1、湘潭大學興湘學院畢業(yè)設計說明書題 目： 桑田大橋 中承式鋼管混凝土拱橋設計專 業(yè)： 土木工程 學 號： 2010965232 姓 名： 張也 指導教師： 郭小剛 完成日期： 2014年5月21日 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目：桑田大橋中承式鋼管混凝土拱橋設計 學號：2010965232 姓名：張也 專業(yè)： 土木工程 指導教師： 郭小剛 系主任： 譚紅霞 一、主要內(nèi)容及基本要求1橋型方案比選確定各種橋型的橋孔孔徑；初擬各種橋梁圖式；進行方案評比和優(yōu)選；繪制方案圖與編寫說明書。至少3個方案2橋梁上部結(jié)構(gòu)設計上部結(jié)構(gòu)設計包括截面尺寸的擬定；內(nèi)力計算；內(nèi)力組合；繪制內(nèi)力包絡

2、圖；配筋設計；應力驗算；強度驗算；施工驗算。3橋梁下部結(jié)構(gòu)設計下部結(jié)構(gòu)包括橋墩或橋臺設計，也由類型選擇、尺寸擬定、內(nèi)力計算、強度驗算、穩(wěn)定性驗算及抗震驗算等幾部分組成，對于鋼筋混凝土和預應力混凝土墩臺還應進行配筋設計。4施工組織設計確定上下部結(jié)構(gòu)的施工方法；繪制施工流程圖。5工程概算只需完成工程概算一、 重點研究的問題1、重點研究上部結(jié)構(gòu)的計算問題。怎樣通過設計，使結(jié)構(gòu)受力更合理。2、通過計算，使橋梁以相對最少的用料量達到受力各方面要求。并且滿足使用及耐久性等要求。 3、重點研究Madis的原理及使用。 三、進度安排階 段內(nèi) 容備 注第一階段畢業(yè)實習2014年2月21日3月7日畢業(yè)實習及提交開

3、題報告（1周左右）畢業(yè)實習動員（時間2月25日）第二階段畢業(yè)設計成果撰寫過程2014年3月8日3月14日水文資料分析及計算（1周） 集中輔導1次（指導老師4月9日提交橋梁設計方案部分成績）2014年3月15日3月28日橋梁方案比選（2周）2014年3月29日4月4日上、下部結(jié)構(gòu)詳細尺寸擬定（1周）2014年4月5日4月25日橋梁上部結(jié)構(gòu)設計及計算（3周） 集中輔導2次（指導老師5月14日提交橋梁結(jié)構(gòu)計算部分成績）2014年4月26日5月9日橋梁下部結(jié)構(gòu)設計及計算（2周）2014年5月10日5月16日橋梁施工組織設計（1周） 集中輔導1次（指導老師5月28日提交施工概算部分成績）2014年5月1

4、7日5月21日橋梁工程概算（1周）第三階段畢業(yè)設計答辯2014年5月20日5月21日修改、完善所有畢業(yè)設計成果，準備畢業(yè)設計答辯指導老師5月30日提交參加第一次答辯學生名單。不參加第一次答辯者需提交書面申請。2014年5月22日第一次畢業(yè)設計答辯指導老師審查合格并同意參加答辯者方可參加答辯。2014年5月28日第二次畢業(yè)設計答辯第二次答辯通過者，成績一律評為“及格”并在畢業(yè)設計鑒定表上注明： “該生第二次答辯合格”。湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）評閱表學號： 2010965232 姓名： 張也 專業(yè)： 10級土木工程七班畢業(yè)論文（設計）題目：桑田大橋中承式鋼管混凝土拱橋設計評價項目評價內(nèi)容選

5、題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值

6、或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價該同學的設計選題合理，難度適中，工作量足，符合土木工程專業(yè)交通土建方向培養(yǎng)目標，達到了綜合訓練的目的。具備了查閱文獻和綜合歸納資料的能力，有綜合運用設計規(guī)范和專業(yè)知識的能力，同時具有一定的外文與計算機應用能力。整個設計思路清晰，結(jié)構(gòu)完整，計算過程全面，圖表圖紙完備、整潔，達到了土木工程專業(yè)本科畢業(yè)水平。評閱人：年 月 日湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： 2010965232姓名：張也專業(yè)： 10級土木工程七班畢業(yè)論文（設計說明書）：155頁 圖紙：12 頁 論文（設計）題目：桑田大橋中承式鋼管混凝土拱橋設計內(nèi)容提要：本設計為桑田大橋中承式鋼管

7、混凝土拱橋初步設計方案。由所提供的基本資料，在方案比選設計中，設計了三種橋型即：中承式鋼管混凝土拱橋、自錨式混凝土懸索橋和單塔斜拉橋。通過對其經(jīng)濟性、安全性、實用性、耐久性和施工等方面的比選，最終確定了中承式鋼管混凝土拱橋這個方案，并對此方案進行了詳細的截面尺寸和施工方法的擬定。全橋358米長，29.5米寬，拱高17.24米。運用Midas軟件對橫梁進行了使用階段的內(nèi)力計算，據(jù)此計算出預應力鋼絞線的數(shù)量和布置形式。最后考慮主要次內(nèi)力，進行使用階段的應力檢算。另外，還根據(jù)橋址地質(zhì)情況對樁基的承載力進行了驗算。驗算結(jié)果表明，所選的中承式鋼管混凝土拱橋方案是可行的，計算完成后進行施工圖的繪制和設計說

