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杭州湾跨海大桥毕业论文

杭州湾跨海大桥-毕业论文

目录第一章基本资料1

第一节项目概况1

第二节总体设计1

第三节桥址资料2

第四节工程概况2

第五节地质、地震2第六节水文气象4

第七节设计标准4

第二章方案比选6

第三章支座及尺寸拟定8第一节支座尺寸8

一、支座选择8

第二节尺寸拟定11一、桥墩形式11

二、墩台帽尺寸拟定11三、盖梁的尺寸拟定12四、墩身的尺寸拟定12五、桩的尺寸拟定12

六、7、9号墩构造13七、桥台构造13

第四章桥墩计算15

第一节荷载计算15

一、支座恒载反力计算15二、支座活载反力计算16第二节盖梁设计36

一、冲击系数的计算36二、7号墩盖梁的计算36三、10号墩盖梁的计算41四、盖梁配筋44

第三节墩柱设计49

一、地震力计算49

二、汽车制动力的计算58三、风力计算62

四、墩柱配筋63

五、墩顶位移检算67第四节基础设计68

一、7号桩的计算68二、10号墩的计算76三、单桩承载力检算85第五章桥台设计87

第一节荷载计算87一、支座反力的计算87第二节盖梁设计91第三节桩基设计95一、尺寸拟定95二、桩的计算95小结109

致谢110

参考文献111

基本资料

项目概况

杭州湾跨海大桥横跨杭州湾中部，连接港口开放城市宁波和商贸城市嘉兴，是我国同三国道主干线跨越杭州湾最便捷的通道，建成后可缩短宁波至上海间的陆路距离100多公里，使宁波、舟山、台州、温州等浙东南地区与上海的联系更加紧密，可以更充分地发挥上海的经济辐射和聚集功能，促进上海浦东的开发与发展，进一步加强上海在长江三角洲的“龙头”地位，带动和促进浙江、上海、江苏经济的快速持续发展。

杭州湾跨海大桥也是浙江省2010年前规划建设的“两纵、两横、十八连、三绕、三通道”公路网主骨架的重要组成部分，与沪杭、杭甬高速公路一起构成长江三角洲南翼沪、杭、甬两小时交通圈，可以加速环杭州湾地区的城市化进程和大大提升该地区的国际竞争力。

总体设计

杭州湾跨海大桥总体设计包括平纵线形设计、桥跨总体布置及景观设计。

大桥平纵线形力求平面顺畅、纵坡均衡，在视觉上保持线形的连续性，尽量避免长直线和小偏角，在心理和生理上有安全感和舒适感，并与沿线环境相协调。

影响大桥平面线形的因素较多，主要有北岸连接线、北岸海堤、乍浦港规划内河港池、北航道、南航道、南岸登陆点、南岸海堤、南岸连接线，杭州湾水域流速流向分布、两岸岸线规划及路线线形的各项指标等。

综合权衡各影响因素后，大桥平面线形设计成美观流畅的S形曲线。

大桥纵断面线形的影响因素也很多，不仅受到最大纵坡、最小坡长、最大坡长等路线设计指标控制，还受桥下通航、通车、通人的净空高度及桥头软土路基段的填土高度限制。

大桥纵断面线形设计成两个大凸拱形，使大桥纵断面线形生

动活泼。

由于桥梁规模大，大桥总体景观主要平纵总体线形加总体造型决定，大桥景观效果见图1。

图1.1大桥景观效果图（由宁波向嘉兴看）

桥址资料

桥位高程最低处标高为:

7.73m;桥位高程最高处标高为:

13.116m。

相对高差为:

5.386m。

桥梁平面为直线，与河流交角为71?

