埃塞WM铁路项目五号桥设计开题报告
2020-04-13 13:43:22
1. 研究目的与意义(文献综述)
一、选题的目的和意义
毕业设计的目的在于培养毕业生的综合能力,它是本科培养计划中最后的一个主要教学环节,也是最重要的综合性实践教学环节,和其它教学环节不同,毕业设计要求学生关注学术动态,充分的了解国内外桥梁设计的发展现状及趋势,并灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识,结合相关设计规范,在指导老师的指导下,独立的完成一个专业课题的设计工作,解决与之有关的所有问题,熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法。具有实践性、综合性强的显著特点。
毕业设计学生独立系统的完成一项工程设计,因而对培养学生的综合素质、增强工程意
2. 研究的基本内容与方案
桥梁方案比选
(方案比选中图片见附件)
1概述
本次五号大桥设计,根据技术标准、平纵横布置、桥位地形地貌、工程地质、水文条件、气候条件等,拟定了三种满足要求且不同体系的图示来编制桥型评选方案方案,以下分别是预应力混凝土连续梁桥,独塔混凝土斜拉桥以及上承式钢管混凝土拱桥三种方案。如图1.1至1.3所示
2预应力混凝土连续梁桥
2.1方案构思
五号桥桥址区地形起伏大,坡度陡峻,区内目前暂无便道,交通条件差,若采用梁桥布置,则采用两墩三跨,否则高墩数目过多,不便于施工,并且会使造价过高。当采用三跨方案时,主梁跨径为110m左右,所以宜采用预应力混凝土连续梁桥。在荷载作用下,由于连续梁支点负弯矩的卸载作用,其跨中正弯矩显著减少。连续梁桥在力学性能上优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,有利于高速行车等优点。但是连续梁是一种外部超静定结构,基础不均匀沉降将引起结构附加内力,对桥梁基础要求较高。下部采用实体式桥墩接桩基础。
2.2总体布置
2.2.1纵断面布置
(1)跨径拟定:根据资料可得桥梁全长272.47m,我国国内三跨连续刚构桥的边,主跨比大多都在0.55-0.58之间,该方案选用0.574,初拟孔跨布置为(62 108 62)m连续梁 1×24m跨径组合。如图2.1所示。
(2)确定设计高程:本桥设计起点桩号为2K170 210.150,高程为1494.827m,终点桩号为2K170 482.620,高程1500.508m,中心桩号为2K170 333,高程为1497.815,单向纵坡2.1%,满足《桥梁设计通用规范》(JTG D60-2004)纵坡要求。
2.2.2横断面布置
据设计资料,2 X12.5m桥面宽度 1m中央分隔带,设计成分离式双幅车道,即单幅桥的桥面布置为1.0m人行道 11.5m车行道。为便于排水,设置坡度为2%的单向横坡,并采用桥面板倾斜的方式。
2.2.3平面布置
桥梁接于Weldia至Mekell铁路,铁路线型为R=1200,ls=120,R=600,ls=120的s型曲线上。
2.3上部结构拟定
2.3.1主梁
(1)截面形式,单幅桥面宽度12.5m,考虑到大跨度连续梁桥的受力特点,取用单室箱梁截面。箱梁顶板设置成倾斜2%,满足桥面板单向横坡排水要求,箱梁计算高度规定为箱梁中心线位置高度。为方便施工,腹板采用直立式腹板。
(2)梁高拟定:由于中跨达到108m,箱梁采用变高度截面形式。根据国内外连续梁桥设计经验,变高度梁跨中截面h中=(1/50~1/60)L;支点截面h支常用1/18,梁底曲线用1.5~2次方的抛物线。现初步拟定跨中截而梁高2m,为主跨径的1/54;支点截面高度6m,为主跨径的1/18,梁高沿跨径方向按1.8次抛物线变化,24m段边跨梁高度不变。
