各種橋型結(jié)構(gòu)類型橋梁對比

PAGE第PAGE３２頁橋式方案比選在方案比較中主要有以下三項任務(wù)：一是擬定橋梁圖式，二是編制方案，三是技術(shù)經(jīng)濟比較和最優(yōu)方案的選定。編制設(shè)計方案,通常是從橋梁分孔和擬定橋粱圖式開始。對一般跨度的橋梁，依據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗，主跨與邊跨的比值有一個范圍，再由此選定可能實現(xiàn)的橋型圖式，鼓勵新式橋式的大膽采用。一般選幾個(通常2~4個)構(gòu)思好、各具優(yōu)點、但一時還難以斷定孰優(yōu)孰差的圖式,作為進一步詳細研究而進行比較的方案。對每一圖式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例畫在同樣大小的橋址斷面圖上。編制方案中，主要指標包括：主要材料(普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、砼)用量、勞動力數(shù)量、全橋總造價(分上、下部結(jié)構(gòu)列出)、工期、養(yǎng)護費用、運營條件、有無困難工程、特種機具。其目的在于為每個橋式提供全面的技術(shù)經(jīng)濟指標，以便相互比較，科學的從中選定最佳方案。在編制方案中要擬定結(jié)構(gòu)主要尺寸，并計算主要工程量。有了工程量，采取相應(yīng)的材料和勞動力定額以擴大單價，就可以確定全橋造價。并且在每個方案中繪制出河床斷面及地質(zhì)分層的立面圖和橫斷面圖。設(shè)計方案的評價和比較要全面考慮上述各項指標，綜合分析每一方案的有缺點，最后選定一個最佳的推薦方案。按橋梁的設(shè)計原則、造價低、材料省、勞動力少和橋型美觀的應(yīng)是優(yōu)秀方案。但當技術(shù)因素或是使用性質(zhì)候特殊要求時就另當別論，注重考慮設(shè)計的側(cè)重點。技術(shù)高，造價必然會高，個個因素是相互制約的。所以在比較時必須從任務(wù)書提出的要求以及地形資料和施工條件，找出所面臨的問題的關(guān)鍵所在，分清主次。在方案比較中，除了繪制方案比較圖外，還應(yīng)編寫方案比較說明書。其中應(yīng)闡明編制方案的主要原則，擬定方案的理由，方案比較的綜合評述，對于推薦方案的詳細說明等。有關(guān)擬定結(jié)構(gòu)主要尺寸所作的各種計算資料，以及為估算三材指標和造價等所依據(jù)的文件名稱，均以附件的形式載入。在對本橋的設(shè)計中，選定三種橋式名分別是：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋雙肢薄壁剛構(gòu)橋斜拉橋2.2各種設(shè)計橋式特點2.2.1預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋構(gòu)思宗旨：1、在40～200m的跨徑范圍內(nèi)，與其它結(jié)構(gòu)體系比較，常成為最佳的橋型方案。2、預(yù)應(yīng)力砼充分發(fā)揮了高強材料的特性，具有可靠強度、剛度以及抗裂性能。3、結(jié)構(gòu)在車輛運營中噪音小，維修工作量小。4、其施工方法已達到相當先進的水平，工期短效益明顯。5、伸縮縫少，行車舒適，滿足高速行車的要求。再用滑動支座時，連續(xù)長度可增大。溫度、砼收縮徐變產(chǎn)生的附加內(nèi)力較小。且全橋有較好的抗震性能。6、連續(xù)梁內(nèi)力的分布較合理，其剛度搭，對活載產(chǎn)生的動力影響較小。混凝土收縮徐變引起的變形也是最小的。連續(xù)梁超載時有可能發(fā)生內(nèi)力重分布，提高梁部結(jié)構(gòu)的承載力。7、除動墩外，連續(xù)梁的橋墩及基礎(chǔ)尺寸都可以做得小些。