，立面为折线，主桥中心里程是K0+357.5，全桥中心里程为:

K0+406.3，

工程概况

该桥属于杭州湾跨海大桥北岸连接线工程的一部分――海盐枢纽4号桥，是连接宁波与嘉兴之间的一座桥;桥下通航为规划四级航道;

地质、地震

钻孔ZKS71的里程是K0+220.10，从柱状图中可以看出:

粘土厚度60厘米

淤泥质粘土厚度220厘米

粘土厚度590厘米

亚粘土厚度490厘米

亚粘土厚度430厘米

亚粘土厚度400厘米

亚砂土厚度400厘米

亚砂土厚度490厘米

亚粘土厚度660厘米

粘土厚度670厘米亚粘土厚度570厘米粘土厚度510厘米钻孔ZKS70的里程是K0+265.00,从柱状图中可以看出:

亚粘土厚度50厘米淤泥质亚粘土厚度150厘米亚粘土厚度470厘米粘土厚度870厘米亚粘土厚度650厘米亚砂土厚度600厘米亚砂土厚度490厘米亚粘土厚度260厘米粘土厚度640厘米亚粘土厚度450厘米亚粘土厚度450厘米粘土厚度390厘米钻孔ZKS69的里程是K0+317.50,从柱状图中可以看出:

亚粘土厚度760厘米亚粘土厚度600厘米亚粘土厚度690厘米亚砂土厚度500厘米亚砂土厚度700厘米

亚粘土厚度330厘米粘土厚度760厘米亚粘土厚度340厘米亚粘土厚度790厘米钻孔ZKS68的里程是K0+385.00，从柱状图中可以看出:

亚粘土厚度240厘米亚粘土厚度650厘米粘土厚度590厘米亚粘土厚度680厘米亚砂土厚度650厘米亚砂土厚度480厘米粘土厚度700厘米亚粘土厚度700厘米亚粘土厚度630厘米亚粘土厚度330厘米钻孔ZKS65的里程是K0+596.20,从柱状图中可以看出:

亚粘土厚度60厘米淤泥质粘土厚度190厘米亚粘土厚度600厘米粘土厚度400厘米亚粘土厚度370厘米亚粘土厚度560厘米

亚粘土厚度490厘米

亚砂土厚度800厘米

粘土厚度690厘米

亚粘土厚度440厘米

粘土厚度880厘米

地震设防烈度为6度，桥址地震动峰值加速度为0.05g，从钻孔柱状图上可以看出本区段表层为亚粘土，厚度约为50~760厘米左右，整个区域软土层较厚，分布在表层的亚粘土下面，桩基持力层在亚砂土层上或埋藏更深的硬塑性粘土层上，因此设计采用φ150和φ130两种桩基。

水文气象

该地区属于亚热带季风气候区，气候主要特征为温和湿润，雨量充沛，四季分明。

再根据当地气象站观测资料统计，多年平均气温为17.1?

C,月平均最高气温为28?

C（7月份），月平均最低气温为5.9?

C，多年平均降水量为1602.7毫米，平均风速为27.9m/s。

设计标准

1（线路等级:

一级n

2（车道数目:

单向三车道

3（行车速度:

120km/h

4（平面线形:

直线

5（线路坡度:

平坡

6（桥面宽度:

主桥:

12m，引桥:

12~16m

7（设计荷载:

公路?

级

方案比选

方案一

根据地理水文地质等要求:

该桥主桥采用跨径为45m+80m+45m的三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，单箱单室;引桥采用先简支后连续的混凝土小箱梁;全桥总长为376.1米，下部主墩采用实体墩，其余均采用柱式墩,基础为桩基;南引桥跨径为2*26.2米的连续梁，北引桥是2×25m+2×25m+4×25m的连续梁。

通航净高为7m，净宽为:

55m，最高通航水位为1.92m。

主桥桥面宽度为2×0.5m+11m，起点处桥面宽度为2×0.5m+11m，终点处桥面宽度2×0.5m+15m;桥面纵坡坡度分别为0.7%和2.35%，横坡坡度为2%。

施工采用阶段悬臂浇注施工方法，而边跨现浇段采用等高度有利于施工。

主要材料:

箱梁采用C50混凝土。

方案二

该桥主桥采用跨径为40m+90m+40m的三跨预应力混凝土梁拱组合桥，主梁采用箱形梁，等截面单箱单室,引桥采用先简支后连续的混凝土小箱梁;全桥总长为376.1米，下部结构主墩采用实体墩，其余均采用柱式墩,基础为桩基;南引桥跨径为2×26.2米的连续梁，北引桥是2×25m+2×25m+4×25m的连续梁。

双向四车道，桥面宽度是2×0.5m+11m，设计荷载是:

汽车----超20级，挂车----120，设计桥面纵坡坡度分别为0.7%和2.35%，横坡坡度为2%。

为了满足4级航道通航的要求，设计通航净空为8米，通航净宽为55米，考虑桥下有足够的泄洪面积，使河床不产生过大的冲刷，以及墩台埋置深度的影响，将该桥主跨设计为90m。

