武汉理工大学毕业设计桥型选择.doc

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1、 桥式方案比选1.目的与意义 随着社会经济的进步和人民生活水平的提高，人们对桥梁的实用、安全、经济、美观以及环保都提出了更高的要求。根据建设单位的不同侧重点则可能有多种不同设计方案。因此，我们必须通过各方面权衡的综合比较分析才可能得到最科学最合理的设计方案。2. 基本内容和方法（1） 首先根据其地质情况及周围环境选择可以发挥承载能力的桥型和桥孔布置，要满足汉鄂高速线路的强度、刚度、稳定性和耐久性的需求。符合安全性和适用性要求。（2） 应与其和谐协调建设，既要发挥交通功能，也要讲究景观效应。同时结合地区的条件，合理选择桥梁的造型，让桥梁的结构与周围环境和谐统一。符合美学要求。（3） 桥梁建设的经

2、济性也是必须考虑的因素，既要满足美观实用也要满足预算要求，尽量做到施工方便经济。（4） 要满足建设单位的要求前提下来在经济、实用、美观间取得最适合的权衡，同时不能偏废任何一方面。 在西江桥的设计中，针对其主要功能以及桥梁的实用性，选定四种备选桥型：方案一：斜拉桥；方案二：混凝土拱桥；方案三：刚架桥；方案四：预应力混凝土连续梁桥。2.1 斜拉桥1） 斜拉桥的主要特点： 斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥由索塔主

3、梁、斜拉索组成。 斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。如武汉长江二桥、白沙洲大桥均为钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥。现代斜拉桥可以追溯到1956年瑞典建成的斯特伦松德桥，主跨1826米。历经半个世纪，斜拉桥技术得到空前发展，世界上已建成的主跨在200米以上的斜拉桥有200余座，其中跨径大于400米的有40余座。尤其20世纪90年代后，世界上建成的著名斜拉桥有：法国诺曼底斜拉桥，南京长江二桥南汊桥钢箱梁斜拉桥，以及1999年日本建成的世界最大跨度的多多罗大桥。与其他体系的大跨度桥梁比较，混凝土斜拉桥优点：可

4、使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料，桥梁跨度较大，桥梁基础较少、有利于跨越很宽的障碍物，桥梁造型美观。一般说，斜拉桥跨径3001000m是合适的，在这一跨径范围，斜拉桥与悬索桥相比，斜拉桥有较明显优势。其缺点在于它是多次超静定结构，设计计算复杂，施工中高空作业较多，且施工控制等技术要求严格。且它属于柔性结构，变形较大，后期维护工作量大，造价高。2）斜拉桥施工： 斜拉桥施工分为主梁施工、索塔施工和拉锁施工。 主梁施工又有两种方法：一种是悬臂拼装法，这种方法的优点是钢主梁和索塔可以同时在不同是场地进行施工，具有施工快捷和方便的特点；二是悬臂浇注法，这种方法的优点是结构的整体

5、性好，其不足之处在于整个施工过程中必须严格控制挂蓝的变形和混凝土的收缩、徐变的影响，相当于悬臂拼装法而言其施工周期较长。因此我们选择用悬臂拼装法施工。3）桥跨： 西江桥依据其地形资料大概可以拟定其主梁桥跨约为350米，桥梁全长450米。2.2 混凝土拱桥1）拱桥的主要特点 拱桥是在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重构件的桥梁。拱桥是向上凸起的曲面，其最大主应力沿拱桥曲面作用，沿拱桥垂直方向的最小主应力为零。 拱桥的主要优点是：跨越能力强，能充分的就地取材，与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；耐久性能好，维修养护费用少；且其外形美观。拱桥的主要缺点是：一般拱桥上部结构的紫红比较大，且存

6、在水平推力，下部结构工程量增加，地质要求条件高，施工工序较多，建桥时间也较长，一般情况下未能采用高度机械化和工业化的建造方法，辅助设备和劳动力用量较多；在连续多跨的大、中型结构中，为防止一跨破坏而影响全桥安全，需采取较复杂的结构措施，或应设置抵抗单向水平推力的桥墩，增加了造价，而在满足桥下净空是，上承式拱的曲线地面将增加桥面高程，考虑到胡伞桥是为连接高速公路路线的桥梁，其接线工程量的增加货桥面纵坡又会造成不利。3） 桥跨： 西江桥依据其地形资料大概可以拟定其主跨约为350米。2.3.刚架桥1） 刚架桥的主要特点：上其部结构和下部结构连成整体的框架结构。根据基础连结条件不同，分为有铰与无铰两种。

