客运专线岩寨水库大桥初步设计 毕业设计计算书.doc

central south university 本科生毕业论文( 设计) 设计题目 客运专线岩寨水库大桥初步设计 跨径组合（58+92+58 ）m 学生姓名 指导老师 学 院 土 木 工 程 学 院 专业班级 2013 年 6 月 中南大学 毕 业 论 文 (设 计 )任 务 书 及 成 绩 评 定 表 题 目 客运专线岩寨水库大桥初步设计 跨径组合（58+92+58）m 学生姓名 指导教师 学 院 专业班级 教务处制 中 南 大 学 毕业论文（设计）任务书 毕业论文（设计）题目 客运专线岩寨水客大桥初步设计 跨径组合（58+92+58）m 题目类型 工程设计 题目来源 生产实际题 1 2 毕业论文（设计）时间从 2013-3-1 至 2013-6-7(合计 16 周) 1. 毕业论文（设计）内容要求： 1.1 桥址概况 岩寨水库大桥位于台江县革一乡排生村境内，桥址处位于岩寨水库库区， 水库原名为巴拉河，2009 年下旬开始下闸蓄水，水库正常蓄水位为 613m，河 面宽度约为 240m，水流较平缓，径向自南向北，线路与其夹角为 80，下游约 5km 处为岩寨水电站大坝。 1.2 主要技术标准 （1）设计荷载： 恒载：自重按 26.5kn/m3； 双线二期恒载按 184kn/m； 不均匀沉降取 2cm 或按计算值。 列车荷载：列车竖向活载采用 zk 荷载，列车竖向活载图式如下： 标准活载： 特种活载 车竖向动力：桥跨结构考虑列车活载动力作用时，应将静活载所产生的竖向 效应（弯矩和剪力）乘以动力系数a ，动力系数应按下列公式计算： 列车活载作用下： 剪力动力系数： 弯矩动力系数： 913.026.1l 851.0249.12l 式中 l结构计算跨度。 横向摇摆力取 100 kn，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线 路中线作用于钢轨顶面。多线桥梁只计算任一线上的横向摇摆力。空车时不考 虑横向摇摆力。 20kn64/m无 限.81无 限64kn/m250 风力：按铁路桥涵设计基本规范(tb10002.1-2005)办理。 温度变化影响力：日照温差按顶板升温 10 度考虑。 （2）桥面布置： 桥梁结构部分全宽 13.4m/12.5m。 （3）坡度：结构不设横坡。 （4）截面形式：箱形梁 （5）材料： 砼： 上部结构采用 c50 下部结构采用 c30c25 钢筋：预应力钢筋 j15.20 钢绞线（极限抗拉强度 1860mpa） 普通钢筋：r235、hrb335 钢筋 1.3 基本要求 （1）编写设计说明书，内容包括 中英文摘要 桥式方案比选、工程量估算、基本尺寸探讨、施工方案确定 选定桥式的内力及变形分析结果 编制预应力估索程序并校核估算预应力钢筋，进行截面预应力钢筋的布置 根据配筋结果，对结构进行全面成桥、施工应力检算 根据配筋结果，进行正常使用极限状态的截面校核。 设计分析并检算一个主跨的下部结构（要求采用推荐方案） 中英文文献翻译 （）设计图纸 各桥式方案桥型布置图 选定方案构造图 上部结构预应力钢筋布置图 普通钢筋布置图 下部结构构造图 施工方案图 2. 主要参考资料 （1）王承礼、徐名枢， 铁路桥梁 ，中国铁道出版社，1990 年 （2）裘伯永、盛兴旺、乔建东、文雨松等， 桥梁工程 ，中国铁道出版社， 2001 年 （3）张士铎， 桥梁设计理论 ，人民交通出版社，1984 年 （4）范立础， 预应力钢筋混凝土连续梁 ，人民交通出版社，1985 年 （5）范立础， 桥梁工程 ，人民交通出版社，1997 年 （6）姚铃森， 桥梁工程 ，人民交通出版社，1984 年 （7）万国朝译， 现代混凝土公路桥设计 ，人民交通出版社，1983 年 （8）雷俊卿， 桥梁悬臂施工与设计 ，人民交通出版社，1999 年 （9）石洞， 桥梁结构电算 ，同济大学出版社，1987 年 (10)铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.1-2005 ） (11)铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （tb10002.3-2005 ） (12)铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 (13)铁路桥涵施工规范 （tb10203-2002） (14)高速铁路设计规范（试行） （tb10621-2009 ） (15)铁路桥涵地基和基础设计规范 （tb10002.5-2005 ） （16）丁皓江， 弹性和塑性力学中的有限单元法 3. 