成橋經(jīng)驗資料連續(xù)梁的邊主跨的比值在0.6～0.7之間，較其它兩種橋式比值要大，支點梁高與跨中梁高比值要小，在2.0左右。表2—1國國內(nèi)預(yù)應(yīng)力連連續(xù)梁橋分析析表橋名跨組合徑邊主跨比梁高H中H中/LH支H支/H中珠江三橋80＋110＋8800.732.71/40.75.52.04沙洋漢大橋62.4＋6×1111+622.40.562.51/44.462.4華北大橋70+100+7700.73.31/30.361.82松花江大橋59+7×90++590.6631月30日5.41.8尺寸擬定在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計中分跨、主梁高度、橫截面形式和主要尺寸的擬定是方案設(shè)計中的關(guān)鍵所在。通過以上資料對比，當主橋采用多跨簡支連續(xù)梁時，采用等跨布置。當跨徑超過60m時，易采用變高梁高度梁，主梁高度根據(jù)統(tǒng)計資料：變高度梁跨中截面h1=（1/30~1/50）L，變高度支點截面h2=（1/16~1/25）L，h1/h2=2.0~3.0箱型截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)承受正負彎矩的主要工作部位，箱梁底板厚度隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚直至墩頂，以適應(yīng)受壓要求。底板厚度約為梁高1/10~1/12?？缰械装鍍?nèi)需要配置一定數(shù)量的鋼索和鋼筋，跨中底板厚度一般在20~25cm。腹板應(yīng)考慮最小厚度，若腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力管道布置時，可采用25~30cm。腹板在支點處的最大厚度約為30~60cm.上部結(jié)構(gòu)（1）孔徑布置此橋是一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，它由主橋和引組成，跨徑組合為70m+112m+70m，邊中跨比值為0.63，橋下為三級通航，縱坡1%，橋總長252m。（2）順橋尺寸跨中梁高為3.0m，支點梁高6.0m，為主跨的1/20，梁底按二次拋物線變化。（3）橫橋向的尺寸截面縱向為變截面，橋面寬25m,采用雙幅單箱室。頂板厚30cm,取全橋一致，支點處底板厚60cm，跨中厚為30cm，以方便布置預(yù)應(yīng)力鋼筋?？v向上，梁底按二次拋物線變化，腹板在距支點四分之一跨度處以4m階段直線變化。頂部承托采用1：2的比例，高度分別為30cm×60cm；底部采用1：1的比例,高度分別為30cm×30cm。橋面設(shè)20％的單向橫坡。圖2-1連續(xù)梁橋支點處截面單位：cm圖2-2連續(xù)梁橋跨中截面單位：cm（4人行道板其形式采用擱置式具體尺寸見下圖：下部結(jié)構(gòu)主橋橋面標高高，采用矩形截面空心墩，墩較高，為柔性墩，柔性墩有足夠的柔度，在減小水平力的作用時很有效。其它橋墩均為空心墩。基礎(chǔ)工程采用樁基型式，樁基施工雖采用比較復(fù)雜的機具，但可節(jié)約不少材料和開挖基坑的土方量，施工過程中也不會遇到像深基坑那樣的防水、防漏和防土等復(fù)雜問題；此外，它還具有承載力高，沉降量小，且均勻，能承受較大的垂直和水平荷載等特點。在橋梁基礎(chǔ)中，樁基是一種常用的型式。本基礎(chǔ)采用柱樁。施工方案連續(xù)梁最成熟的施工方法是掛藍懸臂澆注的施工方法，為保證施工過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠，采用0號塊梁段與橋墩臨時固結(jié)。其具體措施是將0號塊梁段臨時支撐在扇形或門式托架的二側(cè)。第一步：首先從B、C墩臨開始對稱懸臂施工。