客運專線巖寨水庫大橋初步設(shè)計畢業(yè)設(shè)計計算書

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1、CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 設(shè)計題目 客運專線巖寨水庫大橋初步設(shè)計 跨徑組合（58+92+58）m 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 學(xué) 院 土 木 工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級 2013 年 6 月 中南大學(xué) 畢 業(yè) 論 文 (設(shè) 計 )任 務(wù) 書 及 成 績 評 定 表 題 目 客運專線巖寨水庫大橋初步設(shè)計 跨徑組合（58+92+58）m 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 專業(yè)班級 教務(wù)處制 中 南 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目 客運專線巖寨水客大橋初步設(shè)計 跨徑組合（58+92+58）m 題目類型 工程設(shè)計 題目來源 生產(chǎn)實際題 1 2 畢業(yè)

2、論文（設(shè)計）時間從 2013-3-1 至 2013-6-7(合計 16 周) 1. 畢業(yè)論文（設(shè)計）內(nèi)容要求： 1.1 橋址概況 巖寨水庫大橋位于臺江縣革一鄉(xiāng)排生村境內(nèi)，橋址處位于巖寨水庫庫區(qū)， 水庫原名為巴拉河，2009 年下旬開始下閘蓄水，水庫正常蓄水位為 613m，河 面寬度約為 240m，水流較平緩，徑向自南向北，線路與其夾角為 80，下游 約 5km 處為巖寨水電站大壩。 1.2 主要技術(shù)標準 （1）設(shè)計荷載： 恒載：自重按 26.5KN/m3； 雙線二期恒載按 184KN/m； 不均勻沉降取 2cm 或按計算值。 列車荷載：列車豎向活載采用 ZK 荷載，列車豎向活載圖式如下： 標準

3、活載： 特種活載 20KN64/m無 限.81無 限64KN/m 車豎向動力：橋跨結(jié)構(gòu)考慮列車活載動力作用時，應(yīng)將靜活載所產(chǎn)生的豎向 效應(yīng)（彎矩和剪力）乘以動力系數(shù) ，動力系數(shù)應(yīng)按下列公式計算： 列車活載作用下： 剪力動力系數(shù)： 彎矩動力系數(shù)： 913.026.1L 851.0249.12L 式中 L結(jié)構(gòu)計算跨度。 橫向搖擺力取 100 kN，作為一個集中荷載取最不利位置，以水平方向垂直線 路中線作用于鋼軌頂面。多線橋梁只計算任一線上的橫向搖擺力?？哲嚂r不考 慮橫向搖擺力。 風力：按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)辦理。 溫度變化影響力：日照溫差按頂板升溫 10 度考慮。

4、（2）橋面布置： 橋梁結(jié)構(gòu)部分全寬 13.4m/12.5m。 （3）坡度：結(jié)構(gòu)不設(shè)橫坡。 （4）截面形式：箱形梁 （5）材料： 砼： 上部結(jié)構(gòu)采用 C50 下部結(jié)構(gòu)采用 C30C25 鋼筋：預(yù)應(yīng)力鋼筋 j15.20 鋼絞線（極限抗拉強度 1860Mpa） 普通鋼筋：R235、HRB335 鋼筋 1.3 基本要求 （1）編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括 250KN 中英文摘要 橋式方案比選、工程量估算、基本尺寸探討、施工方案確定 選定橋式的內(nèi)力及變形分析結(jié)果 編制預(yù)應(yīng)力估索程序并校核估算預(yù)應(yīng)力鋼筋，進行截面預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置 根據(jù)配筋結(jié)果，對結(jié)構(gòu)進行全面成橋、施工應(yīng)力檢算 根據(jù)配筋結(jié)果，進行正常使用極限狀

5、態(tài)的截面校核。 設(shè)計分析并檢算一個主跨的下部結(jié)構(gòu)（要求采用推薦方案） 中英文文獻翻譯 （）設(shè)計圖紙 各橋式方案橋型布置圖 選定方案構(gòu)造圖 上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖 普通鋼筋布置圖 下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖 施工方案圖 2. 主要參考資料 （1）王承禮、徐名樞， 鐵路橋梁 ，中國鐵道出版社，1990 年 （2）裘伯永、盛興旺、喬建東、文雨松等， 橋梁工程 ，中國鐵道出版社， 2001 年 （3）張士鐸， 橋梁設(shè)計理論 ，人民交通出版社，1984 年 （4）范立礎(chǔ)， 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁 ，人民交通出版社，1985 年 （5）范立礎(chǔ)， 橋梁工程 ，人民交通出版社，1997 年 （6）姚鈴森， 橋梁工程 ，

6、人民交通出版社，1984 年 （7）萬國朝譯， 現(xiàn)代混凝土公路橋設(shè)計 ，人民交通出版社，1983 年 （8）雷俊卿， 橋梁懸臂施工與設(shè)計 ，人民交通出版社，1999 年 （9）石洞， 橋梁結(jié)構(gòu)電算 ，同濟大學(xué)出版社，1987 年 (10)鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范 （TB10002.1-2005 ） (11)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （TB10002.3-2005 ） (12)鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定 (13)鐵路橋涵施工規(guī)范 （TB10203-2002） (14)高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行） （TB10621-2009 ） (15)鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 （TB1000

7、2.5-2005 ） （16）丁皓江， 彈性和塑性力學(xué)中的有限單元法 3. 畢業(yè)論文（設(shè)計）進度安排 階段 階 段 內(nèi) 容 時間（周） 1 橋式方案比選及工程量計算 1.5 2 箱梁橋結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化 1.0 3 施工方案擬定 0.5 4 施工及成橋階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 1.5 5 預(yù)應(yīng)力鋼筋配置及施工及成橋階段應(yīng)力、位移 檢算 1.5 6 普通鋼筋配置 1.0 7 繪制設(shè)計圖并編寫設(shè)計說明書 4.0 8 畢業(yè)設(shè)計答辯 1.0 指導(dǎo)教師（簽名） 時間：_ 系(所 )主任 (簽名) 時間： 主管院長（簽名） 時間：_ 中 南 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表（一） 指導(dǎo)教師評語 建議成績 指導(dǎo)教師 _

8、年_月_日中 南 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表（二） 論文（設(shè)計）評閱人評語 論文（設(shè)計） 建議成績 評閱人 _年_月_日中 南 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表（三） 答辯記錄及意見 答辯成績：_ 答辯委員會（小組）負責人_ _年_月_日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見： 成績評定 負責人 _年_月_日 I 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT.IV 第 1 章 基本資料 .1 1.1 基本資料 .1 1.1.1 飛云江河床斷面圖及地質(zhì)剖面圖 .1 1.1.2 水文資料及通航要求 .1 1.1.3 線路資料和車道 .1 1.1.4 設(shè)計荷載 .1 1.2 設(shè)計依據(jù)和要求 .2 1.2.1

9、 設(shè)計依據(jù) .2 1.2.2 設(shè)計要求 .2 第 2 章 橋式方案比選 .4 2.1 方案提出 2.1.1 方案比選的意義及任務(wù) .4 2.1.2 橋梁設(shè)計及方案比選的原則 .4 2.2 橋式方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋 .5 2.2.1 體系特點 .5 2.2.2 橋型布置 .5 2.2.3 上部結(jié)構(gòu)尺寸擬定 .6 2.2.4 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計 .8 2.2.5 材料選用 .9 2.2.6 施工方案擬定 .10 2.3 橋式方案二：下承式鋼管混凝土拱橋 .12 2.3.1 體系特點 .12 2.3.2 上部結(jié)構(gòu) .13 2.3.3 下部結(jié)構(gòu) .14 2.4 橋式方案三：雙塔斜拉橋 2.4 施工方

