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1、摘 要预应力混凝土连续梁桥是一种桥面体系以梁受压或受弯为主的桥梁。本文根据南京长江二桥北汊大桥的设计资料，使用桥梁博士建立平面杆系有限元分析模型，完成主桥成桥及施工状态下梁的自重、恒载、活载和温度内力分析及强度与应力验算，以及挠度、抗裂验算。并初步了解了预应力混凝土连续梁的总体设计。关键词预应力混凝土连续梁桥；梁、单元、节点；悬臂浇筑施工；内力分析；结构验算。AbstractPrestressed concrete continuous bridges are constructed along a structural systEm which comprises continuous gi
2、rders which are bent and crashed often .My thesis mainly combines with the building project of the North Part Bridge of the Second Nanjing Yangzi River Bridge, and analyses the whole structure. Firstly based upon acquainting myself with the structure, I established the plane finite element model, us
3、ing the Dr.Bridge V3.0. Then I use the model to calculate the structure internal forces, which are caused by permanent load, live load and temperature changes. Then, I assembled the structure internal forces, and used the result to check the strength. The result is that they all meet the need of str
4、ess and strength. Through this bridge design, I acquaint myself with the load principle, the characteristic of bridge type and main elements of design about prestressed concrete continuous bridges.Key words Prestressed concrete continuous bridges; internal forces strength stress毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原
5、创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用
6、影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅
7、。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优
8、良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体
9、结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日哈尔滨工业大学毕业设计（论文）教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和
10、见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选