第二步：兩邊跨合攏，釋放B、C墩臨時固結(jié)措施，形成單懸臂梁。第三步：合攏中跨。圖2—3懸臂施工示意圖施工流程如下：拼裝模板，施工主主墩搭設(shè)墩旁托架施工工0#架設(shè)掛藍，安裝箱箱梁底模板，安安裝鋼筋，預(yù)預(yù)留張拉管道道稱懸臂澆注注，養(yǎng)生拆模模后張拉預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼筋合攏邊跨合攏中跨五、工程數(shù)量工程數(shù)量是技術(shù)經(jīng)濟指標之一，它很直觀的反映了一座橋梁建造的水平。目前我國以每平方米橋面的三材（混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼筋，普通鋼筋）用量與每平方米橋面造價來表示預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁技術(shù)經(jīng)濟指標?；炷翗颂朇50，墩身為C25，12－7φ5的低松弛鋼絞線，Ⅱ級普通鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋65.7kg/㎡非預(yù)應(yīng)力鋼筋89.5kg/㎡混凝土0.846m3/㎡表2—2工程數(shù)量表材料預(yù)應(yīng)力鋼筋普通鋼筋混凝土規(guī)格12-7φ5鋼絞絞線Ⅱ級鋼筋C50C25單位ttM3M3上部結(jié)構(gòu)453.33617.555837.4下部結(jié)構(gòu)3713.72.2.2預(yù)應(yīng)力混凝土雙肢薄壁剛構(gòu)橋連續(xù)剛構(gòu)是墩梁固結(jié)的連續(xù)結(jié)構(gòu)，它利用高墩的柔度來適應(yīng)結(jié)構(gòu)由預(yù)應(yīng)力、砼收縮、徐變和溫度變化引起的位移，是一種很有競爭潛力的橋型。構(gòu)思宗旨：沿用橋位舊址處雙肢薄壁鐵路橋，橋型新穎簡潔輕巧，外形美觀，橋凈空大，橋下視野開闊。柔性雙薄墩減小了主梁支墩凈距，能有效消減墩頂彎矩峰值。梁高小，跨度大，帶有橫梁的雙肢薄壁墩具有一定的聯(lián)合剛度，要承受較大彎矩，而各壁板內(nèi)彎矩并不大。因墩與上部結(jié)構(gòu)固結(jié)，在大跨度連續(xù)結(jié)構(gòu)中減少了安裝大型支座和養(yǎng)護上的麻煩，減少了橋墩及基礎(chǔ)工程的材料用量，適用于較高橋墩。施工體系轉(zhuǎn)換方便，伸縮縫少，行車舒服。順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度大，受力性能好。順橋向抗推剛度小，對溫度、砼收縮徐變及地震影響均有利。由于無支座，省掉了施工中體系轉(zhuǎn)換和墩上的臨時固結(jié)措施。此橋型可進一步增大跨徑，上部結(jié)構(gòu)不斷輕型化且連續(xù)長度可增長，由此可進一步簡化預(yù)應(yīng)力索類型。成橋經(jīng)驗資料表由以下統(tǒng)計質(zhì)料可以總結(jié)如下規(guī)律：連續(xù)剛構(gòu)的邊主跨徑比在0.5～0.6之間，支點梁高為跨中梁高的3倍左右，頂板厚在25cm左右，腹板和底板是沿全橋變化底，腹板跨中為40cm左右，支點處為60~100cm之間。表2—3國內(nèi)部分連續(xù)剛構(gòu)橋分析表橋名跨徑組合邊主跨比梁高板厚跨中根部數(shù)值(m)與中跨比數(shù)值(m)與跨中比頂板(cm)底板(cm)腹板(cm)江津長江大橋162＋3×2445＋1620.6634.21/5313.53.22532~12050~80南澳跨海大橋122＋221＋＋1220.55231/73113.62532~12040~60華南大橋110＋190＋＋1100.5731/639.52.82832~12035~55尺寸擬定剛構(gòu)橋底主要尺寸包括主梁跨度、墩柱高度、橋梁橫向?qū)挾取＿@些尺寸要取決于主梁和支柱底剛度或兩者的比例，主梁與支柱底剛度比決定了剛構(gòu)橋的內(nèi)力分布。