10、案擬定 .14 2.5 方案比選 .14 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 .15 3.1 計算內(nèi)容及使用程序簡介 .15 3.2 結(jié)構(gòu)計算模型 .15 3.3 施工階段模擬 .16 3.4 荷載信息及工況組合 .17 3.4.1 荷載信息 .17 3.4.2 材料信息 .18 3.4.3 工況組合 .18 3.5 施工階段內(nèi)力計算 .19 3.6 施工成橋內(nèi)力計算 .20 3.6.1 一期恒載內(nèi)力 .20 II 3.6.2 二期恒載內(nèi)力 .20 3.6.3 溫度次內(nèi)力 .21 3.6.4 支座沉降次內(nèi)力 .21 3.6.5 收縮、徐變內(nèi)力 .22 3.6.6 活載內(nèi)力 .23 3.6.7 施工成橋組

11、合內(nèi)力（內(nèi)力組合包絡(luò)圖） .23 第 4 章 縱向預(yù)應(yīng)力估索計算 .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 按彈性階段的極限狀態(tài)（正常使用極限狀態(tài)）的應(yīng)力要求估索 .26 4.2.3 按破壞階段的極限狀態(tài)（承載能力極限狀態(tài)）的應(yīng)力要求估索 .29 4.3 估索結(jié)果 .29 4.4 預(yù)應(yīng)力筋的布置 .31 4.4.1 布索原則 .31 4.4.2 鋼束布置 .32 4.5 預(yù)應(yīng)力錨具的選擇與布置 .33 第 5 章 主梁結(jié)構(gòu)驗算 .34 5.1 概述 .34 5.2 驗算標準 .34 5.3 配束后主力內(nèi)力圖 .35 5.3.1

12、收縮、徐變內(nèi)力 .35 5.3.2 恒載和預(yù)應(yīng)力內(nèi)力 .35 5.4 強度驗算 .36 5.4.1 基本理論 .36 5.4.2 驗算結(jié)果 .36 5.5 應(yīng)力驗算 .37 5.5.1 施工階段應(yīng)力驗算 .37 5.5.2 使用階段應(yīng)力驗算 .39 5.5.3 鋼筋應(yīng)力驗算 .41 5.6 剛度驗算與預(yù)拱度設(shè)置 .42 5.6.1 活載作用下的撓度與轉(zhuǎn)角 .42 5.6.2 恒載撓度及預(yù)拱度設(shè)置 .43 5.7 支座反力匯總 .44 第 6 章 工程量統(tǒng)計 .45 結(jié)束語 .46 參考文獻 .47 附錄 1：設(shè)計圖紙（目錄） .48 附錄 2：英文原文及翻譯 .49 III 摘 要 本文根據(jù)巖

13、寨水庫大橋的橋址情況和設(shè)計要求，擬定出預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù) 梁橋（58m+92m+58m） 、中承式鋼管混凝土拱橋（56m+160m+56m)、雙塔斜拉橋 (60m+160m+60m)三個方案進行比選。本著安全、經(jīng)濟、實用、美觀的原則，確 定預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋為最優(yōu)方案，該橋總長 208m，為 58m+92m+58m 三跨橋 梁。 本連續(xù)梁橋的設(shè)計主要包括結(jié)構(gòu)尺寸擬定；預(yù)應(yīng)力鋼筋的估算與配置；主 梁強度、應(yīng)力和剛度的檢算三個部分。尺寸擬定參考以往成橋經(jīng)驗進行，并要 滿足規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等要求；施工方案設(shè)計，預(yù)應(yīng)力鋼筋按照施工成橋工 況進行估算，并根據(jù)實際施工工況進行調(diào)整；主梁結(jié)構(gòu)的驗算包括破壞

14、階段的 強度驗算和彈性階段的應(yīng)力、抗裂性、變形驗算，均應(yīng)滿足規(guī)范要求。本設(shè)計 不對橋墩、樁基礎(chǔ)進行配筋和驗算。 在整個設(shè)計過程中，主梁部分的計算采用有限元分析軟件 Dr.Bridge3.0 完 成。 關(guān)鍵詞：方案比選；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；中承式鋼管混凝土拱橋；斜拉橋； 懸臂施工；驗算 IV Abstract In this paper, according to the Rock Village Reservoir Bridge to the bridge site and the design requirements, prestressed concrete continuous be

15、am 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 20

16、8m,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 infrastr

17、ucture. 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 ma

18、in 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 fin

19、ite 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 設(shè)計基本資料 1 第 1 章 基本資料 1.1 基本資料 1.1.1 巴拉河河床斷面圖及地質(zhì)剖面圖 巖寨水庫大橋位于臺江縣革一鄉(xiāng)排生村境內(nèi)，橋址處位

20、于巖寨水庫庫區(qū)， 水庫原名為巴拉河，2009 年下旬開始下閘蓄水，水庫正常蓄水位為 613m，河面 寬度約為 240m，水流較平緩，徑向自南向北，線路與其夾角為 80，下游約 5km 處為巖寨水電站大壩。如圖 1-1 所示： 圖 1-1 巴拉河河床斷面和地質(zhì)剖面圖 1.1.2 水文資料及通航要求 巴拉河河道總長 216km，流域面積 1376km2。本流域徑流由降水形成，徑流 與降水的時空基本相應(yīng)，平均流量 11.35m3/s，平均徑流總量 3.566 億 m3。年 內(nèi)分配不均，510 月徑流量占全年徑流量的 75%；最小流量一般發(fā)生在 12 月 次年 1 月。本橋位于深山區(qū)，溝谷縱橫，本橋通

21、航標準為級航道。 本橋處于巴拉河中下游，巖寨水電站上游，距離水庫大壩 5km，施工受到 冬季蓄水、春季發(fā)電放水、雨季洪水的三重影響：即冬季為了保持庫容，巖寨 水電站從 10 月下旬開始下閘蓄水，一直到次年 3 月份，在此期間，水位標高保 持在正常蓄水位 613m（水位標準是浙江省麗水市水利水電勘測設(shè)計研究院制定） ；每年春季 3 月份開閘放水發(fā)電，一直到 10 月；雨季（從 5 月到 10 月）受巴 拉河上游的降水、泄洪和發(fā)電放水的相互影響，最高洪水位達到: H1%=613.92m，Q1%=3190m3/s,V1%=0.51m/s；泄洪后死水位達到：590.0m,水位 高差達 23m 多，水位

22、高度及變化成了樁基、承臺、墊塊和墩身施工的嚴重制約 因素。水庫水位變化情況如表 1-1 所示： 第 1 章 設(shè)計基本資料 2 表 1-1 水位變化情況 項目 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 線路資料和車道 本設(shè)計線路為客專線，平面線型為直線，在縱坡的設(shè)置上采用直線坡，不 設(shè)橫坡，為雙線鐵路。 1.1.4 設(shè)計荷載 （1）恒載：粱體自重 26.5kN/m3計； 雙線二期恒載按 184kN/m 計； 不均勻沉降取 5cm。 （2）活

