土木工程专业道路桥梁方向毕业论文--西柏坡高速公路跨南水北调工程桥梁设计

土木工程专业道路桥梁方向毕业论文--西柏坡高速公路跨南水北调工程桥梁设计内容摘要：

480 374 方案比选 三方案各项指标及评定结果如表 15 所示： 图 18 拱肋横断面尺寸图 第 1 章 桥梁设计方案比选 9 表 15 方案比选表 桥型 内容 指标 预应力钢筋混凝 土连续箱梁桥 钢管混凝土抛物线拱桥 钢管混凝土圆弧拱桥 桥跨布置 16 9+（ 48+60+48）+16 9,总长 444m 16 5+（ +60 3+） +16 5,总长375m 16 6+150+16 6,总长342m 截面形式 单箱双室箱梁 +空心板梁 双哑铃拱肋 +空心板梁 双哑铃拱肋 +空心板梁 优点 、石为主，可就地取材，成本较低； ，可模型号，可根据使用要求浇筑成各种形状的结构； 、耐久性较好，建成后维修费用较少； 构整体性好，刚度较大，变形较小 应力混凝土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，及节省材料、增大其跨越能力，有提高其抗裂和抗疲劳的能力；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 钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而能显著提高混凝土的抗压强度由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从 而显著提高混凝土的抗压强度。 同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同 时 可 作 为施 工 模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。 钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而能显著提高混凝土的抗压强度由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。 同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性 承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。 拱肋相对于抛物线拱制作程序简单。 缺点 结构自重较大，自重消耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力，并且增加了下部结材料性能要求高，施工复杂，要求施工水平较高，建成后维修费用高，墩梁固结，在基材料性能要求高，施工复杂，要求施工水平较高，建成后维修费用高，墩梁固结，在基础发生变位时不能第 1 章 桥梁设计方案比选 10 构的工程量。 础发生变位时不能修复；钢材用量大，抗腐蚀、耐火性能不好。 整体性较差，纵向、横向刚度低，行车稳定性不好。 修复；钢材用量大，抗腐蚀、耐火 性能不好。 整体性较差，纵向、横向刚度低，行车稳定性不好。 工期 较短 较长 较长 经济型（材料用量） 见表 12 见表 13 见表 14 美观性 一般 好 好 推荐方案 综合以上的介绍，根据经济型、适用性、舒适安全性、先进性、美观性等指 标，推荐方案一为最终方案。 桥梁设计前期方案比选重要性浅析 桥梁设计的方案比选是一个非常重要的课题，也是一个比较困难的问题，它对以后的初步设计乃至施工图设计起着至关重要的作用。 一个好的桥梁方案不仅能节约造价、缩短工期，而且在整个设计周期中起着 “万事开头难 ”的功效。 一旦桥梁方案确定，在初步设计和施工图设计时，借助于现代桥梁电算，可以说是不难的。 而在方案比选中，首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、功能与美观。 其中自然要数安全与经济为重，过去设计往往对桥梁功能重视不够，现在由于城市交通量的发展，需要十分重视桥下净空是否满足城市车辆的通行、桥下车行轨迹是否满足行车习惯。 至于桥梁美观，要视经济而定，设计的桥梁再美观，一旦经济不允许，只能是 “纸上谈兵 ”，到头来还得重新设计。 