《常德沅水大桥计算书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常德沅水大桥计算书.doc（104页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 常德沅水特大桥5号桥左幅主桥施工图设计1 方案比选1.1 设计概况1. 本课题设计的桥系湖南省澧县至常德公路上跨越湘江的常德沅水特大桥5号桥左幅主桥施工图设计；2. 平曲线：本桥平面首先由直线到桩号K104+629.378开始为半径R=5600米的右转圆曲线，纵断面经过两个变坡点，第一个变坡点桩号为K102+675，变坡点高程为37.699，竖曲线半径为20000米，本段竖曲线为凹曲线，前坡为-0.329%，后坡为2.0%；第二个变坡点桩号为K103+687，变坡点高程为61.938，竖曲线半径为20000米，本段竖曲线为凸曲线，前坡为2%，后坡为-2.0%。 3. 地理位置：沅水特大桥起于
2、白鹤山乡粟里岗村，经柳叶湖内湖，跨马家吉和，经李家村至芦狄山乡，跨沅水至鼎城区石门桥镇邱家岗村。沅水特大桥5号桥地段范围内K103+350104+400段为桥梁跨沅水，桥梁轴线走向方向与河流流向近于垂直。1.2 主要设计指标1. 设计荷载：公路I，人群2.6kN/m2。2. 桥面组成：1.75米人行道+0.5米防撞栏+净12.5米+0.5米防撞栏=15.25米，单向横坡2%。3. 设计洪水频率：1/300.4. 结构重要性系数：1.1.1.3 方案比选主要依据安全、适用、经济和美观的原则，其中以安全和经济为重。桥梁美观主要依据经济与环境条件。1. 方案一：预应力混凝土刚构连续体系梁桥。（1）孔
3、跨布置：75m+5130m+75m，总长800m（见下图）。图1.1 刚构连续梁桥型布置示意图（单位：cm）（2）力学特点：梁体连续，刚构部分，墩、梁、基础三者固结成一个整体共同受力。在恒载作用下，刚构连续梁桥与连续梁桥在跨中弯矩和竖向位移基本一致，但在采用双肢薄壁墩的连续刚构桥中，墩顶截面的恒载负弯矩要较相同跨径连续梁桥小，其次，由于墩梁固结共同参与工作，刚构连续梁桥由活载引起的跨中正弯矩较连续梁要小，因而可以降低跨中区域的梁高，并使恒载内力进一步降低。因此，连续刚构的主跨径可以比连续梁桥的设计大一些。并且，刚构连续梁桥在纵向地震波的作用下，各桥墩可以一起参与受力，提高了桥梁的抗震能力。（3
4、）结构构造：主梁：采用单箱单室变截面混凝土箱梁，配置横向、纵向和竖向预应力。主梁具体尺寸见下图。图1.2 主梁截面尺寸图（单位：cm）桥墩：连续梁段采用圆柱形墩，刚构梁段采用矩形的双肢薄壁墩，具体尺寸见附图。承台：参见以往建桥经验，本桥采用矩形承台，具体尺寸见附图。桩基础：采用220cm的圆柱形端承桩（钻孔灌注桩），布置形式见附图。（4）施工方案：采用悬臂浇筑施工方法，悬臂施工法是以桥墩为中心向两岸对称逐节悬臂接长的施工方法，悬臂施工法的施工程序：浇注桥墩在主墩上悬臂浇注混凝土边跨合龙中跨合龙拆除合龙段挂蓝上二期恒载。 2. 方案二：矮塔斜拉桥。（1）力学特点：一方面。通过水平方向的分力形成偏
5、心弯矩来帮助梁体受力，起到预应力筋的作用；另一方面,通过竖直方向的分力抵消了梁体的重力，在梁体上形成了许多弹性支点，减小了梁体的“跨度”。矮塔斜拉桥以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载。因桥塔较矮，其刚度相对较大，塔顶水平位移没有斜拉桥大，边跨可以有较大的无索区段。与斜拉桥相比，由于主粱具有一定的刚度，无论是主孔或边孔，梁体上的无索区段比较长，除了主孔跨中和边孔端部的无斜索区段之外，部分斜拉桥还具有较明显的塔旁无斜索区段，斜拉索对称布置在边跨跨中及中跨1/3左右。（2）使用效果：桥面连续，桥梁中间无伸缩缝，行车条件好；桥型线条简洁明快；但如果桥墩的水平抗推刚度较大，则因主梁的预应力张拉、收