11、等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -哈尔滨工业大学毕业设计（论文）目录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题背景11.1.1 斜拉桥的发展11.1.2 发展的原因11.1.3 发展的现状错误！未定义书签。1.1.4 技术上存在的问题11.2 混凝土斜拉桥的特点41.3 本章小结7第2章 桥梁设计总体概况82.1 设计基本资料82.1.1 概况错误！未定义书签。2.1.2 主要技术指标82.1.3 主要材料112.2 主桥结构设计要点132.2.1 主梁132
12、.2.2 桥塔错误！未定义书签。2.2.3 斜索错误！未定义书签。2.2.4 施工错误！未定义书签。2.3 本章小结18第3章 主桥内力计算193.1 斜拉桥的计算分析方法193.1.1 基本理论和假定193.1.2 主梁的计算分析193.2 恒载内力计算203.2.1 结构计算图示203.2.2 截面几何特性错误！未定义书签。3.2.3 恒载内力计算错误！未定义书签。3.3 活载内力计算错误！未定义书签。3.4 预应力计算错误！未定义书签。3.5 温度影响力计算错误！未定义书签。3.6 斜索调整影响力计算错误！未定义书签。3.7 荷载组合错误！未定义书签。3.8 本章小结错误！未定义书签。第
13、4章 正常使用极限状态下截面应力验算错误！未定义书签。4.1 箱梁截面应力验算错误！未定义书签。4.1.1 截面法向应力计算错误！未定义书签。4.1.2 使用荷载作用下的主应力计算错误！未定义书签。4.2 拉索应力验算错误！未定义书签。4.3 本章小结错误！未定义书签。第5章 承载能力极限状态下强度计算错误！未定义书签。5.1 箱梁正截面强度计算错误！未定义书签。5.2 斜截面抗剪计算995.3 本章小结错误！未定义书签。第6章 索塔计算错误！未定义书签。6.1 索塔纵向强度与应力验算错误！未定义书签。6.2 稳定计算错误！未定义书签。6.3 本章小结错误！未定义书签。第7章 斜拉桥的几点讨论
14、117结 论119致 谢121参考文献122附 录 混凝土斜拉桥施工控制123千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- 135 -哈尔滨工业大学毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 课题背景1.1.1 预应力混凝土连续梁桥的发展预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般
15、在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。自60年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成Bendorf桥以来，悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用，从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一。 我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。1.1.2 发展的原因及现状1、桥梁设计技术方面：（1） 主要设计规范197
16、8年交通部颁布了我国第一部公路预应力混凝土桥梁设计规范，该规范按单一系数极限状态设计理论编制，比以往采用的破坏阶段理论规范前进了一步。 1985年交通部颁布了公路桥涵设计规范，其中公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85将单一系数改成多系数，以塑性理论为基础作强度极限计算，以弹塑性或弹性理论为基础作正常使用极限计算。PPC构件具有节约钢材、降低造价、能减少由预应力引起的反拱度、改善结构受力性能等优点，已在一般公路桥梁和城市桥梁工程中逐步推广应用。（2） 桥梁结构分析专用软件和CAD技术自70年代后期以来，我国桥梁结构分析专用软件和CAD技术得到大力开发和应用。其中包括采用有限