毕业论文（设计）进度安排 阶段 阶 段 内 容 时间（周） 1 桥式方案比选及工程量计算 1.5 2 箱梁桥结构尺寸优化 1.0 3 施工方案拟定 0.5 4 施工及成桥阶段结构内力计算 1.5 5 预应力钢筋配置及施工及成桥阶段应力、位移 检算 1.5 6 普通钢筋配置 1.0 7 绘制设计图并编写设计说明书 4.0 8 毕业设计答辩 1.0 指导教师（签名） 时间：_ 系(所 )主任 (签名) 时间： 主管院长（签名） 时间：_ 中 南 大 学 毕业论文（设计）成绩评定表（一） 指导教师评语 建议成绩 指导教师 _年_月_日中 南 大 学 毕业论文（设计）成绩评定表（二） 论文（设计）评阅人评语 论文（设计） 建议成绩 评阅人 _年_月_日中 南 大 学 毕业论文（设计）成绩评定表（三） 答辩记录及意见 答辩成绩：_ 答辩委员会（小组）负责人_ _年_月_日 学院领导小组审查意见： 成绩评定 负责人 _年_月_日 i 目 录 摘 要 .iii abstractiv 第 1 章 基本资料 .1 1.1 基本资料 .1 1.1.1 飞云江河床断面图及地质剖面图 .1 1.1.2 水文资料及通航要求 1 1.1.3 线路资料和车道 1 1.1.4 设计荷载 1 1.2 设计依据和要求 .2 1.2.1 设计依据 2 1.2.2 设计要求 2 第 2 章 桥式方案比选 4 2.1 方案提出 2.1.1 方案比选的意义及任务 4 2.1.2 桥梁设计及方案比选的原则 4 2.2 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥 .5 2.2.1 体系特点 5 2.2.2 桥型布置 5 2.2.3 上部结构尺寸拟定 6 2.2.4 下部结构设计 8 2.2.5 材料选用 9 2.2.6 施工方案拟定 10 2.3 桥式方案二：下承式钢管混凝土拱桥 .12 2.3.1 体系特点 12 2.3.2 上部结构 13 2.3.3 下部结构 14 2.4 桥式方案三：双塔斜拉桥 2.4 施工方案拟定 .14 2.5 方案比选 .14 第 3 章 主梁内力计算 15 3.1 计算内容及使用程序简介 .15 3.2 结构计算模型 .15 3.3 施工阶段模拟 .16 3.4 荷载信息及工况组合 .17 3.4.1 荷载信息 17 3.4.2 材料信息 18 3.4.3 工况组合 18 3.5 施工阶段内力计算 .19 3.6 施工成桥内力计算 .20 3.6.1 一期恒载内力 20 ii 3.6.2 二期恒载内力 20 3.6.3 温度次内力 21 3.6.4 支座沉降次内力 21 3.6.5 收缩、徐变内力 22 3.6.6 活载内力 23 3.6.7 施工成桥组合内力（内力组合包络图） 23 第 4 章 纵向预应力估索计算 26 4.1 配筋估算信息 .26 4.2 估索原理 .26 4.2.1 估索的概念 26 4.2.2 按弹性阶段的极限状态（正常使用极限状态）的应力要求估索 .26 4.2.3 按破坏阶段的极限状态（承载能力极限状态）的应力要求估索 .29 4.3 估索结果 .29 4.4 预应力筋的布置 .31 4.4.1 布索原则 31 4.4.2 钢束布置 32 4.5 预应力锚具的选择与布置 .33 第 5 章 主梁结构验算 34 5.1 概述 .34 5.2 验算标准 .34 5.3 配束后主力内力图 .35 5.3.1 收缩、徐变内力 35 5.3.2 恒载和预应力内力 35 5.4 强度验算 .36 5.4.1 基本理论 36 5.4.2 验算结果 36 5.5 应力验算 .37 5.5.1 施工阶段应力验算 37 5.5.2 使用阶段应力验算 39 5.5.3 钢筋应力验算 41 5.6 刚度验算与预拱度设置 .42 5.6.1 活载作用下的挠度与转角 42 5.6.2 恒载挠度及预拱度设置 43 5.7 支座反力汇总 .44 第 6 章 工程量统计 .45 结束语 46 参考文献 47 附录 1：设计图纸（目录） .48 附录 2：英文原文及翻译 .49 iii 摘 要 本文根据岩寨水库大桥的桥址情况和设计要求，拟定出预应力混凝土连续 梁桥（58m+92m+58m） 、中承式钢管混凝土拱桥（56m+160m+56m)、双塔斜拉桥 (60m+160m+60m)三个方案进行比选。本着安全、经济、实用、美观的原则，确 定预应力混凝土连续梁桥为最优方案，该桥总长 208m，为 58m+92m+58m 三跨桥 梁。 本连续梁桥的设计主要包括结构尺寸拟定；预应力钢筋的估算与配置；主 梁强度、应力和刚度的检算三个部分。尺寸拟定参考以往成桥经验进行，并要 满足规范规定的结构构造等要求；施工方案设计，预应力钢筋按照施工成桥工 况进行估算，并根据实际施工工况进行调整；主梁结构的验算包括破坏阶段的 强度验算和弹性阶段的应力、抗裂性、变形验算，均应满足规范要求。本设计 不对桥墩、桩基础进行配筋和验算。 在整个设计过程中，主梁部分的计算采用有限元分析软件 dr.bridge3.0 完 成。 关键词：方案比选；预应力混凝土连续梁桥；中承式钢管混凝土拱桥；斜拉桥； 悬臂施工；验算 iv abstract in this paper, according to the rock village reservoir bridge to the bridge site and the design requirements, prestressed concrete continuous beam bridge(58m+ 92m+58m), half-through cfst arch bridge(56m+160m+56m), double towers cable- stayed bridge(60m+160m+60m) three plans were compared. in a safe, economic, practical, aesthetic principles, prestressed concrete continuous beam bridge to determine the optimal scheme, the bridge length of 208m,58m+92m+58m for the three-span