6、缩、徐变、温度等因素引起的变形受到桥墩的约束后，将会在主梁内产生较大的次应力，并对桥墩也产生较大的水平推力。（3）孔跨布置：115m+3190m+115m，总长800m。主梁：采用单箱单室变截面混凝土箱梁，需配置横向、纵向和竖向预应力。主梁具体尺寸见附图。索塔：采用宝石型混凝土结构索塔，共四塔，桥面以上高度为30m，桥面以下为35m，采用塔墩固结、塔梁分离、半漂浮体系。塔截面采用空心矩形，采用环向预应力束来平衡斜拉索力产生的弯矩和轴力。斜拉索：索塔采用双索面扇形布置，每个索面张拉10对拉索，索距12m。所有拉索一端锚固在主梁梁肋处，另一端锚固在主塔上。承台：采用钢筋混凝土结构，主墩承台的尺寸见
7、附图。主塔桩基础：采用圆柱形端承桩（钻孔灌注桩），主塔群桩基础的尺寸为200，施工方法使用钢围堰法。（4）施工方法：主塔采用爬模施工，主梁采用挂蓝悬臂浇注，从塔根部向跨中悬臂施工，采用前支点挂蓝，挂蓝每一移动一段，张拉锚固一对斜拉索，边跨不能平衡浇注的梁段采用支架现浇施工。表1-1 各方案桥型主要优缺点比较表方案序号刚构连续梁桥矮塔斜拉桥适用性1. 桥梁中间桥面连续，取消伸缩缝，使行车平顺2. 刚构部分墩梁固结，取消支座3. 桥梁主跨130米，高墩，满足通航净空要求1. 主桥单跨190米，满足通航净空的要求2. 桥面连续，取消伸缩缝，使行车平顺安全性1. 主梁采用变截面箱形断面，抗扭和抗弯性能
8、都较好2. 施悬臂浇注3. 运营养护成本较低4. 中间无伸缩装置，行车较平顺舒适1. 主桥采用变截面箱形截面，由于采用的斜拉索，通过索的大偏心作用给主梁施加预应力，截面相对于梁桥小些2. 主桥后期的营运和养护费用较高3. 施工时调索麻烦经济性经济需要配置斜拉索，经济性较差美观性采用变截面箱梁，主梁线性较美观1. 采用变截面箱梁，主梁线性较美观2. 采用竖琴型斜拉索，美观，且气势宏伟力学性能支点截面形成巨大的负弯矩，支座上腹板剪力过大，易形成斜向裂缝由于拉索的存在，部分斜拉桥在连续梁的基础上使墩顶的负弯矩和主跨的正弯矩得到大大的改善墩顶负弯矩改善，这正好解决了连续梁桥在支座处梁高需要大大增加的缺
9、点结论首选弃用经过适用性、安全性、经济性、美观性四个方面的综合考虑，以及考虑到斜拉桥后期运营养护等费用大、施工难度大，淘汰方案二。方案一的刚构连续梁桥经济性好、施工方便，受力简单明确，因此最终确定采用方案一。 2 基本设计资料2.1设计特点及受力特点1. 设计特点本桥上部结构为七跨预应力混凝土刚构连续梁桥，采用分段悬臂浇筑的方法施工，预应力混凝土刚构连续梁桥采用悬臂施工法，在连续梁段需在施工中进行体系转换，经过一系列施工阶段逐渐形成最终的刚构连续梁桥。在各个阶段，具有不同的静定、超静定体系，其中包括安装挂蓝、安装单元、养护、转移锚固，拆除挂蓝、绑扎钢筋等工况，因此恒载内力计算时必须精确模拟各个
10、施工阶段。桥梁恒载内力由各个施工阶段的内力叠加而成，显然对用不同的施工方法，桥梁恒载内力有很大区别。而汽车荷载、人群荷载等作用在成桥以后才发生，与施工方法无关。由于悬臂施工涉及很多施工工况，且要进行体系转换使预加力和徐变产生的次内力计算变得非常复杂，故设计时必须借助计算机辅助计算才能完成，本设计中采用桥梁博士进行设计计算。2.受力特点采用悬臂施工的刚构连续梁桥，悬浇过程中，连续梁段，梁和墩先形成临时固结，在悬浇过程中形成“T”构。连续刚构段，梁和双肢薄壁墩固结，也形成“T”构，此时结构是静定的。对于不对称的部分梁段则采用有支架现浇施工，合龙后形成刚构连续梁桥。由于合拢段较短，其产生的内力一般较