(3)其他尺寸拟定:箱梁顶板梁宽为桥面宽度12.5m,底板宽度根据国内外相似梁桥资料取6.5m,则悬臂长度为:3m,顶板顺桥方向厚度不变,根据经验取25cm,底板跨中厚度取30cm,边跨底板厚度取100cm,按和梁底相同1.8次抛物线变化,腹板厚度取60cm,在腹板上设置间距1~2m的直径l 0cm的通风孔,箱梁腹板与顶板交界处设置25X 25cm承托,与底板交界处设置25 X 25cm承托,翼板从端部25cm过渡到50cm,预留预应力筋锚固位置; 另外在箱梁桥台支座处拟定厚度1.5m的端横隔板,中间支点横隔板取和双薄壁墩相同厚度,并开设1X1m人洞,主梁跨中及支点截面如图2.2与2.3所示。
2. 3. 2附属工程
(1)桥面铺装:桥面铺装均采用三层式30mm细粒式沥青混凝土上面层 40mm中粒式沥青混凝土中面层 50mm粗粒式沥青碎石下面层 防水层。
(2)支座:采用承载能力大、转动性能好、寿命长的盆式橡胶支座,在支座底面至支撑垫石顶面之间铺垫一层30mm厚的M50干硬性无收缩水泥砂浆。连续梁部分采用盆式橡胶支座,边墩支座采用4000DX-e150-θ0.02,活动主墩支座采用3000DX-e150-θ0.02,固定主墩支座采用3000GD-θ0.02。
(3)伸缩缝:全桥共设置四道伸缩缝,每幅桥共设置两道d80型伸缩缝,伸缩缝预留宽度初步取8cm。
(4)排水:桥面设置间距在4-5m的直径15cm排水管,将雨水通过排水设施排向河流。
2. 4下部结构拟定
2. 4. 1桥墩
(1)桥墩形式:连续刚构桥的桥墩应当具有合适的纵向抗推刚度和较大的横向刚度,
并且应减少桥墩迎风面积,在主跨80-160m之间可以采用实体式桥墩,并有利于高墩的悬臂施工,因此本桥采用实体式桥墩。
(2)尺寸拟定:根据资料中的地形条件和地质状况,墩高拟定为#1号墩41.50m,#2号墩53.50m,#3号墩8.50m,#4号墩8.00m。
2.4.2桥台
(1)桥台形式,桥台接线处地面高度较高,地质状况较好(地层主要是页岩和灰岩),因此桥台都初拟为U型桥台,承接整体双幅桥。
(2)尺寸拟定:根据地形条件桥台初拟高度10m,前墙顶部厚度1m,底部厚度5m,正面采用10:1的斜坡,侧墙顶部长度5.42m,厚度0.5m,底部长度7.28m,厚度3.5m,是桥台高度的1/0.35,侧墙尾端有0.75m伸入路堤,台身宽度26m,与路面总宽度相同。
2.4.3基础
(1)桥台采用刚性扩大基础,初拟厚度为1m,四周襟边取0.76m,刚性角37.2°,基底尺寸为8.8×27.6m,如图2.4.1和图2.4.2所示。
(2)本桥地质第一层主要是碎石图,第二层是页岩,第三层是灰岩,由于地基承载力较大,桥墩基础采用端承桩,桩长假设均为20m,入岩深度大于六倍桩径,钻孔灌注桩施工。每个桥墩桩数为6根,对称排列,顺桥向设置三排桩,横桥向设置两排桩,桩径初步设计为2m,端承桩中距为Sm,为直径的2.5倍,桩净距3m,承台边缘到边桩的距离为lm,承台厚度取3.5 m,顺桥向长14m,横桥向长9m。如图2.5所示。
2.5施工方案拟定
2.5.1下部施工
(1) 0#和3#桥台由于桥台接线填土高度高,直接采用就地现浇的方式,先定位开挖基坑,浇筑基础,再施工侧墙,台帽,背墙和搭板牛腿;最后台后回填土,施工锥坡,安放支座和桥头搭板。
(2)1#和2#桥墩桩基础由于深入到岩层,适合在枯水期钻孔灌注桩的施工方式。先定位埋置护筒,再制备泥浆、安装钻机,然后使用冲击钻进成孔,最后清孔,吊装钢筋骨架,灌注混凝土,浇筑承台。双幅桥的四个桥墩采用液压爬升模板施工方式,先组装爬模,再按浇筑混凝土、养生、爬模爬升的顺序进行循环施工,最终达到墩顶。