23、載：ZK 活載。 （3）列車豎向動力：橋跨結(jié)構(gòu)考慮列車活載動力作用時，應(yīng)將靜活載所產(chǎn) 生的豎向效應(yīng)（彎矩和剪力）乘以動力系數(shù)。 （4) 橫向搖擺力取 100 kN，作為一個集中荷載取最不利位置，以水平方 向垂直線路中線作用于鋼軌頂面。 （5) 風力：按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)辦理。 （6）溫度變化影響力：日照溫差按頂板升溫 10 度考慮。 （7）荷載組合：按可能的最不利組合情況進行計算。 組合（主）：自重二期恒載預(yù)加力+收縮徐變+支座沉降+列車活載 組合（主+附）：自重二期恒載預(yù)加力+收縮徐變+支座沉降+列車活 載+溫度變化 1.2 設(shè)計依據(jù)和要求 1.2.1 設(shè)計

24、依據(jù) 1） 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范 （TB10002.1-2005） 2） 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （TB10002.3- 2005） 3） 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定 4） 鐵路橋涵施工規(guī)范 （TB10203-2002） 5） 高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行） （TB10621-2009） 第 1 章 設(shè)計基本資料 3 6） 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 （TB10002.5-2005） 1.2.2 設(shè)計要求 （1）編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括 1）中英文摘要 2）橋式方案比選、工程量估算、基本尺寸探討、施工方案確定 3）選定橋式的內(nèi)力及變形分析結(jié)果 4）編制預(yù)應(yīng)力估索程序并校核

25、估算預(yù)應(yīng)力鋼筋，進行截面預(yù)應(yīng)力鋼筋 的布置 5）根據(jù)配筋結(jié)果，對結(jié)構(gòu)進行全面成橋、施工應(yīng)力檢算 6）根據(jù)配筋結(jié)果，進行正常使用極限狀態(tài)的截面校核。 7）設(shè)計分析并檢算一個主跨的下部結(jié)構(gòu)（要求采用推薦方案） 8）中英文文獻翻譯 （2）設(shè)計圖紙 1）各橋式方案橋型布置圖 2）選定方案構(gòu)造圖 3）上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖 4）普通鋼筋布置圖 5）下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖 6）施工方案圖 第 1 章 設(shè)計基本資料 4 第 2 章 橋式方案比選 5 第 2 章 橋式方案比選 2.1 方案提出 2.1.1 方案比選的意義及任務(wù) 隨著橋梁理論的不斷成熟，對橋梁設(shè)計的要求不斷提高。在橋梁設(shè)計中， 要求橋梁經(jīng)濟適用、安全

26、舒適、外形美觀、技術(shù)合理。對于一定的建橋條件， 根據(jù)側(cè)重點的不同可能會做出基于基本要求的多種不同設(shè)計方案，只有通過使 用、技術(shù)、經(jīng)濟等方面的綜合比較才能得到最優(yōu)的設(shè)計方案。 橋型方案比選是初步設(shè)計的工作重點，它對以后的設(shè)計工作起著至關(guān)重要 的作用。一個好的橋梁設(shè)計方案可以節(jié)約造價、縮短工期。在橋型方案比選中， 首先要把握的是四項主要標準：安全、經(jīng)濟、功能與美觀。其中以安全與經(jīng)濟 最為重要；以往的設(shè)計往往對橋梁功能重視度不夠；現(xiàn)在由于各種交通量的發(fā) 展，需要重視橋下凈空與行車舒適性；至于橋梁美觀，要視經(jīng)濟性而定。因此 根據(jù)地形地質(zhì)、水文和河段特征等條件，本著技術(shù)先進、安全可靠、適用耐久、 經(jīng)濟合

27、理的原則，選擇合理的設(shè)計方案有重大的意義。 橋式方案比選主要有三項任務(wù)：擬定橋梁圖式；編制橋式方案； 橋 梁技術(shù)經(jīng)濟比較和最優(yōu)方案的選定。 2.1.2 方案比選的原則 （1）適用性 修建橋梁的目的在于交通運輸，因此適用性極為重要。橋上應(yīng)保證車輛和 人群的安全暢通，并應(yīng)滿足將來交通量增長的需要。橋下應(yīng)滿足泄洪、安全通 航或通車等要求。建成的橋梁要保證使用年限，并便于檢查和維修。 （2）安全性 橋梁的安全至關(guān)重要，它要求整個橋跨結(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(yīng)具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。設(shè)計應(yīng)考 慮各種可能的不利因素，特別是施工的條件等，保證足夠的安全系數(shù)，確保安

28、全。 （3）舒適性 現(xiàn)代橋梁設(shè)計越來越強調(diào)舒適度，要控制橋梁的屬相與橫向振幅，避免車 輛在橋上振動與沖擊。 第 2 章 橋式方案比選 6 （4）經(jīng)濟性 橋梁方案設(shè)計中，設(shè)計的經(jīng)濟性是首要考慮的因素。設(shè)計必須經(jīng)過技術(shù)經(jīng) 濟比較，使橋梁在建造時消耗的材料、工期和勞動力盡量少，在使用期間的養(yǎng) 護、維修費用盡量少。 （5）美觀性 在使用、安全和經(jīng)濟的前提下，盡可能使橋梁具有優(yōu)美的外形，并與周圍 的環(huán)境相協(xié)調(diào)。 2.1.3 待選橋式方案 在對本橋的設(shè)計中，通過對基本資料的分析，初步確定下面三種橋式方案 進行比選： 橋式方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋 橋式方案二：中承式鋼管混凝土拱橋 橋式方案三：雙塔斜拉橋

29、 2.2 橋式方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋 2.2.1 體系特點 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以結(jié)構(gòu)受力性能好、剛度大、強度高、行車平順舒 適、造型簡潔美觀、養(yǎng)護工程量小、抗震能力強、抗裂性能好等而成為最富競 爭力的橋型之一。 由于支點負彎矩的卸載作用，跨中正彎矩很大幅度減小，跨越能力強，但 該超靜定結(jié)構(gòu)受溫度變化、混凝土收縮徐變、地基不均勻沉降影響顯著，對地 基要求高，適應(yīng)于中等以上跨徑橋梁。 2.2.2 橋型布置 連續(xù)梁橋跨徑的布置一般采用變截面不等跨的形式，邊跨跨徑取中跨的 0.5 0.8，以增加邊跨剛度，減小活載彎矩的變化幅度，減少預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量。若 邊跨過長，會削弱邊跨的剛度，將增大活載在中

30、跨跨中截面處的彎矩變化幅值， 增加預(yù)應(yīng)力束筋數(shù)量；若邊跨過短，邊跨橋臺支座將會產(chǎn)生負反力，支座與橋 臺必須采用相應(yīng)抗拔措施或邊梁壓重來解決。另外，對懸臂法施工的連續(xù)梁， 為減小支架及現(xiàn)澆段長度，邊跨長度以取不超過中跨長度的 0.65 倍為宜。 本方案中主橋全長 208m，設(shè)計成 58m+92m+58m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁 橋（如圖 2-1 所示） ，邊跨與主跨的跨徑之比為 0.63。 第 2 章 橋式方案比選 7 圖 2-1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋方案全橋布置圖 2.2.3 上部結(jié)構(gòu)尺寸擬定 （1）梁高 從預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的受力特點來分析，連續(xù)梁的立面宜采用變高度 的方式進行布置。連續(xù)梁