由于该桥位于杭州湾软土地基上，地基无法承受拱桥所产生的水平推力，所

以传统拱桥不适宜在该地区建造。

而预应力混凝土梁拱组合桥拱的水平推力有水平预应力束承担，这样就避免了传统工艺在软土地基上建造混凝土拱桥所承担的风险;另外该拱梁组合桥采用中承式结构可以使用较大的矢跨比，该桥f/l1/4，这样既可以减少拱所产生的水平推力，又可以提供较大的桥下通航净空。

表2.1方案比较

方案编号一二桥形预应力混凝土连续梁预应力混凝土梁拱组合桥跨径布置2×26.2+45+80+45+6×25376.1m2×26.2+40+90+40+6×25376.1m通航净空高度（m）7m8m主桥桥墩形式主墩采用实体墩，其余采用柱式墩主墩采用实体墩，其余采用柱式墩

主梁施工方法悬臂现浇法先拱后梁悬臂拼装法桥梁宽度（m）主桥为:

2×0.5+1112m

引桥为:

2×0.5+1516m,

2×0.5+1116m主桥为:

2×0.5+1112m

引桥为:

2×0.5+1516m,

2×0.5+1116m全桥造价方案优缺点:

1.预应力混凝土梁拱组合桥

特点:

这种组合式桥型能充分发挥混凝土拱桥造价低的优点，避免桥台承受水平力，是由大吨位预应力索承担水平力的一种新桥型。

这种桥既可以梁式桥为外部条件，拱的水平推力有水平预应力束承担，既避免了传统工艺在软土地基上建造混凝土拱桥所承担的风险，又方便了施工。

2.连续梁桥

特点:

有利于高速行车，在活载作用下因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正

弯距有卸载作用，其弯距分布合理，结构刚度大，动力性能好。

该桥型属于超静定结构，基础不均匀沉降会产生附加内力，对基础要求较高。

支座及尺寸拟定

支座尺寸

支座选择

支座是支撑上部桥跨结构和传递桥梁荷载的结构物。

本桥11号桥台及7号墩处设置QMF-80型异型钢伸缩缝，根据上部结构反力及桥形特点，引桥伸缩缝处设置GYZF4250×65四氟滑板支座，引桥其余墩采用GYZ350×74板式橡胶支座。

板式橡胶支座由数层薄橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合、压制而成。

它具有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部结构的反力可靠地传递给墩台;有良好的弹性，以适应梁端的转动;有较大的剪切变形，以满足上部结构的水平位移。

板式橡胶支座分矩形和圆形。

其结构分别见图3.1和3.2

聚四氟乙烯滑板式橡胶支座是在普通板式橡胶支座顶面粘结一块一定厚度的聚四氟乙烯板材形成的支座。

分矩形和圆形，其结构分别见图3.3和3.4。

聚四氟乙烯滑板式橡胶支座除具有普通板式橡胶支座的竖向刚度与压缩变形，且能承受垂直荷载及适应梁端转动外，还能利用聚四氟乙烯板与梁底不锈钢板间的低摩阻系数，使桥梁上部结构水平位移不受限制。

此外，这种支座还可在顶推、横移等施工中作滑板使用。

图3.1矩形普通板式橡胶支座

图3.2圆形普通板式橡胶支座

图3.3矩形四氟滑板橡胶支座

77777

图3.4圆形四氟滑板橡胶支座

尺寸拟定

桥梁墩台主要由墩台帽，墩台身和基础三部分组成。

墩台除了要承受上部结构的荷载外，还要承受流水压力，水面以上的风力以及可能出现的冰荷载，船只或漂流物的撞击力。

公路上使用的桥梁墩台大体上分为两大类。

一类是重力式，其主要特点是依靠自身重力来平衡外力保持其稳定性。

第二类是轻型墩台。

桥墩形式

决定桥墩形式的因素除与桥台有关的因素以外，还决定与河水流速、墩旁水深、水流斜交角度、水流通航等条件。

本设计中根据结构受力条件、施工要求、水文及水流情况，主桥主墩采用无墩帽式的矩形重力实体墩;过渡墩采用双柱式桥墩。

实体墩具有自重大、整体性好和施工方便的优点;柱式墩具有线条简捷、明快、美观、既节省材料数量又施工方便的特点。

墩台帽尺寸拟定

墩台帽平面尺寸因根据上部构造形式、支座布置情况，架设上部结构施工方的要求而决定。

一般用下式求得:

顺桥向墩帽最小宽度b

b式（3.1）

式中:

――相邻两跨支座中心距;

式（3.2）

――伸缩缝，中小桥为2,5cm，大跨径桥梁可按温度变化及施工放样、安装构件的误差等因素确定，温度变化引起的变位为:

式（3.3）

――桥跨的计算长度;

――温度变化幅度值，可采用当地最高及最低月平均气温及桥跨浇

筑完成时的温度计算决定;

――材料的线膨胀系数，钢筋混凝土构造物为0.000010~0.000015;、――各该桥跨结构伸过支座中心线的长度;

、――各该桥跨结构支座垫板顺桥向宽度;

――顺桥向支座垫板至墩身边缘最小距离，见表3.1;

――檐口宽度，5,10cm。

表3.1支座边缘到墩、台身边缘的最小距离（cm）图3.57号墩构造

图3.610号墩构造

桥台构造

根据主梁在桥台的布置和支座选择拟定桥台尺寸构造如图图3.711号桥台构造图

桥墩计算

荷载计算

支座恒载反力计算

建立模型

采用Midas程序对上部结构建模，加二期恒载。

引桥部分由两联组成:

2×

25m+4×25m，其中2×25m部分为四片箱梁，4×25m部分为五片箱梁。

7号墩为

两联的过渡墩。

计算结果

.两跨2×25m对各支座的反力

图4.12×25m联有限元模型

两跨2×25m恒载反力汇总见表4.1

墩号R1kNR2kNR3kNR4kN5号墩405.0347.6347.6

405.06号墩1385.61217.51217.51385.67号墩419.5

377.9377.9419.5表4.1两跨2×25m恒载反力汇总

.四跨4×25m对各支座的反力

图4.24×25m联有限元模型

四跨4×25m恒载反力汇总见表4.2

表4.2四跨4×25m恒载反力汇总

R1kNR2kNR3kNR4kNR5kN7号墩408.5332.5

332.5332.5408.58号墩1213.41003.71003.61003.71213.4

9号墩1006.9855.1855.1855.11006.910号墩1257.7

1092.21092.21092.21257.711号墩432.1381.2381.1381.2

432.1支座活载反力计算

按影响线加车道荷载

.两跨2×25m车道影响线及加载如下

图4.35号墩反力影响线及车道荷载加载

图4.46号墩反力影响线及车道荷载加载

图4.57号墩反力影响线及车道荷载加载

.四跨4×25m车道影响线及加载如下图

计算结果

RkN.两跨2×25m各墩活载反力

表4.3两跨2×25m各墩活载反力

RkN单车道双车道三车道5号墩374.2748.4

875.6286号墩588.91177.81378.0267号墩373.6

747.2874.224

.四跨4×25m各墩活载反力

表4.4四跨4×25m各墩活载反力

RkN单车道双车道三车道7号墩376.7753.4

881.4788号墩584.61169.21367.9649号墩561.4

1122.81313.67610号墩584.61169.21367.96411号墩

376.1752.2880.074横向分布系数计算

活载对称布置用杠杆法，非对称布置用偏心压力法

.四跨5片梁7号墩对称布载

梁中心线间距

单列汽车

图4.117号墩5片梁单列汽车对称布置单位:

cm

双列汽车

图4.127号墩5片梁两列汽车对称布置单位:

cm

三列汽车

图4.137号墩5片梁三列汽车对称布置单位:

cm

.四跨5片梁8、9、10、11号墩对称布载

8、9、10、11号墩梁间距a分别为:

267.5cm,284.15cm,300.825cm,317.5cm。

按上述方法计算结果如下表

表4.5四跨5片梁各墩对称布置横向分布系数计算

荷载梁间距acmK1K2K3K4K57号墩单列汽车对称

250.8250.00000.17940.64120.17940.0000两列汽车对称

250.8250.00000.61800.76410.61800.0000三列汽车对称

250.8250.29740.82060.76410.82060.29748号墩单列汽车对称267.50.00000.16820.66360.16820.0000两列汽车对称

