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1、 第一章 方案设计与比选1.1设计资料1.1.1 桥位概况洪溪河大桥桥位处,两岸地形自然坡度较缓，地面下3至5米为泥土覆盖层，覆盖层下为砂岩。无水文及通航要求。桥面横坡为：双向2%多年平均气温17.9，极端最高气温41.7，极端最低气温-3.5。1.1.2 桥位纵断面资料表1.1 桥位纵断面资料里程桩号地面标高K11585.00232.00+595.00230.22+605.00226.28+620.00219.49+630.00215.37+640.00211.90+650.00205.80+660.00202.10+670.00198.00+680.00198.90+690.00199.4
2、9+700.00204.03+710.00204.28+725.00205.59+740.00208.43+750.00211.68+765.00214.59+775.00216.73+785.00219.11+800.00221.64+810.00223.60+820.00227.69+840.00240.031.2主桥结构设计方案1.2.1初拟桥型图式根据桥址地形、地质、水文条件和技术标准的要求，拟制出不同体系、不同材料且各具特色并可能实现的若干个桥型方案图式。共提出了6种桥型图式，归纳起来主孔桥型有上承式立柱式简支腹孔布置的钢筋混凝土箱板拱桥、连续刚构梁桥、双塔单跨外锚式悬索桥桥、简支梁
3、桥以及连续梁桥。（参见草图）1.2.2 初选方案比较从总体布置，受力合理，技术可靠，施工方便，技术经济等多方面考虑后，选出以下3个图式来编制桥型比较方案第一方案：上承式梁式空腹钢筋混凝土箱形板拱图1.1 第一方案立面布置图（）孔径布置：本方案由两侧引桥和中间主跨组成孔径布置为：316+130+416米，全长242米本桥址地形成V字形，无通航要求，桥面标高与地面最低标高高差较大，地形情况良好，适合修建拱桥（）主跨结构构造：主桥采用等截面悬链线无绞拱主拱圈采用单箱单室截面，箱高2米，总宽为7.88米拱箱内布设横隔板，横隔板位置除腹拱墩下必须设置外，其余为跨径方向3m设一个横隔板，拱上建筑采用梁式拱
4、上建筑，主梁采用10米预制空心板，两侧引桥为16米装配式预应力混凝土空心板简支梁桥（）墩台及基础：采用重力式U型桥台引桥桥墩采用纵桥向宽度为80厘米的柱式桥墩，拱上立柱为80cm100cm矩形柱所有基础均采用钻孔灌注桩基础（）施工方案：主跨的箱形主拱圈采用无支架门式缆索吊装施工主拱圈分为3个箱肋，每个拱肋纵向分为段进行预制吊装箱肋间现浇混凝土组合成整体箱拱上主梁采用预制装配空心板，1310m的简支梁。引桥截面采用T梁（）主要工程数量表见图中所示第二方案：连续钢构桥图1.2 第二方案立面布置图（）孔径布置：本方案由三跨连续梁桥直接跨过，没有引桥部分。孔径布置为：63+110+63，全长为236米
5、。整体布置轻盈美观，采用墙式桥墩，纵桥向墩宽为1.8米，由于地形条件而导致两桥墩的高度设计不一样，其刚度满足桥梁的变形要求，采用三跨连续梁桥的形式可以减少桥跨中的弯矩，但其根部负弯矩较大，需要施加预应力来改善其结构受力，由于主梁截面在桥跨方向上随弯矩变化形式改变，使桥梁质量主要集中在根部处，使桥梁整体受力良好，对地质条件要求较低，能适应不良地基。但需要价格昂贵的大型支座。（）主跨结构构造：本桥采用墙式桥墩三跨连续梁体系。梁高和底板厚度均采用抛物线型变化。支点和跨中梁高分别为5米，2米。箱梁中共设4道横隔板，其中两中墩墩顶各设1道，两边桥台支撑处各设道。（）墩台及基础：主跨采用立墙式墩，墩高分别
6、为35.1米和29.8米。墩身截面尺寸为1.8m6m。墩身有足够强度以承受上部构造传递的荷载。桥墩基础均采用柱径为1m的圆形转孔灌注桩基础。两边桥台均为钢筋混凝土重力式U型桥台。（4）施工方案：主跨采用挂篮悬臂浇注法，共设2个挂篮工作面，对称逐段浇注浇筑施工，先在边跨处进行支架浇筑合拢施工，边跨合拢时中跨未合拢段需进行预压加载，再在主跨跨中处合龙。（）主要工程数量表见图中所示第三方案：简支梁桥图1.3 第三方案立面布置图（1）总体布置和结构体系：此方案的桥跨布置为6x40m。桥跨均为标准跨径。（2） 主梁截面：主梁均采用T形截面。40m跨梁高2.5m,与主跨的比值为1/16。桥面宽7+22m。