2. 5. 2上部施工
(1)安装1#和2#桥墩上0#梁段现浇支架,立模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土、养生,拆模,张拉0#梁段的预应力筋;
(2)在0#梁段上安装挂篮,为1#梁段立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土、养生、拆模,张拉纵向横向和竖向预应力筋,最后挂篮前移,两端对称悬臂浇筑,循环该过程;
(3)同时1#和3#桥台处搭设支架,施工边跨梁段,直至与边跨悬臂施工段即将合龙;
(4)边跨挂篮前移,进行边跨合龙,同时在中跨悬臂端进行配重;
(5)拆除边跨的支架篮移动到中跨合龙段,进行合龙,拆除挂篮,同时张拉中跨底板束;
(6)完成桥面铺装等二期桥面工程,再安装伸缩缝,排水设施等;
(7)主桥完成。
2.6工程数量估算
本预应力连续刚构桥主梁,墩台基础采用C50混凝土,桥面铺装及防撞护栏采用C20混凝土;采用普通钢筋及钢材,重量为7.85t/m3;预应力筋采用1 X 7Φ15.2钢绞线,理论重量为1.101 X10-3tm,工程数量按照类比以及分项指标进行估算,如表2.1所示。
表2.1方案一工程数量估算表
材料 | 混凝土(m3) | 钢筋(t) | 钢绞线(t) |
主梁 | 3581 | 281 | 294 |
附属设施 | 1612 | 47 | |
桥台 | 1718 | 2 | |
桥台基础 | 486 | ||
桥墩 | 3276 | 257 | |
承台 | 1764 | ||
桩 | 1507 | 473 | |
总计 | 13944 | 1060 | 294 |
3独塔混凝土斜拉桥
3.1方案构思
桥梁全长272.47m,可以考虑斜拉桥这一大跨径的桥型,相比较传统的梁桥,斜拉桥由于通过斜拉索吊起主梁,大大减小了主梁的计算长度,因此可以减少主梁的用量,减轻自重。对于本桥设计资料,河床地质地形条件较好,独塔斜拉桥这一方案比较合适。独塔斜拉桥省去一个主塔,更加经济,采用刚构体系,不需体系转换,更有利于悬臂施工。另外,斜拉桥气势雄伟,与桥址处险峻地势协调统一。
3.2总体布置
3.2.1纵断面布置
(1)跨径拟定:斜拉桥总跨径275m,初步布置为170 105两跨,跨径比为0.62,在0.5~1.00范围内。如图3.1所示。
(2)确定设计高程:由于线路纵断面已经给定,确定设计高程步骤同连续刚构桥方案。
3.2.2横断面布置
根据设计资料,总宽26m的桥面包含2×12.5的车道以及1m的中央分隔带,在刚构桥方案置成为了双幅桥,但在斜拉桥方案中,由于中央分隔带宽度不够,做成双幅桥索塔成本都会加倍,并且斜拉桥成桥经验主梁宽度都必较宽,斜拉桥的宽桥面还可以改善空气动力稳定性,因此本方案横断面不分幅,采取单幅截面,为排水考虑,设置成坡度为2%的双向横坡,同样采取桥面板倾斜的方式。
3.2.3平面布置
平面线形同刚构桥方案,桥梁线形为直线。
3.3上部结构拟定
3.3.1主梁
(1) 截面形式:由于桥面较宽且斜拉索采用双索面,因此截面设置为肋板式截面。
(2) 尺寸拟定: 根据国内外混凝土独塔斜拉桥桥成桥经验,高跨比大多在1/60~1/100, 本桥高跨比取1/100,初拟截面高度为1.7 m,板肋厚度为1.5m,桥面板厚0.55m,横梁高度与肋板高度一致,设置在斜拉索锚固处的顺桥向横梁长度为3m;设置在塔梁固接处的横梁厚度与主塔厚度同为5m;设置在桥台支座处的横梁由于要承受很大的支承反力,顺桥向长度初步拟定为5m。
3.3.2索塔
(1)索塔形式:由于桥面较宽,采用双索面斜拉索,为增强抵抗横向水平荷载的能力,采用H型索塔。如图3.3所示。
