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1、第二章 桥式方案比选2.1概述随着桥梁理论的不断成熟，在桥梁设计中要求桥的适用性强、舒适安全、建桥费用经济、科技含量高。对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方。由此，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会作出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出完美的设计方案。在方案比较中主要任务：一是拟定桥梁图式，二是编制方案，三是技术经济比较和最优方案的选定。编制设计方案,通常是从桥梁分孔和拟定桥粱图式开始。对一般的大跨度桥梁，依据以往的设计经验，主跨与边跨的比值有一个范围，再由此选定可能实现的桥型图式。编制方案中，主要指标包括：主要材料(普通钢筋、预应力钢筋、砼
2、)用量、劳动力数量、全桥总造价(分上、下部结构列出)、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以便相互比较，科学的从中选定最佳方案。在编制方案中要拟定结构主要尺寸，并计算主要工程量。有了工程量，采取相应的材料和劳动力定额以扩大单价，就可以确定全桥造价。设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的有缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。但当技术因素或是使用性质候特殊要求时就另当别论，注重考虑设计的侧重点。技术高，造价必然会高，个个因素是相互制约的。所以在比较时必
3、须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件，找出所面临的问题的关键所在，分清主次。在对本桥的设计中，该桥的主要功能是跨越外环线，增加道路通行能力，此外该桥还将跨越外环河以及大沽排污河，针对其主要功能以及桥梁的实用性，将主要对跨越外环线进行方案斟酌，选定三种桥式分别是：l 预应力混凝土连续梁桥l 预应力混凝土刚构桥l 斜拉桥2.2 各种设计桥式特点方案1 预应力混凝土连续梁桥一、 桥型优势：在40200m的跨径范围内，与其它结构体系比较，常成为最佳的桥型方案；预应力砼充分发挥了高强材料的特性，具有可靠强度、刚度以及抗裂性能；结构在车辆运营中噪音小，维修工作量小；其施工方法已达到相当先进的水平，工
4、期短效益明显；伸缩缝少，行车舒适，满足高速行车的要求；再用滑动支座时，连续长度可增大；温度、砼收缩徐变产生的附加内力较小，且全桥有较好的抗震性能；连续梁内力的分布较合理，其刚度搭，对活载产生的动力影响较小；混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的，连续梁超载时有可能发生内力重分布，提高梁部结构的承载力；此外除动墩外，连续梁的桥墩及基础尺寸都可以做得小些。二、 有关资料查阅有关连续梁的资料，其边主跨的比值在0.60.7之间，较其它两种桥式比值要大，支点梁高与跨中梁高比值要小，在2.0左右。表1 国内预应力连续梁桥资料桥名跨径组合边主跨比梁高H中H中/LH支H支/ H中珠江三桥80110800.732.
5、71 /40.75.52.04常德大桥84.7312084.70.731/306.82.27沙洋汉大桥62.46111+62.40.562.51/44.462.4华北大桥70+100+700.73.31/30.361.82松花江大桥59+790+590.6631/305.41.8三、 尺寸拟定在预应力混凝土连续梁桥的设计中分跨、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方案设计中的关键所在。通过以上资料对比，当主桥采用多跨连续梁时，中间部分采用等跨布置，边跨跨径约为中跨跨径的0.650.7倍。当边跨采用主跨径的0.5倍或更小时，则在桥台上要设置拉力支座。底板厚度约为梁高1/101/12。跨中底板内