剛度比很大，受力趨于簡支梁，剛度比較小趨向于固端梁受力情況。剛架橋兩端懸出長度為中跨跨度的0.2～0.5兩者之間。若懸臂加長，端支柱彎矩可以減小，跨中正彎矩也可以減小，但主梁變形較大，中跨主梁彎矩變化也較大。對于主梁彎矩較大的三跨連續(xù)剛架橋，邊跨一般為中跨的0.7倍。主梁高度約為中跨跨度的1/30～1/40左右。當采用變高度梁時，端部梁高可為跨中梁高的1.2～2.5倍，適當加大端部的主梁高度，可以減小截面正彎矩，這樣可使大多數(shù)預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在主梁的頂部，使其構(gòu)造簡單且施工簡單。1、上部結(jié)構(gòu)（1）孔徑布置主橋為三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋，引橋為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁主橋橋孔布置為70m+112m+70m。邊跨與中跨的比值為0.63。（2）縱橋向梁的尺寸梁高采用變截面形式，梁底按二次拋物線變化，跨中梁高為3.0m，約為跨度的1/37.3，支點梁高為6m，為跨中梁高的2倍。（3）橫截面尺寸圖2-4剛構(gòu)橋支點處橫截面圖單位：cm頂板厚30cm,取全橋一致，支點處底板厚60cm，跨中厚為30cm，以方便布置預(yù)應(yīng)力鋼筋。底板頂面按二次拋物線變化，腹板在距支點四分之一跨度處以4m階段直線變化。頂部承托采用1：2的比例，高度分別為30cm×60cm；底部采用1：1的比例,高度分別為30cm×30cm。橋面設(shè)20％的單向橫坡。2、下部結(jié)構(gòu)主橋采用有兩個橫聯(lián)的雙肢薄壁墩，承擔縱向水平力的作用，頂部與梁固結(jié)，中間設(shè)兩個箱型橫聯(lián)。主墩的基礎(chǔ)采用樁基，大量減少基礎(chǔ)工程量。橋臺為鋼筋混凝土重力式U型橋臺，其它橋墩均為混凝土空心墩，基礎(chǔ)為樁型基礎(chǔ)。施工方案本橋上部結(jié)構(gòu)施工采用掛藍懸臂澆注法施工。合攏的順序是先邊跨后中跨，邊跨和中跨的合攏均采用支架法，且邊跨合攏段與邊跨同時澆注施工。兩個箱梁分開澆注，分別合攏后，再澆注橫梁和橋面板。在墩柱兩側(cè)設(shè)墩旁托架澆注0號塊，掛藍的施工階段最長為4m，其它為3.5m、3.0m長，由于是墩梁固結(jié)的形式，如此就省去了臨時固結(jié)的措施。施工掛籃為斜拉式，其主要特點為自重輕，結(jié)構(gòu)受力明確，拼裝方便。施工流程如下：拼裝模板，施工主主墩搭設(shè)墩旁托架施工工0#塊架設(shè)掛藍，安裝箱箱梁底模板，安安裝鋼筋，預(yù)預(yù)留張拉管道道稱懸臂澆注注，養(yǎng)生拆模模后張拉預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼筋合攏邊跨合攏中跨工程數(shù)量工程數(shù)量是技術(shù)經(jīng)濟指標之一，它很直觀的反映了一座橋梁建造的水平。目前我國以每平方米橋面的三材（混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼筋，普通鋼筋）用量與每平方米橋面造價來表示預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁技術(shù)經(jīng)濟指標?