31、橋在恒載、活載作用下，支點截面將出現(xiàn)較大的負彎 矩，從絕對值來看，支點截面的負彎矩往往大于跨中截面的正彎矩，因此采用 變高度梁能較好地符合梁的內(nèi)力分布規(guī)律。同時，采用懸臂法施工的連續(xù)梁， 變高度梁又與施工的內(nèi)力狀態(tài)相吻合。另外，變高度梁使梁體外形和諧，節(jié)省 材料并增大橋下凈空。特別是跨度超越 60m 的大、中跨度連續(xù)梁橋，采用變高 度布置是十分經(jīng)濟的。 本方案根據(jù)成橋經(jīng)驗確定變高度梁的截面高度（見表 2-1） ，截面變化采用 圓曲線，與連續(xù)梁的彎矩變化規(guī)律相近。箱梁底板底面圓曲線半徑 R=30000m，箱梁底板頂面圓曲線半徑 R=30000m。 表 2-1 變高度連續(xù)梁梁高設(shè)置 位置 經(jīng)驗值

32、實際值 梁高 支點梁高 H支 (1/26)L1/4.8L6.4m 跨中梁高 中 .5.0H支 96H支 35 注： 為中跨跨度。L （2）橫截面形式 設(shè)計橋面寬 13.4m，采用單箱單室截面（如圖 2-2 所示） 。 第 2 章 橋式方案比選 8 圖 2-2 截面尺寸擬定（單位:cm） （3）頂板尺寸 箱梁頂板除參與主梁抗彎、承受主梁彎曲的拉或壓應(yīng)力外，還是橋面板的 受力部位，承受較大的橫向內(nèi)力，處于復(fù)雜的空間受力狀態(tài)。箱梁頂板的厚度 主要由橫向受力和布筋構(gòu)造要求確定。對于鐵路橋梁，橋面寬度和箱梁腹板間 距的變化量很小，一般頂板厚度在 0.30-0.35m 范圍內(nèi)取值。本方案取頂板厚 第 2

33、章 橋式方案比選 9 55cm，全橋一致。 （4）底板 底板在負彎矩區(qū)特別是在靠近橋墩的界面，承受較大的壓應(yīng)力，由于底板 的寬度比頂板小得多，底板的厚度要比頂板大。對于懸臂施工的變截面梁，底 板厚度隨負彎矩的增加而增大，跨中最小，在墩部最大，墩頂?shù)装搴穸纫话闳?梁高的 1/101/12，以符合施工和運營階段的受壓要求，并在破壞階段使中性軸 盡量保持在底板以內(nèi)；跨中底板厚度一般要滿足構(gòu)造要求，取 0.20-0.30m。底 板沿縱向厚度變化與底板線一致。本方案支點底板厚 100cm，跨中底板厚 60cm。 （5）腹板 腹板厚由受力和構(gòu)造兩方面綜合控制。受力方面，腹板必須滿足抗剪、抗 主拉應(yīng)力和穩(wěn)定

34、性的最小厚度要求。腹板內(nèi)錨固有預(yù)應(yīng)力鋼筋時，還須滿足局 部應(yīng)力要求。依據(jù)剪力的分布規(guī)律，大跨度橋的腹板亦采用變厚度形式。構(gòu)造 方面，考慮鋼筋、錨具布置和混凝土澆筑要求，腹板最小厚度由構(gòu)造控制如下： 無預(yù)應(yīng)力鋼筋管道時，為 25cm；有單束預(yù)應(yīng)力鋼筋管道時，為 25cm+管道直徑； 有單束鋼筋錨固時為 35cm。腹板在支點處的厚度最大約為 30-60cm。本方案支 點處腹板厚度 110cm，跨中腹板厚 60cm，通過兩個節(jié)段以直線變化過渡。 （6）懸臂板 懸臂板長度是調(diào)節(jié)板內(nèi)彎矩的重要參數(shù)，無橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋時，懸臂長度 不宜過大，一般在 1.42.5m 之間。懸臂板沿橫向常為變厚，其端部一般按最

35、小 構(gòu)造要求取值。本方案懸臂板長度為 3.35m，端部厚 20cm，根部厚 65cm。 （7）梗脅尺寸 梗脅是箱梁的重要組成部分。梗脅提供預(yù)應(yīng)力的布置空間，有利于混凝土 的澆筑及脫模；有利于剪力傳遞，改善剪力滯后效應(yīng)影響，克服應(yīng)力集中現(xiàn)象。 箱梁頂板梗脅高寬比一般為 1:2-1:4 之間，底板梗脅的高寬比一般為 1:1-1:2 之 間。本方案頂板梗脅采用 30cm105cm，底板梗脅采用 30cm60cm。 （8）橫隔板 橫隔板能夠增加截面的橫向剛度，限制畸變應(yīng)力。箱形截面梁的抗彎及抗 扭剛度較大，除在支點設(shè)置橫隔梁以滿足支座布置及承受支座反力需要外，可 設(shè)置少量中橫隔梁。對于單箱單室截面，目

36、前的趨勢為不設(shè)中橫隔梁。本方案 第 2 章 橋式方案比選 10 在橋臺支座處設(shè) 2m 厚的橫隔梁，其中間設(shè) 1.0m1.8m 的過人洞；在跨中處設(shè) 0.6m 厚的橫隔梁，其中間設(shè) 1.0m1.8m 的過人洞；橋墩支點處設(shè) 3m 厚橫隔梁， 其中間設(shè) 1.8m1.8m 的過人洞。 （9）伸縮縫 連續(xù)梁沿縱向兩端部各設(shè) 20cm 的伸縮縫。 2.2.4 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計 本方案采用鋼筋混凝土重力式橋墩和群樁基礎(chǔ)。樁基基礎(chǔ)可節(jié)約不少材料 和開挖基坑的土方量，具有承載力高，沉降量小，且均勻，能承受較大的垂直 和水平荷載等特點。 （1）橋墩 采用鋼筋混凝土圓端形橋墩，沿線路方向編號分別 1#、2#、3#、4

37、#。 （2）承臺 采用厚板式的獨立承臺，樁與承臺板的連接方式為主筋伸入式。 （3）基礎(chǔ) 采用 的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。m 2.2.5 材料選用 （1）混凝土 混凝土的種類很多，在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中一般采用以水泥為膠結(jié)料的混 凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?qū)炷恋幕疽笫牵焊邚姸?、低收縮徐變、 緩凝早強、高彈性模量等。采用與高強預(yù)應(yīng)力鋼筋匹配的高強混凝土，可以充 分發(fā)揮材料的強度，從而有效減小構(gòu)件截面尺寸和自重，以利于適應(yīng)大跨徑的 要求。 我國鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （TB 10002.3 - 2005）以下簡稱橋規(guī) （TB 10002.3 -2005）規(guī)定：鋼筋混凝土