6、需要配置一定数量的钢索和钢筋，跨中底板厚度一般在2025cm。腹板应考虑最小厚度，若腹板内有预应力管道布置时，可采用2530cm。腹板在支点处的最大厚度约为3060cm . 1、 上部结构（1）孔径布置 此跨设置为预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为35m+360m+35m，边中跨比值为0.66，纵坡3.8%，总长250m。（2）顺桥尺寸 跨中梁高为1.5m，支点梁高3.0m，为主跨的1/17，梁底按二次抛物线变化。（3）横断面尺寸截面纵向为变截面，桥面宽13m,采用双幅单箱室。顶板厚20cm ,取全桥一致，支点处底板厚30cm，跨中厚为20cm，以方便布置预应力钢筋。纵向上，梁底按二次抛物线变化
7、，腹板在距支点四分之一跨度处以4m阶段直线变化。顶部承托采用1：2的比例，高度分别为15cm30cm；底部采用1：1的比例,高度分别为15cm15cm。桥面设1.5的单向横坡。 图1 连续梁桥支点处截面 单位：cm 图2 连续梁桥跨中截面 单位：cm（4）人行道板形式采用搁置式，如图：2、 下部结构主桥桥面标高较高，采用矩形截面空心墩，墩较高，为柔性墩，柔性墩有足够的柔度，在减小水平力的作用时很有效。其它桥墩均为空心墩。基础工程采用桩基型式，桩基施工虽采用较复杂的机具，但可节约不少材料和开挖基坑的土方量，施工过程中也不会遇到像深基坑那样的防水、防漏和防土等复杂问题；此外，它还具有承载力高，沉降
8、量小，且均匀，能承受较大的垂直和水平荷载等特点。在桥梁基础中，桩基是一种常用的型式。本基础采用柱桩。四、 施工方案挂蓝悬臂浇注的施工方法，为保证施工过程中结构的稳定可靠，采用0号块梁段与桥墩临时固结。其具体措施是将0号块梁段临时支撑在扇形或门式托架的二侧。第一步：首先从B、C墩临开始对称悬臂施工。第二步：两边跨合拢，释放B、C墩临时固结措施，形成单悬臂梁。第三步：合拢中跨。图3 悬臂施工示意图 五、工程数量工程数量是技术经济指标之一，它很直观的反映了一座桥梁建造的水平。目前我国以每平方米桥面的三材（混凝土，预应力钢筋，普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁技术经济指标。混凝土标
9、号C50，墩身为C25，1275的低松弛钢绞线，级普通钢筋预应力钢筋 65.7kg/非预应力钢筋 89.5 kg/混凝土 0.846 m3/ 表2 工 程 数 量 表 材 料预应力钢筋普通钢筋混凝土规 格12-75钢绞线级钢筋C50C25单 位ttM3M3上部结构213.525290.8752749.5下部结构928.4方案2 预应力混凝土简支T形梁桥一、 桥型优势：桥型新颖简洁轻巧，外形美观，桥净空大，桥下视野开阔； 二、 有关资料表3 国内部分预应力简支T梁桥资料桥名跨径组合边主跨比梁高板厚跨中根部数值(m)与中跨比数值(m)与跨中比顶板(cm)底板(cm)腹板(cm)三、 尺寸拟定1、上
10、部结构（1）孔径布置设置其为8跨预应力简支梁桥，桥孔布置为30+40+40+50+60+50+40+40+30。（2）纵桥向梁的尺寸 梁高采用等截面形式 （3）横截面尺寸 图4 T梁桥支点处横截面图 单位：cm桥面设1.5的单向横坡。 2、下部结构四、 施工方案按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋波纹管和夹片锚具。五、 工程数量工程数量是技术经济指标之一，它很直观的反映了一座桥梁建造的水平。目前我国以每平方米桥面的三材（混凝土，预应力钢筋，普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁技术经济指标。混凝土标号50，墩身为C25，1275的低松弛钢绞线，级普通钢
