畢業(yè)設(shè)計(jì)橋型選擇

1、橋式方案比選目的與意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，人們對(duì)橋梁的實(shí)用、安全、經(jīng) 濟(jì)、美觀(guān)以及環(huán)保都提出了更高的要求。根據(jù)建設(shè)單位的不同側(cè)重點(diǎn)則可能有多 種不同設(shè)計(jì)方案。因此，我們必須通過(guò)各方面權(quán)衡的綜合比較分析才可能得到最 科學(xué)最合理的設(shè)計(jì)方案。基本內(nèi)容和方法（1）首先根據(jù)其地質(zhì)情況及周?chē)h(huán)境選擇可以發(fā)揮承載能力的橋型和橋孔 布置，要滿(mǎn)足漢鄂高速線(xiàn)路的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性的需求。符合安全性 和適用性要求。（2）應(yīng)與其和諧協(xié)調(diào)建設(shè)，既要發(fā)揮交通功能，也要講究景觀(guān)效應(yīng)。同時(shí)結(jié) 合地區(qū)的條件，合理選擇橋梁的造型，讓橋梁的結(jié)構(gòu)與周?chē)h(huán)境和諧統(tǒng)一。符合 美學(xué)要求。（3）橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性也

2、是必須考慮的因素，既要滿(mǎn)足美觀(guān)實(shí)用也要滿(mǎn)足預(yù) 算要求，盡量做到施工方便經(jīng)濟(jì)。（4）要滿(mǎn)足建設(shè)單位的要求前提下來(lái)在經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀(guān)間取得最適合的權(quán) 衡，同時(shí)不能偏廢任何一方面。在西江橋的設(shè)計(jì)中，針對(duì)其主要功能以及橋梁的實(shí)用性，選定四種備選橋型：方案一：斜拉橋；方案二：混凝土拱橋；方案三：剛架橋；方案四：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。橋梁的橋型是根據(jù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全的原則來(lái)篩選的，根據(jù)公路等級(jí)、通航要求、 地質(zhì)條件、施工技術(shù)選擇2-4個(gè)橋型方案，擬定各方案的尺寸、上部結(jié)構(gòu)和下部 結(jié)構(gòu)，根據(jù)擬定的尺寸估算混凝土和鋼筋的用量，方便之后的比選，根據(jù)橋梁比 選原則，適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀(guān)最終選擇一個(gè)方案。根據(jù)所給

3、地質(zhì)條件分析及施工技術(shù)的要求，選擇連續(xù)鋼構(gòu)形式、拱橋及斜拉 橋三種設(shè)計(jì)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，并進(jìn)行設(shè)計(jì)的比選。2.1斜拉橋1）斜拉橋的主要特點(diǎn)：斜拉橋是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受 拉的索和承彎的梁體組合起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨 彈性支承連續(xù)梁。其可使梁體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié) 省了材料。斜拉橋由索塔主梁、斜拉索組成。斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、 獨(dú)柱，材料有鋼和混凝土的。斜拉索布置有單索面、平行雙索面、斜索面等。如 武漢長(zhǎng)江二橋、白沙洲大橋均為鋼筋混凝土雙塔雙索面斜拉橋。現(xiàn)代斜拉橋可以

4、 追溯到1956年瑞典建成的斯特倫松德橋，主跨182. 6米。歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)，斜 拉橋技術(shù)得到空前發(fā)展，世界上已建成的主跨在200米以上的斜拉橋有200余 座，其中跨徑大于400米的有40余座。尤其20世紀(jì)90年代后，世界上建成的 著名斜拉橋有：法國(guó)諾曼底斜拉橋，南京長(zhǎng)江二橋南汊橋鋼箱梁斜拉橋，以及 1999年日本建成的世界最大跨度的多多羅大橋。與其他體系的大跨度橋梁比較，混凝土斜拉橋優(yōu)點(diǎn)：可使梁體內(nèi)彎矩減小， 降低建筑高度，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料，橋梁跨度較大，橋梁基礎(chǔ)較少、 有利于跨越很寬的障礙物，橋梁造型美觀(guān)。一般說(shuō)，斜拉橋跨徑3001000m是 合適的，在這一跨徑范圍，斜拉橋與懸索橋

5、相比，斜拉橋有較明顯優(yōu)勢(shì)。其缺點(diǎn) 在于它是多次超靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜，施工中高空作業(yè)較多，且施工控制等 技術(shù)要求嚴(yán)格。且它屬于柔性結(jié)構(gòu)，變形較大，后期維護(hù)工作量大，造價(jià)高。2）斜拉橋施工：斜拉橋施工分為主梁施工、索塔施工和拉鎖施工。主梁施工又有兩種方法：一種是懸臂拼裝法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是鋼主梁和索 塔可以同時(shí)在不同是場(chǎng)地進(jìn)行施工，具有施工快捷和方便的特點(diǎn)；二是懸臂澆注 法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)的整體性好，其不足之處在于整個(gè)施工過(guò)程中必須嚴(yán) 格控制掛藍(lán)的變形和混凝土的收縮、徐變的影響，相當(dāng)于懸臂拼裝法而言其施工 周期較長(zhǎng)。因此我們選擇用懸臂拼裝法施工。3）橋跨：西江橋依據(jù)其地形資料大概可以擬定