(2)尺寸拟定:根据已有斜拉桥的统计资料,最外侧斜拉索的倾角,宜控制在25°~45°左右,对于两跨结构塔高H取70m。塔柱采用等截面矩形,截面尺寸长边4m,短边3m。横系梁高4m。如图3.4所示。3.3.2斜拉索
斜拉索采取双索平面布置,纵桥向采用扇形,主跨外侧无索区长度25m,为主跨径的1/7,外索倾角选用常用的25°,内侧无索区长度13m。为主跨径的1/13.1,间距为11×12m.边跨外侧无索区长度为8m,为边跨跨径的1/13.1.外索倾角选用34.9°,内侧无索区长度9m,为边跨的1/11.7,间距11×8,索塔上斜拉索间距为11X 2m,两侧锚固交于索塔中线,交点距离塔梁固接处高度从67.6m~47.6m。
3. 3. 4附属工程
(1)桥面铺装:依据资料,同刚构桥设计方案,总厚度0.12m。
(2)支座:全桥设置四个支座,同刚构桥方案采用盆式橡胶支座,0#和2#都设置一个纵向活动、横向固定支座和1个纵、横向活动支座,高度初步预留40cm。
(3)伸缩缝:全桥共设置两道d80型伸缩缝,伸缩缝预留宽度初步取8cm。
(4)排水,同刚构桥方案。
3. 4下部结构拟定
3.4.1桥墩
(1)桥墩形式:本方案采用塔墩梁固接的刚构体系,因此主塔下的桥墩与索塔固接,由于墩高较高,墩的下部采用整体矩形墩,增加整体刚度,降低重心。
(2)尺寸拟定:与塔梁固接处的桥墩继续采用花瓶式双肢结构,顺桥向长度3m,横桥向长度2m,总高度为30m,壁厚与主塔相同,初步拟定为lm;基础以上桥墩为矩形空心薄壁墩截面形状为双室矩形,壁厚3m,高度30m。
(3)系梁:塔梁固结处设置一横系梁连接主梁底板,高度为2.5m。
3.4.2桥台
桥台形式设计思路与刚构桥方案相同,由于主梁到台帽高度一致,初步拟定于刚构桥方案相同的桥台尺寸,区别在于斜拉桥方案没有分幅,一个桥台台帽上安放的支座数量是两个。
3.4.3基础
(1)桥台采用刚性扩大基础,初拟尺寸同方案一。
(2)地基承载力较大,主塔1#桥墩基础采用端承桩,桩长初拟为20m,入岩深度大于6倍桩径。桩数为对称排列的18根,顺桥向设置三排桩,横桥向设置六排桩,桩径初步设计为2m,桩中距为5m,为直径的2.5倍,桩净距3m,承台边缘到边桩的距离为1m, 承台尺寸为39.5mX 14mX3.5m。如图3.5所示。
3.5施工方案拟定
3.5.1下部施工
墩台基础的施工方式与方案一类似,重力式U形桥台采用就地现浇,桩基础采取钻孔灌注桩的施工方式,现浇大体积承台,浇筑时注意防止温度和收缩裂缝;塔柱施工采取爬模的方式,在浇筑倾斜塔柱时需要设置合理的横撑,塔柱间的横梁在下平台搭支架现浇。
3.5.2上部施工
(1)在1#墩上搭设支架、现浇1#梁段,安装挂篮。
(2)向塔柱两侧移动挂篮就位,张挂斜拉索,立模,绑扎钢筋,调整模板高程和索力,浇筑混凝土梁段,达到强度后张拉预应力钢筋。
(3)挂篮继续前移,循环此过程,最终完成中跨与边跨的梁段浇筑与斜拉索的施工;
(4)完成二期桥面工程;
(5)完成桥面工程。
3.6工程数量估算
本独塔斜拉桥索塔,主梁,墩台基础采用C50混凝土,桥面铺装及防撞护栏采用C20混凝土;采用普通钢筋及钢材,重量为7.85t/m3;预应力筋采用1 X 7Φ15.2钢绞线,理论重量为1.101 X10-3tm,工程数量按照类比以及分项指标进行估算,如表3.1所示。
表3.1方案二工程数量估算表
材料 | 混凝土 | 钢筋 | 钢绞线 |
主梁 | 4079 | 176 | 48.8 |
附属设施 | 1551 | 49 | |
斜拉索 | 220 | ||
主塔墩 | 2625 | 206 | |
承台 | 1936 | 152 | |