8、明書的編制。在設計過程中，按照設計要求同時進行工程圖繪制和英文文獻翻譯。指導教師評語指導教師（簽名）： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組組長（簽名）： 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任（蓋章） 年 月 日前言本設計是在指導老師的悉心指導下完成的，題目是桑田大橋的設計，主要從橋梁方案的設計與比較，橋梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算，預應力筋的配置設計，預應力損失的計算，截面強度、應力驗算等幾個方面進行。在橋梁方案比選時，首先根據(jù)地形地質(zhì)條件，橋梁的總長，大體確定要選用的基本方案，通過比較分析，按照安全、實用、經(jīng)濟、美觀、有利于環(huán)保的原則，確定最終的方案。本設計考慮到水位情況、基礎埋深、橋面寬度、施工方

9、法等等因素，最終確定出橋型總體布置圖，引橋采用跨徑為40米的預應力混凝土T型連續(xù)梁橋，主橋采用主跨為72米的中承式鋼管混凝土拱橋。主跨拱肋采用鋼箱形截面，邊跨拱肋采用鋼筋混凝土矩形截面形式。主跨拱肋采用鋼管混凝土截面可以增強截面剛度，減少截面結(jié)構(gòu)尺寸，節(jié)約混凝土的用量，進而起到減輕橋梁自重，減少了恒載的重力，在一定程度上也可以減低橋梁造價。隨著我國拱橋設計的不斷發(fā)展，鋼管混凝土拱肋也是目前較大跨徑拱橋中最常采用的截面形式之一。如將1989年建成的四川省第一座跨徑為100米的鋼筋混凝土箱型拱肋與箱型板拱定型設計相比，重力與水平推力分別減少小了48%和40%，相當于減小了下部結(jié)構(gòu)圬工數(shù)量，從而降低

10、了總造價。另外，在外觀上，考慮到該設計為城市橋梁，鋼管混凝土中承式拱橋拱橋線形清晰明快，輕盈美觀，增加的城市的美觀性，并且施工也比較方便，本設計采用纜索吊裝施工。由于，鋼管混凝土拱橋的這些優(yōu)點，目前在混凝土拱橋中已被普遍采用。其它結(jié)構(gòu)的設計以及細部的處理都參照了相應的規(guī)范和手冊進行。在計算時，通過手算和橋梁邁達斯軟件計算相結(jié)合，進行了截面配筋、應力計算等工作。在模型的建立過程中，對于細部的處理，如何施加荷載、如何導入CAD截面等問題有了更清晰的認識，在整個設計的過程中，CAD制圖、橋梁電算、手算等能力有了明顯的提高，獨立分析計算的能力得到了長足的發(fā)展。 本設計旨在通過合理的設計，達到安全、實用

11、、經(jīng)濟、美觀、有利于環(huán)保的目的，同時，要達到學以致用、舉一反一的程度。通過計算分析，結(jié)構(gòu)的設計是安全可靠、合理的。通過畢業(yè)設計，收獲很多、感觸頗深，但由于本人能力和知識水平有限，錯誤之處在所難免，懇請各位老師批評、指正。目錄摘要1 Abstract: 1 第一章緒論2第二章設計資料6第三章方案比選83.1橋梁設計原則 83.2方案比選93.3選定方案14第四章橋梁上部結(jié)構(gòu)設計 154.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸擬定154.2 拱肋截面特性的換算 154.3汽車荷載橫向折減系數(shù)164.4汽車沖擊系數(shù)的確定164.5計算模型174.6主拱內(nèi)力計算194.7橫梁內(nèi)力計算264.8拱肋截面應力驗算 1284.9

12、拱肋撓度計算 129第五章橋梁下部結(jié)構(gòu)設計132 5.1 橋臺設計132 5.2 橋墩墩柱設計計算 136 第六章施工組織設計145 6.1工程概況1456.2 建筑材料 1486.3 下部結(jié)構(gòu)施工1486.4上部結(jié)構(gòu)施工 149 6.5其它主意事項 1506.6施工安排 150第七章 工程概算152 6.1 混凝土用量1526.2鋼絞線、波紋管和錨具用量 152總結(jié)153參考文獻154致謝155中承式鋼管混凝土拱橋桑田大橋摘要：本次設計的對象是某城市大橋。根據(jù)所給地形和其他設計參數(shù)，聯(lián)系已建橋以及有關文獻，結(jié)合相關規(guī)范，進行方案設計。采用中承式鋼管混凝土拱橋，主橋跨徑設為72m，橫梁分為中橫

13、梁和端橫梁，都采用T形截面，高為1.358m，在端部采用牛腿形式設計，縱梁在邊跨采用變截面，中跨采用1.64m×1.5m的實腹式長方形截面，本文主要闡述了該橋的設計和計算過程。首先進行橋型方案比選，對主橋進行總體布置設計，然后對上部結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力、配筋計算，再進行強度、應力驗算。同時，本設計嚴格遵從交通部頒布實施的關于此類橋梁設計、施工規(guī)范，最終達到了理論與實踐相結(jié)合。關鍵詞：鋼管混凝土,中承式拱橋,預應力Concrete half-through arch bridgeAbstract: The object of this design is a certain city brid

14、ge. According to the terrain and other design parameters, and given contact has Bridges and literatures, combined with the relevant specification, design. Adopt concrete half-through arch bridge, the bridge span to 72 m, at the end of beam and beam is divided into the beam, use the T section, high o