6、其主梁橋跨約為350米，橋梁全長(zhǎng)450 米。2.2混凝土拱橋1）拱橋的主要特點(diǎn)拱橋是在豎直平面內(nèi)以拱作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。拱橋是向上凸 起的曲面，其最大主應(yīng)力沿拱橋曲面作用，沿拱橋垂直方向的最小主應(yīng)力為零。拱橋的主要優(yōu)點(diǎn)是：跨越能力強(qiáng)，能充分的就地取材，與混凝土梁式橋相比， 可以節(jié)省大量的鋼材和水泥；耐久性能好，維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少；且其外形美觀(guān)。拱橋的主要缺點(diǎn)是：一般拱橋上部結(jié)構(gòu)的紫紅比較大，且存在水平推力，下 部結(jié)構(gòu)工程量增加，地質(zhì)要求條件高，施工工序較多，建橋時(shí)間也較長(zhǎng)，一般情 況下未能采用高度機(jī)械化和工業(yè)化的建造方法，輔助設(shè)備和勞動(dòng)力用量較多；在 連續(xù)多跨的大、中型結(jié)構(gòu)中，為防止一

7、跨破壞而影響全橋安全，需采取較復(fù)雜的 結(jié)構(gòu)措施，或應(yīng)設(shè)置抵抗單向水平推力的橋墩，增加了造價(jià)，而在滿(mǎn)足橋下凈空 是，上承式拱的曲線(xiàn)地面將增加橋面高程，考慮到胡傘橋是為連接高速公路路線(xiàn) 的橋梁，其接線(xiàn)工程量的增加貨橋面縱坡又會(huì)造成不利。3）橋跨：西江橋依據(jù)其地形資料大概可以擬定其主跨約為350米。2.3.剛架橋1）剛架橋的主要特點(diǎn)：上其部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)連成整體的框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)基礎(chǔ)連結(jié)條件不同，分 為有鉸與無(wú)鉸兩種。這種結(jié)構(gòu)是超靜定體系，在垂直荷載作用下，框架底部除了 產(chǎn)生豎向反力外，還產(chǎn)生力矩和水平反力。常見(jiàn)的剛架橋有門(mén)式剛架橋和斜腿剛 架橋等。剛架橋在豎向荷載作用下，梁部主要受灣，而在柱腳處也具

8、有水平反 力，其受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間。剛架橋跨中的建筑高度就可以做得 較小。當(dāng)遇到線(xiàn)路立體交叉或許要跨越通航江河時(shí)，采用這種橋型能盡量 降低線(xiàn)路高程，以改善縱坡并能減少路堤土方量。但是普通鋼筋混凝土修 建的剛架橋施工比較困難，梁柱剛接處較易裂縫。門(mén)式剛架橋，其腿和梁垂直相交呈門(mén)架形。腿所受的彎矩將隨腿和梁的剛度 比率的提高而增大。用鋼或鋼筋混凝土制造的門(mén)架橋，多用于跨線(xiàn)橋。至于T形 剛構(gòu)橋（特點(diǎn)是在跨中有鉸），及將腿做成V形兩撐桿與梁剛性相連的連續(xù)梁橋， 其外形均與多跨的門(mén)架橋相近，但內(nèi)力分布規(guī)律則不同。門(mén)架橋可分：?jiǎn)慰玳T(mén) 架橋。用鋼制造時(shí)，腿腳常設(shè)鉸,形成兩鉸門(mén)架。用鋼筋混凝土制造時(shí),

9、腿腳可設(shè)鉸； 也可和基礎(chǔ)固結(jié),形成固端單跨門(mén)架橋,主要用于地質(zhì)良好處。雙懸臂單跨門(mén)架 橋。將梁的兩端懸伸全門(mén)腿之外，在懸伸端加平衡重或在懸伸端和腿腳間設(shè)置預(yù) 應(yīng)力拉桿，可使梁的支承截面產(chǎn)生較大的負(fù)彎矩，以降低梁的跨中正彎矩，相應(yīng) 地降低梁高，有利于修建跨線(xiàn)橋。多跨門(mén)架橋。多用于跨度不大的跨線(xiàn)橋。 三跨兩腿門(mén)架橋。這種橋在兩端設(shè)橋臺(tái)，采用預(yù)應(yīng)力混凝土?xí)r，可將跨度做得較 大。例如，美國(guó)1981年在休斯敦航道上修建的公路橋,分跨為114.3+228.7+114.3 米。斜腿剛架橋，剛架腿是斜置的，兩腿和梁中部的軸線(xiàn)大致呈拱形，這樣，腿 和梁所受的彎矩比同跨度的門(mén)式剛架顯著減小，而軸向壓力有所增加。同

