连续刚构桥梁方案比选原创优秀.docx

1、连续刚构桥梁方案比选原创优秀1.1 方案比选1.1.1 工程概况（一） 主要技术指标：（1）孔跨布置：见”分组题目”。（2）公路等级：一级。（3）荷载标准:公路I级，人群荷载3.5kN/m2（4）桥面宽度：桥面宽度20.5m，即净27.5m(车行道)+1.5m(中央分隔带)+22.0m(人行道和栏杆)（5）桥面纵坡：0%（平坡）；桥轴平面线型：直线（6）该地区气温：月份平均6，月份平均30。（7）桥面铺装：铺装层为10cm防水混凝土，磨耗层为8cm沥青混凝土。（二）材料规格（1）梁体混凝土:C50混凝土；（2）桥面铺装及栏杆混凝土:C40级混凝土；（3）预应力钢筋及锚具: 主梁纵向预应力钢筋可

2、选用高强度低松弛钢绞线(公称断面面积为)，对应锚具分别为YM15-7,YM15-9,YM15-12,YM15-19；对应波纹管直径分别为(内径) （外径比同径大7mm）。主梁竖向预应力钢筋采用冷拉IV级钢筋，(冷拉应力)，；对应锚具为(螺距)；对应孔道直径，锚垫板边长，相邻锚板中心距离不小于15cm。（三）河床横断面河 床 横 断 面桩 号标 高（m）桩 号标 高(m)0+00016.6270+542-0.4360+02012.3050+614-3.2890+0307.8050+664-3.9730+0505.5100+714-2.8350+1005.8000+764-0.1340+1505.

3、08908024.5580+2004.0390+8145.6230+2503.8030+82311.2580+3224.1640+84113.3900+5323.7530+86417.521（四）工程地质条件大桥位于江心洲西侧及附近水域，其中0+2500+532地面高程为3.84.20米，低潮时为陆地，高潮时被水淹没；0+542，0+614位于水中，地面高程为-0.18-3.63米，钻孔揭露表明，桥位覆盖层厚43.0050.10米，主要为中密细、中砂层，其中0+3220+614下部分布有厚18.6021.15米的密实卵石土层。下附基岩全、强分化层均很发育，厚22.7534.10米，其中0+53

4、2，0+614具有不均匀分化现象，全、强风化花岗岩中在高程-64.00-75.50米间分布有厚0.954.70米的微风化花岗岩残留体。微风化基岩面变化很大，在-62.12-82.03米间，基岩主要为灰白色中粗粒花岗岩、花岗斑岩，微风化基岩岩质坚硬，呈块状大块状砌体结构，为主墩桩基良好的持力层。基础设计时宜采用微风化基岩作为基础持力层，桩端进入微风化基岩一定深度。微风化岩面一览表桩号0+2500+3220+5320+542标高-73.70-62.12-77.3-81.030+2500+614 地质资料0+2500+322标高岩土名称标高岩土名称-5.74中砂4.164-5.0中砂-5.74-17

5、.94细砂-5.0-12.30细砂-17.94-42.94中砂-16.55淤泥质粘土-42.94-44.55卵石土-35.90中砂-44.55-85.54花岩45.40卵石土-84.80花岗岩0+5320+542标高岩土名称标高岩土名称-4.15-8.95中砂-0.436-10.68中砂-16.05淤泥质粘土-5.0-24.73淤泥质粘土-24.35中砂-43.18卵石-36.45卵石-96.33花岗岩-38.95中砂-45.25卵石土-87.25花岗岩0+614标高岩土名称标高岩土名称-3.289-13.58中砂36.68中砂-15.08淤泥质粘土-45.73卵石土-20.58细砂73.08

6、全风化花岗岩-25.13中砂-77.43强风化花岗岩-35.08卵石土-92.58微风化花岗岩岩土设计参数建议值地层编号及名称钻孔桩桩周土极限摩阻力（KPa）容许承载力（KPa）单轴极限抗压强度（MPa）杂填土15中砂40150亚粘土35110中砂40150淤泥质粘土580粉砂40100细砂40200淤泥质亚粘土1580卵石土200800全风化花岗岩60320强风化花岗岩75450弱风化花岗岩30微风化花岗岩80弱风化花岗斑岩30微风化花岗斑岩601.1.2 设计标准和规范1) 中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)2) 中华人民共和国行业标准公路钢筋混凝土及预