15、f 1.358 m, in the end in the form of bracket design, girder in side span adopts variable cross-section, across the 1.64 m by 1.5 m solid-web rectangular cross section, this paper mainly expounds the design and calculation process of the bridge. First bridge scheme is selected, the overall layout of

16、the main design, and then on the upper structure internal force and reinforcement calculation, and then to strength and stress calculation. Enacted at the same time, this design strictly comply with the ministry of communications specification about this kind of bridge design, construction, finally

17、achieved the combination of theory and practice. Key words: steel pipe concrete bowstring arch bridge with prestressed第1章 緒 論 1.1鋼管混凝土拱橋現(xiàn)現(xiàn)狀與發(fā)展 鋼管混凝土是我國近年來橋梁建筑發(fā)展的新技術，具有自重輕、強度大、抗變形能力強等優(yōu)點，較好地解決了修建橋梁所需的用料省、安裝質(zhì)量輕、施工簡便、承載能力大等諸多矛盾，是大跨徑拱橋的一種比較理想的結(jié)構(gòu)材料。拱橋是一種極具美學欣賞價值的橋梁形式，在我國有著深厚的文化基礎，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在拱橋中的應用，使拱橋更加輕巧，表現(xiàn)

18、力也更強，其中下承式拱橋更是在城市橋梁中受到青睞。1.2 鋼管混凝土拱橋的應用現(xiàn)狀 鋼管混凝土應用于拱橋，始于20世紀30年代末，蘇聯(lián)建造了跨越列寧格勒涅瓦河101m的下承式鋼管混凝土公路拱橋和位于西伯利亞跨度達140m 的上承式鋼管混凝土鐵路拱橋。此后相當長的時間內(nèi)，世界范圍內(nèi)再沒有修建這種類型的橋梁。1990年, 我國第一座鋼管混凝土拱橋四川旺蒼東河大橋建成，該橋為跨徑115m 的下承式剛架系桿拱橋。它是我國在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)理論研究與實際應用上的新的突破，對我國鋼管混凝土拱橋的發(fā)展影響是巨大的。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁上的應用，同時解決了拱橋高強度材料應用與施工兩大難題，因此，鋼管混凝土拱

19、橋在我國得到迅猛的發(fā)展。近二十年時間里，我國共修建了200多座鋼管混凝土拱橋。2000年建成的廣東丫髻沙大橋，主橋為76 + 360 + 76 m 三跨連續(xù)中承式鋼管混凝土剛架系桿拱橋，跨徑居當時同類型橋梁之最，施工采用豎向轉(zhuǎn)體與水平轉(zhuǎn)體相結(jié)合的方法，轉(zhuǎn)體重量也是國內(nèi)之最。此外，較為典型的還有：重慶巫峽長江大橋（主跨460 m），湖北武漢漢江五橋（主跨280m），廣西南寧永和大橋（主跨349.5m），湖南南縣茅草街大橋（主跨368m），宜昌長江鐵路大橋(主跨264m)等。1.3 鋼管混凝土拱橋的理論研究現(xiàn)狀 隨著鋼管混凝土拱橋的應用發(fā)展，我國對鋼管混凝土拱橋的理論研究也迅速開展起來。國家自然科

20、學基金資助項目鋼管混凝土拱橋抗震理論研究、大跨度鋼管混凝土拱橋施工過程變形及應力模擬、核心混凝土收縮、徐變對鋼管混凝土拱橋靜力性能影響研究及西部交通建設科技項目鋼管混凝土拱橋設計、施工、養(yǎng)護關鍵技術研究等課題正在研究之中或部分已結(jié)題。由重慶交通科研院主編的鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范、鋼管混凝土拱橋施工技術規(guī)范于2004 形成了報批稿。有關標準規(guī)范在修訂中也增加了鋼管混凝土拱橋的內(nèi)容。 由于鋼管混凝土拱肋由鋼管和管內(nèi)混凝土組成，目前工程界存在著兩種設計計算方法2。一種是從架設鋼管拱肋開始，采用應力疊加法分別計算鋼管和管內(nèi)混凝土的應力，分別對鋼和混凝土的應力采用容許應力法進行驗算。另一種方法，則是在施

21、工階段進行應力驗算，而對成橋后的受力視鋼管混凝土為整體，采用內(nèi)力疊加法計算內(nèi)力，然后進行整體和局部構(gòu)件的承載力驗算。陳寶春教授建議鋼管混凝土拱橋?qū)κ┕み^程的驗算，在管內(nèi)混凝土形成強度以前應以鋼結(jié)構(gòu)進行驗算，可遵循現(xiàn)行的公路橋規(guī)中對鋼橋的規(guī)定，按采用容許應力法驗算；鋼管混凝土拱肋形成后的施工過程和成橋，均應以鋼管混凝土結(jié)構(gòu)按采用極限狀態(tài)法進行驗算，考慮初應力與徐變等因素的影響，而不應按應力迭加計算應力、按容許應力法進行強度驗算。 此外，大量論文及論著介紹了鋼管混凝土拱橋的理論研究成果。在計算理論方面，對鋼管混凝土拱橋的初應力、溫度、管內(nèi)混凝土收縮徐變、拱肋剛度計算取值、撓度限值、節(jié)點局部應力、節(jié)