bridge. the design of continuous beam bridge include dimensions decision of the whole structure, estimation and layout of the prestressed reinforcement, checking computations of strength, stress and rigidity of the main beam, and checking computation of the infrastructure. referred to former experience, dimensions decision should meet the structural standard demand. the prestressed reinforcement system is estimated according to the building construction status, and adjusted according to the building-by-steps construction status. the checking computations of main beam include strength at failure stage, stress, crack resistance and deformation at elastic stage. in this paper, prestressed reinforcement design and checking computation of piers and piles are not considered. in the whole process of design, the calculation of main beam is carried out by the finite element analysis software dr.bridge3.0. key words: schemes comparison; prestressed concrete continuous beam bridge; half- through cfst arch bridge; cable- stayed bridge; cantilever construction; checking calculation 第 1 章 设计基本资料 1 第 1 章 基本资料 1.1 基本资料 1.1.1 巴拉河河床断面图及地质剖面图 岩寨水库大桥位于台江县革一乡排生村境内，桥址处位于岩寨水库库区， 水库原名为巴拉河，2009 年下旬开始下闸蓄水，水库正常蓄水位为 613m，河面 宽度约为 240m，水流较平缓，径向自南向北，线路与其夹角为 80，下游约 5km 处为岩寨水电站大坝。如图 1-1 所示： 图 1-1 巴拉河河床断面和地质剖面图 1.1.2 水文资料及通航要求 巴拉河河道总长 216km，流域面积 1376km2。本流域径流由降水形成，径流 与降水的时空基本相应，平均流量 11.35m3/s，平均径流总量 3.566 亿 m3。年 内分配不均，510 月径流量占全年径流量的 75%；最小流量一般发生在 12 月 次年 1 月。本桥位于深山区，沟谷纵横，本桥通航标准为级航道。 本桥处于巴拉河中下游，岩寨水电站上游，距离水库大坝 5km，施工受到 冬季蓄水、春季发电放水、雨季洪水的三重影响：即冬季为了保持库容，岩寨 水电站从 10 月下旬开始下闸蓄水，一直到次年 3 月份，在此期间，水位标高保 持在正常蓄水位 613m（水位标准是浙江省丽水市水利水电勘测设计研究院制定） ；每年春季 3 月份开闸放水发电，一直到 10 月；雨季（从 5 月到 10 月）受巴 拉河上游的降水、泄洪和发电放水的相互影响，最高洪水位达到: h1%=613.92m，q1%=3190m3/s,v1%=0.51m/s；泄洪后死水位达到：590.0m,水位 高差达 23m 多，水位高度及变化成了桩基、承台、垫块和墩身施工的严重制约 因素。水库水位变化情况如表 1-1 所示： 第 1 章 设计基本资料 2 表 1-1 水位变化情况 项目 冬季蓄水 10月次年 3 月 最高洪水位5 月10 月 泄洪死水位 最新水位 （2012.3.2 0） 施工水位 水位 （m） 613.0 613.9 590.0 606.0 613.0 1.1.3 线路资料和车道 本设计线路为客专线，平面线型为直线，在纵坡的设置上采用直线坡，不 设横坡，为双线铁路。 1.1.4 设计荷载 （1）恒载：粱体自重 26.5kn/m3计； 双线二期恒载按 184kn/m 计； 不均匀沉降取 5cm。 （2）活载：zk 活载。 （3）列车竖向动力：桥跨结构考虑列车活载动力作用时，应将静活载所产 生的竖向效应（弯矩和剪力）乘以动力系数。 （4) 横向摇摆力取 100 kn，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方 向垂直线路中线作用于钢轨顶面。 （5) 风力：按铁路桥涵设计基本规范(tb10002.1-2005)办理。 （6）温度变化影响力：日照温差按顶板升温 10 度考虑。 （7）荷载组合：按可能的最不利组合情况进行计算。 