7、主梁混凝土标号为45号。（）桥墩：桥墩为三柱式桥墩,基础为扩大基础.（4）施工方法:主梁采用预制装配,桥墩采用滑模施工.表1.1 方案技术经济比较 方案类别比较项目第一方案第二方案第三方案主桥跨桥型结构上承式拱桥连续钢构桥简支梁桥（316+130+416）米（63+110+63236m ）米（640240m ）米主桥跨梁高 (主拱圈高度)10m长0.5m高空心板25m变高度箱梁2.5m等截面钢箱梁主桥跨结构特点上承式拱桥，拱上建预应力混凝土连标准跨径筑采用简支腹孔，主拱续梁桥，主梁采用单的简支T梁圈采用箱形板式截箱上、双室变高度箱梁， 墩身采用为预应力受弯构件面，为有推力的钢筋混空心薄墩.墩身
8、为柱式桥墩.凝土悬链线拱桥。扩大基础及重力上承式拱桥，拱上建式U型桥台.建筑造型主拱一跨贯穿，简曲线圆润优美， 六跨简支，主梁轻巧 洁、轻巧、美观，且拱桥面连续平顺,工程量小，美观， 桥与地形极为相称。全桥质感均衡.简洁。养护维修工程量少少少设计经验水平 有较成熟的经验有较成熟的经验有成熟经验国际先进水平国际水平国内水平施工方法和难易程度主拱圈采用无支架全桥采用挂篮主梁采用预制装配式缆索吊装施工，运输灵活，施工方便、安全。悬臂浇注施工，不难施工,快速简单.桥墩过高,施工较困难。 工程数量混凝土（方）100668715.7613006高强钢丝（）19238041580钢筋（）3309806106
9、80701480工 期短较长短1.3 推荐桥型方案经过以上经济，技术比较后，推选第一方案作为推荐桥型方案，其理由如下： 1该桥位地形成V字形，地质情况良好，能够满足拱桥对地基要求较高的要求。桥面标高与地面最低标高高差较大，修建拱桥可以一跨跨过沟谷，避免了修建高大桥墩，减少了下部构造工程量。2第一方案采用箱肋组合成拱。主拱采用分段预制，缆索吊装的施工技术，吊装重量较小，无须大型吊装设备。主梁采用10米的空心板，采用预制安装。整座桥施工速度较快，工期较短，施工技术成熟。3第二方案采用主跨为110米的连续梁桥，其预应力筋用量较大，使桥梁造价增大。且因须施加较多预应力，使施工较为复杂，又因运用挂篮悬臂
10、浇注施工，使其工期较长。第三方案采用40m简支梁体系，修建桥墩较多，墩较高，且体积庞大，这样导致其下部构造工程量显著增大，工期较长。主要工程量计算结果表明，第一方案工程量最小。且拱桥施工技术成熟，施工工期较短，施工费用不会太高。这样整座桥造价最省。4拱桥主要承受轴向压力，不会因为混凝土收缩徐变而导致过大的挠曲，这对于多年后的高速行车有利。且拱桥超载潜力较大，这适应未来交通发展交通量增大较快的要求特点。且其耐久性能较好。综合经济指标较好。第二章 营运阶段主拱圈的设计计算及验算(手算)图2.1 桥型布置图2.1 设计资料 设计荷载 公路级汽车荷载，人群荷载2.675kN/m2 桥面净宽 净7.0附
11、22.0m人行道 净跨径 净矢高 净矢跨比 拱圈厚度 d=2m 拱圈宽度 b=7.88m拱圈材料重力密度 =24 kN/m3拱梁顶部盖板为M10浆砌C40混凝土预制板，其余均为C40现浇混凝土，其强度设计值分别为5.84MPa和15.64MPa, 砌体Em=22000MPa，C35混凝土弹性模量为3.2510。拱上建筑采用的是跨径为10m的简支板。 假定拱轴系数m=1.756， 拱轴线拱脚处切线与水平线交角=tan4441.07/10001/5=41.612（1994年拱桥手册上册附表（III-2），sin=0.6641,cos=0.74772.2 拱圈的几何力学性质 拱圈截面如图2.2所示，
12、其几何力学性质如表2.1所示。 拱圈截面由C40混凝土浇筑而成， 图2.2 箱型拱圈截面（尺寸单位：cm）表2.1拱圈截面几何力学性质计算表 编号尺寸及换算截面计算（m）换算面积A（m2)分块面积重心至全截面底边距y(m)对底边面积矩S=A*y对自身重心轴惯矩Io(m4)对底边惯性矩I=Ay(m4)17.880.181.41841.912.709140.003835.1744650425（0.56+0.36）0.1/20.231.77360.407930.000180.72350110130.1（0.3+0.1）0.041.77830.071132.8E-050.126498304451.44
