金塘大桥设计指南大桥院外.docx

1、金塘大桥设计指南大桥院外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1. 总则 22. 设计规范及主要技术标准43荷载74材料165预应力混凝土箱梁设计186下部结构设计197耐久性设计211. 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

2、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

3、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：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。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。综合考虑航运、港口规划等条件，桥型方案选

4、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。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。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（JTJ 001-97）（暂执行）（2）公路桥涵设计通用规范（JTJ 021-89）（3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ 023-89）（4）公路桥涵地基与基础设计

5、规范（JTJ 024-85）（5）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）（6）公路斜拉桥设计规范（JTJ 027-96）（7）公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）（8）公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ 012-94）（9）公路路基设计规范（JTJ 013-95）（10）公路沥青路面设计规范（JTJ 014-97）（11）公路排水设计规范（JTJ 018-97）（12）公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）（13）高速公路交通安全设施及施工技术规范（JTJ 074-94）（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

6、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 道路等级：高速公路 行车道数：双向四车道 计算行车速度：80km/h 行车道宽度：223.75m 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 最大纵

7、坡：跨海大桥3%，接线5% 桥面横坡：2% 设计荷载：汽车超20级，挂车120 地震基本烈度为度 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.）2050100300设计年极值高水位(m)3.323.623.874.33设计年极值低水位(m)-2.21-2.31-2.38-2.53 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 跨海大桥设计高潮位频率：1/300 通航净空，见表2-3：表2-3通航净空通航孔名

8、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54451主通航孔边孔1千吨级海轮单向10925.5东通航孔3000吨级油船单向12128.5西通航孔500吨级杂货船双向12617 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10.155.087.113.56西通航孔500边 墩4.32.15非通航孔小型船舶桥 墩213. 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

9、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。主体结构：预应力混凝土容重：26.25kN

10、/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。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58 kN/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。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

11、变形、钢束回缩及垫板压密值：6mm；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。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。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。基础变位西通航孔桥按主墩和边墩出现1.5cm不均匀沉降考虑。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 基本可变荷载汽车汽车荷载采用汽超20级，其主要

12、技术指标、排列及其折减系数按照公路工程技术标准（JTJ 0011997）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。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（JTJ 0211989）的规定计算。汽车引起的土侧压力按照公路桥涵设计通用规范（JTJ 0211989）的规定计算。挂车挂车荷载采用挂120，其主要技术指标、排列按照公路工程技术标准（JTJ 0011997）进行。挂车引起的土侧压力按照公路桥涵设计通用规范（JTJ 0211989）的规定计算。3.1.4 其他可变荷载风荷

13、载计算风力遵照公路桥涵设计通用规范（JTJ 02189）执行，基本风压按W0=V2/1.6计算，设计风速按以下情况取值：与运营活载组合时，设计风速V=30.0m/s；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；施工状态，根据规范，基本风速采用10年重现期的风速V10=42.30.84=35.53m/s。汽车制动力汽车制动力按下式计算：FZ0.05nW式中：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（JTJ 0211989）的规定计算。流水压力按照公路桥涵设计通用规范（JTJ

14、0211989）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，考虑到数模计算同时反映了大范围流场与局部地形的影响，建议本阶段采用数模计算成果。计算成果详见下表3-2。 表3-2 桥位断面各水文测点涨、落垂线平均最大流速 （单位：m/s） 重现期（年）镇海潮差垂线平均最大流速断面平均12345678流速和潮差相关分析300年4涨潮

15、1.842.432.032.711.902.211.511.822.05落潮3.503.152.963.172.772.492.532.112.84100年3.91涨潮1.812.382.002.651.882.171.491.802.02落潮3.413.082.903.102.722.442.482.072.7750年3.84涨潮1.792.351.972.601.862.151.471.782.00落潮3.353.022.853.042.682.402.432.042.7320年3.75涨潮1.772.301.952.541.842.111.451.761.96落潮3.262.952.79

16、2.972.622.362.382.012.6710年3.67涨潮1.752.261.922.481.822.081.431.741.94落潮3.182.882.732.912.582.312.331.982.61调和分析300年涨潮2.392.402.642.592.652.492.102.352.45落潮2.962.702.732.593.002.422.312.352.63100年涨潮2.332.332.582.532.582.432.032.282.39落潮2.912.652.682.542.952.372.262.302.5850年涨潮2.272.272.522.472.522.37

17、1.972.222.33落潮2.882.612.652.512.922.342.232.272.5520年涨潮2.192.202.442.392.452.291.902.152.25落潮2.832.572.602.462.872.292.182.222.50数模计算300年涨潮2.292.542.452.342.121.972.002.102.23落潮3.063.122.942.842.722.572.412.242.74100年涨潮2.352.552.422.292.091.941.962.052.21落潮3.063.032.862.762.632.472.312.132.6650年涨潮2.