7、应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)3) 中华人民共和国交通部行业标准公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000） 4) 中华人民共和国交通部行业标准公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）5) 中华人民共和国交通部行业标准公路桥涵勘测设计规范 (JTJ062-91)6) 中华人民共和国交通部行业标准公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）1.1.3 桥型方案初拟方案高坎特大桥位于某道路主干线K0+000K0+835段。该路段跨越河床，需设置桥梁，现对桥梁的形式进行方案比选。比选原则如下：（1）安全与舒适性整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中

8、应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，以满足桥梁安全性的要求。现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击，以满足桥梁舒适性的要求。（2）适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。（3）经济性设计的经济性应占较重要的位置。经济性除建桥费用，还应考虑未来综合发展及养护和维修等费用。（4）美观一座桥梁，应与周围的景致相协调。有合理的结构布局和优美的轮廓是美观的主要因素，不应把美观片面地理解为豪华装饰。在安全、适应和经济前提下，尽可能使桥梁具有美观性。根据该桥的桥位地质

9、、实际地形和水文资料，综合各备选方案上部结构形式及安全性、经济性、施工条件等因素，最后比选出三种桥型方案。拟定备选方案如下：1)主跨为139m+252m+139m三跨连续刚构桥方案；2)主跨为140m+250m+140m双塔双索面斜拉桥方案;3)主跨为370m三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥方案。三个桥梁方案均可满足条件，具体方案比较下面陈述。1.1.4 预应力混凝土连续刚构桥（140m+250m+140m）（一）桥型布置图（如图1.1）（二）桥型优势随着高速交通的迅速发展, 要求行车平顺舒适,多伸缩缝的T 型刚构也不能很好满足要求, 因此连续梁得到了迅速的发展。悬臂施工时, 梁墩临时固结

10、, 合拢后梁墩处改设支座, 转换体系而成连续梁。连续梁除两端外其他无伸缩缝, 有利于行车, 但需梁墩临时固结和转换体系; 同时需设大吨位盆式支座,费用高, 养护工作量大。于是连续刚构应运而生, 近年来得到较快的发展。其结构特点是梁体连续、梁墩固结, 既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点,又保持了T 型刚构不设支座、不需转换体系的优点, 方便施工, 且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度, 能满足特大跨径桥梁的受力要求。连续刚构桥具有一下特点:1）其墩梁固结的特点省去了大挎连续梁的支座，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

11、处高度的0.20.4倍，比T形刚构的墩厚小得多，减少桥墩与基础工程的材料用量。3）抗震性能好，水平地层力可均摊给各个墩来承受，不需像连续梁设置制动墩承受，或采用价格较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。（三）桥型劣势 大跨径连续刚构桥的主要缺点是自重大。连续刚构桥为多次超静定结构，受收缩徐变、温度变化、基础不均匀沉降等影响较大、表现形式复杂。（四）尺寸拟定1）边、主跨跨径比边、主跨跨径比在0.54 0.56之间, 或再稍大一些时, 有可能在边跨悬臂端以导梁支承于边墩上, 合拢边跨, 而取消落地支架。今后连续刚构边、主跨跨径比,

12、更可能趋向于这个范围。因此本桥采用的边主跨比为0.55，选用139m+252m+139m连续刚构形式。2）箱梁的截面形式主梁底部线性先多采用1.51.8，从而缓和底板应力紧张的情况。跨径在大于80m时，从经济方面看，应多采用箱型截面且考虑变截面形式。在箱型截面中，叫多采用抗弯和抗扭的单箱单室。箱型截面悬臂长度一般不大于5m，当超过3m时，应设置横向预应力筋。本桥采用的是双幅桥对称布置，每一幅桥的截面均是单箱单室截面，顶板宽为8.5m，底板宽为5m。3）梁高连续刚构桥箱梁根部的高跨比为1/15.7 1/20.6, 其中大部分为1/18 左右, 近年来已有一些桥达到甚至低于1/20。主跨中部箱梁的