13、0.36+21.440.12.8812.880.497662.8855（0.56+0.36）0.1/20.230.22640.052070.000180.01178701860.1（0.3+0.1）0.040.14170.005672.8E-050.00080281677.880.181.418440.050.0709220.003830.003546合计6.25686.196866.196860.505738.920600278截面面积 A=6.2568m 截面重心至底边的距离 y=s/A1 截面重心至顶边的距离 y=2.0-1.0=1.0m 截面对重心轴的惯性矩 I= I+ I-A y=0
14、.5057+8.9206-6.2568=3.1695截面回转半径 i=0.7117计算跨径 =115+20.6641=116.3282m计算矢高 23.2523m计算矢跨比 0.2 拱轴线长度 m 表2.2 拱圈几何性质表 截面号y1/foy1cosyb/cosyt/cosy1+yb/cosy1-yt/cos12345678拱脚0123.25230.74771.337431.3374324.621.9148710.8255819.19670.78561.272911.2729120.517.9237920.6713615.61070.82151.217291.2172916.814.39343
15、0.5358912.46060.85471.171.1713.611.2905640.417889.716670.88491.130071.1300710.88.586650.316247.353240.91191.096611.096618.456.2566261/4跨60.235.348030.93531.069181.069186.424.27885370.158363.682210.95521.04691.04694.732.6353180.100642.340130.97141.029441.029443.371.31069390.05631.309150.98391.016361.
16、016362.330.292788100.024930.579560.99291.007151.007151.59-0.42759110.006220.144560.99821.00181.00181.15-0.8572412001111-1注：（1）第7栏为截面重心至截面下缘竖直距离；（2）本表截面半拱分为12段，与1994年手册附录图-1对照，本表截面号的2倍为1994年手册附录图-1的截面号，例如本截面号2，相当于附录图-1內为截面号4； （3）第2栏自1994年手册附表（）-1查得，第4栏自附表（）-2查得tan,再求cos。2.3 确定拱轴系数拱轴系数按假定尺寸验算，先求拱的自重压力
17、线在拱跨1/4点的纵坐标y1/4与矢高f0 的比值y1/4/ f0,如该值与假定值0.23（m=1.756）符合，则可确定作为拱轴系数；否则，另行假定拱轴系数，直至假定与验算结果相符。y1/4/f0可按下式求得：y1/4/f0= (2-1)式中：y1/4拱轴线拱跨1/4点的坐标；f0 拱轴线计算矢高；拱的自重作用下，半拱自重对拱跨1/4点弯矩；拱的自重作用下, 半拱自重对拱脚的弯矩;计算参见表2.3-2.5。 表2.3立墙位置计算 立墙号距拱脚（mm）位置相应y1相应距拱脚（mm）相应（mm）P125000-123252191970479213371273P212500231561112461
18、95831437512171170P3225004597177353191672395811301097P4325006753483682287503354210691047P5425008923401309383334312510291016 表 2.4立墙及墙帽高度计算 立墙y1yt/立墙高度hp121136.49499 1303.611 21392.884p213693.52295 1188.390 14065.133p38072.41391107.0428525.371p44044.2646 1051.784 4552.481p51443.4689 1017696 1985.773P6