22、點疲勞、動力性能、極限承載力及穩(wěn)定等問題進行了大量研究，取得了可喜的成果，這些研究為鋼管混凝土拱橋的進一步發(fā)展提供了理論基礎。但總的來說, 有關鋼管混凝土拱橋的理論研究尚不夠系統(tǒng)與深入，距形成成熟的計算理論還有相當?shù)牟罹? 還有許多工作要做。1.4鋼管混凝土拱橋的發(fā)展優(yōu)勢 將鋼管混凝土應用于拱橋中，在力學性能、施工、經(jīng)濟以及美觀等方面，表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性，極大促進了拱橋的發(fā)展。鋼管混凝土同套箍混凝土相同，一方面借助鋼管對核心混凝土的套箍約束作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強度和壓縮變形能力；另一方面借助內(nèi)填混凝土的支撐作用，增強鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變空鋼管的

23、失穩(wěn)模態(tài)，從而提高其承載力。二者的結(jié)合,充分發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)點，相互彌補了彼此的不足。鋼管混凝土作為一種組合材料具有獨特的工作特性：彈性工作而塑性破壞,承載力高而極限壓縮變形大。非常適合以偏心受壓為主的拱橋。 大跨度鋼管混凝土拱橋的發(fā)展優(yōu)勢還表現(xiàn)在施工上。修建大跨度拱橋的關鍵是施工方法?，F(xiàn)代拱橋的施工方法已由以往在笨拙的滿堂支架上施工發(fā)展到無支架施工：諸如纜索吊裝法、勁性骨架施工法、懸臂拉索扣掛施工法及轉(zhuǎn)體施工法等。鋼管混凝土拱橋的施工過程是先制作和架設空鋼管拱肋，然后將混凝土灌入鋼管而成橋。這進一步大幅度地減輕拱結(jié)構(gòu)勁性骨架的吊裝質(zhì)量，使上述無支架技術如虎添翼。同時，采用泵灌頂升技術灌注管

24、內(nèi)混凝土，無需振搗，借混凝土自重擠壓密實，工效高質(zhì)量好。此外鋼管除與核心混凝土共同作為結(jié)構(gòu)的主要受力部分外,在施工過程中可以作為支架和澆注管內(nèi)混凝土的模板，使得施工方便、快捷。 工程實踐表明，鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比,在保持自重相近和承載力相同的條件下，可節(jié)省鋼材50% ，并節(jié)省大量的焊接工作；與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同的條件下，構(gòu)件的橫截面積可減少一半，從而使建筑空間得到加大，混凝土和水泥用量以及構(gòu)件自重相應減少50% 。另外，鋼管混凝土本身的施工特點符合現(xiàn)代施工技術工業(yè)化的要求，可大量節(jié)約人工費用，降低工程造價。 鋼管混凝土拱橋在造型藝術上也有著獨特的優(yōu)點。拱橋是個

25、極富美感的橋型，它的美在于優(yōu)美的拱曲線孕育著強大的力量，產(chǎn)生一躍而過的力動感和跨越感，令人賞心悅目。鋼管混凝土拱橋以優(yōu)美的弧形拱肋與直線形的梁、立柱（或吊桿）結(jié)合，呈現(xiàn)出剛?cè)岵?、韻律?yōu)美的綽約風姿。同時，鋼管混凝土拱橋在造型上以及拱肋的布置上呈多樣化。拱肋截面可以做成啞鈴形、三角形、四邊形等，拱肋數(shù)量可以是單肋拱、雙肋拱、三肋拱等，拱肋布置可以是平行橋面布置，與橋面斜交布置，兩拱肋在拱頂連接布置等。另外，按車承形式不同拱橋可以布置成上承式、中承式或下承式。這樣,可以根據(jù)功能和環(huán)境的不同采用不同的橋型和拱肋布置，使拱橋在滿足功能的要求上，與拱橋所處環(huán)境相協(xié)調(diào)，從而使拱橋更具美感。1.5鋼管混凝

26、土拱橋目前存在的問題 回顧和總結(jié)國內(nèi)外鋼管混凝土拱橋發(fā)展的歷史和經(jīng)驗，不難發(fā)現(xiàn)當前還存在一些急需解決的問題：（1）理論研究相對滯后，跟不上發(fā)展步伐，對鋼管混凝土拱結(jié)構(gòu)的受力性能研究才剛剛開始，沒能突出鋼管混凝土這樣一種特殊的組合材料，特別對受力中鋼管對混凝土的緊箍力考慮不夠；（2）鋼管混凝土拱橋的有限元計算理論缺乏統(tǒng)一性，空間分析中，對計算模型的研究不多；（3）鋼管混凝土拱橋中，鋼管混凝土拱肋是典型的壓彎構(gòu)件，理論分析中對鋼管混凝土組合材料在復雜受力狀態(tài)下的本構(gòu)關系還不明確；（4）穩(wěn)定問題突出，穩(wěn)定性、極限承載力研究還不完善；（5）核心混凝土收縮徐變的研究尚處于初步階段，對于管內(nèi)混凝土徐變目前

