h。式中：min桥面最低咼程（ m ）Hth 设计最高通航水位（m ）Hm 通航净空高度（m ）%桥梁上部结构建筑咼度，包括桥面铺装层咼度（m ）。Hmin =326.473+10+3+0.1=339.573m（主桥跨中桥面标高） 按路堤通车处计算桥面标高：路堤通车处通车净空4.5m，上部结构建筑高度3.0m，设计跨中桥面标高为：43.352+3+

10、4.5=49.852 m 。综合上述标高，本方案标高取为 49.852 （跨中桥面标高），由路堤通 车处跨线标高确定。（2）上部结构设计主桥上部结构采用变截面箱梁，C50混凝土，桥梁宽度17.5m，箱梁顶板宽度取17.5.0m，底板宽取10.0m。根据桥梁工程通常梁性刚柔 桥，支点处箱梁截面的高跨比在1/161/20之间，跨中截面梁高约为支点 截面梁高的1/2.51/3.5，故本桥支点处梁高取9.5m，高跨比为1/20，跨 中梁高取4m ,跨中截面梁高为支点梁高1/3 ,高跨比为1/60。箱梁顶板厚 取30cm，腹板与底板采用变截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚逐渐过渡至 墩顶60cm厚，底板厚

11、度由墩跨中35cm厚逐渐过渡至墩顶80cm厚。梁 高、底板厚度按二次抛物线变化，以满足受力与桥梁线形上的需要，腹板 厚度按直线变化。本桥方案由于桥面宽度的要求，考虑采用单箱单室断 面，单箱单室断面构造简单，受力明确，施工方便。图1.2 连续刚构桥方案主梁横截面图(单位 :cm)(3) 下部结构设计本桥地形平坦，通航孔布置范围较广，由钻探资料，本桥主要地 层第一层为沙砾层、第二层为砂卵层，采用端承桩，入岩深度大于三倍桩 直径，因此主桥基础采用端承桩基础。主桥桥墩为双肢薄壁桥墩，主桥设 4m厚钢筋混凝土承台。主桥基础采用钻孔灌注桩，选择在枯水季节钻孔 施工，主墩每墩桩数为24根，桩端入持力层厚度亦

12、大于桩直径3倍。图1.3 连续刚构桥方案主桥桥墩大样图（单位:cm ）5.2.2引桥设计（1）桥跨布置2 X50+40+50m（预制预应力简支T梁）+主跨部分+3 X50m。（2 ）上部结构设计引桥上部结构采用标准跨径为 40m的预应力简支T梁，梁高为2m，预 制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑0.4m的湿接缝，T梁间距为2m，跨中 腹板厚度为0.2m，跨中马蹄宽度为0.5m，高度为0.25m，斜坡高度0.15m， 支点截面腹板厚度变为0.5m o图1.4 连续刚构桥方案引桥主梁截面图(单位 :cm )(3) 下部结构设计引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为1.5m，每一横截面共设有四个桥墩，每一

13、个桥墩下面设置1.0 m直径的圆柱桩，中心距为2.5倍桩径，圆 柱桩之间设置横系梁。(4) 桥台设计本方案中，桥下地基良好，桥台接线处填土高度大约为10m左右，采 用构造简单，费用较低的重力时桥台是比较合理的选择。具体桥台的尺寸 请参照相关图纸。5.3方案二：独塔双索面斜拉桥5.3.1主桥设计（1 ）总体布置:8 X40m预应力混凝土简支T梁+ 160m + 180m （双塔双索面斜拉桥）+ 50m+30m预应力混凝土简支丁梁=750m 。图1.5 斜拉桥型总体布置图（单位：cm ）1 .方案构思：独塔斜拉桥在河床地质、地形条件较好时，经济性比较好，可以省去 一个桥塔，无索区比双塔斜拉桥长，拉

14、索用量少；其次，其活载最大挠度 发生在拉索区，对受力有利，受收缩徐变与温度梯度的影响较小；再次， 其结构布置灵活，施工也比较方便，可采用悬臂浇筑、转体施工等方法。鉴于这些优点，并结合当地的地质条件，桥位处基岩埋深较浅，且均 匀一致，承载力高，河槽偏于西岸，属于不对称情形，同时河面宽度约400m ，在其经济跨径的范围内，另外，桥位处视野开阔，高耸的桥塔进 一步增加了大桥雄伟的气势，因此独塔斜拉桥是一个很具有竞争力的方 案。2桥面标高确定：（1）竖曲线设计：根据公路工程技术规范高速公路竖曲线半径一 般取值为 10000m 、最小值为 6500m ，但考虑到避免桥台高度过高，在桥 梁竖曲线和纵坡满足

15、规范的前提下，本方案竖曲线半径采用R= 10000m .竖曲线基本要素为：竖曲线长度 L=400m、切线长T= 200m、竖曲线外距 E=2m 。（ 2 ）桥面标高： 本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航 （通车） 净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：H min H j hjho式中： H min 桥面最低高程（ m ）；H j 设计水位（ m ）（设计水位记入壅水、波浪高度 等）；hj 桥向净空安全值（ m ）；ho 桥梁上部结构建筑高度。H min 337.765+1.5+2.5+0.10=341.865m（ 主桥跨中桥面标高 ）按通航水位计算桥面标高:H minH thH M凸式中：min桥面最低咼程（ m ）Hth 设计最高通航水位（m ）Hm通航净空高度（m ）桥梁上部结构建筑咼度，包括桥面铺装层咼度（m ）。min =326.473+