斜拉桥计算书

青岛理工大学毕业设计（论文）第1页第一章方案比选1.1设计条件和要求1.1.1工程概况羊毛沟大桥位于青岛市高新区的主要交通要道上，跨越羊毛沟，桥中心桩号为K0+100，规划河道宽度约为120m，河道与道路正交。1.1.2自然条件气象：青岛地处北温带季风区域气候，属受海洋环境影响的季风显著的海洋性气候。四季分明，4~9月份为东南季风，气候湿热多雨；10~3月份则以西北季风为主，少雨多雪。年平均气温12.7℃，最热月平均气温25℃，极端高气温38.9℃（2002年7月15日），极端低气温-16.9℃（1931年1月10日）。全年8月份最热，平均气温25.3℃；1月份最冷，平均气温-0.5℃。日最高气温高于30℃的日数，年平均为11.4天；日最低气温低于-5℃的日数，年平均为22天。历年平均大风日64.8天，风速：年均风速5.3米/秒，瞬间最大风速44.20米/秒。降水量年平均为662.1mm，其中夏季占58%，冬季占5%。降水量年内分配不均，年降水量的73%集中于6~9月，且多集中在几次暴雨中。平均降雨强度最大月（8月）13.6mm/日，最小月（2月）为2.5mm/日。冻土深度40~50cm。据史料记载，青岛陆地至今未发生5级以上的地震。青岛地区季节性冻土标准冻结深度为0.50m。1.1.3水文地质条件地形：桥梁场地地形整体较平缓，钻探孔口地面标高：2.78~3.78米。地貌：场地地貌属滨海沼泽化浅滩，桥位地貌属葫芦巷河道。1.1.4技术标准结构形式：双塔三跨式预应力混凝土斜拉桥跨径布置：60m+130m+60m=250m桥面宽度：63.75m+3.0m（中央分隔带）+22.5m（右侧路肩宽度）+21.0m（布索区）=32.5m设计荷载：公路I级设计速度：100km/h桥面铺装：100mm厚的沥青混凝土铺装标准横坡：1.5%青岛理工大学毕业设计（论文）第2页1.1.5材料参数混凝土材料：全桥混凝土标号均采用C50，其弹性模量为E=3450MPa。普通钢筋：主筋采用HRB335（相当于原来的Ⅱ级），其它采用R235（Q235）（相当于原来的Ⅰ级）钢筋。预应力钢铰线：采用φj15.20高强低松弛预应力钢铰线,公称直径15.24mm，标准强度1860Mpa，弹性模量为51.9510MPa,锚具采用OVM15-22型群锚系列及相应钢铰线匹配的成套产品，包括锚垫板、锚头、夹片和螺旋筋等。焊接材料：焊接材料应结合焊接工艺，通过焊接工艺评定试验进行选择，保证焊缝性能不低于母材，工艺简单，焊接变形小，所选焊条，焊剂，焊丝均应符合相应国家标准的要求。2CO气体保护焊的气体纯度应大于99.5％。斜拉索钢丝及锚具：斜拉索采用直径为7mm的镀锌高强度低松弛钢丝，应符合GB5223-85的要求。冷铸锚锚杯及螺母采用40Cr，抷件为锻件，符合YB/T036.7要求。1.2.桥型方案设计原则（1）适用性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、安全通航等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。（2）舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，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。（3）经济性设计的经济性一般应占有重要位置，经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。（4）先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。作为横跨羊毛沟的新建桥梁,桥梁的视野应开阔明朗,梁高与桥下净高比例应相互协调,否则会产生压抑感,。梁体应尽可能纤细流畅,梁高不宜过高,相应的跨度应适中。基于以上考虑桥梁确定了3个桥型方案。