组合（主）：自重二期恒载预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活载 组合（主+附）：自重二期恒载预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活 载+温度变化 1.2 设计依据和要求 1.2.1 设计依据 1） 铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.1-2005） 2） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （tb10002.3- 2005） 3） 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 第 1 章 设计基本资料 3 4） 铁路桥涵施工规范 （tb10203-2002） 5） 高速铁路设计规范（试行） （tb10621-2009） 6） 铁路桥涵地基和基础设计规范 （tb10002.5-2005） 1.2.2 设计要求 （1）编写设计说明书，内容包括 1）中英文摘要 2）桥式方案比选、工程量估算、基本尺寸探讨、施工方案确定 3）选定桥式的内力及变形分析结果 4）编制预应力估索程序并校核估算预应力钢筋，进行截面预应力钢筋 的布置 5）根据配筋结果，对结构进行全面成桥、施工应力检算 6）根据配筋结果，进行正常使用极限状态的截面校核。 7）设计分析并检算一个主跨的下部结构（要求采用推荐方案） 8）中英文文献翻译 （2）设计图纸 1）各桥式方案桥型布置图 2）选定方案构造图 3）上部结构预应力钢筋布置图 4）普通钢筋布置图 5）下部结构构造图 6）施工方案图 第 1 章 设计基本资料 4 第 2 章 桥式方案比选 5 第 2 章 桥式方案比选 2.1 方案提出 2.1.1 方案比选的意义及任务 随着桥梁理论的不断成熟，对桥梁设计的要求不断提高。在桥梁设计中， 要求桥梁经济适用、安全舒适、外形美观、技术合理。对于一定的建桥条件， 根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过使 用、技术、经济等方面的综合比较才能得到最优的设计方案。 桥型方案比选是初步设计的工作重点，它对以后的设计工作起着至关重要 的作用。一个好的桥梁设计方案可以节约造价、缩短工期。在桥型方案比选中， 首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、功能与美观。其中以安全与经济 最为重要；以往的设计往往对桥梁功能重视度不够；现在由于各种交通量的发 展，需要重视桥下净空与行车舒适性；至于桥梁美观，要视经济性而定。因此 根据地形地质、水文和河段特征等条件，本着技术先进、安全可靠、适用耐久、 经济合理的原则，选择合理的设计方案有重大的意义。 桥式方案比选主要有三项任务：拟定桥梁图式；编制桥式方案； 桥 梁技术经济比较和最优方案的选定。 2.1.2 方案比选的原则 （1）适用性 修建桥梁的目的在于交通运输，因此适用性极为重要。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。建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维修。 （2）安全性 桥梁的安全至关重要，它要求整个桥跨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。设计应考 虑各种可能的不利因素，特别是施工的条件等，保证足够的安全系数，确保安 全。 （3）舒适性 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的属相与横向振幅，避免车 辆在桥上振动与冲击。 第 2 章 桥式方案比选 6 （4）经济性 桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑的因素。设计必须经过技术经 济比较，使桥梁在建造时消耗的材料、工期和劳动力尽量少，在使用期间的养 护、维修费用尽量少。 （5）美观性 在使用、安全和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围 的环境相协调。 2.1.3 待选桥式方案 在对本桥的设计中，通过对基本资料的分析，初步确定下面三种桥式方案 进行比选： 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥 桥式方案二：中承式钢管混凝土拱桥 桥式方案三：双塔斜拉桥 2.2 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥 2.2.1 体系特点 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、刚度大、强度高、行车平顺舒 适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强、抗裂性能好等而成为最富竞 争力的桥型之一。 由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩很大幅度减小，跨越能力强，但 该超静定结构受温度变化、混凝土收缩徐变、地基不均匀沉降影响显著，对地 基要求高，适应于中等以上跨径桥梁。 