红卫河桥设计

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1 1 方案比选 1.1 桥梁设计原则 桥梁设计应遵循安全、适用、经济、美观和有利环保的原则，同时应考虑因地制宜、便于施工、就地取材和养护等因素。桥梁设计应遵循的各项原则分述如下： 1.1.1安全 所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备； 防撞栏杆应具有必要的高度和强度，人与车流之间应做好防护栏，防止车辆驶入人行道或撞坏栏杆而落到桥下； 对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥的坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸； 对于修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。 1.1.2适用 桥面宽度能满足当前以及以后规划年限内的交通流量（包括行人通行）； 桥梁结构在通过设计荷载时，不出现过大的变形和过宽的裂缝； 桥跨结构的下面有利于泄洪、通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）； 桥梁的两端方便车辆的进入和疏散，不致产生交通堵塞现象等； 考虑综合利用，方便各种管线（水、电、通信等）的搭载。 1.1.3 经济 桥梁的设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则； 经济的造型应该是造价和使用年限内养护费用综合最省的造型，设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少问题，维修时尽可能不中断交通，或中断交通的时间最短； 所选的桥位应是地质、水文条件好，桥梁长度也较短； 桥位应考虑建在能缩短河道两岸的运距，促进该地区的经济发展，产生最大的效益；对于过桥收费的桥梁应能吸引更多的车辆通行，达到尽可能快收回投资的目的。 1.1.4美观 一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的，结构布置必须精炼，并在空间有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和旅游区的桥梁，可较多的考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，结 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 2 构细部的美学处理也十分重要。另外，施工质量对桥梁美观也有重大的影响。 1.1.5有力环保 桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求，包括生态、水、空气、噪声等几方面。设计时应从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等多方面全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。 桥梁设计除满足上述基本要求之外，因桥梁建设与当地的社会、经济、文化和人民生活密切相关，应适当考虑当地的需要，如考虑农田排灌的需要，靠近村镇、城市、铁路及水利设施的桥梁，应结合各有关方面的要求，适当考虑综合利用。 1.2 桥型方案的选择 济商公路红卫河桥的设计，在桥型上主要考虑梁桥、刚构桥和梁拱组合体系桥。 1.2.1预应力混凝土连续梁桥 结构特性为预应力混凝土连续梁，具有整体性好，刚度大，变形小，桥面接缝少，行车舒适，养护简单，抗震能力强优点。桥梁全长125m，布跨：35+55+35m，支点处梁高：根据已建成桥梁的资料分析，连续箱梁支点梁高约为中跨跨径的1/16～1/18，一般不小于1/20。采用悬臂浇筑施工比现浇连续箱梁承受更大的恒载弯距，而且承受负弯距的箱梁下缘宽度比惯用的上部结构的宽度要小，因此需要采用更大的梁高。设计中采用中跨跨径的1/17.5倍，即支点截面处的梁高为3.2m。跨中梁高：根据已建成桥梁的资料分析，跨中截面梁高约为支点截面梁高的1/1.5～1/2.5。采用1/2.1倍的支点截面梁高，即跨中截面梁高为1.5m。 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力作用（永久作用和可变作用）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨径的其他结构体系相比，梁桥内产生的弯矩最大，通常需用抗弯、抗拉能力强的材料来建造。这种梁桥的结构简单、施工方便，对于大跨径的大桥和特大桥，采用预应力混凝土变截面梁桥。 预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：a.混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；b.结构造型灵活、可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；c.结构的耐久性和耐火性好，建成后维修费用较少；d.结构的整体性好，刚度较大，变形较小；e.可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；f.结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；g.