桩 | 1507 | 473 | |
桥台 | 1718 | 2 | |
桥台基础 | 486 | ||
总计 | 13902 | 1058 | 269 |
4上承式钢管混凝土拱桥
4. 1方案构思
对于该桥址所在的峡谷段,两岸山体陡峻,采用连续钢构和斜拉桥方案都不可避免地需要设计和建造高桥墩,为此再考虑一种上承式拱桥设计来减小下部结构的工程量,提供一种新的备选方案。拱桥作为我国的一种传统桥型,应用广泛。传统的圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥受制于材料性质跨径较小,而钢管混凝土拱桥在受力、经济、施工、美观等方面表现出极大的优越性。该桥全长272.47m,跨径较大且跨越深谷,如果采用下承式拱桥仍需要设计高桥墩,因此为了减小下部结构高度,需要将起拱线抬高,在此范围内,承载能力强的岩层距离地表近,且又减小了下部结构的高度。考虑到起拱线到路线的距离以及桥梁的总长决定选择有推力的上承式钢管混凝土无铰拱方案,具有跨越力强,与山区景观协调,结构轻盈等特点。
4.2总体布置
4.2.1纵断面布置
(1)跨径矢高拟定,桥梁总跨径为272.47m,初拟拱桥净跨径为200m,净矢跨比取1/4,净矢高初拟为50m。边跨设置引桥37m,右边跨桥台支座到右拱脚截面36m。如图4.1所示。
(2)确定设计高程:同刚构桥以及斜拉桥。
4.2.2横断面布置
与斜拉桥方案同采取单幅截而,2%的双向横坡,桥面板倾斜的方式。
4.2.3平面布置
同刚构桥以及斜拉桥方案,桥梁线形为直线。
4. 3上部结构拟定
4.3.1拱肋
(1)拱肋形式:对于跨径大于120m的钢管混凝土拱桥,宜选用析式拱肋,本桥拱肋截而采用四肢析式;对于有推力上承式拱桥,拱轴线常采取悬链线形式,参考我国跨径大于200m的有推力上承式钢管混凝土拱桥,本桥拱轴线采取m=1.543的悬链线。
(2)尺寸拟定可以求得拱轴线方程
y1=fm-1chkε-1
=50.711.543-1chch-11.543×x101.62-1
=93.39chch-10.0152x-93.39
式中:y1拱顶为原点,拱轴上任意点的纵坐标(m);
F计算矢高,可由净矢高和拱肋高度求得,为50.71
K系数,k=ch-1m。
ε系数,ε=x/L1,其中L1为计算跨径,求得为101.62m
对于采用多肢式截面跨径在300m以内的桥,拱肋截面高度宽度可按下式初步拟定
H=k1×k2×0.2L01002 L0100 1.2
B=0.28~0.45H
D=0.08~0.14H
式中 :H—拱肋高度(m);
L0—主拱净跨径(m);
k1—荷载系数,公路I级取1. 0,公路II级,取0.9
k2—行车道系数,6车道取1.1,四车道取1.0, 3车道以下取0.9
B—拱肋宽度(m);
D—主管外径(m)
可得H=1.0×1.0×0.2×22 2 1.2=4,因此初拟拱肋截面高度为4.0m,宽度B取2m, B/H=0.5,外径D取0.6m, D/H=0.15,主管厚度T取15mm, D/T=40,在24.0~90.0范围内;支管的节间间距取5m,是主桁高度的1.14倍,支管厚度t取10mm, t/T=0.67, 在0.25~1.00范围内,支管外径d取0.3m, d/D=0.5,在0.3~0.8范围内,支管的布置采用腹杆弦杆平行式N形连接。如图4.2与4.3所示。
4.3.2横撑
由于桥面较宽,为增加整体刚度,在桥面以上部分,设置6×15m间距的一字式横撑,
采用与主拱肋支管尺寸相似(外径0.3m,厚度10mm,高度4.1m节间间距4m,顺桥向间距5m)的桁式横撑;在桥面以下部分,也设置一道一字式横撑,截面尺寸与桥面以上横撑相同。