2.2.2 桥型布置 连续梁桥跨径的布置一般采用变截面不等跨的形式，边跨跨径取中跨的 0.5 0.8，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若 边跨过长，会削弱边跨的刚度，将增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值， 增加预应力束筋数量；若边跨过短，边跨桥台支座将会产生负反力，支座与桥 台必须采用相应抗拔措施或边梁压重来解决。另外，对悬臂法施工的连续梁， 为减小支架及现浇段长度，边跨长度以取不超过中跨长度的 0.65 倍为宜。 本方案中主桥全长 208m，设计成 58m+92m+58m 三跨预应力混凝土连续梁 第 2 章 桥式方案比选 7 桥（如图 2-1 所示） ，边跨与主跨的跨径之比为 0.63。 图 2-1 预应力混凝土连续梁桥方案全桥布置图 2.2.3 上部结构尺寸拟定 （1）梁高 从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面宜采用变高度 的方式进行布置。连续梁桥在恒载、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯 矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此采用 变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律。同时，采用悬臂法施工的连续梁， 变高度梁又与施工的内力状态相吻合。另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省 材料并增大桥下净空。特别是跨度超越 60m 的大、中跨度连续梁桥，采用变高 度布置是十分经济的。 本方案根据成桥经验确定变高度梁的截面高度（见表 2-1） ，截面变化采用 圆曲线，与连续梁的弯矩变化规律相近。箱梁底板底面圆曲线半径 r=30000m，箱梁底板顶面圆曲线半径 r=30000m。 表 2-1 变高度连续梁梁高设置 位置 经验值 实际值 梁高 支点梁高 h支 (1/26)l1/4.8l6.4m 跨中梁高 中 .5.0h支 96h支 35 注： 为中跨跨度。l （2）横截面形式 设计桥面宽 13.4m，采用单箱单室截面（如图 2-2 所示） 。 第 2 章 桥式方案比选 8 图 2-2 截面尺寸拟定（单位:cm） （3）顶板尺寸 箱梁顶板除参与主梁抗弯、承受主梁弯曲的拉或压应力外，还是桥面板的 受力部位，承受较大的横向内力，处于复杂的空间受力状态。箱梁顶板的厚度 主要由横向受力和布筋构造要求确定。对于铁路桥梁，桥面宽度和箱梁腹板间 距的变化量很小，一般顶板厚度在 0.30-0.35m 范围内取值。本方案取顶板厚 第 2 章 桥式方案比选 9 55cm，全桥一致。 （4）底板 底板在负弯矩区特别是在靠近桥墩的界面，承受较大的压应力，由于底板 的宽度比顶板小得多，底板的厚度要比顶板大。对于悬臂施工的变截面梁，底 板厚度随负弯矩的增加而增大，跨中最小，在墩部最大，墩顶底板厚度一般取 梁高的 1/101/12，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴 尽量保持在底板以内；跨中底板厚度一般要满足构造要求，取 0.20-0.30m。底 板沿纵向厚度变化与底板线一致。本方案支点底板厚 100cm，跨中底板厚 60cm。 （5）腹板 腹板厚由受力和构造两方面综合控制。受力方面，腹板必须满足抗剪、抗 主拉应力和稳定性的最小厚度要求。腹板内锚固有预应力钢筋时，还须满足局 部应力要求。依据剪力的分布规律，大跨度桥的腹板亦采用变厚度形式。构造 方面，考虑钢筋、锚具布置和混凝土浇筑要求，腹板最小厚度由构造控制如下： 无预应力钢筋管道时，为 25cm；有单束预应力钢筋管道时，为 25cm+管道直径； 有单束钢筋锚固时为 35cm。腹板在支点处的厚度最大约为 30-60cm。本方案支 点处腹板厚度 110cm，跨中腹板厚 60cm，通过两个节段以直线变化过渡。 （6）悬臂板 悬臂板长度是调节板内弯矩的重要参数，无横向预应力钢筋时，悬臂长度 不宜过大，一般在 1.42.5m 之间。悬臂板沿横向常为变厚，其端部一般按最小 构造要求取值。本方案悬臂板长度为 3.35m，端部厚 20cm，根部厚 65cm。 （7）梗胁尺寸 梗胁是箱梁的重要组成部分。梗胁提供预应力的布置空间，有利于混凝土 的浇筑及脱模；有利于剪力传递，改善剪力滞后效应影响，克服应力集中现象。 箱梁顶板梗胁高宽比一般为 1:2-1:4 之间，底板梗胁的高宽比一般为 1:1-1:2 之 间。本方案顶板梗胁采用 30cm105cm，底板梗胁采用 30cm60cm。 （8）横隔板 横隔板能够增加截面的横向刚度，限制畸变应力。箱形截面梁的抗弯及抗 扭刚度较大，除在支点设置横隔梁以满足支座布置及承受支座反力需要外，可 设置少量中横隔梁。对于单箱单室截面，目前的趋势为不设中横隔梁。本方案 第 2 章 桥式方案比选 10 在桥台支座处设 2m 厚的横隔梁，其中间设 1.0m1.8m 的过人洞；在跨中处设 0.6m 厚的横隔梁，其中间设 1.0m1.8m 的过人洞；桥墩支点处设 3m 厚横隔梁， 其中间设 1.8m1.8m 的过人洞。 （9）伸缩缝 连续梁沿纵向两端部各设 20cm 的伸缩缝。 2.2.4 下部结构设计 本方案采用钢筋混凝土重力式桥墩和群桩基础。