27、還沒有一個普遍認可的計算模式，在對徐變影響的分析方面，主要集中于鋼管與混凝土應力變化方面，對剛度、變形與穩(wěn)定等方面的影響研究還不夠深入；（6）溫度變化對鋼管混凝土拱橋受力性能影響研究不夠充分，其“相當合攏溫度”或稱“計算合攏溫度”還有待進一步研究，以供制訂規(guī)范時參考；（7）已建成的鋼管混凝土拱橋常出現(xiàn)拱背混凝土脫空的現(xiàn)象；(8) 鋼管混凝土桁架節(jié)點與柔性吊桿的疲勞問題，研究不夠深入；（9）大跨度鋼管混凝土拱橋具有明顯的柔性特征，其動力與抗震性能研究得還不夠。(10) 設計人員往往套用鋼拱橋或鋼筋混凝土拱橋的規(guī)范，進行鋼管混凝土拱橋的設計計算，隨著鋼管混凝土拱橋的不斷發(fā)展,對其專門規(guī)范的制定要求

28、更加迫切。上述問題存在，將在今后相當長時間內(nèi)成為制約拱橋發(fā)展的關鍵，必須依靠橋梁工作者共同努力、協(xié)同解決。1.6 鋼管混凝土拱橋發(fā)展趨勢 鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越，跨越能力大，結(jié)構(gòu)體系靈活多樣，既可以做成有推力拱，也可以做成無推力的系桿拱，并能很好地適應不同地質(zhì)與地形，外形優(yōu)美，因此倍受橋梁工程界青睞。近幾年隨著對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)研究的深入，鋼管混凝土拱橋跨徑記錄在不斷突破，形式在不斷創(chuàng)新，技術在不斷提高。第2章 設計資料及概述1.1 工程概況桑田大橋位于湖南省醴陵市一條二級公路上，全橋長358米，寬29.5米。1.2 自然環(huán)境橋位區(qū)地形、地貌良好。主要為石場，基本由礫巖和板巖組成，大約5m以

29、下為強風化礫巖和強風化板巖。兩側(cè)高差不大，地址情況較好。橋位區(qū)屬亞熱帶氣候，溫暖濕潤，雨量充沛。具有春早夏長，秋雨連綿，冬暖霧多的特點。多年平均氣溫約18°C左右，極端最高氣溫超過42°C，極端最低氣溫低于-3°C。年平均霧日在3040余天。年平均相對濕度在80%左右，常年平均風速1.3m/s，最大風速27m/s左右，主風向為西北風。橋位區(qū)域年平均降雨量約1100毫米，最大年降雨量近1400毫米，最小年降雨量約為780毫米。降雨量主要集中在59月，占全年降雨量的65%左右，并常有雷陣暴雨發(fā)生。1. 3 設計技術標準公路等級：二級路設計荷載：公路級，城-B級，人群荷

30、載3.5kN/m2； 設計車速：60公里/小時： 橋面寬度：0. 75米（欄桿）+1.5米（人行道）+1米（隔離帶）+3米(非機動車道 )+1.5米(隔離帶)+14米（車行道）+1.5米(隔離帶)+3米(非機動車道)+1米(隔離帶）+1.5米（人行道）+0. 75米（欄桿）=29.5米橋面橫坡：2%；斜交角度：0°；地震烈度：按7度設防；設計行車速度：60公里/小時；設計洪水頻率：1/100，無通航。1.4設計規(guī)范1）公路工程技術標準(JTG B01-2003)；2）公路路線設計規(guī)范(JTG D20-2006)； 3）公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）；4）公路圬工橋涵

31、設計規(guī)范（JTG D61-2005）；5）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTG D62-2004)；6）公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTG D63-2007）；7）公路橋梁抗震設計細則(JTGTB02-01-2008)；8）城市橋梁設計荷載標準（CJJ77-98）；9）城市道路設計規(guī)范（CJJ37-90）；10）城市道路照明設計標準（CJJ37-90）；11）公路工程概算定額（JTG/T B06-01-2007）。第三章 橋型方案比選3.1方案比選基本設計原則橋梁的橋型、跨徑、孔數(shù)應遵安全、適用、經(jīng)濟、美觀、有利于環(huán)保的原則，并考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護等因素確定。1

32、使用上的要求橋面寬度能滿足當前以及今后規(guī)劃年限內(nèi)的交通流量(包括行人通道)；橋跨結(jié)構(gòu)的下方要有利于泄洪、通航或車輛和行人的通行；應適當考慮農(nóng)田排灌的需要；橋梁結(jié)構(gòu)設計應考慮橋面鋪裝，進行綜合設計。2 經(jīng)濟上的要求 橋梁設計應體現(xiàn)經(jīng)濟上的合理性；在設計中必須進行詳細周密的技術經(jīng)濟比較，使橋梁的總造價和材料等的消耗為最少；充分考慮橋梁在使用期間的運營條件以及養(yǎng)護和維修等方面的問題。此外，能滿足快速施工要求以達到縮短工期的橋梁設計，不僅能降低造價，而且提早通車也會帶來經(jīng)濟效益。3 結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造上的要求整個橋梁結(jié)構(gòu)及其各部分構(gòu)件，在制造、運輸、安裝和使用過程中應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性；

33、橋梁結(jié)構(gòu)的強度應使全部構(gòu)件及其連續(xù)構(gòu)造的材料抗力和承載力具有足夠的安全儲備；對于剛度要求，應使橋梁在荷載作用下的變形不超過規(guī)定的容許值。4 施工上的要求橋梁結(jié)構(gòu)應便于制造和架設，應盡量采用先進的工藝技術和施工機械，以利于加快施工速度，保證工程質(zhì)量和施工安全。5 美觀上的要求一座橋梁應具有優(yōu)美的外形，而且這種外形從任何角度看都應該是優(yōu)美的。結(jié)構(gòu)布置必須簡練，并在空間上有和諧的比例。橋型應與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，城市橋梁和游覽區(qū)的橋梁，可較多地考慮建筑藝術上的要求。合理的結(jié)構(gòu)布局和輪廓是橋梁美觀的主要因素，另外，施工質(zhì)量對橋梁美觀也有很大影響。6 環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展橋梁設計應考慮環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的