10、上承式 拱相比，這種橋不需要拱上結(jié)構(gòu)，構(gòu)件數(shù)目較少；當(dāng)橋面較窄（如單線(xiàn)鐵路橋） 而跨度較大時(shí)，可將其斜腿在橋的橫向放坡，以保證橋的橫向穩(wěn)定。著名的預(yù)應(yīng) 力混凝土斜腿剛架橋有：聯(lián)邦德國(guó)霍雷姆鐵路橋（1953年，腿鉸跨度85.5米）， 中國(guó)邯（鄲）長(zhǎng)（治）鐵路濁漳河橋（1981年，腳鉸跨度82.0米），法國(guó)圣米歇爾公路 橋（1957年，按墩的中心距計(jì)的分跨為1x60+5x65.2米）等。著名的鋼斜腿剛 架橋有：盧森堡阿爾澤特公路橋（1965年，腳鉸跨度234.1米），南斯拉夫內(nèi)雷 特瓦鐵路橋（1966 年,100米），法國(guó)馬蒂格公路橋（1972年，210米），意大利斯 法拉沙（Sfalasha）公

11、路橋（1972年，376米），及中國(guó)安康漢江鐵路橋（1982 年,176 米）等。其主要缺點(diǎn)在于適用范圍較窄，對(duì)土質(zhì)要求比較高。2）橋跨。如采用這里考慮用一座斜腿剛架橋架設(shè)。2.3.4預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋(1)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要特點(diǎn)主梁是連續(xù)支承在幾個(gè)橋墩上。在荷載作用時(shí)，主梁的不同截面上有的有 正彎矩，有的有負(fù)彎矩，而彎矩的絕對(duì)值均較同跨徑橋的簡(jiǎn)支梁小。這樣，可節(jié) 省主梁材料用量。連續(xù)梁橋通常是將35孔做成一聯(lián)，在一聯(lián)內(nèi)沒(méi)有橋面接縫， 行車(chē)較為順適。連續(xù)梁橋施工時(shí)，可以先將主梁逐孔架設(shè)成簡(jiǎn)支梁然后互相連接 成為連續(xù)梁。或者從墩臺(tái)上逐段懸伸加長(zhǎng)最后連接成為連續(xù)梁。連續(xù)梁橋主梁內(nèi) 有正彎

12、矩和負(fù)彎矩，構(gòu)造比較復(fù)雜。此外，連續(xù)梁橋的主梁是超靜定結(jié)構(gòu)，墩臺(tái) 的不均勻沉降會(huì)引起梁體各孔內(nèi)力發(fā)生變化。因此，連續(xù)梁一般用于地基條件較 好、跨徑較大的橋梁上。1966年建成的美國(guó)亞斯托利亞橋，是目前跨徑最大的 鋼桁架連續(xù)梁橋，它的跨徑為376米。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋造價(jià)低且養(yǎng)護(hù)工程量?。皇┕げ捎脩冶凼┕し?、頂 推法、逐跨施工法，可充分應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)使施工設(shè)備機(jī)械化，生產(chǎn)工廠(chǎng) 化，從而提高了施工質(zhì)量，降低了施工費(fèi)用、施工難度小，工期也相對(duì)縮短。但 也存在著景觀(guān)性差、橋墩較多影響行洪。所以其一般用于小跨度橋梁，景觀(guān)要求 低的橋梁，同一項(xiàng)目橋梁較多的工程，地質(zhì)情況復(fù)雜多變的地區(qū)。連續(xù)梁是一種外部超靜定結(jié)構(gòu)，相比于簡(jiǎn)支梁橋和懸臂梁橋，其具有結(jié)構(gòu) 剛度大、橋面變形小、動(dòng)力性能好、變形曲線(xiàn)平順、有利于高速行車(chē)等突出優(yōu)點(diǎn)。方案比選。通過(guò)比較橋型選擇預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。原因主要考慮以下幾點(diǎn)：從適用性和安全性上來(lái)看，4種方案對(duì)比，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋使用較 更普遍，施工難度較小，且西江橋所在地質(zhì)條件及其它環(huán)境條件都能夠滿(mǎn) 足其建設(shè)要求，其橋面變形小、動(dòng)力性能好。從美觀(guān)性上來(lái)看,4種方案中斜拉橋比較美觀(guān)，但是設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜，且此僅 為次線(xiàn)上眾多高速公路橋梁之一,不適宜采用這種施工中高空作業(yè)較多， 且