金塘大桥设计指南大桥院内.docx
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金塘大桥设计指南大桥院内
舟山大陆连岛工程金塘大桥
第二合同段设计指南
中铁大桥勘测设计院
二○○四年五月
目录
1.总则…………………………………………………………………2
2.设计规范及主要技术标准…………………………………………4
3．荷载…………………………………………………………………7
4．材料…………………………………………………………………16
5．预应力混凝土箱梁设计……………………………………………18
6．下部结构设计………………………………………………………19
7．耐久性设计…………………………………………………………21
1.总则
1.1编制目的
金塘大桥自金塘岛沥港镇，横跨灰鳖洋，至镇海新洪口，连接金塘岛与宁波市，是舟山大陆连岛工程中规模最大、至关重要的一座跨海大桥，它的建设将有利于浙江省公路主骨架和宁波～舟山港口一体化的尽早形成。
本桥工程规模浩大、自然条件复杂、施工组织要求严密系统、结构耐久性要求标准高。
第二设计合同段设计范围为主通航孔桥终点至镇海侧跨海大桥终点，包括西通航孔桥、非通航孔桥、浅滩区引桥、镇海侧引桥，全长约15.7km。
基于金塘大桥的技术难度和工程规模，受现有规范和标准的局限性、适用性限制，为保证设计切合实际，并做到安全合理，在执行现行规范和标准的基础上，参考国内外有关规范和标准，借鉴目前国内正在兴建的两座跨海大桥（东海大桥和杭州湾大桥）的经验，结合本项目有关专题和科研成果，在设计过程中逐步形成本合同段的设计指南，作为本合同段设计中最直接的技术指导性文件和设计依据。
1.2适用范围
本设计指南仅描述与本工程特点或有特殊要求的有关技术条款，其通用性的技术条款按照现行规范执行。
本设计指南仅适用于金塘大桥第二合同段施工图设计，在施工过程中如个别参数难以达到设计要求，经多方论证后可适当调整。
1.3总体设计原则
本合同段的总体设计原则如下：
⑴全面贯彻“实用、经济、安全、美观”的技术方针，结合金塘大桥特定的自然条件充分体现当今世界现代化桥梁建设的新理念、新技术、新水平，选用技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、施工可行的桥型和结构方案，在此前提下力求有所创新，做到因地制宜。
⑵针对自然条件复杂的特点，有针对性地深入开展相应的专题研究工作，充分理解建设条件和工程特点，掌握可靠的基础资料，为设计、施工服务。
根据本桥特点，将大型化、工厂化的预制装配方案作为研究、确定大桥桥型方案的指导思想，有针对性地开发或引进海上作业的大型运输、起吊及安装设备。
⑶综合考虑航运、港口规划等条件，桥型方案选择和桥孔布置既要满足通航要求，又要考虑尽量减小船舶撞击桥梁的概率和降低建桥对有关方面的影响，处理好规模和投资、经济效益和社会效益、工程建设投资和工程养护投资等关系。
⑷重视景观设计，力求造型美观，总体上与周围环境协调，并体现金塘大桥特有的文化内涵。
⑸针对金塘大桥的特点，重视结构耐久性设计，并充分重视施工方案研究和施工组织设计。
2.设计规范及主要技术标准
2.1设计规范
2.1.1设计遵守的主要规范
（1）《公路工程技术标准》（JTJ001-97）（暂执行）
（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）
（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-89）
（4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
（5）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
（6）《公路斜拉桥设计规范》（JTJ027-96）
（7）《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）
（8）《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012-94）
（9）《公路路基设计规范》（JTJ013-95）
（10）《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97）
（11）《公路排水设计规范》（JTJ018-97）
（12）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
（13）《高速公路交通安全设施及施工技术规范》（JTJ074-94）
（14）《港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程》（JTJ261-97）
（15）《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）
（16）《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）局部修订（桩的水平承载力计算）
2.1.2设计参考的主要规范
（1）英国BS5400《钢桥、混凝土桥及结合桥》
（2）美国AASHTO《美国公路桥梁设计规范》1994
（3）《公路桥梁抗风设计指南》（人民交通出版社）
（4）《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规定》（JTJ275-2000）
（5）《海港工程钢结构防腐蚀技术规定》（JTJ230-89）
2.2主要技术标准
⑴道路等级：
高速公路
⑵行车道数：
双向四车道
⑶计算行车速度：
80km/h
⑷行车道宽度：
2×2×3.75m
⑸路线宽度：
路基宽度为23.5m，路桥同宽，见图2-1。
图2-1桥梁标准横断面
⑹最大纵坡：
跨海大桥≤3%，接线≤5%
⑺桥面横坡：
2%
⑻设计荷载：
汽车—超20级，挂车—120
⑼地震基本烈度为Ⅶ度
⑽跨海大桥设计水位，见表2-1：
（1985国家高程基准）
表2-1跨海大桥设计水位
项目
重现期（a.）
20
50
100
300
设计年极值高水位（m）
3.32
3.62
3.87
4.33
设计年极值低水位（m）
-2.21
-2.31
-2.38
-2.53