青岛理工大学毕业设计（论文）第3页1.2.1方案一：双塔三跨式预应力混凝土斜拉桥（1）概况和特点斜拉桥是由斜拉索、塔柱和主梁组成，用若干高强的拉索将主梁斜拉在塔柱上，斜拉索使主梁受到一个压力和一个向上的弹性支承的反力，这就使得桥梁的跨越能力大大增强。斜拉桥具有广泛的适应性，一般来说，对于跨度从200m至700m左右的桥梁，斜拉桥在技术上和经济上都具有相当优越的竞争能力。斜拉桥的优点是：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的限制少；抗风稳定性比悬索桥好；不需悬索桥那样的集中锚碇构造；便于悬臂施工等。不足之处是，它是多次超静定结构，设计计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技术要求严格。斜拉桥的方案设计要充分考虑桥梁所处的环境因素，根据桥梁的使用功能和通航要求，选择合理的主跨跨径布孔，使其能够很好的与桥位所处的自然环境相一致，然后根据桥位处的地形、地貌对边跨进行跨径布置。在桥孔基本确定后，选择合理的桥梁结构形式以满足受力要求和经济性的要求，力求达到安全、经济、适用、美观、环保。通过预应力混凝土斜拉桥这种结构形式1)减小造价；2)刚度大挠度小，在汽车荷载作用下，产生的主要难度约为类似钢结构的60%左右；3)由于混凝土结构具有月两倍于钢结构的振动衰减系数，所以抗风稳定性好；4)抗潮湿性能好，后期养护工作比钢桥简单和便宜；5)混凝土材料取材广泛，施工较方便。本桥主跨130m，因本桥的跨径较小，若采用钢主梁，一般轻型的正交各向异性钢梁的质量（400kg/m2）约为混凝土上部结构（1600kg/m2）的1/4，但前者的造价比后者约大2~3倍，对于跨度较小的桥梁而言，这个造价差往往难以抵消由于混凝土自重而导致钢斜拉索和基础费用的额外增值，所以本桥采用预应力混凝土斜拉桥。（2）桥跨布置该方案为双塔三跨式预应力混凝土斜拉桥，跨径布置为60m+130m+60m=250m，边主跨比为0.46，塔高46m，桥面以上高度32m，高跨比0.246，采用漂浮体系，桥面设双向横坡为1.5%，见图1.1。（3）主梁主梁断面采用双边箱预应力混凝土主梁，梁高2.5m,桥面宽63.75m+3.0m（中央分隔带）+22.5m（右侧路肩宽度）+21.0m（布索区）=32.5m，顺桥向每隔6m设置一道横隔梁。青岛理工大学毕业设计（论文）第4页（4）索塔索塔包括上塔柱斜拉索锚固区、中塔柱、下塔柱和上下两道横梁。索塔的上塔柱、中塔柱、下塔柱和两道横梁均采用钢筋混凝土结构。索塔从承台顶至索塔顶高度为46m。索塔截面尺寸2.0m×1.5m，塔柱设计成实心段；索塔下横梁截面尺寸3.0m×2.0m，索塔上横梁截面尺寸2.5m×2.0m。（5）斜拉索该方案采用双索面扇形体系，全桥共设84组斜拉索。顺桥向最外侧斜拉索锚固处距桥头为2.0m，标准索距为6.0m。索塔上最为侧斜拉索锚固处距塔顶为1.5m，标准索距为1.2m。图1.1双塔三跨斜拉桥（单位：cm）（6）基础承台厚2.0m，顺桥向20.0m，横桥向15.0m。采用钻孔灌注桩群桩基础，桩径1.5m。（7）施工方法边跨和主跨均采用满堂支架施工。1.2.2方案二预应力混凝土连续刚构桥（1）概况及受力特点刚构桥将桥跨结构(主梁)与墩台刚性固结，连接成整体，则主梁的弯矩可传递至墩台，使墩台也同时弯曲而产生弯矩，同时又受压力作用。刚构桥的外形近似梁式桥，但与梁式桥不同的是，它的墩台是压弯杆件，受力情况又接近拱桥，因此其结构体系介乎梁式桥与拱式桥二者之间。在跨内荷载作用下刚构桥主梁两端产生负弯矩，能抵消跨中一部分正弯矩，跨中截面尺寸相应得以减小。连续刚构是在T形刚构桥和连续梁的基础上发展起来的。T形刚构不需大吨位支座，但伸缩缝多，影响了行车的舒适性，而且挂梁处或铰接处存在转角不连续，因此不适合高速交通的发展。连续梁桥桥面平顺，行车舒适，但需体系转换和大吨位支座。连续刚构则吸取了两者的优点，采用双薄壁墩来减小温度应力。连续刚构桥外型尺寸小，桥下净空大，桥上视野开阔。钢筋混凝土刚构桥混凝土用量少，但钢筋用量较大，基础的造价也高，所以目前常用于中小跨度；预应力混凝土刚构青岛理工大学毕业设计（论文）第5页桥则常用于高墩大跨桥梁，且具有较好的技术经济性，其桥型方案主要采用连续刚构。