38、橋跨結(jié)構(gòu)的 混凝土強度等級不得低于 C30；預(yù)應(yīng)力混凝土橋跨結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不得 低于 C40。本設(shè)計箱梁結(jié)構(gòu)采用 C50 混凝土，臨時錨固和下部結(jié)構(gòu)采用 C30 混 凝土。 （2）鋼筋 預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋使用的鋼筋分為預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋兩大類。預(yù)應(yīng)力 鋼筋作為預(yù)應(yīng)力混凝土的預(yù)加應(yīng)力和主要的受力材料，預(yù)應(yīng)力混凝土梁中對鋼 第 2 章 橋式方案比選 11 筋的基本要求是：高強度、良好的塑性、低松弛、耐銹蝕等。 本方案采用 的高強度低松弛鋼絞線，標準強度為 ，157pkf1860MPa 張拉控制應(yīng)力 ，兩端“雙控 ”張拉，張拉時混凝土強0.6120conpkfMPa 度要達到 的設(shè)計強度，且齡

39、期不小于 3 天。普通鋼筋采用 螺紋鋼筋。8%2nSi （3）錨具及管道 預(yù)應(yīng)力鋼束錨具選用基本要求：受力可靠，錨具本身具有足夠的強度和剛 度；預(yù)應(yīng)力損失?。粯?gòu)造簡單，便于機械加工制作；張拉設(shè)備輕便簡單，張拉 方便迅速；用材省，價格低。本方案縱向預(yù)應(yīng)力鋼束選用 群錨錨具，15OVM 千斤頂張拉，相應(yīng)的錨墊板尺寸為 ，相應(yīng)的350YCWB3024m70m 金屬波紋管直徑為 。90m 2.2.6 施工方案擬定 （1）施工方案的選擇 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋可就地澆筑、懸臂施工、頂推施工等。本方案 采用輕型掛籃分段懸臂澆筑法施工。懸臂澆筑法以移動掛籃作為主要的施工設(shè) 備，以橋墩為中心，從塊開 始，對

40、稱向兩岸逐段澆筑混凝土，待混凝土達到0# 要求強度后，張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，再向前移動掛籃，進行下一節(jié)段的施工，利用 已澆梁段將梁體自重和施工荷載傳遞到橋墩、基礎(chǔ)上。采用掛籃懸臂澆筑法施 工，不需要大量施工支架和臨時設(shè)備，不影響橋下通航、通車，施工不受季節(jié)、 河道水位的影響，施工周期短，結(jié)構(gòu)整體性好。 除 塊、邊跨現(xiàn)澆段和合攏段之外，其余節(jié)段均由掛籃立?，F(xiàn)澆。現(xiàn)澆節(jié)0# 段的施工質(zhì)量直接關(guān)系到全橋的合攏，是連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。本施工方案 采用先中跨后邊跨的合攏方式。 （2）掛籃設(shè)計 掛籃種類很多，常用的有梁式掛籃、斜拉式掛籃和組合式斜拉掛籃等，掛 籃的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循如下原則：結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、穩(wěn)

41、定性好、自重輕、行 走和裝拆安全方便，充分利用常備構(gòu)件。 本方案采用菱形桁架式掛籃，具有結(jié)構(gòu)簡單、受力合理和一次移動到位等 優(yōu)點。其上部結(jié)構(gòu)為菱形，前部伸出兩伸臂小梁，作為掛籃底模平臺及側(cè)模前 第 2 章 橋式方案比選 12 移的滑道，其菱形結(jié)構(gòu)后端錨固于主梁頂板上，無平衡壓重，而且結(jié)構(gòu)簡單， 大大減輕了自身的荷載。 本方案混凝土懸澆最大節(jié)段重量為 2020kN，掛籃設(shè)計必須滿足使用要求和 安全要求，掛籃安裝完畢后應(yīng)全面進行檢測，確保施工安全。 （3）施工步驟設(shè)計 根據(jù)掛籃的承載能力和施工周期的要求，將懸臂澆筑段的梁體劃分成 14 個 節(jié)段（如圖 2-3） ，長度在 之間。懸臂施工時，兩個主墩

42、同時進行，施工34m 完墩頂 塊后，對稱地向兩側(cè)進行下一節(jié)段的澆筑。具體施工步驟如表 2-2 所0# 示。對于懸臂澆筑法施工，需要特別注意以下幾個方面：0 塊及臨時支座施工；# 掛籃的設(shè)計、制作以及各工況下的受力和穩(wěn)定的計算問題；懸臂施工時懸臂端 預(yù)壓等措施；邊跨和中跨合攏時合攏段長度和合攏溫度等條件的選擇等等。 懸臂澆筑法施工控制是一個關(guān)鍵性的工藝，也是施工中的一個重點。其目 的是使得成橋結(jié)構(gòu)的線形和受力狀態(tài)與設(shè)計吻合。如控制不好，到合攏時，兩 懸臂 端的高程差會大大超出容許范圍，導(dǎo)致必須采取措施進行調(diào)平處理，既對結(jié)構(gòu) 受力不利，也影響結(jié)構(gòu)的線性和美觀，形成永久性缺陷。 圖 2-3 懸臂段劃

43、分（單位：cm） 表 2-2 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋方案施工步驟施工步驟 施工工序 一 1.基礎(chǔ)橋墩施工； 2.安裝主墩（2#、3#）臨時托架，并進行預(yù)壓； 3.立模板，綁扎鋼筋，澆筑墩頂 0#節(jié)段，并使其與墩身臨時固 結(jié)； 4.待混凝土達 85%設(shè)計強度且不小于 7 天齡期后，依次張拉 0# 第 2 章 橋式方案比選 13 節(jié)段頂板、腹板預(yù)應(yīng)力鋼束； 5.拆除主墩旁臨時托架。 二 1.在主墩的 0#節(jié)段上安裝掛籃； 2.立模板，綁扎鋼筋，對稱懸臂安裝 1#節(jié)段； 3.待混凝土達 85%設(shè)計強度且不小于 7 天齡期后，依次張拉 1# 節(jié)段頂板、腹板預(yù)應(yīng)力鋼束。 三 1.移動主墩掛籃到 1#節(jié)段； 2.

44、立模板，綁扎鋼筋，對稱懸臂安裝 2#節(jié)段； 3.待混凝土達 85%設(shè)計強度且不小于 7 天齡期后，依次張拉 2# 節(jié)段頂板、腹板預(yù)應(yīng)力鋼束； 4.重復(fù) 1-3，直到 12#節(jié)段懸臂施工完成。 四 1.中跨進行壓重； 2.進行中跨合攏，立模板，綁扎鋼筋，澆筑 13#中跨合攏段； 3.待混凝土達 85%設(shè)計強度且不小于 7 天齡期后，依次張拉合攏 段頂板、底板預(yù)應(yīng)力鋼束； 3.解除主墩臨時約束。 五 1.移動邊跨掛籃到 12#節(jié)段； 2.立模板，綁扎鋼筋，懸臂安裝 14#節(jié)段； 3.待混凝土達 85%設(shè)計強度且不小于 7 天齡期后，依次張拉邊跨 頂板、底板預(yù)應(yīng)力鋼束； 4.重復(fù) 1-3，至 15#