4.3.3吊索
全桥共设置19根吊索,间距与横梁间距相同为8m。
4.3.4主梁
(1)横梁:对于上承式拱桥,当跨径在80m至250m范围时,横梁间距宜取5到8m, 该桥取间距8m,桥面板与横梁为整体连续式,厚度为0.8m。吊杆横梁顺桥向初拟长度2m,高度2.5m横桥向30m,包括2×2m拱肋,厚度 26m桥面宽度;肋间横梁连接两拱肋,受力复杂,顺桥向初拟长度2m,高度3m与拱肋固接处悬臂端高2m,横桥向30m;立柱横梁顺桥向长度2m,高度3m,横桥向同吊杆横梁为30m。
(2)加劲纵梁:横梁吊杆和立柱区域设置宽度为2m的加劲纵梁,为增大整体刚度,再增设净间距8m,宽度1m的两排加劲纵梁,纵梁高度与连接处的横梁一致,在肋间横梁处由高度2.5m直线过渡到3m。横梁及纵梁如图4.5与4.6所示。
4.3.5引桥
左边跨采用30m标准跨径的T形预应力梁桥,右边跨采用30m标准跨径的T形预应力梁桥,结构简支,桥而连续。30m设计尺寸参照公路桥梁通用图(T梁系列)编号3-8与1-9, 4车道桥面宽度26m, 30m跨梁高2m,预制梁长29.96m。
4.3.6附属工程
(1)桥而铺装:同刚构桥以及斜拉桥方案,总厚度12cm。
(2)支座:立柱和横梁,横梁和桥面板采用固接,全桥共设置16个盆式橡胶支座,共有纵横向固定,横向活动,纵横向活动,纵向活动、横向固定四种类型支座,0#, 1#桥台分别设置8个支座、3#桥墩设置16个支座,高度初步预留20cm。
(3)伸缩缝:全桥共设置2道d80型和3道d160型伸缩缝伸缩缝预留宽度初步取8cm以及16cm。
(4)排水、同以上方案。
4.4下部结构拟定
4. 4.1立柱
在拱桥的上承部分设置立柱,采用钢筋混凝土材料。间距与立柱横梁相同,截面采用矩形,顺桥向长度为2m,左跨设置两排,右跨设置三排。
4.4.2拱座
左右跨初拟相同尺寸拱座,高Ix托m,顺价向长度15m,横桥向长度32m,同时承载拱肋以及1#2#桥墩。
4.4.3引桥
引桥共设置1#~3#桥墩,采用盖梁接三根墩柱方式,盖梁高3m,顺桥向长4m,横桥向长30m,墩柱直径3m,中距9m。如图4.7所示。
桥台形式类似刚构桥方案,总高度10m,底部宽度7.28m,宽度26m,桥台上安放支座数量与T梁数目相同。
桥台基础形式及尺寸同方案一和二,3#桥墩基础同采用刚性扩大基础,初拟高度3m, 顺桥向长4m,横桥向长24m。
4.5施工方案拟定
本上承式钢管混凝土拱桥采用斜拉悬臂施工方式。首先准备场地预制钢管拱肋以及浇筑主拱拱座以及引桥的基础、桥台,桥墩。再搭设吊索系统、扣索系统、索塔以及锚碇。拱肋采用五段吊与悬拼组合的方式,通过塔吊运送拱肋到悬臂端进行悬拼,同时拼装相应的横撑,在跨中处进行拱肋合龙。拱肋安装后,从拱脚向拱顶分段对称向钢管泵送混凝土。然后定位安类吊杆,吊装横梁、纵梁以及立模板浇筑立柱。在引桥桥墩上架设预制的T梁,最后现浇整体桥面板,进行桥面铺装,完成施工。
4.6工程数量估算
本钢管混凝土拱桥,主拱混凝土,引桥主梁,横纵梁,立柱墩台基础采用C50混凝土,桥面铺装及防撞护栏采用C20混凝土;主梁桥墩及拱肋钢管采用的普通钢筋及钢材,重量为7.85t/m3;预应力筋采用1 X 7Φ15.2钢绞线,理论重量为1.101 X10-3tm,工程数量按照类比以及分项指标进行估算,如表4.1所示。
表4.1方案二工程数量估算表
混凝土 | 钢筋 | 钢绞线 | |
主梁 | 3268 | 102 | 58 |
附属设施 | 1551 | 49 | |
拱肋 | 256 | 31 | |
吊索 | 26 | ||
墩及立柱 | 1648 | 129 | |
拱座 | 2320 | 182 | |