19、163.885411002.217721.668表2.5拱上建筑自重及其对1/4跨、拱脚弯矩 立墙号垫梁墙帽总重墙身横系总重1/4跨弯矩拱脚弯矩力臂弯矩力臂弯矩P11446.745927.41612374.1612.55935.402P21445.013565.58842010.60212.525132.52P31443.506271.95271715.45922.538597.83P41442.158122.14831564.3073.755866.1532.550839.97P51440.93226.09491467.02713.7520171.6242.562348.66P61246.4
20、1301246.41323.7529602.3252.565436.7合计10377.9755640.09248291.12）拱圈半拱悬臂自重作用下，1/4跨和拱脚的剪力和弯矩。拱圈截面面积应采用几何截面面积，自1994年手册附表（III）-19（6），拱圈半拱悬臂自重作用下1/4跨和拱脚的弯矩M1/4、Ms为：M1/4=表值 64202.49 KN.mMs=表值 266238.7 KN.m3）以上计算合计=514529.7=119842.6/=0.2329m=1.756时相应，计算值0.2329接近该值，所以假设m值是正确的。2.4 不计弹性压缩的自重水平推力 514950.6/23.252
21、3=22146.22209kN2.5 弹性重心位置、弹性压缩系数和拱自重弹性压缩水平推力弹性中心离拱顶距离ys,可自1994年手册附表（）-3求得。按1994年手册公式（4-18），由于弹性压缩引起的弹性中心的赘余力（推力为正，拉力为负）为： (2-2)系数可自1994年手册附表（）9和附表（）11求得。（以上计算取每米拱宽，I为弯曲平面內截面惯性矩，A为截面面积，6.2568为表内数据，r为截面绕x轴回转半径，f0为计算矢高）/(1+)=0.01024/（1+0.008509）=0.018749=-/(1+)=-0.01874922146.22209=-415.220kN 2.6 自重效应2
22、.6.1拱顶截面（12号截面） 1994年手册公式（425）（表1）计入弹性压缩的水平推力：轴向力 弹性压缩弯矩（为弹性压缩水平推力）本例假定拱轴系数符合不考虑弹性压缩的压力线，自重作用下，仅有弹性压缩弯矩。2.6.2 拱脚截面（0号截面）计入弹性压缩的水平推力2.7公路级汽车荷载效应公路级汽车荷载加载于影响线上，其中均布荷载为q=10.5kN/m；集中荷载PK当计算跨径l0为5m时，PK=180kN，当为50m及以上时，=360kN. 本设计跨径为116.3282m, =360kN。拱圈宽度为7m，承载双车道公路级汽车荷载。按公路圬工桥涵设计规范第5.1.3条，拱上建筑采用墙式墩且活载横桥向
23、布置不超过拱圈以外，可考虑活载均匀分布于拱圈全宽。2.7.1 汽车荷载冲击力按通规条文说明公式（4-7）、（4-8），自振频率计算如下： = （3.2） =105 （3.3）式中：自振频率（Hz）； 频率系数； 计算跨径：=116.3282m; 结构材料弹性模量（N/）,=3.25MPa=3.25N/; 结构跨中截面惯性矩，以计，=3.1695;结构跨中处的单位长度质量，以kg/m计，主拱圈结构跨中处自重为6.256824=150.163kN/m，换算为质量，其值为N/m=拱矢跨比，=1/5=105 =23.691 （3.4） =0.7298 Hz按（通规）第4.3.2条，当f1两侧对称分布强
24、度10.68kN/m，采用11.815KN/m。人群荷载效应，可利用汽车均布荷载效应值乘以11.815/22.05=0.536。人群荷载效应标准值见表2.9 荷载效应单位拱顶拱脚正弯矩Mmax负弯矩Mmin正弯矩Mmax负弯Mmin轴向力kN822.0020.536=440.593802.1790.536=429.9681127.8130.536=604.508938.2050.536=502.878弯矩kN.m0.71909.6710.536=716.509-1518.7820.536=-814.0670.95421.6760.536=2615.417-4541.440.536=-2434.