17、元法编制的桥梁通用综合程序以及许多桥梁专用程序，实现设计、计算。绘图一体化，大大提高了计算精度和速度，特别是用于大量重复计算、局部应力分析、设计方案优化。大跨径预应力混凝土桥梁的结构分析设计软件开发和推广应用，适应了我国桥梁建设高速发展的需要。计算机技术已被广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控制。使得成桥后的线型平顺，符合桥梁的纵向设计标高；桥梁结构的受力状态能与设计计算一致。2、桥梁施工技术 （1）在我国中小跨径的预应力混凝土连续梁桥施工中，除了最古老的支架现浇方法外，还采用了先简支后连续、顶推法、移动模架逐孔浇筑法、移动导梁逐孔拼装法和梁体预制浮吊安装法等施工技术。 （2）平衡悬臂
18、拼装施工法和平衡悬臂浇筑施工法的采用促进了预应力混凝土连续梁桥的发展。大跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工。根据连续梁桥的特点，采用逐段平衡悬臂浇筑，先形成T构，再逐跨合龙，逐跨释放临时固定支座，完成体系转换，最终形成多跨预应力混凝土连续梁桥。大跨径预应力混凝土连续箱梁广泛采用挂篮进行悬臂浇筑施工。常用的挂篮形式有偏架式和斜拉式。随着施工技术的进步，挂篮结构向着轻型化的方向发展，尽可能采用构造合理、受力明确、自重轻、利用系数高、使用安全方便，具有良好技术经济指标的挂篮。例如，上海黄浦江奉浦大桥等工程采用的菱型挂篮就是其中之一，该挂篮总重仅50t，利用系数为4.0。3、材料方面高强度
19、预应力钢材、高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用，促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展。在80年代后期，国内开始生产18EdMPa的低松弛预应力钢绞线，加上与其配套的大吨位预应力钱具和张拉设备的研制成功。C50与C60混凝土的应用，使得预应力连续梁桥结构轻型化，跨越能力得到很大提高。在这以前，我国大量采用16000MPa5的高强度碳素钢丝和与其配套的钢质锥形锚（即F式锚具）这种锚具的张拉吨位小。使用时的控制张拉力仅565kN，每张拉10kN预应力需要的布柬面积约为0.255cm2kN；若采用j15.212型锚具。张拉10kN预应力所需的布束面积约为0.096 cm2kN；采用j
20、15.222型的锚具时，张拉10kN预应力所需的布柬面积约为 0.067cm2kN。三者的比例为 1：0.38：0.26，由此可以看到，采用大吨位预应锚具体系后，使得预应力箱梁布柬范围内的顶板、腹板和底板尺寸，设计时由原来的布柬控制改为受力控制和按构造要求控制，这样，大大减小百箱梁断面的尺寸，减轻了上部结构的自重。箱梁混凝土及钢绞线的用量能够大大减少，从而使得预应力结构设计更趋合理、经济。若采用以往的钢质锥形锚具，预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在100m左右。随着1860MPa钢绞线和大吨位预应力锚固体系的应用，建桥施工技术的发展，目前，我国连续梁桥的最大跨径已达165m。从而使得我国预应力
21、混凝土梁桥的设计、施工技术进入世界先进行列。1.1.3技术上存在的问题在预应力混凝土连续梁桥，特别是大跨径连续梁桥的施工或使用过程中，部分桥梁有时会出现这样或那样的问题，其主要问题是箱梁混凝土出现了不同性质的裂缝。在已建成的连续梁桥中，某些桥梁上部结构曾出现了部分裂缝，主要有箱梁顶板和底板的纵向裂缝；箱梁腹板的斜向裂缝。特别是靠近边路现浇箱梁端部范围的两侧腹板，出现近450的斜向裂缝。目前我国大跨径预应力混凝土连续梁桥的设计，大多是按照全预应力结构设计的，即在理论上要求结构不出现拉应力。 针对预应力混凝土连续箱梁结构而言，裂缝形成的原因，主要有以下几方面：a在主桥总体设计中，跨径比例、箱梁截面