桩基基础可节约不少材料 和开挖基坑的土方量，具有承载力高，沉降量小，且均匀，能承受较大的垂直 和水平荷载等特点。 （1）桥墩 采用钢筋混凝土圆端形桥墩，沿线路方向编号分别 1#、2#、3#、4#。 （2）承台 采用厚板式的独立承台，桩与承台板的连接方式为主筋伸入式。 （3）基础 采用 的钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。m 2.2.5 材料选用 （1）混凝土 混凝土的种类很多，在预应力钢筋混凝土中一般采用以水泥为胶结料的混 凝土。预应力混凝土连续梁桥对混凝土的基本要求是：高强度、低收缩徐变、 缓凝早强、高弹性模量等。采用与高强预应力钢筋匹配的高强混凝土，可以充 分发挥材料的强度，从而有效减小构件截面尺寸和自重，以利于适应大跨径的 要求。 我国铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （tb 10002.3 - 2005）以下简称桥规 （tb 10002.3 -2005）规定：钢筋混凝土桥跨结构的 混凝土强度等级不得低于 c30；预应力混凝土桥跨结构的混凝土强度等级不得 低于 c40。本设计箱梁结构采用 c50 混凝土，临时锚固和下部结构采用 c30 混 凝土。 （2）钢筋 预应力混凝土梁桥使用的钢筋分为预应力钢筋和普通钢筋两大类。预应力 第 2 章 桥式方案比选 11 钢筋作为预应力混凝土的预加应力和主要的受力材料，预应力混凝土梁中对钢 筋的基本要求是：高强度、良好的塑性、低松弛、耐锈蚀等。 本方案采用 的高强度低松弛钢绞线，标准强度为 ，157pkf1860mpa 张拉控制应力 ，两端“双控 ”张拉，张拉时混凝土强0.6120conpkfmpa 度要达到 的设计强度，且龄期不小于 3 天。普通钢筋采用 螺纹钢筋。8%2nsi （3）锚具及管道 预应力钢束锚具选用基本要求：受力可靠，锚具本身具有足够的强度和刚 度；预应力损失小；构造简单，便于机械加工制作；张拉设备轻便简单，张拉 方便迅速；用材省，价格低。本方案纵向预应力钢束选用 群锚锚具，15ovm 千斤顶张拉，相应的锚垫板尺寸为 ，相应的350ycwb3024m70m 金属波纹管直径为 。90m 2.2.6 施工方案拟定 （1）施工方案的选择 预应力钢筋混凝土连续梁桥可就地浇筑、悬臂施工、顶推施工等。本方案 采用轻型挂篮分段悬臂浇筑法施工。悬臂浇筑法以移动挂篮作为主要的施工设 备，以桥墩为中心，从块开 始，对称向两岸逐段浇筑混凝土，待混凝土达到0# 要求强度后，张拉预应力钢筋，再向前移动挂篮，进行下一节段的施工，利用 已浇梁段将梁体自重和施工荷载传递到桥墩、基础上。采用挂篮悬臂浇筑法施 工，不需要大量施工支架和临时设备，不影响桥下通航、通车，施工不受季节、 河道水位的影响，施工周期短，结构整体性好。 除 块、边跨现浇段和合拢段之外，其余节段均由挂篮立模现浇。现浇节0# 段的施工质量直接关系到全桥的合拢，是连续梁体系转换的关键。本施工方案 采用先中跨后边跨的合拢方式。 （2）挂篮设计 挂篮种类很多，常用的有梁式挂篮、斜拉式挂篮和组合式斜拉挂篮等，挂 篮的结构设计应遵循如下原则：结构简单、受力明确、稳定性好、自重轻、行 走和装拆安全方便，充分利用常备构件。 本方案采用菱形桁架式挂篮，具有结构简单、受力合理和一次移动到位等 第 2 章 桥式方案比选 12 优点。其上部结构为菱形，前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台及侧模前 移的滑道，其菱形结构后端锚固于主梁顶板上，无平衡压重，而且结构简单， 大大减轻了自身的荷载。 本方案混凝土悬浇最大节段重量为 2020kn，挂篮设计必须满足使用要求和 安全要求，挂篮安装完毕后应全面进行检测，确保施工安全。 （3）施工步骤设计 根据挂篮的承载能力和施工周期的要求，将悬臂浇筑段的梁体划分成 14 个 节段（如图 2-3） ，长度在 之间。悬臂施工时，两个主墩同时进行，施工34m 完墩顶 块后，对称地向两侧进行下一节段的浇筑。具体施工步骤如表 2-2 所0# 示。对于悬臂浇筑法施工，需要特别注意以下几个方面：0 块及临时支座施工；# 挂篮的设计、制作以及各工况下的受力和稳定的计算问题；悬臂施工时悬臂端 预压等措施；边跨和中跨合拢时合拢段长度和合拢温度等条件的选择等等。 悬臂浇筑法施工控制是一个关键性的工艺，也是施工中的一个重点。其目 的是使得成桥结构的线形和受力状态与设计吻合。如控制不好，到合拢时，两 悬臂 端的高程差会大大超出容许范围，导致必须采取措施进行调平处理，既对结构 受力不利，也影响结构的线性和美观，形成永久性缺陷。 图 2-3 悬臂段划分（单位：cm） 表 2-2 预应力连续梁桥方案施工步骤施工步骤 施工工序 一 1.基础桥墩施工； 2.安装主墩（2#、3#）临时托架，并进行预压； 3.立模板，绑扎钢筋，浇筑墩顶 0#节段，并使其与墩身临时固 结； 第 2 章 桥式方案比选 13 4.待混凝土达 85%设计强度且不小于 7 天龄期后，依次张拉 0# 节段顶板、腹板预应力钢束； 5.拆除主墩旁临时托架。 二 1.在主墩的 0#节段上安装挂篮； 2.立模板，绑扎钢筋，对称悬臂安装 1#节段； 3.待混凝土达 85%设计强度且不小于 7 天龄期后，依次张拉 1# 节段顶板、腹板预应力钢束。 三 1.移动主墩挂篮到 1#节段； 2.立模板，绑扎钢筋，对称悬臂安装 2#节段； 3.