34、要求。從橋位選擇、橋跨布置、基礎方案、墩身外形、上部結(jié)構(gòu)施工方法、施工組織設計等全面考慮環(huán)境要求，采取必要的工程控制措施，并建立環(huán)境監(jiān)測保護體系，將不利影響減至最小。基于以上原則再結(jié)合地質(zhì)實際情況以及中國現(xiàn)有的常見橋型，本次設計選取了四種橋型：三跨預應力混凝土變截面連續(xù)梁橋，獨塔雙索面斜拉橋，三跨連續(xù)下承式鋼管混凝土拱橋，自錨式混凝土懸索橋。3.2方案一：自錨式混凝土懸索橋3.2.1 主橋設計 （1）總體布置 1.方案構(gòu)思 自錨式懸索橋與傳統(tǒng)懸索橋的最大區(qū)別有兩個，其一是主纜錨固于邊跨加勁梁（即錨跨），因而可以利用加勁梁的水平支承能力來平衡主纜水平分力；利用錨跨自重來平衡主纜拉力的豎向分力，可

35、節(jié)省龐大的錨碇工程。其二，可利用主纜水平分力為加勁梁提供壓應力，因而加勁梁可采用普通混凝土結(jié)構(gòu)，節(jié)省了預應力費用。自錨式懸索橋具有傳統(tǒng)懸索橋的主要審美特征，又能夠給我們一種格外的厚重、敦實、雄偉的感受?，F(xiàn)代橋梁除了滿足自身的結(jié)構(gòu)要求外，也越來越注重景觀設計，因此，自錨式懸索橋應用前景是很樂觀的。本橋總體布置為：70m+230m+70m（自錨式混凝土懸索橋）=370m，邊主跨比為0.3，主跨垂度46m，矢跨比為1/5，主纜成橋后線形接近二次拋物線形。 懸索橋整體布置圖（單位：cm） （2）上部結(jié)構(gòu)設計 1.加勁梁自錨式懸索橋中的恒載由主纜來承受，而活載還需要由主梁來承受，所以主梁必須有一定的抗彎

36、剛度，主梁的形式以采用具有一定抗彎剛度的箱形斷面較為合適。本方案選用鋼箱梁，減輕了體系的自重，在一定的跨度允許范圍內(nèi)，使橋梁的安全性指標、適用性指標、經(jīng)濟性指標、美觀性指標得到了完美的統(tǒng)一。對結(jié)構(gòu)受力而言，由于采用了自錨體系，將索錨固于主梁上，利用主梁來抵抗水平軸力。加勁梁采用流線型扁平式鋼箱梁。橋梁全寬為35.5m，箱梁頂部寬度為33.5m，高度為 2.8m，梁頂設有1%雙向橫坡和10 cm厚的瀝青鋪裝層，采用正交異性橋面板鋼橋面，橋面寬度：總寬35.5m，有效寬度33.5，1.5m附屬區(qū)+0.5m防撞欄+2.5m右路肩+10.5m行車道+0.75m左路肩，中間帶寬2.0m。跨中主梁截面圖（

37、單位：cm）2.橋塔設計本橋索塔塔高50m（橋面以上），采用鋼筋混凝土門式橋塔，由兩根塔柱及一道橫梁組成，塔柱在縱向、橫向均為等寬度。索塔包括塔柱、橫梁以及索塔附屬設施（索塔內(nèi)爬梯、除濕系統(tǒng)）。為加強索塔橫向連系，提高索塔橫向穩(wěn)定性，索塔設置一道預應力混凝土箱形橫梁。 3.主纜及吊索設計全橋共設兩根主纜，采用PWS法架設。每根主纜中含有37股鋼絲束，每股鋼絲束由91根2.1鍍鋅高強鋼絲組成，高強鋼絲抗拉強度為1600MPa。成橋后每根主纜直徑約為341mm，空隙率控制在20%。豎吊索采用四股騎跨試，由4股鋼纜繩騎跨在主纜的帶槽索夾上，下端則用鑄鋼錨頭與加勁梁聯(lián)結(jié)。吊索間距直接涉及到橋面構(gòu)造和橋

38、面材料用量，應進行經(jīng)濟比較。跨徑在80-200m范圍內(nèi)的吊橋，間距一般取5-8m。本橋吊索間距取8m。3.3 方案二：中承式鋼管混凝土拱橋3.3.1 主橋設計 （1）總體布置1.方案構(gòu)思拱橋是我國公路上使用廣泛的一種橋型，在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺將產(chǎn)生水平推力。同時，這種水平推力將顯著抵消荷載所引起在拱圈（或拱肋）內(nèi)的彎矩作用。因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和撓度要小得多。拱的跨越能力很大，外形也比較美觀，在條件許可的情況下，修建圬工、鋼筋混凝土或鋼管混凝土拱橋往往是經(jīng)濟合理的。方案取為中承式鋼管混凝土拱橋。主橋長358m，主跨長72m，采用對稱布置。 拱橋橋型總體布置圖（單位：cm）