11、筋预应力钢筋 65.7kg/非预应力钢筋 89.5 kg/混凝土 0.846 m3/表2-4 材料用表项目预应力钢筋普通钢筋混凝土规格1275钢绞线级钢筋C50C25单位ttm3m3上部结构333.099453.7654289.22下部结构1715.73方案3 斜拉桥一、桥型优势主梁增加了中间的斜索支承，弯矩显著减小，与其他体系的大跨度桥梁比较，混凝土斜拉桥的钢材和混凝土用量均较节省；借斜索的预压力可以调整主梁的内力，使之分布均匀合理，获得经济效果，并且能将主梁做成等截面，便于制造和安装；斜索的水平分力相当于对混凝土梁施加的预压力，借以提高梁的抗裂性能，并充分发挥了高强材料的特性；结构轻巧，适
12、用性强。利用梁、索、塔三者的组合变化成不同体系，可适用不同的地形和地质条件；建筑高度小，主梁高度一般为跨度的1/401/100，能充分满足桥下净空和美观要求，并能降低引道填土高度；竖向刚度及抗扭刚度均较强，抗风稳定性要好的多，用钢量较小以及钢索的锚固装置较简单；便于悬臂法施工和架设，施工安全可靠。二、 有关资料表5 国内部分斜拉桥资料桥名跨度体系梁截面桥宽梁高索面索距塔高辽宁长兴岛83.2+176+83.2支座支承单箱三室101.75双640济南黄河104+220+104悬浮双三角箱19.52.25双853.8上海泖港85+200+85刚构挂梁分离双室122.2双6.544天津永和125+26
13、0+125悬浮双三角箱14.52双11.850.5长沙湘江北105+210+105刚构单箱三室30.13.4单852.7武汉长江二180+440+180支座支承双梯形箱29.23双890重庆长江二169+444+169悬浮双主肋242.5双9110三、 尺寸拟订对主梁支承于塔墩上的支承体系，为承受支承截面较大负弯矩，在局部区段可加大梁高或加厚下翼缘厚度。主梁高度要大于等于横梁高度，横梁高度取决于横梁的跨度。从横向风力稳定性角度考虑，桥宽与梁高之比宜大于8，最低限度不宜大于6。混凝土主梁索间距取为610m, 多数取8m。拉索布置为扇形，为此要拟订拉索锚于塔上的间距。根据主梁的受力要求或为了减小索
14、面积，拉索的竖直分力越大越好，因此应尽量减小拉索在上的间距，一般取为1.62.2m，它决定于拉索锚头布置及张拉空间的要求。1、上部结构（1） 桥孔径布置主跨为单塔对称双跨，可以节省一个塔和基础，缩短斜拉索总长，可取的较好的经济效益。跨度为160+160。（2） 顺桥向尺寸梁高为1.6m，为主跨的1/35，为等高粱。（3） 横桥向尺寸截面纵向为等截面，桥面宽13m，采用单箱四室截面形式。本桥为塔梁固结体系。这种结构存在的主要缺点是上部结构重量和活载力都需由支座传给桥墩，需要设置很大吨位的支座，造价较高。（4）横截面图图5 斜拉桥横截面图2、 下部结构桥台为钢筋混凝土重力式U型桥台，基础为柱桩基础
15、。五、 施工方案利用悬臂拼装法。六、 工程数量混凝土标号C50，预应力钢筋1275 桥面混凝土 1m3/预应力钢筋 65.7kg/普通钢筋 107.8 kg/表2-6 材料用表材 料预应力钢筋普通钢筋混凝土规格1275钢绞线级钢筋C50C25单位ttm3m3上部结构273.31448.454160下部结构50.4684970.73方案比选桥型定为预应力混凝土连续梁桥： 表7 方案比选表方案一二三桥型名称预应力混凝土连续梁预应力混凝土简支T形桥斜拉桥1跨径布置（m）35+360+3530+40+40+50+60+50+40+40+30160+1602通航净空（m）6663纵向坡度3.81.53.
16、754截面形式两个单箱双室箱形截面T形截面单箱四室箱形截面5跨中梁高（m）1.51.51.66支点梁高（m）331.67技术要求工艺要求较严格，需要的施工设备少，技术先进，占用施工场地少，施工中利用临时墩，有体系转换施工技术易，但工艺复杂，所需设备较少高度机械化，需一整套机械动力设备，施工速度快，占用场地少。8上部结构施工方法悬臂浇注法悬臂浇注法悬臂拼装法9使用功能属超静定结构，有可靠的强度、刚度、及抗裂性能，伸缩缝小，行车舒适，易养护结构耐久性,桥梁裂缝.，受力性能好， 造型新颖美观，为提高抗风稳定性，要采取复杂的措施10工程量钢绞线： 213.525t 普通钢筋：290.88t 砼： 3677.9m3钢绞线：333.099t 普通钢筋：453.765t 砼：6004.95 m3钢绞线：323.77t 普通钢筋：532.45t 砼：5130.73m3通过仔细比较，本设计最终确定选择预应力混凝土T梁桥方案。