待混凝土达 85%设计强度且不小于 7 天龄期后，依次张拉 2# 节段顶板、腹板预应力钢束； 4.重复 1-3，直到 12#节段悬臂施工完成。 四 1.中跨进行压重； 2.进行中跨合拢，立模板，绑扎钢筋，浇筑 13#中跨合拢段； 3.待混凝土达 85%设计强度且不小于 7 天龄期后，依次张拉合拢 段顶板、底板预应力钢束； 3.解除主墩临时约束。 五 1.移动边跨挂篮到 12#节段； 2.立模板，绑扎钢筋，悬臂安装 14#节段； 3.待混凝土达 85%设计强度且不小于 7 天龄期后，依次张拉边跨 顶板、底板预应力钢束； 4.重复 1-3，至 15#节段悬臂施工完成。 六 1.安装边墩（2#、4#桥墩）旁的临时支架； 2.立模板，绑扎钢筋，浇筑边跨 17#节段。 七 1.进行边跨合拢，立模板，绑扎钢筋，浇筑 16#边跨合拢段； 2.待混凝土达 85%设计强度且不小于 7 天龄期后，依次张拉边跨 合拢段顶板、底板预应力钢束； 3.拆除边墩临时支架。 八 1.拆除挂篮； 第 2 章 桥式方案比选 14 2.进行桥面铺装等施工。 2.3 桥式方案三：双塔斜拉桥 2.3.1 体系特点 斜拉索两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的活载和桥面活荷载传递至 索塔，再通过索塔传至基础。斜拉索只承受拉力，斜拉索在主梁锚固处的拉力 可分解成一个向上的垂直分力和指向索塔的水平分力，其中向上的垂直分力， 对主梁起到支承的作用，因而主梁在斜拉索的各点支承作用下，使主梁的弯矩 值大大减少。这样可以使主梁的梁高大大减少，从而使主梁结构的自重显著减 轻，既节省材料，又大幅度提高斜拉桥的跨越能力。 根据以上成桥经验数据，结合该处地质、水文情况及通航、线路标高等要 求，拟定第三方案为双塔斜拉桥，采用跨度为 的双塔斜拉桥。60160m 其布置图如图 2-5 所示： 图 2-4 双塔斜拉桥方案全桥布置图 2.3.2 上部结构 （1）索塔 主塔顺桥向的布置形式为单柱式，横桥向的布置形式为 h 型。 主塔对整个斜拉桥结构的刚度、经济性都存在影响，一般塔高与中跨之比 h/l 中=1/4-1/7 比较合适。本桥采用的塔高与中跨之比为 1/3.48。 （2）拉索 第 2 章 桥式方案比选 15 本桥索面为平行双索面，有利于主梁抗扭，并且具有良好的抗风稳定性。 索面形状为扇形，对主梁提供的竖向支撑力大，可节省用钢量，降低拉索 的造价。 （3）主粱 采用混凝土箱形截面主梁，具有良好的抗弯与抗扭刚度，能适应不同形式 的布置情况。 2.3.3 下部结构 主墩、次主墩及边墩均采用 3m 钻孔灌注桩。桥墩、承台、钻孔桩均采用 c30 混凝土。 2.3.4 施工方案拟定 表 2-5 斜拉桥方案施工步骤 施工步骤 施工工序 一 采用钢板桩围堰筑岛施工下部结构 二 塔柱施工 三 在塔柱区现浇一段放置起吊设备的起始梁段 四 用起吊设备从塔柱两侧依次对称安装预制梁端，同时逐渐安 装斜拉索，使悬臂不断伸长直至合拢 五 施工桥面系等附属工程 2.4 桥式方案二：中承式钢管混凝土拱桥 2.4.1 体系特点 钢管混凝土拱桥是近年发展起来的一种新型材料拱桥，是以钢管和混凝土 组合材料为主拱断面的一种拱桥，由于其较好地发挥了混凝土的受压性能和钢 管在无支架施工中的劲性骨架作用，从而解决了拱桥在建造过程中的材料与施 工两大难题，为拱桥跨径向前推进注入了新的生机和活力。钢管混凝土拱桥按 结构体系可分为简单体系拱桥、拱梁组合体系拱桥与钢架系杆拱桥。其中，钢 架体系的钢管混凝土拱桥又分为下承式和中承式两种。 国内钢管混凝土拱桥的一些成桥经验数据见表 2-3。 表 2-3 国内钢管混凝土拱桥部分参数表 拱圈 桥名 跨径（m） 矢跨 比 拱轴线型 结构型 式 高度 （m） 管径壁 厚（mm） 第 2 章 桥式方案比选 16 关东高明大桥 100 1/4 m=1.756 悬链线 中承式 2.0 75010 福建福清玉融大桥 76 1/4 二次抛物线 中承式 1.9 80010 江西景德镇瓷都大桥 150 1/5 四次抛物线 中承式 2.5 100014 浙江铜瓦门大桥 238 1/4 修正二次抛物线 中承式 4.65 115012 广东东莞水道特大桥 280 1/5 m=1.5 悬链线 中承式 5.5 100016 四川旺苍东河大桥 115 1/6 m=1.347 悬链线 下承式 2.0 80010 天津彩虹桥 160 1/5 m=1.41 悬链线 下承式 3.75 150016 青藏拉萨河大桥 108 1/5.4 二次抛物线 下承式 1.8 90010 根据以上成桥经验数据，结合该处地质、水文情况及通航、线路标高等要 求，拟定第二方案为下承式钢管混凝土拱桥，采用跨度为 的561056m 一拱连续梁钢管拱组合结构体系。其布置图如图 2-4 所示。 图 2-4 中承式钢管混凝土拱桥方案全桥布置图 2.4.2 上部结构 （1）预应力主梁 上部结构为连续梁钢管混凝土拱组合体系，预应力混凝土主纵梁采用箱形 截面形式。 梁部采用 c50 混凝土，预应力筋采用 1860mpa 的高强低松弛钢绞线。 （2）拱肋 拱肋线均采用二次抛物线，配置有箱形加劲粱，以加劲粱强大的抗扭刚度 抵消偏载影响。拱矢高 36m，矢跨比 1/7.56。 拱肋内灌筑 c50 微膨胀混凝土。拱肋钢材采用 q345qd。 （3）横向联接系 中孔拱肋和 都设 7 道一字形横撑，横撑钢管管径 。横向联接20cm80m 系钢材采用 q235qd。 