桥梁的总体设计毕业设计.doc
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1、1 方案比选和总体设计1.1 方案比选根据现代化桥梁设计的要求，一个桥梁的方案比选应考虑下列标准：安全、功能、经济与美观，其中安全和经济最为重要。同时还应综合考虑桥梁的受力特点，建桥材料，适应跨度，施工条件，经济安全等方面来综合比较，最终选定一种构造合理造价经济的优美适用的桥型。1.1.1 桥梁设计的基本要求(1)使用上的要求桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。(2)结构尺寸和构造上的要求整个桥梁结构及其各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。桥
2、梁结构的强度应使全部构造及其连接构造材料抗力或承载能力具有足够的安全储备。对于刚度的要求，应使桥梁在荷载作用下的变形不超过规定的容许值，过度的变形会使结构的连接松弛，而且挠度过大会导致高速行车困难，引起桥梁剧烈振动，使行车不适，严重则会危及桥梁结构的安全。结构的稳定性，是要桥梁结构在各种外力作用下，具有保持原来形状和位置的能力。例如，桥跨结构和墩台的整体布置导致倾倒或滑移，受压构件不致引起纵向屈曲变形等。在地震区修建桥梁时，在计算和构造上还要满足抵御地震破坏力的要求。(3)经济上的要求桥梁设计应体现经济上的合理性。设计的经济性一般应占首位。在设计前应进行详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和
3、材料等消耗最少。经济性应综合考虑到发展远景及将来的养护和维修等费用。桥梁设计应根据因地制宜、就地取材、方便施工的原则，合理选用适当的桥型。此外，能满足快速施工要求已达到缩短工期的桥梁设计，不仅能降低造价，而且提早通车在运输上将带来很大的经济效益。(4)施工上的要求桥梁结构应便于制造和架设。应尽量体现现代桥梁建设的新技术，同时还应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。(5)美观上的要求一座桥梁，尤其是坐落于城市上的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。城市桥梁和游览地区的桥梁，可较多的考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是美观
4、的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。1.1.2 桥梁的综合评估（1）梁桥梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：.混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低.结构造型灵活，可模性好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构.结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少.结构的整体性好，刚度较大，变性较小.可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产.结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力.预应力混凝土
5、梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力.预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。（2）板桥无论对钢筋混凝土还是预应力混凝土装配式板桥来说，跨径增大，实心矩形截面就显得不合理。因而将截面中部部分地挖空，做成空心板，不仅能减小自重，而且对材料的充分利用也是合理的。钢筋混凝土空心板目前使用范围在616m。空心板较同跨径的实心板重量小，运输安装方便，而建筑高度又较同跨径的T梁小，因此目前使用较多。相应于这
6、些跨径的板厚，对于钢筋混凝土板为0.40.8m。（3）拱桥 拱桥的静力特点是，在竖直力作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载的作用下，简直梁的跨中弯矩为，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端