（2）预应力混凝土连续刚构桥具有如下优点：1)墩梁固结的特点省去了大跨连续梁的制作，无需进行巨型支座的设计、制造、养护和更换，节省昂贵的支座费用；2)因墩梁固结，桥墩的厚度大大减小，约为梁在支点处高度的0．2倍一0．4倍，比T形刚构的墩厚小的多，减少桥墩与基础工程的材料用量；3)抗震性能好，水平地震力可均摊给各个墩来承受，不需像连续梁设置制动墩承受，或采用昂贵的专用抗震支座；4)墩梁固结便于采用悬臂施工方法，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施，拱式组合体系桥是指在拱式桥跨结构中，将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，达到节省材料的目的。对一般变截面箱梁,合理的箱梁高度以根部高度为中跨的1/15～1/20、中跨跨中梁高为主跨比的1/50～1/60为宜,边、中跨比最好在0.52～0.58之间使边跨支座在任何情况下均保持一定的压力。连续刚构在跨中和根部的应力,一般均能控制住,而在距离根部1/4附近的正应力和主应力则难以控制,解决的办法是将该范围腹板增宽并加密布置构造钢筋以减少裂缝的出现,除此之外也可通过梁高的变化规律来调整,一般梁高的变化规律可采用二次抛物线来实现。（3）桥跨布置主跨跨径：60+130+60=250米，边主跨比：60/130=0.46，见图1.2。（4）主梁采用单箱单室箱形截面，桥面采用双幅桥面，单幅桥面宽15.0米，中央分隔带宽2.5米。跨中梁高为1/50～1/60L，取L/50,即2.4m,箱梁根部梁高1/17～1/20L，取L/20,即6.0m，桥面宽32.5m，梁底曲线选用二次抛物线。（5）墩柱桥墩采用双薄壁空心墩，外部尺寸4×9m,壁厚0.5m。桥墩为双薄壁墩，该墩的结构刚度能适应主梁变形，协调主梁与墩之间的变形，即利用此墩的柔度形成摆动式支承体系能适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移，墩身采用翻模板分节进行施工。（6）基础基础采用钻孔灌注桩群桩基础。桩径2.0m，桩中心距5.75m。承台为矩形承台，厚为3m，承台尺寸为25×16m，采用C40混凝土。（7）施工方法采用平衡悬臂施工法。青岛理工大学毕业设计（论文）第6页图1.2预应力混凝土刚构桥（单位：cm）1.2.3方案三:中承式钢管混凝土拱桥（1）桥跨布置桥跨布置为45m+150m+45m=240m，净矢跨比为0.27，净矢高为40m，见图1.3。（2）主梁采用单箱三室箱形截面，梁高2.0m。（3）主拱采用两片四肢格构形的桁架腹杆拱肋通过K字横撑连成整体。拱肋高为4m，宽为2.5m，弦杆采用φ1000×22mm的钢管，内浇筑C50微膨胀混凝土，弦平联为φ500×10mm的钢管，内浇筑C50微膨胀混凝土，直腹杆和斜腹杆为φ500×10mm的钢管，弦杆、横联管、横撑、直、斜杆均为Q345钢。吊杆横梁为预应力混凝土横梁。（4）下部结构拱座为重力式的台阶式拱座，拱上立柱为钢筋混凝土柱式立柱。简支梁的桥墩为双柱式，与主拱共用拱座作为基础，桥台为重力式桥台。（5）施工方法主拱圈采用悬索吊装施工，跨中合拢。横梁采用工厂预制，现场吊装，纵梁现场浇注。拱座采用明挖扩大基础的重力式拱座。引桥简支梁采用现场浇注，桥台采用明挖扩大基础的重力式桥台。图1.3中承式钢管混凝土拱桥（单位：cm）1.4桥型方案比选根据《2004公路工程技术标准条文说明（JTGB01-2003)》规定，公路桥涵应根据所在公路的使用任务性质和将来发展的需要按照安全、适用、经济、美观和有利环保的原则进行设计。青岛理工大学毕业设计（论文）第7页（1）安全是设计的目的；（2）适用是设计的功能需求；（3）必须在满足安全和适用的前提下，应根据具体情况考虑经济和美观的要求；（4）同时，在我国经济实力不断增强的时期，应该提倡公路工程设计的环保要求。方案一：双塔斜拉桥是斜拉桥体