桥梁设计文件最终版.docx
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桥梁设计文件最终版
目录
1、工程概况1
1.1、桥梁背景1
1.1.1、桥梁位置1
1.1.2、桥梁现状1
1.2、地质条件1
2、技术标准1
3、创意说明1
3.1、选用异型拱桥,发挥景观美学价值1
3.2、响应国家精准扶贫战略2
3.3、弘扬当地文化2
3.4、注重就地取材2
4、模型效果图2
5、主要构造说明2
5.1、基础和桥台2
5.1.1、设计荷载2
5.1.2、设计成果2
5.2、支座3
5.3、梁3
5.4、桥面铺装3
5.4.1、设计依据3
5.4.2、设计标准4
5.4.3、设计成果4
5.5、拱肋4
6、力学模型及结论4
6.1、设计资料4
6.2、建模要点4
6.2.1、分析目的4
6.2.2、计算模型5
6.2.3、计算模型的简化说明:
5
6.3、单元类型5
6.4、边界条件5
6.5、荷载5
6.5.1、荷载组合说明5
6.5.2、自重荷载明细:
5
6.6、分析结果6
6.6.1、纵梁刚度分析结果6
6.6.2、纵梁强度分析结果6
6.6.3、横梁强度分析结果10
6.6.4、拱肋强度分析结果12
6.6.5、拱肋稳定性分析结果12
6.6.6、吊杆强度分析结果13
6.7、结论14
7、材料14
7.1、混凝土14
7.2、预应力钢绞线14
7.3、钢材14
7.4、材料特性汇总表14
8、建造方法15
8.1、桥台基础施工说明15
8.1.1、测量放样15
8.1.2、M5浆砌片石基础15
8.1.3、M7.5浆砌片石前墙、侧墙15
8.1.4、现浇C30砼台帽15
8.1.5、台背回填15
8.2、支座施工说明15
8.2.1、现浇支座垫石15
8.2.2、安装支座的安装15
8.3、现浇混凝土梁施工说明16
8.3.1、施工概述16
8.3.2、支架设立16
8.3.3、桥梁底模设立16
8.3.4、混凝土浇筑前的检查16
8.3.5、混凝土的浇筑16
8.3.6、预应力钢束的安装16
8.4、钢管混凝土拱肋施工16
8.4.1、施工概述16
8.4.2、支架搭设16
8.4.3、混凝土灌注16
8.4.4、钢管混凝土施工注意事项16
8.5、吊杆施工说明17
8.5.1、施工概述17
8.5.2、吊杆的安装17
8.5.3、吊杆的张拉17
8.6、防水层施工说明17
8.6.1、施工概述17
8.6.2、施工程序17
8.7、桥面铺装的施工17
8.7.1、施工概述17
8.7.2、梁顶处理17
8.7.3、基层的摊铺(桥面横坡的施工)17
8.7.4、表面整修(横向缩缝的施工)17
8.7.5、养护17
8.8、人行道与栏杆的施工17
8.8.1、施工概述17
8.8.2、排水管道的预留17
8.9、桥头搭板施工17
9、建造概算18
9.1、工程量清单汇总表18
9.2、建筑安装工程费计算表18
9.3、总预算表18
附录1:
桥梁效果图19
1.1、基于SketchUp的桥梁效果图19
1.2、基于PS的桥梁效果图19
附录2:
桥位图20
2.1、省图20
2.2、市图20
2.3、村图20
附录3:
桥型布置图21
3.1、正视图21
3.2、侧视图21
附录4:
主要构件尺寸图22
4.1、梁体构造图22
4.2、拱肋构造图22
4.3、桥梁横截面立面图22
4.4、桥台构造图22
附录5:
施工建造过程图23
1、工程概况
1.1、桥梁背景
1.1.1、桥梁位置
青树二桥位于湖南省新化县维山乡青树村,是该村主要道路的咽喉。
沿路分布有小学、中学、市场等人流量较大的公共场所,其能否正常使用的情况,很大程度上决定了村民生活生产的便捷与否。
1.1.2、桥梁现状
由于修建年代的久远,加之后来车辆荷载的破坏,原桥虽然仍能通行人流,但已不能保证行车的安全。
这种情况一方面使得需要通过村庄的大车均集中在村里另一条交通干道上,使原先就窄的乡村小道显得更加拥挤;另一方面也严重限制了青树村的经济发展。
近年来随着周边城镇的发展,村里人口增多,原桥显得更加不能满足村民的需求了。
为了给周边学校和商场提供足够的交通资源,促进教育事业的发展和村民收入的增加,修建新桥已经成了必须提上日程的要事了。
1.2、地质条件
娄底市内地层自元古界冷家溪群至第四系均有分布。
其中前泥盆纪地层主要分布于龚家湾—金凤构造带、白马山—龙山东西向隆起带,沩山—紫云山构造带;涟源凹陷发育泥盆纪以后地层,以沉积型矿产为主。
各时期地层具体情况如下:
(1)中元古界冷家溪群:
是娄底市出露最老的地层,主要分布于新化西部白马山岩体周边、大熊山及东部双峰紫云山岩体周边。
为套滨、浅海相复理石夹中酸性火山岩泥砂质沉积建造,岩性以板岩、粉砂质板岩、砂岩为主夹碳酸盐岩、炭质板岩。
普遍遭中浅区域变质而成千枚岩;
(2)上元古界板溪群:
分布范围与冷家溪群一致,为惯称的“黑板溪”。
为一套海相砂泥质沉积,岩性为板岩、砂岩夹凝灰岩,其中板岩在岩石组合中占60~80%,变质砂岩10~25%,其它岩类5~10%,发育水平层理。
参考相关工程地质报告书的研究成果,再根据岩层主要为碳酸盐岩石,可推测此处有可能存在地基溶蚀等问题。
因此在进行地基设计的时候,有必要对地基影响深度范围内的岩层情况做出详细的勘探,必要时应采取跨盖,灌浆等方式提高地基承载力。
但是,由于此处地基之前曾修建过石拱桥,而且在石拱桥使用的过程中未发生因地基沉降引起的结构损坏,则可认为此处地层满足石拱桥的地基强度要求。
再根据下承式系杆拱桥与上承式拱桥相比,具有对地基要求低的特点的现状,我们推断此处地层满足所设计的拱桥的地基强度要求。
2、技术标准
2.1、《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG/TD656-2015)
2.2、《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB50923-2013)
2.3、《公路工程技术标准及条文说明》(JTGB01-2014)
2.4、《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)
2.5、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)
2.6、《公路排水设计规范》(JTG/TD33-2012)
2.7、《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)
2.8、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)
2.9、《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2011)
2.10、《公路路基施工技术规范》(JTGF10-2006)
2.11、《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》(JT/T663-2006)
2.12、《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-2004)
2.13《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2014 )
3、创意说明
3.1、选用异型拱桥,发挥景观美学价值
拱桥以其强劲的力度感加之优美的曲线造型,具有较强的艺术表现力,一直受到人们的关注和推崇。
拱式桥具有丰富的艺术表现形式,加之对桥梁美学的需求更加促使了各种结构合理、造型美观的新型拱式结构的产生。
于是出现了各种造型奇特的异型拱桥,异型拱桥较于常规拱桥,在追求视觉美感的同时,必然要牺牲一些结构受力的合理性,但一味强调受力的合理性,其结果只能是失去桥梁设计的个性和特色,这就要求设计者在美学与力学之间找到一个平衡点,才能设计出既合理又美观的结构形式
一般拱桥的立柱或吊杆多为竖向布置,桥面荷载通过立柱或吊杆传递给主拱,得出的合理拱轴线均为对称曲线。
若将吊杆按一个斜率斜向布置,推导得出合理拱轴线是一偏态的曲线,并通过改变拱肋截面形式,即通过一种异型截面构造,来满足结构的强度要求,从而实现造型上的各异。
由此得到一种新型的桥型结构——异型拱桥,具有独特别致的外形,景观奇异,但又易于周围的环境协调。
其设计上主要的优势在于外观比普通系杆拱桥更富于动感的美学效果。
同时该桥设计元素的尺度、颜色符合人的基本习惯,同时也使人产生舒适、安全、放心、友好的感受体现出了生理人文关怀和心理人文关怀,
从景观美学价值来看,异形拱桥必将成为当地的地标性建筑,将来新化县维山乡青树村将随着该异形拱桥的独特性和艺术性而被人们所知,人们可以用最简单的形态和最少的笔画来唤起对于它的记忆,有助于提高该地域的知名度。
3.2、响应国家精准扶贫战略
习总书记到湖南湘西考察时首次作出了“实事求是、因地制宜、分类指导、精准扶贫”的重要指示,在贵州又讲了六个精准。
2002年全乡工农业总产值6178万元,人均纯收入1008元,属省定特困乡,建成该桥可使全乡共39000人受益,同时桥址在学校旁边,便于村里孩子上下学,满足对象要精准。