39、（2）上部結(jié)構(gòu)設計1.拱肋設計主跨的拱肋采用拋線拱，跨徑L=72m，矢高f=17.24m，矢跨比為f/L=1/4,拱軸系數(shù)m=1.543。每片拱肋采用等截面布置，每片拱肋由6根鋼管組成，內(nèi)灌C50混凝土。兩根吊桿分別穿兩根預埋鋼管錨固在拱肋頂端。2.橫梁設計橫梁采用T梁，梁高為1.358m。3.吊桿設計吊桿在同一截面內(nèi)設置雙吊桿，以有利于拱肋橫向穩(wěn)定。吊桿間距初步擬定為6.0m，全橋共設9對吊桿。每根吊桿采用7mm的低松弛鋼絞線，采用雙層HDPE全防腐體系，雙層HDPE之間設一隔離層，錨具采用OVM-LZM冷鑄墩頭錨，分別錨固與拱肋鋼管頂端和箱梁錨固室內(nèi)的腹板上。橋面寬度：總寬29.5m，0.

40、 75米（欄桿）+1.5米（人行道）+1米（隔離帶）+3米(非機動車道 )+1.5米(隔離帶)+14米（車行道）+1.5米(隔離帶)+3米(非機動車道)+1米(隔離帶）+1.5米（人行道）+0. 75米（欄桿）3.3.2 引橋設計 （1）橋跨布置3×40m（ 預制預應力簡支T梁 ）+主跨部分+3×40m。 （2）上部結(jié)構(gòu)設計 引橋上部結(jié)構(gòu)采用標準跨徑為40m的預應力簡支T梁，梁高為2m，預制寬度為2m，主梁吊裝就位后澆筑0.4m的濕接縫，T梁間距為2m，跨中腹板厚度為0.2m，跨中馬蹄寬度為0.5m，高度為0.25m，斜坡高度0.15m，支點截面腹板厚度變?yōu)?.5m。 （3

41、）下部結(jié)構(gòu)設計引橋橋墩采用圓柱式橋墩，橋墩直徑為2.5m，每一橫截面共設有四個橋墩，每一個橋墩下面設置2.0 m直徑的圓柱樁，圓柱樁之間設置橫系梁。 （4）橋臺設計本方案中，橋下地基良好，橋臺接線處填土高度大約為10m左右，采用構(gòu)造簡單，費用較低的重力時橋臺是比較合理的選擇。3.4 方案三：獨塔斜拉橋3.4.1 主橋設計 （1）總體布置 1.方案構(gòu)思 斜拉橋是由承壓的塔、受拉的索與受壓彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系，主要承重的主梁，由斜拉索將主梁吊住，使主梁變成多點彈性支承連梁工作，并承受斜拉索水平分力施加壓力作用，由此減小了主梁截面，使橋梁具有很大的跨越能力。 獨塔斜拉橋在河床地質(zhì)、地形條件

42、較好時，經(jīng)濟性比較好，可以省去一個橋塔，無索區(qū)比雙塔斜拉橋長，拉索用量少；其次，其活載最大撓度發(fā)生在拉索區(qū)，對受力有利，受收縮徐變及溫度梯度的影響較?。辉俅?，其結(jié)構(gòu)布置靈活，施工也比較方便，可采用懸臂澆筑、轉(zhuǎn)體施工等方法。鑒于這些優(yōu)點，并結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)條件，橋位處基巖埋深較淺，且均勻一致，承載力高，河槽偏于西岸，屬于不對稱情形，同時河面寬度約400m，在其經(jīng)濟跨徑的范圍內(nèi)，另外，橋位處視野開闊，高聳的橋塔進一步增加了大橋雄偉的氣勢，因此獨塔斜拉橋是一個很具有競爭力的方案。方案取獨塔雙面索斜拉橋，整體布置：200m130m（獨塔雙索面斜拉橋）330m。 斜拉橋整體布置圖（單位：cm） （2）上部

43、結(jié)構(gòu)設計1.主 塔考慮塔柱受力及施工方面的因素，擬定的斷面尺寸如下：采用H形塔，最外側(cè)拉索距塔頂3.2m，橋面以上塔高66m，高跨比0.33，順橋向塔身寬12m，橫橋向塔柱寬為4.5m。如圖（單位：cm） 索塔a）立面圖；b）正面圖（單位：cm） 2.主 梁 主梁梁高為2.5m，橋面板行車道做成1的雙向橫坡，主梁截面采用混凝土形式，橋面寬度：總寬32.5m，1.0m拉索區(qū)+0.5m防撞欄+2.5m右路肩+10.5m行車道+0.75m左路肩，中間帶寬2m。 主梁橫截面布置圖（單位：cm）3. 斜拉索斜拉索采用新型的PWS拉索，有直徑7mm的鋼絲以小扭角捆扎而成。斜拉索外層防護采用熱擠雙層PE防護

44、套，外層防護套的顏色可根據(jù)景觀要求選用。斜拉索布置為：14×14m，索橫向間距為31m。全橋共設2×14對斜拉索。主塔兩側(cè)斜拉索的設計以避免產(chǎn)生較大的塔身彎矩為原則。斜拉索兩端用冷鑄錨分別錨固于索塔和主梁上。斜拉索與主梁上的耳板采用銷鉸式連接，通過耳板用高強螺栓與主梁連接，斜拉索中心線在耳板平面內(nèi)擺動。3.5 橋型方案比選 在橋梁方案比選中，要注意下列四項主要標準：安全、功能、經(jīng)濟與美觀，其中自然以安全與經(jīng)濟為重。下面對四個方案進行簡述：橋型方案比選表方案項目第一方案第二方案第三方案自錨式混凝土懸索橋中承式連續(xù)鋼管拱橋獨塔斜拉橋1分孔70m+230m+70m3×4