22、尺寸的拟定不合理；b结构设计抗弯剪能力不足；c对由预应力钢束引起的附加力估计不足；d. 对温度应力重视不够；E.施工质量不好，其中包括混凝土浇筑与养生；施工顺序与施工精度；预应力钢来的保护层厚度达不到设计要求；支架与模板变形过大；预应力张拉力不足；灌浆不及时或其他质量问题等；f材料质量不好，如混凝土的水泥及骨料品种、材料级配及计量误差等问题。1.2 预应力混凝土连续梁桥的特点及发展趋势预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成
23、桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。 面对现代预应力连续梁桥存在的问题，现代预应力混凝土连续梁桥的设计和施工在如下几方面加以改进：1、桥梁跨径布置和箱梁截面尺寸拟定（1） 桥梁跨径布置预应力混凝土连续梁桥的边跨与主跨比选用是否恰当直接影响到结构受力的合理性。若边跨太大，则边跨支架现浇梁段长度偏长，施工时要防止支架不均匀沉降。边路一长其整体刚度偏小，在恒载与活载作用下，现浇段会出现较大的主拉应力，容易发生混凝土开裂；当在边跨加载时对中跨箱梁的受力不利。若边跨与中跨之比过小，则边跨支点可能会出现负反力，
24、使得边墩与边跨受力不合理。 在连续梁桥设计中，一般可以通过调整各跨的刚度即合理取用相邻跨长的不同比值来调整各截面的内力，以满足设计的要求。对中小跨径的连续梁桥而言，边跨与主跨比一般取用0.50.8，这样可以使中跨跨中不致产生异号弯矩，边墩支点也不会出现负反力。对采用满堂支架施工的连续梁桥，这跨取中跨长度的7080是经济合理的。但对采用挂篮悬臂浇筑法施工的大跨径预应力混凝土连续桥而言，边跨总有一段需采用支架现浇。为使连续梁结构的内力变化较合理和减少支架长度，设计时边跨长度一般选用中跨长度的65左右为宜。结合国内外部分大跨径连续梁桥的工程实践，作者建议边跨与中跨的长度比一般控制在0.550.65。
25、 （2）箱梁断面尺寸拟定自大吨位锚具、1860MPa钢绞线和高强度混凝土在大跨径预应力混凝土桥梁中采用以来，箱梁的自重大大减轻，使得上部结构有条件向轻型化方向发展。现行公路桥梁设计规范是采用极限状态设计的，结构均应通过承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算。除此，对构造上及施工工艺方面的要求必须得到满足。从作者了解到的一些出现裂缝的桥梁来看，有一些是与箱梁所选用的断面尺寸安全储备偏小有关。通过主拉应力的敏感性分析得知，若不设置竖向预应力钢束或者竖向预应力失效，则必须加大腹板厚度尺寸，重新设计。若竖向预应力只考虑50的效果时，计算所得的主拉应力仍会出现大于规范规定值的情况。这说明与腹板厚度尺寸
26、的选定有一定的关系。另外现行设计规范中与此有关部分的公式一般仅适用于等高度的简支梁，若用于连续梁时，应考虑一定的安全系数。这样按公式计算得到的斜截面抗剪强度值应适当折减。反过来折减后的值对腹板厚度又有所要求。作者建议选定箱梁断面尺寸时，除了注意梁高（H支和H中）的因素外，还应该重视腹板尺寸的优化。2、纵向预应力布束方案与预应力储备（1） 纵向预应力布束方案在纵向预应力钢束布置时往往偏重施工方便的要求，而忽视了对腹板下弯束和边跨现浇箱梁端部一定范围内腹板弯起束的有效利用问题。由于采用了在箱梁顶板和底板布置直线束，仅靠设置竖向预应力钢筋来克服结构剪应力的布束方案，这必须建立在充分保证竖向预应力能够
27、达到设计要求的前提下。实际上箱梁腹板由竖向预应力钢筋长度一般较短，钢筋的张拉伸长量较小，施工时若发生少量的压缩变形，将会产生较大的预应力损失；加上锚固系统和施工操作上的问题，一般很难保证设计所要求的预应力度。从对竖向预应力的敏感性分析来看，若箱梁断面尺寸偏小一点，一旦竖向预应力不到位，则结构的主拉应力将超过规范的许可值，从而使结构应力处于不利状态。 工程实践证明：在采用直线束布置方案的同时，有必要在靠近箱梁支点附近的节段内，在腹板内布置部分下弯束，但吨位不宜太大，如用j15.2-7j15.2-2，并同时在边跨现浇段端部腹板内布置部分弯起束。由于这类预应力钢束通过腹板，使得预压应力容易均匀分布到