11、小，故采用悬臂施工的刚构连续梁桥以“T”构的受力状态为主要部分。对悬臂施工的刚构连续梁桥，合龙后墩顶负弯矩很大，而中跨跨中恒载正弯矩很小。因此，截面尺寸拟定时，应根据以上弯矩分布特点，增大主梁墩顶附近的抗弯刚度。2.2 桥型布置图跨径布置：75m+5130m+75m，桥型里面布置图见下图:图2.1 桥型里面布置图（单位：cm）2.3 主梁横断面尺寸图主梁采用单箱单室箱型截面,梁高由跨中的3.5m变化到支点截面的9.5m。其他的具体尺寸见下图:图2.2 主梁横断面尺寸图（单位：cm）2.4 主要材料1. 混凝土强度等级主梁 ：C55墩身、承台：C40桩基：C252. 预应力束型号纵向预应力束 ：
12、ASTM A416-97a标准的低松弛钢绞线（17标准型），抗拉强度标准值=MPa，抗拉强度设计值=MPa，公称直径15.24mm，公称面积mm2，弹性模量= MPa。竖向预应力束：低松弛的精轧螺纹钢筋（JL32），抗拉强度标准值=MPa，抗拉强度设计值=MPa，公称直径32mm，公称面积804mm2，弹性模量 MPa。3. 普通钢筋：R235、HRB335 钢筋。4. 钢材：均采用A3 钢，技术标准必须符合GB700-79 的规定，选用的焊接材料应符合GB1300-77或GB981-76的要求，并与所采用的钢材材质和强度相适应。5. 锚具：采用OVM夹片式群锚，并采用与其配套的千斤顶。6.
13、预应力管道：采用预埋金属波纹管成型。7. 支座：采用GPZ（II）系统支座。主要材料性能指标见表2-3。表2-1 材料性能表名称项目符号单位数据主梁混凝土立方体强度弹性模量轴心抗压标准强度轴心抗拉标准恰偶轴心抗压设计强度轴心抗拉设计强度fcuEcfckftkfcdftdMPaMPaMPaMPaMPaMPa553.55x10435.52.7424.41.89短期状态压应力限值拉应力限值0.7fck1.15f,tkMPaMPa22.372.84主梁混凝土持久状态压应力限值主压应力限值短期效应组合下拉应力限值短期效应组合主拉应力限值长期效应组合拉应力限值0.5fck0.6fcksfp-0.8spc0
14、0.4ftkslt-spcMPaMPaMPaMPaMPa17.7521.301.0960f15.2钢绞线标准强度弹性模量抗拉设计强度最大控制应力fpkEpfpd0.75fpkMPaMPaMPaMPa18601.95x10512601395持久状态应力0.65fpkMPa1209注：fck,ftk分别为钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉强度标准值，本设计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，因此fck=31.95MPa， ftk=2.47MPa。2.5 设计依据公路工程技术标准（JTG B01-2003）；公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；公路钢筋混凝土及预应力混凝土
15、桥涵设计规范（JTG D62-2004）；公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)。2.6 截面单元划分及毛截面几何特性计算2.6.1结构单元划分结构自重效应采用平面杆系有限元程序桥梁博士计算，单元的划分应尽量与箱梁的施工阶段划分一致，即每一个施工阶段自然的划分为一个单元，另外考虑到支点截面、跨中截面、以及四分之一截面等截面的效应相对其他截面更大，属于控制截面，所以在相应的截面处设立单元，同时考虑到挂蓝自重与最大悬浇段的自重相关，以及单元相对越多计算越精确的原则。全桥一共划分为302个单元和303个节点。对于墩顶处，内力复杂，单元长度相对较小设为21+21.5+21m，其余部分由支点到跨中单元划分为42m+143m+33.5m，中间合拢段设为2 m的单