7、的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。（4）梁拱组合桥软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而以梁式桥为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时能提高这类桥梁的跨越能力。这类桥梁不仅技术经济指标先进、造价低廉，同时桥型美观，反映出力与美的统一、结构形式与环境的和谐，增加了城市的景观。（5）斜拉桥斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨，梁是多跨弹性支撑梁，梁内
8、弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度桥梁，现在还没有其他类型的桥梁的跨度能超过斜拉桥。斜拉桥与悬索桥不同之处是，斜拉桥直接锚于主梁上，称自锚体系，拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通过拉紧的斜索与塔直接相连，增加了主梁抗弯、抗扭刚度，在动力特性上一般远胜于悬索桥。斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增大。但实际跨度不大，此方案不考虑。1.1.3 初定方案（1）方案一：装配式预应力混凝土简支T梁桥该方案采用跨径540m的装配式
9、预应力混凝土简支T梁桥，桥面净宽为9+20.5=11.0m。桥梁上部结构采用3片主梁，主梁间距取用3.6m，其中预制主梁宽3.0m。桥面设有1.5%的双向横坡，在墩台顶部做成倾斜的桥面板来实现，桥墩采用重力式墩，共2个桥墩。 桥台采用重力式U型桥台，共2个。预应力混凝土简支梁桥的特点：.简支梁桥属于单孔静定结构，它受力明确，结构简单，施工方便，结构内力系受外力影响，能适应在地质较差的桥位上建桥。.在多孔简支梁桥中，由于各跨经结构尺寸统一，其结构尺寸易于设计成系列化，标准化。有利于组织大规模的工厂预制生产并用现代化起重设备，进行安装，简化施工管理工作，降低施工费用。.装配式的施工方法可以节省大量
10、模板，并且上下部结构可同时施工，显著加快建桥速度缩短工期。.在简支梁桥中，因相邻各跨单独受力，桥墩上常设置相邻简支梁的支座，相应可以增加墩的宽度。（2）方案二：预应力混凝土连续T梁桥根据水文计算，桥孔全长拟定为200m,分为五跨.跨中截面梁高为2.0m，支座截面梁高2.0m，截面惯距变化和内力变化比较协调，而且显得轻盈美观。预应力混凝土连续梁桥属于超静定结构，具有整体性好、结构刚度大、接缝少、挠度小，行车舒适、跨中建筑高度小。还可以减少下部工程量和简化下部施工，外型美观，钢筋混凝土节省，以及应用施工场地小经济效益显著等，但其结构和工艺较复杂，二次内力系要精确计算。（3）方案三：预应力混凝土简支
11、箱形梁桥该方案采用跨径540m的装配式预应力混凝土简支箱形梁桥，桥面净宽为9+20.5=11.0m。桥梁上部结构采用3片主梁，主梁间距取用3.6m，其中预制主梁宽3.0m。桥面设有1.5%的双向横坡，在墩台顶部做成倾斜的桥面板来实现，桥墩采用钻孔灌注桩双柱式桥墩，共2个桥墩。 桥台采用重力式U型桥台，共2个。预应力混凝土简支箱形梁桥除具有预应力混凝土简支T梁桥的特点外还具有其独到的特点：.箱形截面是一种闭口薄壁截面，其抗扭刚度大，受偏心荷载时箱形截面梁内力分布比较均匀。.具有比T形截面高的截面效率指标。.顶板和底板面积比较大，能有效地承担正负弯矩，并能满足配筋的需要。.桥梁处于悬臂状态时，具有
12、良好的静力和动力稳定性，有利于施工。.整体性能好，在限制车道数通过车辆时，可超载通行。经过仔细的对比，方案三无论从工艺技术要求，使用效果，施工方法，造价及用材等经济因素多方面都优于其他方案。所以本设计采用装配式预应力混凝土简支箱形梁桥。1.2 桥梁的总体设计1.2.1 平面设计 桥上及桥头引道的线形应与路线布设相互协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳的通过。从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交。此桥为二级公路上的大桥，桥梁位于直线上。1.2.2 纵断面设计桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥道的标
13、高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。现分述如下：（1） 桥梁总跨径的确定对于一般跨河桥梁，总跨径可参照水文计算确定。桥梁的总跨径须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大冲刷，根据河床土壤性质和基础埋置情况，应视河床容许冲刷深度，适当缩短桥梁的总长度，以节约总投资。本桥位于四川省庆丰县附近，大渡河右岸支流河段上，属于大渡河某水电站工程，起止桩号约为K9+652K9+858。经实地调查，桥梁跨越大渡河右岸支流河谷，常年水位较小，雨季时雨水充沛，东岸地形略显平缓，西岸地势陡峻，水电站水库正常蓄水位为2253.00m，死水位为2248.00m，水库消落深度5m，桥下无通航要求。经分析，