45、節(jié)段懸臂施工完成。 六 1.安裝邊墩（2#、4#橋墩）旁的臨時支架； 2.立模板，綁扎鋼筋，澆筑邊跨 17#節(jié)段。 七 1.進行邊跨合攏，立模板，綁扎鋼筋，澆筑 16#邊跨合攏段； 2.待混凝土達 85%設(shè)計強度且不小于 7 天齡期后，依次張拉邊跨 合攏段頂板、底板預(yù)應(yīng)力鋼束； 3.拆除邊墩臨時支架。 八 1.拆除掛籃； 2.進行橋面鋪裝等施工。 第 2 章 橋式方案比選 14 2.3 橋式方案三：雙塔斜拉橋 2.3.1 體系特點 斜拉索兩端分別錨固在主梁和索塔上，將主梁的活載和橋面活荷載傳遞至 索塔，再通過索塔傳至基礎(chǔ)。斜拉索只承受拉力，斜拉索在主梁錨固處的拉力 可分解成一個向上的垂直分力和

46、指向索塔的水平分力，其中向上的垂直分力， 對主梁起到支承的作用，因而主梁在斜拉索的各點支承作用下，使主梁的彎矩 值大大減少。這樣可以使主梁的梁高大大減少，從而使主梁結(jié)構(gòu)的自重顯著減 輕，既節(jié)省材料，又大幅度提高斜拉橋的跨越能力。 根據(jù)以上成橋經(jīng)驗數(shù)據(jù)，結(jié)合該處地質(zhì)、水文情況及通航、線路標高等要 求，擬定第三方案為雙塔斜拉橋，采用跨度為 的雙塔斜拉橋。60160m 其布置圖如圖 2-5 所示： 圖 2-4 雙塔斜拉橋方案全橋布置圖 2.3.2 上部結(jié)構(gòu) （1）索塔 主塔順橋向的布置形式為單柱式，橫橋向的布置形式為 H 型。 主塔對整個斜拉橋結(jié)構(gòu)的剛度、經(jīng)濟性都存在影響，一般塔高與中跨之比 H/L

47、 中=1/4-1/7 比較合適。本橋采用的塔高與中跨之比為 1/3.48。 （2）拉索 本橋索面為平行雙索面，有利于主梁抗扭，并且具有良好的抗風穩(wěn)定性。 索面形狀為扇形，對主梁提供的豎向支撐力大，可節(jié)省用鋼量，降低拉索 的造價。 第 2 章 橋式方案比選 15 （3）主粱 采用混凝土箱形截面主梁，具有良好的抗彎與抗扭剛度，能適應(yīng)不同形式 的布置情況。 2.3.3 下部結(jié)構(gòu) 主墩、次主墩及邊墩均采用 3m 鉆孔灌注樁。橋墩、承臺、鉆孔樁均采用 C30 混凝土。 2.3.4 施工方案擬定 表 2-5 斜拉橋方案施工步驟 施工步驟 施工工序 一 采用鋼板樁圍堰筑島施工下部結(jié)構(gòu) 二 塔柱施工 三 在塔

48、柱區(qū)現(xiàn)澆一段放置起吊設(shè)備的起始梁段 四 用起吊設(shè)備從塔柱兩側(cè)依次對稱安裝預(yù)制梁端，同時逐漸安 裝斜拉索，使懸臂不斷伸長直至合攏 五 施工橋面系等附屬工程 2.4 橋式方案二：中承式鋼管混凝土拱橋 2.4.1 體系特點 鋼管混凝土拱橋是近年發(fā)展起來的一種新型材料拱橋，是以鋼管和混凝土 組合材料為主拱斷面的一種拱橋，由于其較好地發(fā)揮了混凝土的受壓性能和鋼 管在無支架施工中的勁性骨架作用，從而解決了拱橋在建造過程中的材料與施 工兩大難題，為拱橋跨徑向前推進注入了新的生機和活力。鋼管混凝土拱橋按 結(jié)構(gòu)體系可分為簡單體系拱橋、拱梁組合體系拱橋與鋼架系桿拱橋。其中，鋼 架體系的鋼管混凝土拱橋又分為下承式和

49、中承式兩種。 國內(nèi)鋼管混凝土拱橋的一些成橋經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表 2-3。 表 2-3 國內(nèi)鋼管混凝土拱橋部分參數(shù)表 拱圈 橋名 跨徑（m） 矢跨 比 拱軸線型 結(jié)構(gòu)型 式 高度 （m） 管徑壁 厚（mm） 關(guān)東高明大橋 100 1/4 m=1.756 懸鏈線 中承式 2.0 75010 福建福清玉融大橋 76 1/4 二次拋物線 中承式 1.9 80010 江西景德鎮(zhèn)瓷都大橋 150 1/5 四次拋物線 中承式 2.5 100014 浙江銅瓦門大橋 238 1/4 修正二次拋物線 中承式 4.65 115012 廣東東莞水道特大橋 280 1/5 m=1.5 懸鏈線 中承式 5.5 100016 四川

50、旺蒼東河大橋 115 1/6 m=1.347 懸鏈線 下承式 2.0 80010 第 2 章 橋式方案比選 16 天津彩虹橋 160 1/5 m=1.41 懸鏈線 下承式 3.75 150016 青藏拉薩河大橋 108 1/5.4 二次拋物線 下承式 1.8 90010 根據(jù)以上成橋經(jīng)驗數(shù)據(jù)，結(jié)合該處地質(zhì)、水文情況及通航、線路標高等要 求，擬定第二方案為下承式鋼管混凝土拱橋，采用跨度為 的561056m 一拱連續(xù)梁鋼管拱組合結(jié)構(gòu)體系。其布置圖如圖 2-4 所示。 圖 2-4 中承式鋼管混凝土拱橋方案全橋布置圖 2.4.2 上部結(jié)構(gòu) （1）預(yù)應(yīng)力主梁 上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)梁鋼管混凝土拱組合體系，預(yù)應(yīng)力

51、混凝土主縱梁采用箱形 截面形式。 梁部采用 C50 混凝土，預(yù)應(yīng)力筋采用 1860MPa 的高強低松弛鋼絞線。 （2）拱肋 拱肋線均采用二次拋物線，配置有箱形加勁粱，以加勁粱強大的抗扭剛度 抵消偏載影響。拱矢高 36m，矢跨比 1/7.56。 拱肋內(nèi)灌筑 C50 微膨脹混凝土。拱肋鋼材采用 Q345qD。 （3）橫向聯(lián)接系 中孔拱肋和 都設(shè) 7 道一字形橫撐，橫撐鋼管管徑 。橫向聯(lián)接20cm80m 系鋼材采用 Q235qD。 （4）吊桿 中孔拱每片拱肋設(shè)置 18 對吊桿，邊孔拱每片拱肋設(shè)置 5 對吊桿，全橋共設(shè) 46 根吊桿，吊桿間距均采用 4m。每根吊桿由 Ry=1670MPa 的 73 根

52、 7mm 低松弛預(yù) 應(yīng)力鋼絲組成，采用 PE 雙護層防護。吊桿上下端均采用冷鑄鐓頭錨進行錨固。 2.4.3 下部結(jié)構(gòu) 第 2 章 橋式方案比選 17 主墩、次主墩及邊墩均采用 3m 鉆孔灌注樁。橋墩、承臺、鉆孔樁均采用 C30 混凝土。 2.4.4 施工方案擬定 表 2-4 拱橋方案施工步驟施工步驟 施工工序 一 采用薄壁混凝土沉井圍堰施工下部結(jié)構(gòu)。 二 梁部采用支架現(xiàn)澆法，將主梁劃分為現(xiàn)澆梁段和后澆段。后澆 段的施工順序由主跨向邊跨依次進行。 三 安裝拱肋支架，施工拱肋及相應(yīng)橫撐。分段灌筑拱肋內(nèi)混凝土。 四 安裝吊桿，對吊桿施加初張力。拆除支架，張拉主縱梁剩余預(yù) 應(yīng)力鋼束。 五 施工橋面系等