且原有的青树二桥破坏严重,已影响村民正常通行,要致富,先修路,改建新的桥具有长远效益,将有助于该村攻坚脱贫,满足项目以及资金安排要精准。
同时,该桥梁的红色格调以及异形向上欲冲天的拱轴线,既能使当地群众不忘党和国家对于坚决打赢脱贫攻坚战的决心和对困难群众的牵挂与帮助,也激励他们始终昂扬向上,为实现小康社会而努力。
3.3、弘扬当地文化
资料显示,青树村历史悠久,在漫长的历史发展过程中,形成了独特的蚩尤文化,如今当地还有蚩尤坪、春姬坳等遗址。
此外还有紫鹊界梯田等当地居住的苗、瑶、侗、汉族等多民族历代先民的与自然相融合的伟大劳动结晶。
结合当地历史文化背景,我们采用的偏态拱在形态上相互独立,宛如两条飞龙,为满足地基需要,同时在形态上,加大桥体作用力相对集中处的地基加固,形成飞龙的头部,寓意“上天入地”,也是对当地经济腾飞,人才辈出的美好祝愿。
在桥的顶部,将原有的横向拉杆装饰为阶梯状,从形态上模拟紫鹊界梯田,既是对人与自然和谐发展的赞颂,努力促进生态文明建设,也是对区域经济资源的宣传。
3.4、注重就地取材
据调查青树村内有化工厂,水泥厂,石材料厂,村内有沙土,煤矿,资源,我们所采用的水泥石材沙土均可在当地采购,栏杆所采用实心水泥葫芦在当地有厂家生产,既减小运输成本,又能带动当地经济发展,所雇佣的施工团队也可选用当地建筑队,增加当地就业机会。
4、模型效果图
5、主要构造说明
5.1、基础和桥台
5.1.1、设计荷载
汽车荷载
公路-Ⅱ级
人群荷载kN/m
3.45
5.1.2、设计成果
通过当地地质条件的分析,再参考相关类型桥梁的设计方案,桥梁的基础决定采用具有结构简单,便于施工等特点的刚性扩大基础和重力式U型桥台。
设计过程大致如下:
(1)、尺寸拟定和计算:
伸缩缝宽度e0
2
cm
支座中心至梁端距离e1
25
cm
支座顺桥向宽度a
20
cm
支座边缘到台身顶边缘距离C1
20
cm
台帽檐口宽度C
10
cm
顺桥向台帽宽度b1
67
cm
横桥向台帽宽度B
5.7
m
锥坡高度H
5
m
桥台侧墙长度b
3.79
m
前墙顶宽b2
80
cm
前墙底宽b3
2.75
m
(2)、荷载组合汇总:
荷载工况
荷载组合方式
水平力(kN)
竖直力(kN)
弯矩(kN·m)
桥上有活载,
台后无活载
基本组合
397.531
5209.105
-2416.29
长期组合
397.531
4700.065
-1548.37
短期组合
397.531
5209.105
-2416.29
⑵桥上、台后均有活载
基本组合
587.183
4687.027
-1580.66
长期组合
587.183
4553.017
-1352.17
短期组合
587.183
4687.027
-1580.66
(3)、台身截面强度验算:
台身底截面特征值的计算
面积A(m^2)
20.48
形心轴与y轴的距离X1
-0.71
截面回转半径γw
1.82
对工况
(1)验算时
e0(m)
-0.46
y(m)
-0.71
γw(m)
1.82
m
3.50
抗压计算强度Raj(MPa)
4.80
台底截面积A(m^2)
20.48
安全系数γm
2.31
纵向力偏心影响系数α
0.73
偏心极限承载力【N】
30950.32
>
5209.10
合格
偏心距验算ρ*0.7(m)
0.78
>
0.46
合格
对工况
(2)验算时
e0(m)
-0.34
y(m)
-0.71
γw(m)
1.82
m
3.50
抗压计算强度Raj(MPa)
4.80
台底截面积A(m^2)
20.48
安全系数γm
2.31
纵向力偏心影响系数α
0.90
偏心极限承载力【N】
38100.77
>
4687.03
合格
偏心距验算ρ*0.7(m)
0.78
>
0.34
合格
(4)、地基承载力验算
地基底截面特征值的计算
面积A(m^2)
37.42
抗弯截面系数W(m^3)
37.05
地基土容许承载力【fa0】(kPa)
506.83
对工况
(1)验算时
荷载引起的最大基底压应力(kPa)
204.42
<
506.83
合格
偏心距验算ρ*0.7(m)
0.69
>
0.46
合格
对工况
(2)验算时
荷载引起的最大基底压应力(kPa)
167.91
<
506.83
合格
偏心距验算ρ*0.7(m)
0.69
>
0.34
合格
5.2、支座
支座的设计依据《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》(JT/T663-2006),选择尺寸为200*300*41mm的普通矩形板式橡胶支座。