7、这种结构是超静定体系，在垂直荷载作用下，框架底部除了产生竖向反力外，还产生力矩和水平反力。常见的刚架桥有门式刚架桥和斜腿刚架桥等。刚架桥在竖向荷载作用下，梁部主要受湾，而在柱脚处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。刚架桥跨中的建筑高度就可以做得较小。当遇到线路立体交叉或许要跨越通航江河时，采用这种桥型能尽量降低线路高程，以改善纵坡并能减少路堤土方量。但是普通钢筋混凝土修建的刚架桥施工比较困难，梁柱刚接处较易裂缝。 门式刚架桥，其腿和梁垂直相交呈门架形。腿所受的弯矩将随腿和梁的刚度比率的提高而增大。用钢或钢筋混凝土制造的门架桥,多用于跨线桥。至于T形刚构桥(特点是在跨中有铰)，及将腿做

8、成V形两撑杆与梁刚性相连的连续梁桥，其外形均与多跨的门架桥相近，但内力分布规律则不同。门架桥可分：单跨门架桥。用钢制造时,腿脚常设铰,形成两铰门架。用钢筋混凝土制造时,腿脚可设铰;也可和基础固结,形成固端单跨门架桥,主要用于地质良好处。双悬臂单跨门架桥。将梁的两端悬伸至门腿之外,在悬伸端加平衡重或在悬伸端和腿脚间设置预应力拉杆，可使梁的支承截面产生较大的负弯矩，以降低梁的跨中正弯矩，相应地降低梁高，有利于修建跨线桥。多跨门架桥。多用于跨度不大的跨线桥。三跨两腿门架桥。这种桥在两端设桥台，采用预应力混凝土时，可将跨度做得较大。例如,美国1981年在休斯敦航道上修建的公路桥,分跨为114.3+22

9、8.7+114.3米。 斜腿刚架桥，刚架腿是斜置的，两腿和梁中部的轴线大致呈拱形，这样，腿和梁所受的弯矩比同跨度的门式刚架显著减小，而轴向压力有所增加。同上承式拱相比，这种桥不需要拱上结构，构件数目较少；当桥面较窄（如单线铁路桥）而跨度较大时，可将其斜腿在桥的横向放坡，以保证桥的横向稳定。著名的预应力混凝土斜腿刚架桥有：联邦德国霍雷姆铁路桥(1953年，腿铰跨度85.5米)，中国邯(郸)长(治)铁路浊漳河桥(1981年，脚铰跨度82.0米)，法国圣米歇尔公路桥（1957年,按墩的中心距计的分跨为160+565.2米）等。著名的钢斜腿刚架桥有：卢森堡阿尔泽特公路桥（1965年，脚铰跨度234.1

10、米）,南斯拉夫内雷特瓦铁路桥(1966年,100米),法国马蒂格公路桥（1972年，210米）,意大利斯法拉沙(Sfalasha)公路桥（1972年，376米）,及中国安康汉江铁路桥（1982年,176米）等。其主要缺点在于适用范围较窄，对土质要求比较高。2） 桥跨。3） 如采用这里考虑用一座斜腿刚架桥架设。2.3.4预应力混凝土连续梁桥（1）预应力混凝土连续梁桥的主要特点 主梁是连续支承在几个桥墩上。在荷载作用时，主梁的不同截面上有的有正弯矩，有的有负弯矩，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。这样，可节省主梁材料用量。连续梁桥通常是将35孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适。连续

11、梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩，构造比较复杂。此外，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。因此，连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。1966年建成的美国亚斯托利亚桥，是目前跨径最大的钢桁架连续梁桥，它的跨径为376米。 预应力混凝土连续梁桥造价低且养护工程量小；施工采用悬臂施工法、顶推法、逐跨施工法，可充分应用预应力技术的优点使施工设备机械化，生产工厂化，从而提高了施工质量，降低了施工费用、施工难度小，工期也相对缩短。但也存在着景观性差、桥墩较

12、多影响行洪。所以其一般用于小跨度桥梁，景观要求低的桥梁，同一项目桥梁较多的工程，地质情况复杂多变的地区。连续梁是一种外部超静定结构，相比于简支梁桥和悬臂梁桥，其具有结构刚度大、桥面变形小、动力性能好、变形曲线平顺、有利于高速行车等突出优点。2）在西江桥的设计中我们可以考虑设计连续梁桥。3. 方案比选。通过比较桥型选择预应力混凝土连续梁桥。原因主要考虑以下几点： 从适用性和安全性上来看，4种方案对比，预应力混凝土连续梁桥使用较更普遍，施工难度较小，且西江桥所在地质条件及其它环境条件都能够满足其建设要求，其桥面变形小、动力性能好。 从美观性上来看,4种方案中斜拉桥比较美观,但是设计计算复杂,且此仅为次线上众多高速公路桥梁之一,不适宜采用这种施工中高空作业较多，且施工控制等技术要求严格，工期较长的桥型。拱桥桥型也比较美观，但是对道路接线有较高要求，对桥两端地质要求也较高且施工过程中支架施工多、施工工序多、不便于机械化施工、施工周期长。再者其所在位置为郊区，美观问题不应作主要因素考虑。 从经济性上来看，相比较而言，斜拉桥与钢构桥所需后期维修费用较其它两种高，不宜选择。 综上考虑：选择施工工期较短，适用性和安全性都能满足，建设较为经济的预应力混凝土连续梁桥。