14、此桥的总跨径为200m较为经济。（2） 桥梁的分孔 对于一座较长的桥梁，应当分成几孔，各孔的跨径应该多大，这不仅影响到使用效果、施工难易等，并在很大程度上关系到桥梁的总造价。跨径越大，分孔越少，上部结构的造价就很高，墩台的造价就减少；反之，跨径减小，分孔增多，又将会使下部结构的造价提高。最经济的分孔就是使上下部结构之间，相互协调考虑，进而使总造价趋于最低。跨径的选择还与施工能力有关，有时选用较大的跨径虽然是经济合理的，但是由于当时的施工技术能力和设备条件等方面受到限制，满足不了要求，这样也不得不将跨径减小。此外，整体规划桥梁分孔时必须重视美观上的要求。综上所述，根据使用任务，桥位处的地形和环境
15、，河床地质、水文等具体情况，并通过技术经济等方面的分析比较，又由于此桥下无通航要求，故设定本桥分五孔，每跨40m。（3） 桥道标高的确定对于跨河桥梁，桥道的标高应保证桥下排洪和通航的需要。必须根据设计洪水位、桥下通航净空等需要，结合桥型、跨径等一起考虑，以确定合理的桥道标高。为了保证桥下流水净空，梁底一般应高于水库正常蓄水位（包括壅水和浪高）不小于50cm，高出最高流冰水位75cm；支座底面应高出水库正常蓄水位不小于25cm，高出最高流冰水位不小于50cm，但如果支座部分有围护隔水者可不受此限制。（4） 桥上和桥头引道的纵坡桥道标高确定后，就可根据两端桥头的地形和线路要求来设计桥梁的纵断面线形
16、。为了利于桥面排水和降低引道路堤高度，本桥的桥头引道纵坡设为1.5%。桥上或引道处纵坡发生变更的地方均应按规定设置竖曲线。本设计桥上及引道处均无纵坡，故均不用设置竖曲线。（5） 基础的埋置深度公路基规3.1.2条规定：设置在岩石上的一般桥梁墩台，如果风化层较厚，河流的冲刷又不太大，在全部清除风化层有困难的情况下，在保证安全条件时，基础可以考虑设置在风化层内，其埋置深度要根据岩层的风化程度、冲刷情况以及其相应的承载能 力来确定。由以上分析，本桥可将持力层选在中风化的花岗岩上，以承受上部荷载较大的压力。1.2.3 横断面设计桥梁横断面的设计，主要是要决定桥面的宽度和与桥面宽度有关的桥跨结构横断面的
17、布置。而桥面宽度则决定于行车和行人的交通需要。本桥的设计为二级公路，双向两车道，中间不设置分隔带，行车道宽度为9.0m，人行道宽度为20. 5m，故桥面净空为：净-9+20. 5=11.0m。由于本桥纵坡为+0.5%，为确保行人和行车的安全，人行道高出行车道面30cm。2 设计资料和结构尺寸2.1 设计条件1. 建桥位置：该桥位于至四川省庆丰县城附近，大渡河右岸支流河段上，属于四川某水电站工程2. 设计技术1指标 3. 桥面净空：净9+21.04. 荷载等级：公路级5. 人群荷载： 3.0 加栏杆取5.0 6. 设计原则：经济、适用、安全、美观 2.2 设计构造布置1. 桥面跨径及桥宽主梁标准
18、跨径,预制梁全长，计算跨径。2. 材料性能参数（1）混凝土强度等级为C50，主要强度指标为：强度标准值： 强度设计值： 弹性模量： （2）预应力钢筋拟采用j15.2 -1860-GB/T5224-1995钢绞线，其强度指标为：抗拉强度标准值： 抗拉强度设计值： 弹性模量： 相对界限受压区高度：,（3）纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为:抗拉强度标准值： 抗拉强度设计值： 弹性模量： 相对界限受压区高度：，（4）箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为：抗拉强度标准值： 抗拉强度设计值： 弹性模量： 2.3 构造形式及尺寸选定1. 截面形式：由于跨度较大，拟采用抗弯刚度和
19、抗扭刚度都较大的箱形截面，按单箱单室设计。施工方法采用先预制，再吊装的方法。2. 主梁间距：参照较大跨度预应力混凝土T形梁的经济跨径范围：，在保证行车道板使用性能挠度和裂缝控制的前提下，将预制箱梁控制在可以吊装的范围内，横桥向按3片预制箱梁布置，间距为。3. 主梁梁高：鉴于常见的预应力混凝土等截面简支梁的高跨比一般取在1/151/25内，所以取。4. 板宽度与厚度：此处采用变厚度，与腹板连接处取20cm，边主梁的悬臂端和腹板间的跨中取17.5cm。5. 底板：宽度取200cm，厚度取25cm，在距支座中心线1.8m处开始由25cm开始变化至35cm，其余都不变。6. 腹板厚度：除了要满足抗剪及
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