其最大承压力为551KN。
此类支座是利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角,利用其剪切变形实现水平位移;能分布水平力,吸收部分动能以减少冲击;有较大的摩阻力(相对纯橡胶支座而言),能保证梁体不至相对滑动,且支座随梁端伸缩和转动,能适应桥跨结构的各种变形;构造简单,价格合理,制造方便,不需要养护,安装移动和更换简单。
5.3、梁
纵梁的设计依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),设计为预应力混凝土梁,截面设计尺寸为300*490mm,构建总长20m,混凝土强度等级C45,张拉工艺为后张法,两端张拉,张拉控制应力1300MPa,锚具为JM12,松弛系数5%,孔道采用Ф20金属波纹管成型。
非预应力钢筋配置双筋,下侧2排4Ф22mm,上侧4Ф22mm。
选用预应力梁将拱肋推力转化为系杆拉力,具有抗裂性好,结构刚度大、挠度小,耐久性好等特点。
横梁的设计依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),混凝土等级C45,配置2排3Ф20钢筋。
5.4、桥面铺装
5.4.1、设计依据
桥面的设计,依据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2011)的相关条文,选用具有强度高、节省水泥、节约用水、施工速度快、养护时间短等优点的碾压混凝土作为面层材料,选用具有水硬性、混凝性、强度高、稳定性好、成板性,且强度随龄期不断增加,抗水、抗冻、抗裂而且收缩性小等优点的石灰粉煤灰稳定粒料作为基层材料。
由于是桥面铺装设计,因此不考虑路基和垫层的设计。
相关参数值皆基于《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2011)选用和计算。
5.4.2、设计标准
(1)、公路等级:
四级公路;
(2)、变异水平的等级:
中级;
(3)、可靠度系数:
1.07;
(4)、面层类型:
碾压混凝土面层;
(5)、设计轴载100kN;最重轴载150kN;
(6)、路面的设计基准期:
10年;
(7)、设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数:
150000;
(8)、路面承受的交通荷载等级:
中等交通荷载等级。
5.4.3、设计成果
(1)、力学分析结果:
混凝土面层荷载疲劳应力
3.27MPa
混凝土面层温度疲劳应力
0.9MPa
考虑可靠度系数后混凝土面层综合疲劳应力:
4.46MPa<小于面层混凝土弯拉强度=4.5MPa;
混凝土面层最大荷载应力
2.2MPa
混凝土面层最大温度应力
1.77MPa
考虑可靠度系数后混凝土面层最大综合应力:
4.25MPa<小于面层混凝土弯拉强度=4.5MPa;
满足路面结构极限状态要求的混凝土面层设计厚度:
182mm
(2)、实际分析结果:
通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:
碾压混凝土面层
190mm
石灰粉煤灰稳定粒料
80mm
5.5、拱肋
拱肋的设计,选用具有提高混凝土承载力的钢管混凝土结构。
为满足《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG/TD656-2015)中对于钢管外径不得小于30cm的构造要求以及符合强度、稳定性的要求,最终确定外径为32.5cm。
由于桥梁所处环境为污染较少的乡村地区,因此拱肋的防腐涂装不作特殊要求。
6、力学模型及结论
6.1、设计资料
6.1.1、使用程序:
MIDAS/Civil,Civil2017
6.1.2、截面设计内力:
3维
6.1.3、构件类型:
梁、拱、杆
6.1.4、公路桥涵的设计安全等级:
二级
6.2、建模要点
6.2.1、分析目的
建立模型主要分析目的是检算全桥成桥之后运营状态下结构的强度、刚度和稳定性是否满足设计要求,重点是检验拱肋、吊杆、纵梁、横梁的受力分析是否达到承载力要求,并以此指导截面尺寸的拟定和初始拉力施加以及检验桥梁的安全性,同时进行稳定性分析(屈曲分析)检验桥梁在“恒载+移动荷载”情况下的稳定性。
6.2.2、计算模型
本桥的计算模型如下图所示,其整体坐标系规定为:
x轴为纵桥向,y轴为横桥向,z轴为竖向。
分析结果的符号规定为:
位移与整体坐标轴指向一致者为正,应力以受拉为正,轴力以受拉为正,弯矩的正负号按右手螺旋准则确定。