28、全断面上，是克服剪应力最有效的合理的布束形式，并可达到免费提供预剪力的效果。设计工程师可以通过合理布置纵向预应力钢束，来改善箱梁版权的受力状态；同时建议在边跨箱梁端部将腹板的箍筋适当加密，直径适当放大一些，这些措施对克服腹板的斜向裂缝是十分有效的。（2） 预应力储备由于理论计算模式和计算结果往往与工程实际情况存在差异，加上一些在设计时难以计入的因素，因此在设计过程中，有必要考虑结构各个截面的应力要有一定的安全储备，即对使用荷载作用下截面的正应力和混凝土主拉应力，提供一定的应力储备，以便在设计上带来可靠保证。3、预应力混凝土连续梁桥的设计要重视温度应力计算表明桥面局部升温或降温将会在结构中引起较
29、大的内力变化，虽然这部分内力不是永久的，但却是不可避免的。若考虑不当，温度应力会造成支点附近和跨中断面的裂缝。即使这些细微裂缝不至于影响结构的正常使用，但设计时必须给予重视。除了对这些截面进行必要的应力验算满足规范要求外，有必要采取一些构造措施，如在验算截面附近布置一定数量的非预应力钢筋，使得温度应力分布均匀，控制温度裂缝的产生或发展。另外还得考虑在支点和梁端处的硬板和底板内布置足够的纵向钢筋和箍筋，因为对于箱梁横截面，腹板和底板在温度作用下混凝土容易开裂。 4、重视箱梁结构非预应力钢筋的配置纵向公布钢筋或受力钢筋，特别是箍筋对构件的抗剪、斜截面强度和主拉应力的贡献很大。尤其在采用高强度混凝土
30、情况下，箍筋的套箍作用十分显著。1.3 本章小结预应力混凝土连续梁桥在我国的发展与应用虽然只有20余年历史，但如今在公路、城市道路和铁路建设中广泛采用。目前我国无论在设计、施工、预应力材料和设备上都取得了很大进步和一定成就，然而与国际先进水平仍存在一定差距。今天，我们需要不断地总结经验、吸取教训，在设计理论、设计规范、预应力材料和施工技术上不断完善、不断发展、勇于创新。相信通过大家共同努力，在21世纪一定能将我国预应力混凝土梁桥的设计、施工水平推向更新的高度。第2章 桥梁设计总体概况2.1 设计基本资料2.1.1拟建背景 在南京，有104、205、312、328四条国道和一条国道主干线跨越长江
31、，这种交通压力，光靠轮渡是难以缓解的。为此，1968年12月29日，我国第一座自行勘察设计、施工的南京长江大桥全面建成通车，设计日通行2.5万辆的能力，在我国桥梁建设史上翻开了新的篇章！据1992年观测，南京长江大桥的日均车流量为2.4万余辆，已接近饱和。而1996年已高达5.58万辆，超过设计能力一倍多！南京长江大桥已超负荷运营：公路桥面每年被损面积2 万平方米以上，桥面结构也遭到一定程度的损坏。高峰时，桥上行车速度只有2030公里每小时，并经常发生堵车现象，严重时车被阻至桥下3公里以外，严重影响了南京及周边地区的经济发展和交通联系，也给市内交通造成巨大压力。据预测，到2000年，南京地区每
32、日过江交通量将超过6万辆，2010年将超过11万辆，2020年超过25万辆。显然，仅靠一座大桥是无法承担这样大的交通压力的，必须在南京再建一座大桥，把干线公路的交通压力分流出去，才能减轻南京长江大桥的交通压力，也使市区的交通免受过境车辆的干扰。从经济发展看，在实施“以上海浦东开发开放为龙头，进而推动长江三角洲和长江沿江开发开放和经济发展”的重大战略决策中，南京作为长江下游的中心城市，正处于沿海、沿江开发开放经济带“T ”型交叉的结合部。建设南京长江二桥，疏通和加强大江南北的往来和交流，对提高苏南经济、加快苏北发展有着极其重要的作用，并将使长江下游流域的城市群、产业群以及苏、皖南北纵深腹地更加紧
33、密地联系起来，与上海浦东的开发开放接轨，适应“大市场、大交通、大开放、大调整”的需要，促进区域经济和外向型经济的发展。“沿江成束、跨江成环、南北放射、辐射周边”，这是对南京城市交通系统规划框架的总体描述。而跨江通道问题直接关系到南京的城市交通系统网络能否跨江成环。建设南京长江二桥则是实现此目标的重要步骤。2.1.2 桥位选择2.1.1.1 桥位选择的基本原则 一般说来，大、中桥桥位的选择原则上应服从路线的总方向，路桥综合考虑。一方面从整个路线或路线网的观点上来看，既要力求降低桥梁的建筑和养护费用，也要避免或减少因车辆绕道而增加的运输费用；另一方面，从桥梁本身的经济性和稳定性出发，硬脊梁选择在河