；炷翗颂?0，墩身為C25，12－7φ5的低松弛鋼絞線，Ⅱ級普通鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋65.7kg/㎡非預(yù)應(yīng)力鋼筋89.5kg/㎡混凝土0.846m3/㎡表2-4材料用表項目預(yù)應(yīng)力鋼筋普通鋼筋混凝土規(guī)格12－7φ5鋼絞絞線Ⅱ級鋼筋C50C25單位ttm3m3上部結(jié)構(gòu)313.165726.336368下部結(jié)構(gòu)6862.92.2.3斜拉橋斜拉橋依靠固定于索塔的斜拉索或主纜支承梁跨，梁似多跨彈性支承，梁內(nèi)彎矩與橋梁的跨度基本無關(guān)，而與拉索或吊索的間距有關(guān)，適用于大跨度橋梁，是一種跨越能力極強的橋型。一、構(gòu)思宗旨1、鑒于主梁增加了中間的斜索支承，彎矩顯著減小，與其他體系的大跨度橋梁比較，混凝土斜拉橋的鋼材和混凝土用量均較節(jié)??；2、借斜索的預(yù)壓力可以調(diào)整主梁的內(nèi)力，使之分布均勻合理，獲得經(jīng)濟效果，并且能將主梁做成等截面，便于制造和安裝；3、斜索的水平分力相當于對混凝土梁施加的預(yù)壓力，借以提高梁的抗裂性能，并充分發(fā)揮了高強材料的特性；4、結(jié)構(gòu)輕巧，適用性強。利用梁、索、塔三者的組合變化成不同體系，可適用不同的地形和地質(zhì)條件；5、建筑高度小，主梁高度一般為跨度的1/40~1/100，能充分滿足橋下凈空和美觀要求，并能降低引道填土高度；6、豎向剛度及抗扭剛度均較強，抗風穩(wěn)定性要好的多，用鋼量較小以及鋼索的錨固裝置較簡單；7.便于懸臂法施工和架設(shè)，施工安全可靠。缺點：斜拉橋是高次超靜定的組合體系，與其他體系梁橋相比較，包含有較多的設(shè)計變量，全橋總的技術(shù)經(jīng)濟合理性，不宜簡單的由結(jié)構(gòu)體積小，重量輕或滿應(yīng)力等概念準確表示出來，是選橋型方案和尋求合理設(shè)計帶來一定困難。索力調(diào)整是斜拉橋主梁受力均勻，以達到經(jīng)濟安全的重要措施。橋經(jīng)驗數(shù)據(jù)表2-5國內(nèi)斜拉橋成橋資料表橋名跨度（m）體系梁截面橋?qū)捔焊咚髅嫠骶嗨咛旖蛴篮?25+260++125懸浮雙三角箱14.52雙11.850.5武漢長江二180+440++180支座支承雙梯形箱29.23雙890重慶長江二169+444++169懸浮雙主肋242.5雙9110三、尺寸擬訂斜拉橋主梁通常為等高度梁。對主梁支承于塔墩上的支承體系，為承受支承截面較大負彎矩，在局部區(qū)段可加大梁高或加厚下翼緣厚度。現(xiàn)代斜拉橋都為密索體系，主梁高度越來越小，向著桁式體系轉(zhuǎn)換。密索體系梁高一般為跨徑的1/70~1/200，或為節(jié)段長的/5~1/18。對于單索面，要適當加大梁高，取梁跨比的上限，以提高梁的抗扭剛度。在選擇梁高時，要考慮以下因素：索間距、主梁承受的壓力、橫梁跨度、索與梁的錨固要求等。主梁為彈性支承多跨連續(xù)梁，梁內(nèi)彎矩決定于彈性支承位移、索間距及梁的剛度，梁的剛度越大，彎矩越大。主梁承受的拉索水平分壓力與橋的跨度有關(guān)，一般靠墩塔處壓力最大，必要時局部加大截面。主梁高度要大于等于橫梁高度，橫梁高度取決于橫梁的跨度。從橫向風力穩(wěn)定性角度考慮，橋?qū)捙c梁高之比宜大于8，最低限度不宜大于6?，F(xiàn)代斜拉橋均采用密索體系。密索體系有以下優(yōu)點：有利于降低梁高；便于懸臂法施工、索力小，使錨固構(gòu)造簡單，且便于換索?；炷林髁核鏖g距取為6~10m,多數(shù)取8m。拉索布置為扇形，為此要擬訂拉索錨于塔上的間距。根據(jù)主梁的受力要求或為了減小索面積，拉索的豎直分力越大越好，因此應(yīng)盡量減小拉索在上的間距，一般取為1.6~2.2m，它決定于拉索錨頭布置及張拉空間的要求。1、上部結(jié)構(gòu)橋孔徑布置主跨為單塔對稱雙跨，可以節(jié)省一個塔和基礎(chǔ)，縮短斜拉索總長，可取的較好的經(jīng)濟效益?？缍葹?12m＋112m。