53、附屬工程。 2.5 方案比選 表 2-6 方案比選 項目 方案一 方案二 方案三橋型 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁 橋 下承式鋼管混凝土拱 橋 雙塔斜拉橋跨徑 布置 (5892)m(5610)m(601)m 截面 形式 單箱單室箱形截面 單箱單室箱形截面 單箱單室箱形截面 使用 效果 結(jié)構(gòu)變形小，剛度大， 行車舒適，抗裂性能 好，抗震能力強，易 于養(yǎng)護，成橋后維護 費用低 構(gòu)造、受力復(fù)雜，橫 向剛度較差，成橋之 后維護費用較高 梁體尺寸較小，橋梁 的跨越能力較大，受 橋下凈空和橋面標高 的限制少 第 2 章 橋式方案比選 18 工程 量 鋼筋用量較少，施工 方法成熟，工期短， 總體費用較低 鋼材用量大，

54、施工過 程復(fù)雜，工期長，總 體費用較高。 設(shè)計計算復(fù)雜，施工 中高空作業(yè)較多，且 施工復(fù)雜，費用高 美觀 效果 一般 美觀 美觀 綜合比較，三個方案都符合安全、功能的要求，斜拉橋橋型美觀，但設(shè)計 計算、施工復(fù)雜，使用費用高，不經(jīng)濟；拱橋橋型美觀，但造價過高，不經(jīng)濟， 且整體性較差；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的應(yīng)用比較多，懸臂澆筑施工工藝的應(yīng) 用較為成熟，并且工程造價方面占絕對優(yōu)勢，后期養(yǎng)護費用低。綜上所述，本 設(shè)計采用的最終方案為方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 19 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 3.1 計算內(nèi)容及使用程序簡介 在對橋梁結(jié)構(gòu)進行初步尺寸擬定和材料選擇以后，就可以

55、對結(jié)構(gòu)進行縱向 受力分析、配筋計算等工作。首先建立結(jié)構(gòu)的計算模型，然后在各種荷載組合 情況下進行內(nèi)力計算，從而估算出結(jié)構(gòu)所需要配置的預(yù)應(yīng)力筋面積。 本設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的計算通過 Dr.Bridge 3.0 來完成。橋梁博士是橋梁工程中 普遍使用的一個有限元計算軟件。它是一個集可視化數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫管理、 結(jié)構(gòu)分析、打印與幫助于一體的綜合性橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工計算系統(tǒng)。系統(tǒng)的 編制完全按照橋梁設(shè)計與施工過程進行，密切結(jié)合橋梁設(shè)計規(guī)范，充分利用現(xiàn) 代計算機技術(shù)，符合設(shè)計人員的習(xí)慣。Dr.Bridge 3.0 將橋梁結(jié)構(gòu)簡化為桿件系 統(tǒng)進行建模，對連續(xù)梁橋的計算尤為適用，計算精確，使用方便。 通常，連續(xù)梁

56、橋的計算流程是：施工成橋內(nèi)力計算；考慮施工階段的配筋 估算；配筋后施工和成橋結(jié)構(gòu)驗算。 3.2 結(jié)構(gòu)計算模型 在使用有限元軟件進行計算之前，必須對全橋結(jié)構(gòu)進行離散化，建立結(jié)構(gòu) 計算模式。結(jié)構(gòu)離散化是結(jié)構(gòu)分析重要的一環(huán)，必須遵循以下原則： （1）保證體系的幾何不變性。這一點在較復(fù)雜的施工體系轉(zhuǎn)換中尤其應(yīng)注 意，同時也應(yīng)避免與結(jié)構(gòu)受力不符的多余約束； （2）計算模型應(yīng)盡量符合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點和受力特點 ，對于 塊的處理、0# 支座的處理、基礎(chǔ)的模擬等應(yīng)慎重考慮； （3）在合理模擬保證精度的前提下，減少節(jié)點數(shù)目，以縮小計算規(guī)模。 離散時，一般在以下位置應(yīng)劃分節(jié)點： （1）構(gòu)件的轉(zhuǎn)折點和截面的變化點；

57、（2）施工分界點、邊界點、及支座處； （3）需驗算或求位移的截面處； （4）當出現(xiàn)位移不連續(xù)的情況時，例如相鄰的兩個單元以鉸接形式相連 （轉(zhuǎn)角不連續(xù)） ，可在鉸接處設(shè)置兩個節(jié)點，利用主從約束考慮該連接方式。 本設(shè)計方案在單元劃分時，每一個懸臂澆筑施工節(jié)段自然劃分為一個單元 （有 、 、 三種規(guī)格） ，每個合攏段（ ）設(shè)為兩個單元。這2.5m3.0.52.0m 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 20 樣，便于施工過程的模擬，并且這些截面也正是需要驗算的截面。同時， 塊、0# 支座處、邊跨直線現(xiàn)澆段以及一些構(gòu)造變化的位置增設(shè)了幾個單元，使得關(guān)鍵 受力部位的計算更加精確。全橋按照從左到右的順序共劃分為 74

58、 個單元，相應(yīng) 的有 75 個節(jié)點。 用橋博建立的全橋三維模型和主梁單元劃分別如圖 3-1 和圖 3-2 所示。 圖 3-1 全橋三維模型 圖 3-2 主梁單元劃分 3.3 施工階段模擬 施工階段及單元劃分確定后，就可以模擬實際施工過程，計算出各階段內(nèi) 力，再將各階段內(nèi)力累加即得到橋梁的最終恒載內(nèi)力。 根據(jù)實際施工步驟，列出主梁內(nèi)力計算和估索計算時的施工階段（見表 3- 1） 。 表 3-1 施工階段劃分 施工階段號 施工周期 施工內(nèi)容 1 30 0#塊澆筑 2 2 張拉 0#塊預(yù)應(yīng)力鋼束 3 2 安裝掛籃 4 10 懸臂澆筑 1#塊 5 2 張拉 1#塊預(yù)應(yīng)力鋼束 第 3 章 主梁內(nèi)力計算

59、21 6 2 移動掛籃 7-38 1411 重復(fù)步驟 4-6，懸臂安裝 2#塊-12#塊及張拉 2#塊-12#塊的預(yù)應(yīng)力鋼束 39 10 中跨加吊籃壓重 40 10 中跨合攏 41 5 安裝永久支座，解除臨時約束 42-43 4 張拉合攏跨鋼束 44-49 142 重復(fù)步驟 4-6，懸臂安裝 13#塊、14#塊及張拉 13#塊、14#塊的預(yù)應(yīng)力鋼束 50 20 安裝滿堂支架，澆筑 16#塊 51 10 邊跨合攏，即安裝 15#塊 52-53 12 張拉預(yù)應(yīng)力鋼束 54 2 拆除支架和掛籃 55 60 橋面鋪裝 56 1000 收縮徐變 3.4 荷載信息及工況組合 3.4.1 荷載信息 本橋在設(shè)

60、計計算中，考慮了恒載、活載、溫度荷載、不均勻沉降、收縮徐 變等荷載。在估算配筋階段，主要考慮了恒載、活載和收縮徐變的影響，而在 結(jié)構(gòu)驗算階段則全面考慮了以上五種荷載的組合。 （1）一期恒載 即結(jié)構(gòu)自重，程序根據(jù)截面尺寸信息自動將梁體自重計為均布荷載。 （2）二期恒載 包括橋面鋪裝、道碴自重及線路設(shè)備等，按 考慮。184/kNm （3）設(shè)計活載 本設(shè)計中活載采用的是 ZK 活載，其形式與 UIC 活載一致，集中力和均布荷 載的取值均為 UIC 活載的 0.8 倍。 橋跨結(jié)構(gòu)在 ZK 活載的作用下，考慮列車活載豎向動力作用時，列車豎向活 載等于列車豎向靜活載乘以動力系數(shù) ， 按下列公式計算：10.