34、道顺直、水流稳定、河面较窄、地质良好、冲刷较小的河段上，以降低造价和养护费用，并防止因冲刷过大而发生桥梁倒塌的危险。此外，一般应尽量避免桥梁与河流斜交，以免增加桥梁长度而提高造价1。2.1.1.2桥位选择具体分析 南京长江二桥的主要作用是沟通绕城公路，在东西向上联系从上海到成都的312国道，南北向联系由北京通往福州的104国道，此外，还有由南京通往南通方向的328国道和通向芜湖方向的205国道，在南京也要经过二桥的转换。南京长江二桥承担着南京主要的过境交通量，并减轻南京长江大桥的交通压力。 八卦洲是一个江中孤岛，进出交通靠汽渡，一旦天气不好，只好困守孤岛，严重地影响八卦洲的经济发展，当地人感叹
35、“宁隔千山，不隔一水”。如果使南京长江二桥在这里通过，则可利用该岛的有利条件，发展旅游、招商投资，解决部分就业问题。同时，可连接八卦洲、钟山风景区以及数条国道及城市主干道，既将各旅游胜地连接起来同时也将过境车辆引向南京长江二桥，避免过境车辆进入市区，缓解南京长江大桥的交通压力。 经多方面考虑，最终决定将南京长江二桥设于长江下游南京河段的八卦洲河道，分为南汊大桥和北汊大桥两座主桥。北汊大桥即位于北汊中段，北起大厂区张营村，南止八卦洲三道湾（图2-1-1）。图2-1-1 南京长江第二大桥北汊大桥桥位示意图2.1.3桥位处基本资料 八卦洲河道河道近于东西走向，桥址处河段为微弯分汊型，平面型态宽窄相间
36、，北汊河道弯曲，桥址处南、北岸均构筑了长江达标防洪堤，堤间距离 1287m，高程约 9.5m（黄海），主河槽宽近 1000m，北高南低，河床标高1.517.68m，深泓偏南，常水位时最大水深13.15m，北汊河道经多年整治、建堤，河势基本稳定。北汊航道为扬子石化等五大家族专用航道，通行3000t船舶。航道宽580600m，中心位于 K14+750，桥轴线与北汊主流、航道正交，两端接线顺适均衡，总体配合良好。2.1.3.1 水文资料 北汊大桥水文计算分析成果如下：设计流量（300年一遇） 设计水位 9.20m；设计流速 1.59ms；一般冲刷 4.36m；局部冲刷 主墩13.70m，过渡墩 12
37、.40m；最大冲刷深度 主墩 18.60m，过渡墩 16.76m建议施工水位 7.0m （频率115）2.1.3.2 气象资料 南京属北亚热带向中亚热带过渡气候区，四季分明，冬冷夏热，温差较大，春季风和日丽，夏季炎热，雨量充沛，秋季秋高气爽，冬季天气晴朗，寒冷干燥。年平均温度为15.7，最高气温43（1934年7月13日），最低气温-16.9（1955年1月6日），最热月平均温度 28.1，最冷月平均温度 -2.1，年平均降雨117天，降雨量1106.5毫米，最大平均湿度 81%；最大风速 19.8m/s；土壤最大冻结深度 -0.09m。夏季主导风向为东南风、东风，冬季主导风向为东北风、东风，
38、桥址处江面以上 28m高，百年一遇 10min平均最大风速34.4ms；地震烈度 7度；无霜期 237天；每年6月下旬到7月中旬为梅雨季节。2.1.3.3 地震及地质资料 经桥址地震危险性分析，桥址使用期50年，超越概率10，基岩地震水平加速度为0.0825g，场地为类场地土。桥址主河槽及两岸漫滩广泛分布第四系覆盖层，其厚度在河槽中约2838m，岩性以粉细砂为主，零星分布淤泥质亚粘土、亚沙土和薄层亚粘土；两岸漫摊分布连续性较差，厚度5m左右，以亚粘土为主，其次为淤泥质亚粘土、亚砂土和细砂。其下分布约lm厚的含卵砾石及砾砂直接覆盖于下伏基岩之上。桥址区下伏基岩属白垩系上统浦口组综红色泥岩、钙质泥
39、岩及粉砂岩，岩石层理发育，相变及尖灭频繁，由于组成岩石的矿物成分和胶结程序不同。岩体物理力学性质差异较大。2.1.4主要技术指标根据交通预测情况分析决定：南京长江二桥北汊大桥按六车道高速公路特大桥设计，具体技术指标如下：（1） 设计行车速度：；（2） 设计荷载：公路级；（3） 设计风速：；（4） 地震基本烈度：度；（5） 船舶撞击荷载：顺水流方向，横水流方向；（6） 通航净空：净宽，净高；（7） 设计最高通航水位：；（8） 设计最低通航水位：（通航保证率）；（9） 设计洪水频率：；（10） 桥梁最大纵坡：不大于主要材料。2.1.5 材料1. 混凝土(1) 主桥 主梁：60号混凝土 桥墩：墩身5