267.50.00000.57940.84110.57940.0000三列汽车对称

267.50.24770.83180.84110.83180.24779号墩单列汽车对称

284.150.00000.15840.68330.15840.0000两列汽车对称

284.150.00000.54550.90900.54550.0000三列汽车对称

284.150.20390.84160.90900.84160.203910号墩单列汽车对称

300.8250.00000.14960.70080.14960.0000两列汽车对称

300.8250.00000.51520.96950.51520.0000三列汽车对称

300.8250.16480.85040.96950.85040.164811号墩单列汽车对称317.50.00000.14170.71650.14170.0000两列汽车对称

317.50.00000.48821.02360.48820.0000三列汽车对称

317.50.12990.85831.02360.85830.1299.两跨4片梁7号墩对称布载

单列汽车

两列汽车

图4.157号墩4片梁两列汽车对称布置单位:

cm

三列汽车

.两跨4片梁5、6号墩对称布载

5、6号墩梁间距a分别为290cm、312.2cm。

按上述方法计算结果如下表

表4.6两跨4片梁各墩对称布置横向分布系数计算

荷载梁间距aK1K2K3K45号墩单列汽车对称290

0.00000.50000.50000.0000两列汽车对称2900.17240.8276

0.82760.1724三列汽车对称2900.56900.93100.93100.5690

6号墩单列汽车对称312.20.00000.50000.50000.0000

两列汽车对称312.20.14240.85760.85760.1424三列汽车对称312.20.49301.00701.00700.49307号墩单列汽车对称

334.4330.00000.50000.50000.0000两列汽车对称

334.4330.11630.88370.88370.1163三列汽车对称

334.4330.42691.07311.07310.4269.四跨5片梁7号墩非对称布载

单列汽车

两列汽车

图4.187号墩5片梁两列汽车非对称布置单位:

cm

三列汽车

.四跨5片梁8、9、10、11号墩非对称布载

按计算四跨5片梁7号墩处活载非对称布置横向分布系数的计算方法计算出结果如下

表4.7四跨5片梁各墩非对称布置横向分布系数计算

梁间距n偏心?

ai2K1K2K3K4K57号墩单列非

对称250.8255476.65629131.80.58010.39000.20.0100

-0.1801两列非对称250.8255321.65629131.80.4565

0.32820.20.0718-0.0565三列非对称250.8255166.65

629131.80.33290.26640.20.13360.06718号墩单列非对称

267.55510715562.50.58130.39070.20.0093-0.1813

两列非对称267.55355715562.50.46540.33270.20.0673

-0.0654三列非对称267.55200715562.50.34950.2748

0.20.12520.05059号墩单列非对称284.25543.4807696.4

0.58240.39120.20.0088-0.1824两列非对称284.25

388.4807696.40.47330.33670.20.0633-0.0733三列非

对称284.25233.4807696.40.36430.28210.20.11790.0357

10号墩单列非对称300.85576.6904806.40.58340.39170.2

0.0083-0.1834两列非对称300.85421.6904806.4

0.48030.34020.20.0598-0.0803三列非对称300.85

266.6904806.40.37730.28860.20.11140.022711号墩单列非

对称317.5561010080630.58430.39210.20.0079-0.1843

两列非对称317.5545510080630.48660.34330.20.0567

-0.0866三列非对称317.5530010080630.38900.2945

0.20.10550.0110.两跨4片梁7号墩非对称布载

单列汽车

两列汽车

三列汽车

.两跨4片梁5、6号墩非对称布载

按计算两跨4片梁7号墩处活载非对称布置横向分布系数的计算方法计

算出结果

表4.8四跨5片梁各墩非对称布置横向分布系数计算

梁间距cmn偏心cm?

ai2cm2K1K2K3K45号墩

单列非对称29044104205000.67410.39140.1086-0.1741

两列非对称29042554205000.51380.33790.1621-0.0138

三列非对称29041004205000.35340.28450.21550.14666号墩

单列非对称312.24443.3487344.20.67600.39200.1080

-0.1760两列非对称312.24288.3487344.20.5270

0.34230.1577-0.0270三列非对称312.24133.3

487344.20.37810.29270.20730.12197号墩单列非对称

334.4334476.65