03版毕业设计正文之方案比选.docx

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03版毕业设计正文之方案比选

方案比选

该桥位于某国道主干线K127+546.420~K127+711.420段，桥宽度为净13+2×0.5m护栏。

要求桥下净空为5.5m。

抗震烈度为Ⅵ度。

横坡：

1.5%，纵坡：

0%。

桥头引道路堤填土高度为6.0m。

根据该桥的桥位地质、实际地形和水文资料，综合各备选方案上部结构形式及美观效果、经济性、施工条件等因素，最后比选出四个桥型方案。

上部结构拟定备选方案如下：

方案一：

三跨预应力连续梁桥；

方案二：

三跨预应力连续刚构桥；

方案三：

独塔斜拉桥；

方案四：

钢筋混凝土拱桥。

四个桥梁方案均可满足条件。

具体方案比较如下：

方案一：

三跨预应力混凝土连续梁桥（45+75+45m）

预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力的结构。

它在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合。

预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。

预应力混凝土连续梁、连续刚构桥主跨一般不宜大于200m，主跨大于200m时应与其他桥型进行充分比选论证；一般情况下边中跨比不小于0.55，在过渡墩较高、边跨现浇段难以采用落地支架现浇时，边中跨比最小可采用0.53，以保证结构在最不利荷载作用下边墩支座有一定压力。

为提高箱梁的承载能力，改善主梁的应力状况，箱梁应有足够的高度。

箱梁根部梁高宜控制在主跨跨度的1/16~1/18，跨中梁高宜控制在主跨跨度的1/30~1/55，考虑到新的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的实施和荷载标准的调整，在净空不受限制的条件下可适当增加梁高，梁高宜按二次抛物线变化。

截面尺寸拟订中，单箱单室顶板宽度一般小于20米，单箱双室顶板宽度约为25米，双箱单室可达40米左右。

支点截面的梁高H支约为（1/16-1/18）L（L位中间跨跨长），跨中梁高H中约为（1/1.5-1/2.5）H支。

底板厚度与主跨之比宜为1/140-1/170，跨中区域底板厚度可按构造要求设计，一般为0.22-0.28m。

综上所述拟定设计方案为（45+75+45）m预应力混凝土连续梁，桥宽为14m，梁体采用单箱单室箱型截面。

由于多跨连续梁桥的受力特点，靠近中间支点附近承受较大的负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变高度梁，按二次抛物线变化。

这样不仅使梁体自重得以减轻，还增加了桥梁的美观效果。

梁体各控制截面梁高分别为：

端支座处边跨直线段和跨中2.0m，中支点处梁高4.5m，梁高按二次抛物线变化；箱梁截面为单箱单室直腹板；全桥箱梁顶宽14.0m，底宽8m，两翼侧板各挑出3m。

顶板厚40cm，腹板厚为50cm，底板厚由跨中的25cm按直线变化至中支点梁根部的50cm；全桥共设5道横隔梁，分别设于中支点、端支点和中间跨跨中截面。

上述较大的翼板挑出长度，主要是为了美观，同时减小箱底宽度可适当提高正弯区截面重心，充分发挥底板受力筋的作用，减轻箱梁自重。

方案二：

三跨预应力混凝土连续刚构桥（45+75+45m）

预应力混凝土连续刚构桥是连续梁桥与T形刚构桥的组合体系，也称墩梁固结的连续梁桥。

大跨径连续刚构桥结构的受力特点主要为：

梁体连续，墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力。

在恒载作用下，连续刚构桥与连续梁桥的跨中弯矩和竖向位移基本一致；其次，由于墩梁固结共同参与工作，连续刚构桥由活载引起的跨中正弯矩较连续梁要小，因而可以降低跨中区域的梁高，并使恒载内力进一步降低。