45、0m+23m+72m+23m +3×40m 200m+130m2橋長370m358m330m3縱坡2%2%2%4施工難易主橋跨度230m，跨度較小，需要先懸臂拼裝施工主梁，施工復雜，工序多，技術尚不成熟。主梁采用移動模架施工，臨時墩較多，影響通航；纜索架設拱肋時要修建臨時索塔，工程量大；索力調(diào)整控制復雜，主梁懸臂施工，索塔爬模施工技術成熟，工期較短；引橋用預制架設，質(zhì)量高，工期短。5適用性1雙向通航孔，主孔道150m，通航性好；2凈跨徑大，有利于汛期泄洪；3先梁后纜的施工方法，施工技術復雜；錨固技術復雜，混凝土容易開裂。4橋型新穎，受力合理，養(yǎng)護費用很高。1單向通航孔，主孔道72m，

46、通航性一般；2橋面連續(xù)，行車順暢；3鋼管混凝土拱受日照溫差影響易脫空1雙向通航，主孔道150m，通航性好；2凈跨徑大，墩臺少，對河床壓縮小，有利于汛期泄洪；3懸臂施工技術成熟，施工合理。6外形美觀橋型新穎獨特，造型順暢，線形流暢美觀，氣勢宏偉，景觀效果好。中承式拱橋曲線線形優(yōu)美，給人以遐想的空間，通行視距好外形新穎，橋型美觀，氣勢宏偉，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)好。從方案比較中我們可以看到，三種橋型都外形美觀，景觀效果好，適合建在風景區(qū)或城市里。而第二方案在造價、施工和維護等方面占據(jù)優(yōu)勢，其它二種橋型雖然技術比較先進，外觀比較優(yōu)美，但施工相對困難，造價相對過高。根據(jù)安全、適用、經(jīng)濟、美觀和可行性原則，綜合

47、考慮地形、地質(zhì)、水文、河床特征、環(huán)境協(xié)調(diào)等因素，確定推薦方案為：中承式鋼管混凝土拱橋。鋼管混凝土中承式拱橋，在滿足使用要求的前提下，拱橋的設計更為經(jīng)濟、簡便，鋼管混凝土中承式拱橋的造型較為美觀，而且當?shù)芈糜尉包c較多拱橋的美觀也可成為當?shù)氐囊粋€旅游資源。施工方面，拱肋采用懸索吊裝施工法施工，橫梁、系梁和吊桿一起拼裝，橋面板也采用預制拼裝，架設方便，施工質(zhì)量較易控制。于是決定將中承式鋼管混凝土拱橋作為推薦方案。第四章 橋梁上部結(jié)構(gòu)設計4.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸擬定主拱計算跨徑為72m，計算矢高為17.24m，計算矢跨比為1/4，主拱拱軸線方程為：y=0.013x2。主拱圈采用實腹長方形截面，高為1.8m

48、，寬1.3m。為保證拱的橫向穩(wěn)定，在橋范圍內(nèi)共設5道永久橫撐，橫撐鋼管均垂直拱軸線。橫撐采用箱型截面，高為 1.0m，寬為1.0 m，增加橫向聯(lián)系。本橋共設2排吊桿，18根，吊桿的縱向間距6米，吊桿位于拱面內(nèi)，每個吊桿均由7mm的低松弛鋼絞線。本橋梁的橋面橫梁共分為固定橫梁、普通橫梁和鋼架橫梁三類。固定橫梁與拱肋剛性連接，它既能傳遞垂直荷載和水平橫向荷載，還能傳遞縱向制動力以及從拱肋和橋面?zhèn)鱽淼膹澗亍⑴ぞ睾图袅?。在橫梁之間設計縱梁，增加橋梁整體聯(lián)系。主橋行車道橋面板全部采用先簡支后連續(xù)的鋼筋混凝土空心板梁，兩跨之間設順橋向60cm寬度的濕接縫，與橫梁固結(jié)。橋面空心板的高度25cm。4.2 拱肋

49、截面特性的換算根據(jù)規(guī)范，鋼材-混凝土組合結(jié)構(gòu)(SRC)在作受力分析時，假定鋼材和混凝土緊密地連接在一起，并使用等效截面特性值進行計算和分析。計算等效換算截面特性值時，鋼材的彈性系數(shù)(Es)和混凝土的彈性系數(shù)(Ec)是利用型鋼混凝土標準計算的。等效換算截面面積 :等效換算有效剪切截面面積 :等效換算截面慣性矩 : 鋼骨截面?；炷两孛妗ｄ摴怯行Ъ羟忻娣e。混凝土的有效剪切面積。鋼骨截面慣性距。混凝土截面慣性距。鋼骨與混凝土彈性系數(shù)之比。4.3 汽車荷載橫向折減系數(shù) 多車道橋梁上的汽車荷載應考慮多車道折減，當橋梁設計車道數(shù)等于或者大于2時，汽車荷載橫向折減系數(shù)應按公路橋涵通用設計規(guī)范表4.3.1-4選取相應的值該橋梁為雙向四車道，所以汽車荷載橫向折減系數(shù)為0.67。4.4 汽車沖擊系數(shù)的確定其中橫梁的截面面積為A=1