13、高跨比为1/46.2 1/85.1, 其中大部分为1/54 1/60, 并有下降的.趋势。中国最小为南澳跨海大桥的1/73.7。梁高跨比的下降, 是上部构造趋于轻型化的表现。在设计过程中, 体会到梁底按一般常用的2 次抛物线时, 往往在L /4 L/8 截面底板混凝土应力紧张,因而现在已有先例采用幂次为1.5 1.8 的抛物线, 已开始推广采用。本桥采用的箱梁的高度在0号块以外由14.0m到5.0m按1.8次抛物线变化，其中桥墩顶部中心梁高14m，高跨比1/17.8，跨中中心梁高为5m，高跨比问哦1/50。4）板厚对于顶板的厚度，部分已有40cm减小到30cm，但进一步减小的可能性不大。对于底

14、板，底板的最小厚度多数为30cm，梁根部最大处则可达100cm以上，但随着设计经验的丰富，以及采用高强混凝土，有减薄的趋势。对于腹板，腹板的最小厚度一般为40cm , 个别的更小为35 cm , 有的采用50 cm 或更大些, 最大厚度为55 80 cm , 其中虎门大桥辅航道桥采用40 60 cm , 比门道大桥65 75 cm 要小不少。随着技术的发展，箱梁尺寸减小，上部结构轻型化，这是连续刚构桥发展的有一个趋势。但随着腹板的减薄，应特别重视对其预应力的控制，以免出现腹板斜裂缝。本桥顶板厚度为恒定值28cm，底板厚度从跨中到支点由32cm至130cm按两次抛物线变化，腹板厚度是在某段梁段中

15、由跨中向支点方向由65cm到75cm线性变化。此外，在墩顶0号块双薄壁对应位置设置4个0.5m与墩壁等厚的横隔板，其余横隔板厚度为1.5m。5）下部结构主桥桥墩采用双肢薄壁空心墩，桥墩单壁厚3m，宽5.0m，墩壁中心距9m，单壁厚为50cm，设置三个横隔板，包括墩顶1m厚横隔板、墩顶以下20m处0.5m厚横隔板，墩底1m厚横隔板。承台尺寸：8.50m（横）13.0m（纵），厚度为4.0m，基础为9根200cm钻孔灌注桩，纵桥向对应薄壁墩中心线布置。墩和基础均采用C30混凝土桥台为U型桥台，采用刚性扩大基础。（四）主要施工方案1）基础施工首先用钢管桩架设施工平台，插打钢护筒，然后进行钻孔至设计标

16、高，清孔、下钢筋笼，灌注水下硂成桩。钻孔桩中预留压浆管（兼声测管用），成桩后进行压浆，使桩低硂密实以消除桩底沉渣带来的不利影响，确保桩基的承载力。采用钢套箱或双壁钢围堰浇筑承台混凝土。2）墩身施工采用滑模施工分段浇注墩身。3）混凝土梁端双悬臂施工在托架上浇注0号梁段，张拉0号块预应力，桥塔两侧主梁同时采取后致电挂篮对称悬臂浇注，达到设计强度张拉预应力。4）合龙段施工中跨，边跨合龙段长度均为2m，按照先合龙边跨后合龙中跨顺序对称合龙，边跨合龙采用导梁施工，中跨采用悬臂现浇的挂篮进行合龙。5）桥面系和其他施工桥面系施工关键是桥面沥青硂施工工艺，要严格按照沥青硂施工规程执行，以保证沥青硂施工质量和寿

17、命。同时安装伸缩缝、防撞栏、照明等设施。1.1.5 双塔双索面斜拉桥（140m+250m+140m）（一）桥型布置图（二）桥型优势主桥采用双塔双索面斜拉桥，双索面为伞形式，塔梁固结体系。主塔刚度较大，不设辅助墩。主梁采用预应力混凝土结构，主塔在上塔柱有环向预应力，基础为钢筋混凝土结构。该桥型雄伟、壮观，景观效果好。相比与其他大跨径桥梁，主梁相当于跨径为索距的弹性支撑梁，弯矩小。梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大；受桥下净空和桥面标高的限制小；抗风稳定性比悬索桥好；便于悬臂施工等等。比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。（三）桥型劣势该桥为多次超静定结构，设计计算复杂；索与梁或塔的连接