25、212表2.9人群荷载效应标准值 2.9 温度作用和混凝土收缩作用效应1）当地历年最高日平均温度为41.7,最低日平均温度为-2，按通规第4.3.10条条文说明，结构最高温度为：C；结构最低温度为：。封拱温度预计在1520之间。在合拢以后，结构升温39.64-15=24.64，降温20+1.044=21.044。按1994年手册公式（4-32），温度变化引起的弹性赘余力为： = （4-3）式中： 砌体线膨胀系数，按规范表3.3.5-3，=0.000008； 温度变化值，；拱的计算跨径，=116.328m；自1994年手册表（-5）查取=表值 =0.000061319系数，见第5款，=0.008
26、509。 以上计算为温度变化1，全拱宽的弹性中心赘余力，温升取正值，温降取负值。按规范第5.1.8条，温度作用效应已在上式乘以0.7折减系数。温度上升24.64，=24.6413.168=324.460kN温度下降21.04，=-21.0413.168=-277.055kN温度变化引起的截面作用效应见1994年手册公式（4-33）、公式(4-34)。拱顶截面温度上升引起的轴向力、弯矩和剪力拱顶截面温度下降引起的轴向力、弯矩和剪力拱脚截面温度上升引起的轴向力、弯矩和剪力拱脚截面温度下降引起的轴向力、弯矩和剪力2）混凝土收缩效应为永久作用效应，其计算方法与温降作用相同。本设计为预制和现浇构件组合体
27、。现设各构件合拢时的平均龄期为90天，这样可以利用公路预应力混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）表6.2.7计算求得混凝土应变终极值。设桥梁所处环境的年平均相对湿度为80%。理论厚度为h=2A/u,其中：A=6.2568m2,u=7.88+7.88+2+2+6（1.44+1.44+0.96+0.96）=48.56h=2A/u=26.2568/48.56=0.258m=258mm= -3=0.184210,相对于降温18.42。混凝土收缩在弹性中心赘余力HS上式计算中，按规范第5.1.8条规定，混凝土作用效应已乘以0.45。拱顶截面由于混凝土收缩引起轴向力Ns、弯矩Ms、
28、和剪力Vs. KN拱脚截面由于混凝土收缩引起轴向力Ns、弯矩Ms、和剪力Vs。2.10 规范第5.1.4条第2款拱的整体“强度-稳定”验算用的荷载效应当拱上建筑的腹拱合拢之后，按规范第5.1.1条规定拱上建筑为拱式结构的拱桥计算，可考虑拱上建筑与主拱圈联合作用。在拱上建筑合拢以前，不能考虑拱上建筑与主拱的联合作用，所以拱的整体“强度-稳定”验算，仅考虑主拱圈自重和部分拱上建筑自重由于不考虑拱上建筑与拱圈的联合作用，所以考虑全部永久作用和活载作用验算“强度-稳定”。1）.规范公式（5.1.4）内，其永久作用水平推力，以第6款第1项，可得计入弹性压缩的自重水平推力Hg=21731.003KN，轴向
29、力Ng=21731.003/cos=21731.003/cos21.790o=23403.120KN，其中=2). 规范公式（5.1.4）内，其中汽车均布荷载水平推力拱的推力影响线面积，按1994年手册附表（）14（27），去1/4拱跨处与Mmax相应的H影响线面积和Mmin相应的H影响线面积之和， 即（0.04061+0.08603） =0.12664116.3282/23.252=139.873. 汽车均布荷载的水平推力为：Hg=139.87323.252=3252.327K。轴向力Ng=3252.327/cos21.7900=3502.584kN。3)按规范公式（5.1.4），其中汽车集中荷载的水平推力，可按1994年手册附表（III）-12（4），取拱顶不考虑弹性压缩的水平推力影响线坐标，即0.23219=0.23219116.328/23.252=1.1616。汽车集中荷载不考虑弹性压缩水平推力为：H1=1.1616756=878.1696KN。汽车集中荷载考虑弹性压缩的水平推力为：，轴向力Ng=861.705/cos21.790=928.0