预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部荷载的比重，既节省材料，增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；f.预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 3 梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。 1.2.2预应力混凝土连续刚构桥 预应力连续刚构桥是连续梁桥与T形刚构桥的组合体系，也称为墩梁固结的连续梁桥。 设计中采用跨径35+55+35m,支点梁高3.2m，跨中的梁高1.5m。支点到跨中采用二次抛物线，该结构避免了设置大型支座和结构的体系转换，属于多次超静定结构。桥台由于地质条件差，采用轻型桥台，用端承桩承受上部结构传递的荷载。 a、力学特点 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。在结构重力作用下，连续刚构桥与连续梁桥的跨中弯矩和竖向位移基本一致，但在采用双肢薄壁墩的连续刚构桥中，墩顶截面的结构重力负弯矩要较连续梁桥的小；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桥要小，因而可以降低跨中区域的梁高，并使结构重力内力进一步降低。 b、适用范围及特点 连续刚构桥常用于大跨、高墩的结构中，桥梁纵向刚度较小，在竖向荷载作用下，基本上属于一种无推力结构，而上部结构具有连续梁桥施工的一般特点，具有较好的技术经济性。由于预应力技术的快速发展，可以说连续刚构桥是大跨径桥梁选型中具有竞争力的桥型之一。 连续刚构桥的另一个特点是主梁保持连续，这样既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T构不需设大吨位支座的优点，同时避免了连续梁（存在临时固结和体系转换）和T构（伸缩缝）两者的缺点，养护工作量小。此外，连续刚构桥施工稳固性好，减少或避免边跨梁端搭接合龙的难度。 但连续刚构对地基承载力的要求较高，若地基发生过大的不均匀沉降，连续梁桥可通过调整墩顶支座的高程抵消下沉来补救，而连续刚构则做不到。对于大跨度连续刚构，当其主墩抗推刚度过大时，中跨梁体会产生过大的温差拉力对结构的受力不利。此外，梁墩连接处应力复杂也是连续刚构的一个缺点。 1.2.3连续梁拱组合式桥梁 设计中采用中承式钢管混凝土拱桥，该结构属于钢-混凝土组合结构的一种。跨径布置为30+70+30m，满足规范中规定主跨径为40~250m，边跨为主跨的 0.25~0.5倍。桥面系悬吊在吊杆上，吊杆间的间距为10m，立柱采用钢筋混凝土结构。 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 4 根据钢管与混凝土之间的组合关系，在设计中用内填外包型钢管混凝土。 内填外包型钢管混凝土主要用于大跨度拱桥之中，它主要解决大跨度拱桥施工的“自架设问题”。首先架设自重低、刚度、强度均较大的钢管骨架，然后在空钢管内浇筑混凝土形成钢管混凝土，再在钢管混凝土骨架上外挂模板浇筑外包混凝土，形成钢管混凝土结构。在这种结构中，钢管和随后形成的钢管混凝土主要作为施工的劲性骨架来考虑，成桥后也可以参与受力，但其用量通常由施工设计控制。 钢管混凝土除具有一般套箍混凝土强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击外，尚具有下列优点： 钢管本身就是耐侧压的模板，因而浇筑混凝土时，可省去支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺； 钢管本身就是钢筋，它兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，既能受压，又能受拉； 钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性钢骨架的作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，减低工程造价； 在受压构件中采用钢管混泥土，可节省材料。 钢管混凝土结构的缺点在于管壁外露的结构中，由于阳光的照射，钢管膨胀，容易造成钢管与内填混凝土之间出现脱空现象；泵送管内混凝土也常出现不能完全饱满的情况，这都将引起拱圈受力不明，从而降低钢管混凝土结构的安全度。 1.3 最终方案确定 在进行桥梁型式的选择和方案比选时，本着“安全、适用、经济、美观”的原则，最终综合考虑当地的经济、地质等因素，优选预应力混凝土连续梁桥。 1.4 桥墩与桥台型式的选择 桥梁在总体设计中,桥梁下部结构的造型对整体设计方案起着重要的作用。选择较好的造型能使上、下部结构协调一致，轻巧美观。对于悬臂浇筑施工的连续梁桥，特别是桥墩在施工中还要承受施工临时荷载，有时需要加固或设辅助支撑以满足在施工的要求。因此，桥墩台的选型不但要考虑自身受力、稳定和施工的要求，还要考虑有利于上部结构受力和施工要求。对于连续梁桥的桥墩台特别要重视基础设计，因为桥墩台的不均匀沉降，直接影响结构所产生的内力。 1.4.1桥墩型式与构造 连续梁桥的墩台主要由混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土结构建造。桥墩由墩帽和墩身组成，墩顶设置单点支座，墩宽尺寸不大，大多采用整体式实体截面。 在该桥桥墩的设计中，采用实体薄臂式桥墩。墩身混凝土的强度由于要求较高，采