18、312.502.382.242.041.891.922.012.16落潮2.982.962.792.702.572.412.252.082.5910年涨潮2.252.432.312.192.011.871.901.992.12落潮2.902.872.722.642.512.352.202.042.53结构分析时，施工阶段取10%频率、成桥阶段取1%频率的流速。波浪力波浪力按海港水文规范（JTJ 21398）第8.3条计算。外海波要素主要采用大戢山海洋站实测波浪资料，局地风成浪根据滩浒海洋站的设计风速，分别按交通部“海港水文规范”规定的方法进行计算。计算成果详见下表3-3。表3-3 桥区偏N向设

19、计波浪要素成果表站号重现期（年）H1% (m)T (s)L (m)11005.167.3480.9441006.267.3468.8181006.117.2966.38注：设计波浪要素推算时采用的计算水位的重现期与波浪相同。桥墩基础设计波浪力可按照海港水文规范以及相关规范进行计算。设计标准：与风荷载组合计算时采用100年一遇；与活载及温度力组合时采用20年一遇。图3-1 桥址区水文测点及大潮流矢图桥墩冲刷按“公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）”有关冲刷公式进行分析计算，并采用美国运输部联邦公路管理局桥梁冲刷评价手册第四版(2001年5月)检算，计算中未计潮流双向流的影响。其结

20、果详见表3-4：表3-4 金塘大桥冲刷计算成果表编号墩号位置跨径流速床面高程(m)一般冲刷后高程(m)局部冲刷后高程(m)（规范）局部冲刷后高程(m)（美）1E1E10水中非通航孔603.12-10.80 -12.10 -25.79-22.432E11E20水中非通航孔603.12-10.80 -12.10 -19.27-20.953E21E50水中非通航孔602.94-10.20 -11.50 -20.20-19.624E51E90水中非通航孔602.84-10.13 -11.80 -19.06-19.405E91E125水中非通航孔603.00-9.89 -11.30 -16.89-19.

21、356E126E144水中非通航孔602.57-9.74 -11.00 -19.24-18.587E145E149水中非通航孔602.57-8.00 -9.30 -14.93-17.748F1、F4西通航孔（500吨级）872.57-7.46 -8.60 -16.50-19.409F2、F3西通航孔（500吨级）1562.57-7.46 -8.46 -16.31-22.4510G1G5水中非通航孔602.57-7.46 -8.46 -14.20-17.1211G6G40水中非通航孔602.41-6.87 -7.87 -14.98-17.6712G41G70水中非通航孔602.35-5.38 -

22、7.10 -12.89-15.7613H1H8水中非通航孔481.20-4.71 -5.50 -10.71-9.62 温度影响力材料的线膨胀系数按照公路桥涵设计通用规范（JTJ 0211989）的规定取用。体系温差当地最高气温38.5，最低气温-6.6，1月份平均气温5.3，7月份平均气温27.8，设计合拢温度为155。混凝土结构体系升温为18；降温为15。 日照温差参照有关规范取值。支座摩阻力支座摩阻力按作用于支座上的竖向力乘以支座的摩擦系数计算；盆式活动支座的摩擦系数为0.05，板式活动支座（聚四氟乙烯板与不锈钢板）摩擦系数为0.06；特殊支座的摩擦系数参考供应商根据可靠试验提供的数据确定

23、。支座摩阻力应与墩顶的温度力与制动力之和进行比较，取小值控制设计。3.1.5 偶然荷载船舶撞击力，见表3-5表3-5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10.155.087.113.56西通航孔500边 墩4.32.15非通航孔小型船舶桥 墩21地震作用（荷载）桥梁结构地震响应采用反应谱理论进行分析，反应谱法采用舟山大陆连岛工程工程场地地震安全性评价（2003年12月）中提供的该桥场址基岩规准水平加速度反应谱： 计算结构的地震响应（内力）时，水平地震系数Kh=0.082，竖向地震系数Kv=0.055，并考

24、虑两种组合：水平纵向0.082g+竖直向0.055g水平横向0.082g+竖直向0.055g计算结构的地震响应（位移）时，水平地震系数Kh=0.166，竖向地震系数Kv=0.11，并考虑两种组合：水平纵向0.166g+竖直向0.11g水平横向0.166g+竖直向0.11g在地震响应反应谱分析中，取前50阶反应组合，组合方法采用SRSS法。3.1.6 施工荷载根据不同的施工验算另行确定。3.2 荷载组合荷载组合原则上根据公路桥涵设计通用规范（JTJ021-1989）进行，并应根据不同的验算状态和荷载组合确定匹配的荷载系数。3.2.1 上部结构计算荷载组合 纵向计算荷载组合： 恒载汽超20支座沉降

25、恒载汽超20支座沉降体系正温差顶板升温制动力恒载汽超20支座沉降体系正温差顶板降温制动力恒载汽超20支座沉降体系负温差顶板升温制动力恒载汽超20支座沉降体系负温差顶板降温制动力恒载挂120支座沉降注：其中组合为主力组合；组合为主力+附加力组合；组合为验算组合。 横向计算荷载组合：箱梁桥面板横向按部分预应力混凝土构件设计,箱梁腹板及底板横向按混凝土构件设计。主梁横向计算工况组合如下:恒载+汽-超20恒载+汽-超20+箱内外温差+日照温差恒载+挂-120注：其中组合、为主力组合；组合为主力+附加力组合。3.2.2 下部结构计算荷载组合恒载基础沉降汽超20恒载基础沉降汽超20支座摩阻力（温度力制动力）有车风力恒载基础沉降无车风力100年一遇波流力（横向）恒载基础沉降汽超20有车风力100年一遇波流力（横向）恒载基础沉降汽超20有车风力100年一遇波流力（与桥轴线45度夹角）恒载+活载+基础沉降+船撞力恒载+基础沉降+地震力4. 材料4.1 混凝土混凝土的技术指标按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-1985）和公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）的规定采用，各部位混凝土采用的等级及主要力学性能指标摘录于表4-1。表4-1 混凝土材料性能表