40、0号混凝土 基础：30号混凝土(2) 桥面铺装 桥面铺装表面层采用改性沥青SMA，下面层采用中粒式沥青混凝土2. 钢材(1) 预应力钢绞线应用于主桥主梁纵向合拢钢束，0号块纵向钢束，主梁及横隔板横向钢束。预应力钢束采用j15.20II级松弛钢绞线束，公称面积139m2，标准强度Ryb=1860MP，弹性模量Ey=1.95105MP。(2) 精轧螺纹钢筋 应用于主桥主梁施工阶段纵向预应力，主梁竖向预应力，精轧螺纹钢筋直径32mm，其抗拉标准强度为Ryb750MP，弹性模量Ey=1.95105MP。(3)普通钢筋采用HRB335钢筋。(4)锚具预应力钢绞线采用OVM或同类型的定型锚具，精轧螺纹钢筋
41、采用YGM32型精轧螺纹钢筋锚具及连接器，横向预应力采用BM15-4型扁锚，预应力孔道均采用金属波纹管成孔。3. 其它材料（1）本桥拟采用抗震盆式橡胶支座。（2）伸缩缝伸缩装置采用SG-200板式橡胶伸缩装置。2.2 桥型方案比选及总体布置2.1.1 桥梁总体设计原则 桥梁设计必须遵照“实用、经济、安全和美观”的基本原则。即：桥梁首先必须实用，要有足够的承载能力，能保证行车的畅通、舒适和安全；既满足当前的需要，又考虑今后的发展；在实用、经济和安全的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，比与周围的环境相协调，既满足美观的要求。2.1.1.1 可能的桥型方案及总体布置 在设计中，考虑采用斜拉桥、悬索
42、桥和拱桥三桥型，但因南汊大桥采用斜拉桥的形式，如果北汊大桥采用斜拉桥、悬索桥桥型，则不能突出南汊大桥的雄伟；若采用拱桥，则拱桥对低级的承载能力要求较高，因桥位处地质条件好坏不均，地基难以承受拱桥传来的较大的水平推力，同时以上三种桥型施工难度较大，故以予以舍弃。因此，北汊大桥初步选定采用梁式桥。 桥跨总体布置中，重点考虑下述因素：（1）两岸均已建成长江南京河段达标大堤，为堤防安全，应避开大堤设墩，并留以足够的安全距离，确保施工及运营期大堤安全。（2）北汊航道航迹及其中心位置，尽可能使主桥中心与航道中心一致，并使主桥通航桥孔覆盖航迹范围，主桥不少于两个通航孔，从利于通航和美学考虑，布置了三孔通航孔
43、。（3）尽量减少深水基础，以缩短工期、节省投资。（4）主桥边中跨比大小，既考虑结构合理受力，也考虑方便施工。考虑到一座大跨经PC连续梁或连续刚构在边路近边支点梁段裂缝的经验教训，本桥主桥设计中，适当减小了边孔跨径，降低边、中跨径比，以期尽量减小边跨主拉应力，避免裂缝产生，并有利于施工。（5）桥址下伏基岩埋深不大，岩面平整。（6）漫滩中引桥适当采用稍大的跨径，这一跨径应能跨越两岸江堤，堤内引桥则以经济跨径布设。（8）按照软土路基允许最大填土高度要求，桥头路堤填土高控制在5m以内2。综合考虑上述诸因素，同时考虑到：边跨过长会削弱边跨的刚度，增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，减少预应力筋的数量
44、，而边跨过短，又会导致边跨桥台支座产生负反力，故在设计中，边跨长度常取主跨长度的0.50.8倍（引于范立础主编桥梁工程北京：人民交通出版社，2001.7 第78页）。主桥拟定了和两种跨径组合的预应力变截面连续箱梁和连续刚构方案进行了同深度的技术经济比较。结果认为，主孔165m的布孔方案已基本覆盖了航迹范围，满足通航及防洪要求，且大跨径预应力混凝土连续箱梁结构整体性能良好，刚度大，变形小，行车舒适，断面抗扭刚度大，抗震性能好，主墩刚度相对较大，抵抗航舶撞击能力较强，全桥型线简洁大方，施工难度不大，养护维修方便，造价适度，故北汊主桥最终采用的五跨预应力混凝土连续箱梁方案。最终北汊大桥桥跨总体布设方案为：主桥 变截面预应力混凝土连续箱梁桥；北引桥等截面预应力混凝土连续箱梁桥；