18、构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技术严格（四）尺寸拟定1）跨径布置采用140m+250m+140m的分孔布置。双塔三跨式斜拉桥边跨与主跨的比值可取0.250.5之间，该桥为0.56，经过参考重庆蔡家嘉陵江大桥，这是可取的。2）桥塔塔高约183m，为菱形桥塔，其中桥面以上78m，单肢宽2.8m，纵向6m；下塔柱单肢横向宽2.8m 变化到5.6m，纵向宽6m 变化到7.9m；塔底横向宽12m，。考虑景观效果，塔可做涂装处理。3）主梁主桥主梁采用单箱双室等梁高混凝土箱梁，梁宽20.5m，梁高3.5m；标准梁段顶板厚0.3m，腹板厚0.5m，底板厚0.3m；每8m 为一个节段，在拉索处设

19、置拉索横梁，横梁与腹板相接根部高1.5m，两端头高1.2m，厚0.5m，横梁两端设斜拉索锚块。4）斜拉索索面采用伞形，清晰美观。全桥共56 对斜拉索，梁上的顺桥向标准间距为8m，塔上的竖向间距为2.2m。斜拉索在梁上锚固于箱梁两侧翼缘板的边缘位置5）结构主塔塔梁固结，支承在承台上，基础采用群桩基础。重力式桥台用的是刚性扩大基础。 （五）主要施工方案1）基础施工首先用钢管桩架设施工平台，插打钢护筒，然后进行钻孔至设计标高，清孔、下钢筋笼，灌注水下硂成桩。钻孔桩中预留压浆管（兼声测管用），成桩后进行压浆，使桩低硂密实以消除桩底沉渣带来的不利影响，确保桩基的承载力。采用钢套箱或双壁钢围堰浇筑承台混凝

20、土。2）主梁施工采用悬臂浇注法施工，利用前支点挂篮，利用待浇梁段斜拉索作为挂篮前支点支撑力，施工过程中讲挂篮后端锚固在已浇梁段上，同时市斜拉索和已浇梁段共同承担待浇节段的硂重量。待主力混凝土达到设计强度后，拆除斜拉索与挂篮的连接，是节段重力转换到斜拉索上，再歉意挂篮3）主塔施工采用爬模提升法（自备爬架的提升模版）。4）桥面系和其他施工桥面系施工关键是桥面沥青硂施工工艺，要严格按照沥青硂施工规程执行，以保证沥青硂施工质量和寿命。同时安装伸缩缝、防撞栏、照明等设施。1.1.6 三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥（80m+370m+80m）（一）桥型布置图（二）桥型优势拱桥是主要承重结构是拱圈或拱

21、肋（拱圈横截面设计成分离式时称为拱肋），拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。墩台向拱圈或拱肋提供一对水平反力，这种水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内由荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多，鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常用抗压能力强的圬工材料和钢筋混泥土等来建造。系杆拱桥由于是无推力结构，对墩台要求，较低，整个桥型结构简便、轻巧，桥面视野开阔，广泛用于公路桥梁。在城市桥梁和平原地区通航河流上，中承拱往往颇受青睐因为它可降低桥高，矢跨比大，可减少推力；桥面建筑高度小，可缩短桥长；造型美观，为城镇增添景色；造价也较低。 （三）桥型劣势该桥拱肋在

22、横向的稳定性以及杆件的稳定性均要很好保证，而且施工精度要高，施工较麻烦。（四）尺寸拟定1）主拱肋截面形式和主要尺寸主拱拱肋采用中承式双肋悬链线无绞拱，计算跨径358.00m，计算矢高71.60m，矢跨比1/5，拱轴系数m=1.543，每片拱肋由4 根100020mm 的Q345qc 钢管组成（其中局部加强段钢管壁厚加厚至22mm、28mm），内灌C50 砼作为弦杆，上弦和下弦横向两根钢管之间在拱脚至桥面处用平联钢板（厚14mm）联接，在桥面以上用65010mm 平联钢管联接（其中吊杆处平联钢管采用650x16mm），在平联板内及吊杆处平联管内灌注C50 砼，上、下弦之间用55010（12）mm