计算草图
6.2.3、计算模型的简化说明:
(1)、二期恒载(包括矩形板、人行道、护栏以及桥面铺装等)按均布荷载分配给纵梁,然后传递给横梁以及吊杆,最终传递给拱肋,偏于保守地不考虑路面板对桥面强度的贡献。
(2)、桥梁结构形式为下承式柔性系杆简支拱桥,因此仅对上部结构进行分析。
下部结构由支座反力进行另外计算。
6.3、单元类型
拱肋、纵梁、横梁以及横撑均采用梁单元模拟,单元每个节点6个自由度,即3个平动位移和3个转动位移。
吊杆均采用桁架单元模拟,单元每个节点3个自由度,即3个平动位移。
6.4、边界条件
(1)边纵梁与端横梁交界处施加简支边界条件。
先设置四个一般支承,再将四个端点与四个支承用弹性连接。
(2)边纵梁与拱脚、拱脚与端横梁之间均为刚性连接,即刚臂连接。
6.5、荷载
根据《公路桥涵设计通用规范》(.ITGD60-2015)分别考虑各个施工阶段的荷载,包括自重、混凝土收缩徐变以及桥面铺装等二期恒载。
另外,该桥吊杆初始安装时有张拉,模拟时以“初拉力荷载”的形式施加给结构,建模过程采用反复调整吊杆的张拉力对拱肋线形进行控制,以达到设计的目标。
6.5.1、荷载组合说明
基本组合:
1.2CD+1.2DW+1.4CRL+1.4M1+1.4M2
静力荷载工况
编号
名称
类型
组合系数
数值KN
1
自重CD
施工阶段荷载(CS)
1.2
596
2
桥面铺装DW
二期恒载
1.2
990
移动荷载工况
1
车道荷载(均布)M1
移动荷载MV
1.4
420
2
车道荷载(集中)M2
移动荷载MV
1.4
420
3
人群荷载(均布)CRL
移动荷载MV
1.4
126
合计:
2552KN
6.5.2、自重荷载明细:
编号
类型
体积m3
容重kN/m3
重量kN
合计kN
1
拱肋钢管
0.289
78.5
22.66
580
2
拱肋混凝土
3.69
25
92.33
3
吊杆
0.0259
78.5
2.03
4
纵梁
14.7
25
367.5
5
横梁
3.88
25
97
6.6、分析结果
6.6.1、纵梁刚度分析结果
(1)、静载作用下纵梁的挠度图(如下):
(2)、静载+移动荷载作用下挠度图(如下):
纵梁弯矩图
静载作用下纵梁的挠度图
通过上述两图可以分析得知,在静载作用下,纵梁的最大挠度为8.636mm,在静载和移动荷载的作用下,纵梁的最大难度为25.155mm,两者的位移差为δ=25.155-8.636=16.519mm。
根据《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG/TD656-2015),钢管混凝土桥面梁的最大竖向挠度不应大于L/800。
即允许挠度值【δ】=20000/800=25mm,由δ<【δ】,可以判定纵梁的刚度合格。
静载+移动荷载作用下挠度图
6.6.2、纵梁强度分析结果
(1)、纵梁轴力图(如下):
纵梁轴力图
(2)、纵梁弯矩图(如下):
(3)、纵梁大偏心受拉构件强度检核
编号
M0(kN·m)
N0(kN)
e0(mm)
备注
x(mm)
极限承载力N(kN)
2*as(mm)
备注
E'(mm)
极限承载力N'(kN)
备注
1
137.1
520.1
263.6
大偏拉
-87.22
1438.8
80
考虑增强混凝土效应
468.6
911.14
合格
2
134.2
370.6
362.12
大偏拉
-53.16
1223.16
80
考虑增强混凝土效应
567.12
752.87
合格
3
116.1
365.7
317.47
大偏拉
-67.47
1313.75
80
考虑增强混凝土效应
522.47
817.2
合格
4
115.7
262.6
440.59
大偏拉
-31.74
1087.59
80
考虑增强混凝土效应
645.59
661.35
合格
5
117.1
255.4
458.5
大偏拉
-27.42
1060.28
80
考虑增强混凝土效应
663.5
643.51
合格
6
135.6
168.6
804.27
大偏拉
28.89
703.84
80
考虑增强混凝土效应
1009.27
423.04
合格
7
97.6
189.9
513.95
大偏拉
-15.21
982.94
80
考虑增强混凝土效应
718.95
593.87
合格
8
97.7
89.9
1086.76
大偏拉
53.61
547.34
80
考虑增强混凝土效应
1291.76
330.53
合
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