安全是桥梁结构设计的前提 随着改革开放的力度加大，城市车辆的飞速发展，城市交通运 输十分繁忙，车速也在不断提高，桥梁结构不光要求结构自身的受力安全，而且要求桥梁构造的安全。 在作乐山市大渡河龚嘴电站大桥设计中，我们设计组也进行了许多方案比选，有河中设墩的连续箱梁，有连续刚构，有上承式拱桥等桥梁结构形式。 根据实际的地形、地质、地物，最后综合比较选择了中承式拱桥，一跨 135 米跨过，保证了急流的大渡河流水断面和桥梁结构自身安全（该桥验算荷载为特种荷载 300，已于 1999 年 10 月通车，并进行了动、静载实验，运行良好）。 又如在大营坡立交桥设计中，桥墩是采用圆柱还是方柱问题上，我们设计组也进行了结构 分析和讨论，最终一致选择用方柱，保证桥墩的结构刚度（因上部结构传下的偏心弯矩较大），方柱的四角采用了 R15cm第 1 章 桥梁设计方案比选 11 的圆角，以尽量减少桥下车辆对桥墩摩擦引起桥梁结构的不安全和增强桥梁建筑的美观。 经济是桥梁结构设计的保证 一座桥梁建筑设计的再如何漂亮，若它的造价比看上去一般化的桥梁高出许多，这座漂亮的桥梁设计也是失败的。 在乐山市大渡河龚嘴电站大桥设计中，定下采用中承式拱桥后，拱圈是用钢筋砼呢，还是钢管砼。 经过比选，我们设计组采用了变截面钢筋砼拱圈。 因为本桥地处偏远大山之中的大渡河上，当地的砂、石料比较丰 富，可就地取材，而钢管拱不仅昂贵，且钢管运距也相当远。 故在桥梁设计中，在满足结构安全的前提下，应尽量地考虑经济。 功能在桥梁结构设计中也不应忽视 城市桥梁不同于公路桥梁，在城市交通日益剧增的情况下，桥梁方案设计中，交通组织功能也要摆在重要的地位上，尤其是立交桥，不光桥上有车辆，桥下车辆也川流不息。 如果不综合考虑交通功能，下行车辆撞击桥墩或有关桥梁部分，导致桥梁坍塌，这种事故在国内外都有发生。 作为桥梁设计人员必须注意这一点来进行桥梁方案比选，乃至方案确定后的桥梁分跨。 在贵阳市都司路高架桥跨越中华路的 大南门交叉口位置，设计者在地面设置了交通导流环岛，一跨 20 米跨径的桥梁正好处于环岛内。 桥梁建成后，随着城市的发展，车辆的增多，该交叉口经常塞车，不得已取消了地面环岛。 由于该交叉口的桥梁跨径较小，导致左转车辆的行车轨迹不顺畅，司机抱怨连天，这无疑是桥梁设计败笔。 美观是桥梁设计必须考虑的一部分 城市桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，所以设计必须精心方案比选、精心设计、精心施工，以期求得在增加投资不多的条件下，取得桥梁美观的效果。 比如在城区建一座二、三十米跨度的立交桥， 不管用钢还是预应力砼，通常的做法是用一根等截面梁跨越，但由于人们的视觉有错觉，所以往往把这根梁看成是带下垂挠度的弯梁，看起来很不舒服，甚至有怕它掉下来的危险。 我们在贵阳市中心环南线朝阳洞路 —玉厂路立交桥方案设计中，有意把梁底线作成反拱线，在桥墩支点处稍微增加一点材料，但给桥下车辆和行人一种安全美的感觉。 实际上呈反拱的下弦就等于是一根弧形托梁，这是一种最简单的支承，它融合在梁体内，变得看不出，可它能起到美化桥梁的作用。 综合考虑以上四项标准来进行桥梁方案比选，最后的设计、施工将会变得容易，建成后的桥梁才是安全 美、经济美、功能美与环境、视角美。 第 2 章 预应力混凝土空心板的设计计算 12 第 2 章 预应力混凝土空心板桥设计计算 设计资料 跨度和桥面宽度 （ 1）标准跨径 ： 16m（墩中心距）。 （ 2）计算跨径 L：。 （ 3）主梁全长：。 （ 4）桥面宽度（桥面净空）：净 +2 （防撞护栏）。 采用混凝土防撞护栏，线荷载为。 技术标准 （ 1）设计荷载：公路 I 级。 （ 2）环境标准： I 类环境。 （ 3） 设计安全等级：一级。 主要材料 （ 1）混凝土：混凝土空心板采用 C50 混凝土，铰缝采用 C40 混凝土；桥面铺装采用 C30 沥青混凝土 9cm 厚， C40 防水混凝土 8cm， C30 混凝土垫层。 （ 2）钢筋：预应力钢筋采用高强度低松弛 7 丝捻制的预应力钢绞线，公称直径为 ，公称面积 140 ，标准强度 =1860Mpa，弹性模量 Ep= MPa。 设计要点 结构设计 （ 1）本空心板按部分预应力混 凝土 A 类构件设计。 （ 2）桥面板横坡为 %，双向横坡，各板水平，靠混凝土垫层找坡。 （ 3）空心板断面：空心板高度 ，宽度 ，各板之间留有 的缝隙。 （ 4） 桥面铺装：为 厚的 C30 沥青混凝土， 厚的 C40 防水混凝土， 厚的 C30%cm混凝土垫层 11. 5cm防水混凝土8C40防水层cm沥青混凝土9图 21 桥梁横断面及构造图（单位： cm） 第 2 章 预应力混凝土空心板的设计计算 13 混凝土垫层。 （ 5）施工工艺：预制预应力空心板采用先张法施工工艺。 （ 6）桥梁横断面与构造及空心板截面尺寸如图 2图 22 所示。 设计参数 （ 1 ） C50 混凝土的材料特性：3 2 .4 , 2 2 .4c k c df M P a f M P a MPa， MPa （ 2）沥青混凝土重度按 23kN/ 计，预应力混凝土结构重度按 26kN/ 计，混凝土重度按 25kN/ 计。 空心板截面几何特性计算 截面面积 空心板截面面积为： 221 2 2 8 0 7 6 5 6 4 0 .5 1 0 1 0 2 [ ( 3 7 ) 1 5 / 2 1 / 2 7 7 ] 5 5 0 5A c m c m              .2 截面重心位置 全截面对 1/2 板高处的静矩为 : /2 332 [ 0 . 5 7 7 ( 4 0 1 5 7 / 3 ) 1 5 3 ( 4 0 1 5 / 2 ) 0 . 5 4 1 5( 4 0 2 / 3 1 5 ) ] 5 8 3 5 . 6 6 7hS c m c m              铰缝的面积为： 222 ( 0. 5 7 7 15 3 0. 5 4 15 ) 19 9A c m c m        铰 则毛截面重心离 1/2 板高的距离为： /2 / 583 67 / 550 5 6hd S A c m   (即毛截面重心离板上缘距离为 ) 铰缝重心与 1/2 板高处的距离为： /2 / 5 8 3 5 .6 6 7 / 1 9 9 2 9 .3 2 5hd S A c m  铰 铰 空心板毛截面对其重心轴的惯性矩计算 边长为 10cm 的等腰直角三角形对自身重心轴的惯性矩为： 41 cm。 图 22 空心板截面细部尺寸图（单位： cm） 第 2 章 预应力混凝土空心板的设计计算 14 铰缝对自身重心轴的惯性矩为： 42 2 2 8 3 8 .9 1 5 6 7 7 .8 2I c m  。 空心板毛截面对其重心轴的惯性矩为： 3 2 3 22 2 24 6 4{ 1 2 2 8 0 / 1 2 1 2 2 8 0 1 .0 6 ( 7 6 5 6 / 1 2 7 6 5 6 1 .0 6 ) 4 2 7 7 . 782 5 0 [ ( 2 8 1 0 / 3 1 .0 6 ) ( 2 8 1 0 / 3 1 .0 6 ) ] 1 9 9 ( 2 9 .3 2 5 1 .0 6 ) 22 8 3 8 .9 1 } 4 .0 3 3 1 0cIc m c m                       空心板截面的抗扭刚度可简化为如图 23 所示的箱型截面来近似计算： 根据下式，抗扭刚度： 22 123244 / ( 2 / 2 / ) [ 4 ( 12223 ) ( 80 12) ] / 2 [ ( 80 12) / 12 2( 122 23 ) / 23 ] 903TI b h h t b tcm          作用效应计算 永久作用效应计算 （ 1）空心板自重（一期结构自重） 1G ： 41 55 05 10 26 / 14 .31 3 /G k N m k N m    （ 2）桥面系自重（二期结构 自重） 2G ：本设计采用混凝土防撞护栏，按单侧。 桥面铺装上层为 9cm 厚 C30 沥青混凝土，中间层为 8cm 厚 C40 防水混凝土，下层为 厚的 C30 混凝土垫层，则全桥宽铺装层每延米重力为： 0 . 1 1 5( 0 . 0 9 2 3 0 . 0 8 2 5 2 5 ) 1 5 . 2 5 8 3 . 9 9 /2 k N m       上述自重效应是在各空心板形成整体后再加至桥上的，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不相同。 为了计算方便，近似按各板平均。