23、 钢管作为腹杆，组成桁式拱肋。拱肋为等宽变高度截面，宽3.20m，高度在拱脚为8.00m，在拱顶为4.00m。两肋中心距为23.90m，共设6组“米”字横撑，每道横撑均为空钢管桁架，由上、下弦70014mm（直撑）和60014mm（斜撑）及腹杆2998mm 组成，另外在拱肋与桥面交接处，设置一道肋间横撑，主拱肋共设横撑14 道。它们与同边拱端部固结的预应力混凝土端横梁一起，组成一个稳定的空间梁系结构，边拱拱肋与主拱拱肋轴线处于同一直线上，以便于传递水平力。2）主梁主梁为并排工字型连续梁，工50040040303）墩台设计主拱墩及承台为两个分离式实体钢筋混凝土结构，其间用横墙连接。墩基为钻孔灌注

24、桩。主桥台为U型桥台，明挖扩大基础。（五）主要施工方案1）基础施工首先用钢管桩架设施工平台，插打钢护筒，然后进行钻孔至设计标高，清孔、下钢筋笼，灌注水下硂成桩。钻孔桩中预留压浆管（兼声测管用），成桩后进行压浆，使桩低硂密实以消除桩底沉渣带来的不利影响，确保桩基的承载力。采用钢套箱或双壁钢围堰浇筑承台混凝土。2）主拱肋施工该桥主桥主拱肋采用分段缆索吊装方法施工，每条拱肋分17段由工厂预制。3）墩身施工墩身采用翻模或滑模施工3）桥面系和其他施工桥面系施工关键是桥面沥青硂施工工艺，要严格按照沥青硂施工规程执行，以保证沥青硂施工质量和寿命。同时安装伸缩缝、防撞栏、照明等设施。1.1.7方案技术经济的比

25、较和最优方案的确定设计方案的评价和比选要全面考虑各项经济技术指标，主要从工艺技术要求、使用效果、造价及用材等几个方面进行比较，综合分析每一个方案的优缺点，找出关键所在，分清主次，探索出适合具体情况的最佳方案。按桥梁的设计原则，造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的方案应是优秀方案。以上三个方案的主要优缺点比较，如下表所示：方案比较项目方案三预应力混凝土连续刚构桥139+252+139m方案四双塔双索面斜拉桥140+250+140方案一中承式钢管混凝土系杆拱桥80+370+80主桥总跨径530m530m530m经济性造价较低造价较高造价一般适用性250m主跨跨越主航道，与通航适应性好；通航净空大，

26、防撞要求低；河床压缩较小，汛期泄洪能力较好。伸缩缝少。250m主跨跨越主航道，与通航适应性好；通航净空大，防撞要求低；河床压缩一般，对于汛期泄洪一般满足。主孔200m跨越主航道，与通航适应性好；防撞要求较高；河床压缩较多，有利于汛期泄洪。安全性全桥跨度适中，用技术先进的悬臂浇筑法施工能安全的建成，且在施工过程中不需大量施工支架和临时设备，故施工方便，质量可靠，工期较短；全桥后期营运养护费用最多；行车平顺舒适。主体采用箱梁断面，刚度大，施工安全，采用悬臂浇筑发施工，技术成熟，工期有保障，质量可靠，主桥后期营运养护费用较高，行车平顺舒适。主桥跨度适，中采用分段缆索吊装方法施工，施工方便，安全；引桥采用预制T梁，可工厂化预制施工，质量可靠，工期有保障；需采用大型的吊装设备。后期营运养护费用较高。行车平顺舒适。美观性 全桥线条简洁明快，但因其高跨比例不很协调，影响桥型美观。 桥型美观，气势宏伟，与环境协调性好。桥型美观犹如跨江飞雁，气势宏伟，与周围环境协调好 通过对上述四个方案的总体设计，施工方案，结构分析和设计特点的概括行陈述，再综合比较各方案在经济性、适用性、安全性、美观性等诸多方面的优缺点。决定采用方案预应力混凝土连续刚构桥。