順橋向尺寸梁高為3.2m，為主跨的1/35，為等高粱。橫橋向尺寸截面縱向為等截面，橋面寬25m，采用單箱四室截面形式。本橋為塔梁固結(jié)體系。這種結(jié)構(gòu)存在的主要缺點是上部結(jié)構(gòu)重量和活載力都需由支座傳給橋墩，需要設(shè)置很大噸位的支座，造價較高。（4）橫截面圖圖2—5斜拉橋橫截面圖下部結(jié)構(gòu)橋臺為鋼筋混凝土重力式U型橋臺，基礎(chǔ)為柱樁基礎(chǔ)。施工方案本橋施工利用懸臂拼裝法。工程數(shù)量混凝土標號C50，預(yù)應(yīng)力鋼筋12－7φ5橋面混凝土1m3/㎡預(yù)應(yīng)力鋼筋65kg/㎡普通鋼筋107.8kg/㎡表2-6材料用表材料預(yù)應(yīng)力鋼筋普通鋼筋混凝土規(guī)格12－7φ5鋼絞線Ⅰ級鋼筋C50C25單位ttm3m3上部結(jié)構(gòu)391.6649.96025下部結(jié)構(gòu)168.20.279682.92.4方案點評橋型最終定為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，表2-7方案比選表方案一二三橋型名稱預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)續(xù)梁預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)構(gòu)橋斜拉橋1跨徑布置（m）70+112+77070+112+770124+1242通航凈空（m）1010103縱向坡度1﹪1﹪1﹪4截面形式兩個單箱雙室箱形形截面兩個單箱單室箱形形截面單箱四室箱形截面面5跨中梁高（m）3.03.03.26支點梁高（m）6.06.03.27工藝技術(shù)要求工藝要求較嚴格，需需要的施工設(shè)設(shè)備少，技術(shù)術(shù)先進，占用用施工場地少少，施工中利利用臨時墩，有有體系轉(zhuǎn)換主墩無支座，施工工體系轉(zhuǎn)換方方便，施工技技術(shù)易，但工工藝復(fù)雜，所所需設(shè)備較少少高度機械化，施工工作業(yè)周期進進行，需一整整套機械動力力設(shè)備，施工工速度快，占占用場地少。8上部結(jié)構(gòu)施工方法法懸臂澆注法懸臂澆注法懸臂拼裝法9使用效果屬超靜定結(jié)構(gòu)，有有可靠的強度度、剛度、及抗裂性能能，伸縮縫小小，行車舒適適，易養(yǎng)護抗扭剛度大，受力力性能好，雙雙肢薄壁墩有有一定的聯(lián)合合強度造型新穎美觀，為為提高抗風穩(wěn)穩(wěn)定性，要采采取復(fù)雜的措措施10工程量鋼絞線：4533.33t普通鋼筋筋：617..5t砼：58377m鋼絞線：313..2t普通鋼筋：：726.333t砼：63088.2m鋼絞線：285..2t普通鋼筋：：515.77t砼砼：50122m通過仔細比較，預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋雖抗扭強度較大，但施工復(fù)雜；斜拉橋雖然橋型美觀，但適用于較大跨度，小跨度采用斜拉橋不經(jīng)濟；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)受力性能較好，且施工方便，養(yǎng)護工程量小，造價相對而言較低。所以本設(shè)計最終確定選擇預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋方案。1橋型方案與比選沿線橋涵構(gòu)造物較多，在橋型方案選擇時本著適用、經(jīng)濟、合理、安全、美觀的原則，盡可能做到設(shè)計標準化、施工機械化，便于分段統(tǒng)一集中預(yù)制安裝，便于就地取材、運輸方便、以縮短工期、節(jié)省工程造價。因此在橋梁經(jīng)濟指標相差不大的情況下，重點考慮橋梁