引桥主梁 | 637 | 126 | 24 |
引桥桥台 | 1718 | 2 | |
桥台基础 | 486 | ||
总计 | 11884 | 621 | 108 |
5方案比选
5.1方案技术经济比较
方案一 | 方案二 | 方案三 | |
项目 | 预应力混凝土连续梁桥(62 108 62 24m) | 独塔混凝土斜拉桥(195 120) | 上承式钢管混凝土拱桥(净跨径200m)引桥简支梁桥(30 30m) |
跨中梁高 | 2 | 2.5 | 2.5 |
支点梁高 | 6 | 2.5 | 3 |
截面形式 | 双幅单箱单室 | 单幅肋板式 | 单幅肋板式 |
造型 | 式轻巧、简单、与山谷地形景色协调统一。 | 壮观雄伟,现代感强烈 | 造型多样美观、结构轻盈 |
功能特点 | 行车舒适,超静定结构,强度刚度可靠,易养护,但是高墩需要进行抗震抗风设计 | 受力性能优异,安全度高,斜拉索可以更换维修,但主塔过高,为提高抗风稳定性,要采取复杂的措施 | 充分发挥了钢材和混凝土的受力性能,安全度高,但由于引桥采用结构简支桥面连续的方式,一定程度上减小了行车舒适度。 |
施工工艺 | 悬臂浇筑施工工艺成熟非常适合地形,且占用场地少,但由于桥墩较高,加大了施工的难度。 | 采取悬臂浇筑,施工精度要求高,施工工序稍复杂,需要先进施工机械以及完善的施工监控系统 | 采用斜拉悬臂施工方式,占用场地大,施工精度设备要求高,但不需要高墩施工,且主拱肋采取预制拼装的方式,缩短了工期。 |
工期 | 较长 | 较长 | 较短 |
混凝土 | 13944 | 13902 | 11884 |
钢筋,钢 | 1060 | 1058 | 621 |
钢绞线 | 294 | 269 | 108 |
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5.2推荐桥型方案
根据以上造型,功能,施工,经济等指标的比较,最终决定将第一方案预应力混凝土
连续梁桥作为推荐桥型方案,总结其优点有如下四点:
(1) 三种方案造型各有特点,且都很符合山区特点,与景观协调一致。连续刚构桥以及斜拉桥相比于带引桥的上承式拱桥,行车更加平顺,且刚构桥由于没有布置斜拉索以及吊索,视野更加开阔。
(2) 三种方案受力性能都比较优异,但是前两种方案都存在高墩的设计,尤其是斜拉桥,还需要考虑抗风等因素,设计分析过程比较繁琐,而连续梁桥桥由于国内外已有大量设计建造经验,设计方法科学成熟。
(3) 连续梁桥采取悬臂施工的方式,同样经验成熟,相对于斜拉桥以及钢管混凝土拱桥,难度小,虽然拱桥方案下部结构施工时间短,上部结构拱肋采取预制拼装的方式,工期缩短,但是拱桥的斜拉悬臂需要较大的施工场地,所以从施工的角度连续梁桥仍然是在山区建设预制场和安装设施难度较大。
(4) 从工程数量来看,钢管混凝土拱桥由于结构形式的特点,混凝土钢绞线以及钢筋用量是最省的,连续梁桥和斜拉桥的工程数量基本一致。连续梁桥虽然工程量较大,但是结合施工来考虑,连续梁桥还是三个方案中最经济的。
综上本桥采用三跨连续梁桥方案。
3. 研究计划与安排
完成任务的时间节点:
第1周阅读实际项目设计任务书,调查收集桥梁设计资料;第2周初步方案设计,考虑可行的桥梁方案,并考虑桥梁施工过程;
第3周 对可行的三种方案进行比选,确定最合理桥梁方案,提交设计开题报告;
第4周对所采用设计方案进行细部设计,提取计算模型,进行数据准备;
4. 参考文献(12篇以上)
参考文献:
[1].《桥梁工程》姚林森主编,人民交通出版社2009:302-306 357-360 547-550
[2].《预应力混凝土连续梁桥》范立础主编,人民交通出版社1988。