⑾设计通航水位，见表2-2：
（1985国家高程基准）
表2-2设计通航水位
潮位站
设计最高通航水位（m）
（历史实测最高水位）
设计最低通航水位（m）
（理论最低潮面）
镇海
3.28
-1.59
⑿跨海大桥设计高潮位频率：
1/300
⒀通航净空，见表2-3：
表2-3通航净空
通航孔名称
代表船型
航道类型
通航净空尺度（m）
净宽
净高
主通航孔
3万吨级散货船
双向
544
51
主通航孔边孔
1千吨级海轮
单向
109
25.5
东通航孔
3000吨级油船
单向
121
28.5
西通航孔
500吨级杂货船
双向
126
17
⒁船撞力，见表2-4：
表2-4船撞力
通航孔类别
代表船型（t）
桥墩
建议桥墩防撞力
（MN）
消能设施后防撞力（MN）
横桥向
顺桥向
横桥向
顺桥向
西通航孔
500
主墩
10.15
5.08
7.11
3.56
西通航孔
500
边墩
4.3
2.15
非通航孔
小型船舶
桥墩
2
1
3.荷载
3.1荷载取值
3.1.1设计荷载类型
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-1989）的规定，设计中应充分考虑表3-1所列荷载，施工荷载和需要考虑的特殊荷载在有关部分另行规定。
表3-1设计应考虑的荷载
编号
分类
名称
代号
1
永久荷载（恒载）
结构重力
2
预加应力
3
土的重力及土侧压力
4
混凝土收缩、徐变影响力
5
水浮力
6
基础变位
7
可变荷载
基本可变荷载
（活载）
汽车
8
汽车冲击力
9
汽车引起的土侧压力
10
人群
11
挂车
12
挂车引起的土侧压力
13
其他可
变荷载
风力
14
汽车制动力
15
流水压力
16
波浪力
17
温度影响力
18
支座摩阻力
19
偶然荷载
船舶撞击力
20
地震力
21
施工荷载
3.1.2永久荷载
⑴结构重力
结构重力包括结构物自重及附着于结构物的附属部分，其计算方法根据现行规范。
①主体结构：
预应力混凝土容重：
26.25kN/m3、钢筋混凝土容重：
25kN/m3、沥青混凝土容重：
23kN/m3、钢材容重：
78.5kN/m3、特殊材料的密度通过试验或根据材料供应商提供的数据确定。
②二期恒载：
考虑铺装方案在进一步研究中，混凝土结构的桥面铺装暂按6cm混凝土＋8cm沥青混凝土厚度计算重量，荷载集度按58kN/m计算（单幅桥）。
二期恒载集度均已考虑护栏及过桥管线重量，护栏采用混凝土护栏。
⑵预加应力
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-1989）的第2.2.2条的规定计算。
其中预应力钢束与管道的摩阻系数：
0.155（可根据不同管道按实际试验取值）；
预应力管道偏差系数：
0.0015；
预应力钢束松弛率：
0.035；
一端锚具变形、钢束回缩及垫板压密值：
6mm；
⑶土的重力及土侧压力
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-1989）的第2.2.3条的规定计算。
⑷混凝土收缩、徐变影响力
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-1989）的第2.2.4条的规定计算，或按其他可靠的方法进行计算。
⑸水浮力
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-1989）的第2.2.6条的规定计算。
⑹基础变位
①西通航孔桥
按主墩和边墩出现1.5cm不均匀沉降考虑。
②引桥
50m及以上跨度引桥按每联有两墩出现1.0cm不均匀沉降计算，50m以下跨度引桥按每联有两墩出现0.5cm不均匀沉降计算。
3.1.3基本可变荷载
⑴汽车
汽车荷载采用汽车—超20级，其主要技术指标、排列及其折减系数按照《公路工程技术标准》（JTJ001—1997）进行。
桥梁单幅宽11.5m，为二车道+紧急停车带，横向按三车道布置，横向折减系数0.78，偏载系数1.10。
⑵汽车冲击力
汽车荷载的冲击力为汽车荷载乘以冲击系数。
总体静力计算的冲击系数按照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—1989）的规定计算。
⑶汽车引起的土侧压力
按照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—1989）的规定计算。
⑷挂车
挂车荷载采用挂车—120，其主要技术指标、排列按照《公路工程技术标准》（JTJ001—1997）进行。
⑸挂车引起的土侧压力
按照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—1989）的规定计算。
3.1.4其他可变荷载
⑴风荷载计算
风力遵照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）执行，基本风压按W0=V2/1.6计算，设计风速按以下情况取值：
①与运营活载组合时，设计风速V=30.0m/s；
②成桥状态，只与恒载组合，按1%频率取值，其基本风速V10=42.3m/s；
③施工状态，根据规范，基本风速采用10年重现期的风速V10=42.3×0.84=35.53m/s。
⑵汽车制动力
汽车制动力按下式计算：
FZ＝0.05ηnW
式中：
η：
汽车荷载的纵向折减系数
n：
设计车道数
W：
桥梁计算长度内一个设计车道内车道荷载的总重力
汽车制动力的着力点、分配按照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—1989）的规定计算。
⑶流水压力
按照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—1989）第2.3.10条的规定计算。
设计流速是桥梁结构安全设计参数，桥址区水域水流主要为潮流，此外，风生流、波流对水流也有影响。
工程可行性研究阶段，桥址区水域不同重现期设计流速采用实测最大潮流、余流、风生流和波流线性叠加进行计算。
本阶段，又运用实测流速与潮差相关分析及数模计算的方法，计算结果表明：
三种方法计算成果较为接近，考虑到数模计算
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