因此，连续刚构桥的主跨径可以比连续梁桥设计大一些。

它常用于大跨、高墩的结构中，桥墩纵向刚度较小，在竖向荷载作用下，基本上属于一种无推力的结构。

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（本次设计中满足此要求）。

本次设计支点处梁高为5m，中跨跨中梁高为1.8m，梁顶宽14m，底部宽8m,腹板厚度为40—60cm按直线变化，顶板厚45cm，跨中底板厚度为30cm，支点底板厚度为50cm。

二次抛物线变截。

方案三：

三跨双塔斜拉桥（40+90+40m）

斜拉桥的基本受力特点是：

受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。

因而主梁在斜拉索的各点支承作用下，像多跨弹性支承的连续梁一样，使弯矩值得以大大地降低，这不但可以使主梁尺寸大大地减小，而且由于结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又能大幅度地增大桥梁的跨越能力。

此外，斜拉索轴力产生的水平分力对主梁施加了预压力，从而可以增强主梁的抗裂性能，节约主梁中预应力钢材的用量。

采用塔、梁、墩相互固结的独塔扇形单索面三跨预应力混凝土斜拉桥。

规范规定当跨度的组合为三跨双塔布置时，中跨和边跨之比为2.2-2.5。

塔高H为（1/4-1/3）L（中跨）。

主塔高度H的决定，应根据主塔形状、拉索的布置主梁的断面形式，从结构分析，施工方法，降低材料用量及造价，结合景观的要求来综合考虑。

组成索塔的塔柱及横梁的截面形状和截面尺寸应根据结构强度、刚度、稳定性计算的要求，并结合拉索在索塔上的锚固构造要求和桥梁美学上要求来确定，塔柱截面可采用实心和空心两种，而沿塔高又可采用等截面和变截面布置。

从桥梁没学和景观方面来看，单锁桥面无论从哪个角度观看斜拉桥都简洁明了，而双锁面桥从侧面的某些角度看会出现斜索交错凌乱的视觉。

斜拉锁的间距与索力成正比，索具越大每根索的索力越大，而索的数量比较稀少。

稀索在主梁上的间距一般为30-60m（钢梁）及15-30m（混凝土梁），故梁的弯矩及剪力仍相当大的需要有较大的梁高。

斜拉索的内力与截面相对来说较大，因此架设比较困难，斜索锚固点的构造也比较复杂、耗料也多。

密索体系斜拉索在主梁上的间距为8-24m（钢梁）或4-12m（混凝土梁）。

由稀索变为密索后，上述个点都可以得到缓和。

设计方案拟定主梁采用单箱室截面，跨中支座梁高2.5米，边跨支座处梁高2.0m，顶宽16米，底宽8米，顶板厚30厘米，底板厚28厘米，腹板厚32cm。

梁上索距为8米，每8米节段设一横隔梁。

索塔采用“1”字形塔，桥面以上塔高25米（此处取值略微偏大），横桥向宽为2米，顺桥向塔底宽度为2米，塔顶宽度为2米，塔柱采用矩形截面，塔上索距为2米，拉索直接锚固于塔壁上。

方案四：

钢筋混凝土拱桥（3×55）

1、拱桥的基本特点及其适用范围

力学特点：

将桥面的竖向荷载转化为部分水平推力，使拱的弯距大大减小，拱主要承受压力，充分发挥圬工材料抗压性能；

拱桥的优点：

（1）具有较大的跨越能力，充分发挥圬工及其它抗压材料的性能；

（2）构造较简单，受力明确简洁；

（3）形式多样、外型美观；

拱桥的缺点：

（1）一般拱桥上部结构的自重较大，且存在水平推力，下部结构工程量增加，地质条件要求高；，多孔连续拱桥互相影响；

（2）施工工序较多，建桥时间也较长，一般情况下未能采用高度机械化和工业化的建造方法，辅助设备和劳动力用量多；

（3）在连续多跨的大、中型结构中。

为了防止一跨破坏而影响全桥安全，需要采用较复杂的结构措施，或应设置抵抗单项水平推力的桥墩，增加了造价；；

拱桥的主要组成:

拱圈（拱背、拱腹、拱顶、拱脚）、拱上结构矢跨比f/L—反映拱桥受力特性的重要指标。

2、主拱圈的截面尺寸拟定

（1）主拱圈宽度

中、小跨径桥：

拱圈宽度=桥面净空宽度−栏杆宽。

大跨径桥或特宽桥：

拱圈宽度＜桥宽，主拱圈宽度一般≥l/20。

《桥规》规定当主拱圈宽度＜l/20时，则应验算拱的横向稳定性

本桥设计矢跨比f/L=1/5~1/8，跨度55m，矢高8m（满足条件），主拱圈材料采用钢筋混凝土，为节约材料拱圈截面为等截面箱型拱，主拱圈采用二次抛物线，适合大、中跨径拱桥。

箱型截面特点：

截面挖空率大，节省材料；形心轴靠中适应主拱正负弯距变化；主拱整体性好，抗扭刚度大，稳定性好；便于预制施工拼装。

箱形主拱圈的形式

（2）箱形拱构造尺寸

拱圈高度一般为跨径的1/50~1/70；可采用经验公式：

H=55/100+0.65=1.2m，

拱圈宽度应满足跨度的1/20；保证横向稳定；所以宽度取10m。

（3）空腹式梁式腹孔特点：

减轻拱上重量，降低拱轴系数，改善拱圈在施工过程中的受力状况，获得更好的经济效果，为了施工方便，采用简支腹孔。

拱轴线选取应满足的要求

（1）尽量减小拱圈截面的弯矩，使主拱圈各主要截面的应力相差不大；且最大限度减小截面拉应力，最好是不出现拉应力；

（2）对于无支架施工的拱桥，应尽可能少用或不用临时性施工措施；

（3）计算方法简便，易为生产人员掌握；

（4）线型美观，便于施工。

方案比较表

结构形式

预应力连续梁桥

预应力连续刚构桥

三跨双塔斜拉桥

上承式系杆拱桥

使用效果

属于超静定结构，受力较好。

主桥面连续，无伸缩缝，行车条件好，养护容易。

属于超静定结构，行车舒适性好，有较好的抗震能力。

主梁以主塔为中心，采用对称悬臂浇筑法施工。

拱的承载潜力大。

伸缩缝多，养护较麻烦。

设计技术水平

技术先进，工艺要求严格。

技术先进，工艺要求严格。

主桥上部构造采用挂蓝施工，采用托架浇筑起步长度。

施工过程复杂，斜拉桥索塔施工、主梁施工，斜拉索施工过程复杂

已有成熟的工艺技术经验，需用大量的吊装设备，占用施工场地大，需用劳动力多。

工程材料指标及造价

混凝土、钢筋

混凝土、钢筋

混凝土、钢筋、外购钢材

钢筋、混凝土；混凝土用量大

施工技术力量

对称悬臂浇筑

对称悬臂浇筑，施工技术成熟

活动支架法

转体法施工，技术难度稍大

施工设备

挂篮，大型起吊设备，张拉设备

挂篮，大型起吊设备，张拉设备

挂蓝、张拉大型起吊设备

大型起吊设备，悬拉设备

养护维修期

较少

比较少

一般

较多

美观性

形式简单，构造单一

梁墩固结作用可降低梁高，使梁看起来更轻巧、美观

现感强，可通过索塔与拉索布置形式获得满意的造型。

形式优美、结构坚固

通过上述方案比选，预应力混凝土变截面连续刚构桥桥比双塔塔单索面斜拉桥，桥梁建筑高度小，工程量小，施工难度小，可以采用多种施工方法，工期较短，易于养护。

又因为拱桥造价太高，工期较长不宜选定为设计方案。

方案一虽然大致满足要求，但是施工过程中需要体系转换，同时横向刚度较小，不宜满足横向抗风要求。

另外该桥是位于建于国道主干线，对于美观要求较高。

综上，设计最终确定采用预应力连续刚构桥。