第 2 章 桥式方案比选 17 （4）吊杆 中孔拱每片拱肋设置 18 对吊杆，边孔拱每片拱肋设置 5 对吊杆，全桥共设 46 根吊杆，吊杆间距均采用 4m。每根吊杆由 ry=1670mpa 的 73 根 7mm 低松弛预 应力钢丝组成，采用 pe 双护层防护。吊杆上下端均采用冷铸镦头锚进行锚固。 2.4.3 下部结构 主墩、次主墩及边墩均采用 3m 钻孔灌注桩。桥墩、承台、钻孔桩均采用 c30 混凝土。 2.4.4 施工方案拟定 表 2-4 拱桥方案施工步骤施工步骤 施工工序 一 采用薄壁混凝土沉井围堰施工下部结构。 二 梁部采用支架现浇法，将主梁划分为现浇梁段和后浇段。后浇 段的施工顺序由主跨向边跨依次进行。 三 安装拱肋支架，施工拱肋及相应横撑。分段灌筑拱肋内混凝土。 四 安装吊杆，对吊杆施加初张力。拆除支架，张拉主纵梁剩余预 应力钢束。 五 施工桥面系等附属工程。 2.5 方案比选 表 2-6 方案比选 项目 方案一 方案二 方案三桥型 预应力混凝土连续梁 桥 下承式钢管混凝土拱 桥 双塔斜拉桥跨径 布置 (5892)m(5610)m(601)m 截面 形式 单箱单室箱形截面 单箱单室箱形截面 单箱单室箱形截面 使用 效果 结构变形小，刚度大， 行车舒适，抗裂性能 好，抗震能力强，易 构造、受力复杂，横 向刚度较差，成桥之 后维护费用较高 梁体尺寸较小，桥梁 的跨越能力较大，受 桥下净空和桥面标高 第 2 章 桥式方案比选 18 于养护，成桥后维护 费用低 的限制少 工程 量 钢筋用量较少，施工 方法成熟，工期短， 总体费用较低 钢材用量大，施工过 程复杂，工期长，总 体费用较高。 设计计算复杂，施工 中高空作业较多，且 施工复杂，费用高 美观 效果 一般 美观 美观 综合比较，三个方案都符合安全、功能的要求，斜拉桥桥型美观，但设计 计算、施工复杂，使用费用高，不经济；拱桥桥型美观，但造价过高，不经济， 且整体性较差；预应力混凝土连续梁桥的应用比较多，悬臂浇筑施工工艺的应 用较为成熟，并且工程造价方面占绝对优势，后期养护费用低。综上所述，本 设计采用的最终方案为方案一：预应力混凝土连续梁桥。 第 3 章 主梁内力计算 19 第 3 章 主梁内力计算 3.1 计算内容及使用程序简介 在对桥梁结构进行初步尺寸拟定和材料选择以后，就可以对结构进行纵向 受力分析、配筋计算等工作。首先建立结构的计算模型，然后在各种荷载组合 情况下进行内力计算，从而估算出结构所需要配置的预应力筋面积。 本设计中，结构的计算通过 dr.bridge 3.0 来完成。桥梁博士是桥梁工程中 普遍使用的一个有限元计算软件。它是一个集可视化数据处理、数据库管理、 结构分析、打印与帮助于一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。系统的 编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范，充分利用现 代计算机技术，符合设计人员的习惯。dr.bridge 3.0 将桥梁结构简化为杆件系 统进行建模，对连续梁桥的计算尤为适用，计算精确，使用方便。 通常，连续梁桥的计算流程是：施工成桥内力计算；考虑施工阶段的配筋 估算；配筋后施工和成桥结构验算。 3.2 结构计算模型 在使用有限元软件进行计算之前，必须对全桥结构进行离散化，建立结构 计算模式。结构离散化是结构分析重要的一环，必须遵循以下原则： （1）保证体系的几何不变性。这一点在较复杂的施工体系转换中尤其应注 意，同时也应避免与结构受力不符的多余约束； （2）计算模型应尽量符合结构的构造特点和受力特点 ，对于 块的处理、0# 支座的处理、基础的模拟等应慎重考虑； （3）在合理模拟保证精度的前提下，减少节点数目，以缩小计算规模。 离散时，一般在以下位置应划分节点： （1）构件的转折点和截面的变化点； （2）施工分界点、边界点、及支座处； （3）需验算或求位移的截面处； （4）当出现位移不连续的情况时，例如相邻的两个单元以铰接形式相连 （转角不连续） ，可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式。 本设计方案在单元划分时，每一个悬臂浇筑施工节段自然划分为一个单元 （有 、 、 三种规格） ，每个合拢段（ ）设为两个单元。这2.5m3.0.52.0m 第 3 章 主梁内力计算 20 样，便于施工过程的模拟，并且这些截面也正是需要验算的截面。同时， 块、0# 支座处、边跨直线现浇段以及一些构造变化的位置增设了几个单元，使得关键 受力部位的计算更加精确。全桥按照从左到右的顺序共划分为 74 个单元，相应 的有 75 个节点。 用桥博建立的全桥三维模型和主梁单元划分别如图 3-1 和图 3-2 所示。 图 3-1 全桥三维模型 图 3-2 主梁单元划分 3.3 施工阶段模拟 施工阶段及单元划分确定后，就可以模拟实际施工过程，计算出各阶段内 力，再将各阶段内力累加即得到桥梁的最终恒载内力。 根据实际施工步骤，列出主梁内力计算和估索计算时的施工阶段（见表 3- 1） 。 表 3-1 施工阶段划分 施工阶段号 施工周期 施工内容 1 30 0#块浇筑 2 2 张拉 0#块预应力钢束 3 2 安装挂篮 4 10 悬臂浇筑 1#块 5 2 张拉 1#块预应力钢束 第 3 章 主梁内力计算 21 6 2 移动挂篮 7-38 1411 重复步骤 4-6，悬臂安装 2#块-12#块及张拉 2#块-12#块的预应力钢束 39 10 中跨加吊篮压重 40 10 中跨合拢 41 5 安装永久支座，