61、51.4/2.18L 式中， 為加載長度（m） ，其中 時按 3.61m 計；簡支梁時為梁的跨L36m 度；n 跨連續(xù)梁時取平均跨度乘以下列系數(shù)： 1.202n 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 22 1.303n 1.404 1.505 當計算 小于最大跨度時，取最大跨度。 計算值小于 1.0 時取 1.0。L1 本設(shè)計中 ，代入 的計算式中，得到58291.3092m ，故取10.971 （4）溫度變化影響 按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)辦理。整體升溫 20，降 溫 20，并考慮梯度溫度正溫差和反溫差作用。 （5）基礎(chǔ)不均勻沉降 考慮支座處沉降 ，按最不利情況進行組合。5c

62、m 3.4.2 材料信息 （1）混凝土 梁體采用中鐵 C50 混凝土，容重取 ，彈性模量326.5/kNm ，軸心抗壓強度 ，軸心抗拉強度 。43.50cEMPacfMPa3.10ctfMPa （2）預(yù)應(yīng)力鋼束 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用 高強度低松弛鋼絞線，公稱直徑 ，彈15715.2j 性模量 ，抗拉強度標準值 。張拉時控制應(yīng)力4.0pEPa1860pkfPa 取 。6512conkfM （3）預(yù)應(yīng)力管道 采用金屬波紋管，直徑有 兩種。管道摩阻系數(shù) ，局部偏差90m0.23 系數(shù) ，鋼束預(yù)應(yīng)力損失松弛率 2.5%，錨具變形與鋼束回縮值(一端)0.15K 為 。6m 3.4.3 工況組合 橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)

63、計應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，按荷載可能的最不利組合情況進行計算。 根據(jù)各種結(jié)構(gòu)的不同荷載組合，材料基本容許應(yīng)力應(yīng)該乘以不同的提高系數(shù)。 對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的強度及抗裂性計算，應(yīng)采用不同的安全系數(shù)。 （1）組合（主）：自重二期恒載預(yù)加力+收縮徐變+支座沉降+列車活載 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 23 （2）組合（主+附）：自重二期恒載預(yù)加力+收縮徐變+支座沉降+列車活 載溫度變化 3.5 施工階段內(nèi)力計算 圖 3-3 最大懸臂階段剪力圖（kN） 圖 3-4 最大懸臂階段彎矩圖（kNm） 圖 3-5 中跨合攏階段剪力圖（kN） 圖 3-6 中跨合攏階段彎矩圖（kNm） 圖 3-7 邊跨合攏階段剪力圖（k

64、N） 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 24 圖 3-8 邊跨合攏階段彎矩圖（kNm） 計算結(jié)果表明，在施工過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換時，先期結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力由 于混凝土徐變作用將不斷引起次內(nèi)力，使先期結(jié)構(gòu)的受力狀況向后著期結(jié)構(gòu)的 受力狀況進行轉(zhuǎn)化。 3.6 施工成橋內(nèi)力計算 施工成橋內(nèi)力分析包括恒載內(nèi)力（一期恒載和二期恒載）計算、活載內(nèi)力 計算、溫度次內(nèi)力計算、支座沉降次內(nèi)力計算和組合內(nèi)力計算。 3.6.1 一期恒載內(nèi)力 圖 3-9 一期恒載剪力圖（kN） 圖 3-10 一期恒載彎矩圖（kNm） 3.6.2 二期恒載內(nèi)力 二期恒載采用 。184/QkNm 圖 3-11 二期恒載剪力圖（kN） 第 3 章 主

65、梁內(nèi)力計算 25 圖 3-12 二期恒載彎矩圖（kNm） 3.6.3 溫度次內(nèi)力 圖 3-13 升溫溫差次內(nèi)力剪力圖（kN） 圖 3-14 升溫溫差次內(nèi)力彎矩圖（kNm） 圖 3-15 降溫溫差次內(nèi)力剪力圖（kN） 圖 3-16 降溫溫差次內(nèi)力彎矩圖（kNm） 3.6.4 支座沉降次內(nèi)力 1）1#墩隔墩沉降 5cm 下的內(nèi)力圖 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 26 圖 3-17 1#墩隔墩基礎(chǔ)沉降剪力圖（kN） 圖 3-18 1#墩隔墩基礎(chǔ)沉降彎矩圖（kNm） 2）2#墩隔墩沉降 5cm 下的內(nèi)力圖 圖 3-19 2#墩隔墩基礎(chǔ)沉降剪力圖（kN） 圖 3-20 2#墩隔墩基礎(chǔ)沉降彎矩圖（kNm） 3

66、）3#墩隔墩沉降 5cm 下的內(nèi)力圖 圖 3-17 3#墩隔墩基礎(chǔ)沉降剪力圖（kN） 圖 3-18 3#墩隔墩基礎(chǔ)沉降彎矩圖（kNm） 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 27 4）4#墩隔墩沉降 5cm 下的內(nèi)力圖 圖 3-19 4#墩隔墩基礎(chǔ)沉降剪力圖（kN） 圖 3-20 4#墩隔墩基礎(chǔ)沉降彎矩圖（kNm） 3.6.5 收縮、徐變內(nèi)力 圖 3-21 混凝土收縮、徐變下彎矩圖（kNm） 圖 3-22 混凝土收縮、徐變下剪力圖（kN） 3.6.6 活載內(nèi)力 圖 3-23 活載內(nèi)力剪力圖（kN） 第 3 章 主梁內(nèi)力計算 28 圖 3-24 活載內(nèi)力彎矩圖（kNm） 計算結(jié)果表明，對于連續(xù)梁超靜定結(jié)構(gòu)，溫度變化和支座沉降引起的結(jié)構(gòu) 次內(nèi)力不容忽視。 3.6.7 施工成橋組合內(nèi)力（內(nèi)力組合包絡(luò)圖） 結(jié)構(gòu)內(nèi)力是荷載效應(yīng)的必然結(jié)果。根據(jù)橋規(guī) （TB 10002.3 -2005） ，預(yù)應(yīng) 力混凝土鐵路橋梁按照彈性階段進行應(yīng)力、變形計算，按照破壞階段進行強度 計算，所以在進行內(nèi)力計算時，應(yīng)按正常使用和承載能力兩種極限狀態(tài)分別考 慮。另外，對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，同一截面因不同荷載作用所產(chǎn)生的內(nèi) 力可能同