中承式钢管混凝土拱桥毕业设计

1、湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目： 桑田大桥 中承式钢管混凝土拱桥设计专 业： 土木工程 学 号： 2010965232 姓 名： 张也 指导教师： 郭小刚 完成日期： 2014年5月21日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：桑田大桥中承式钢管混凝土拱桥设计 学号：2010965232 姓名：张也 专业： 土木工程 指导教师： 郭小刚 系主任： 谭红霞 一、主要内容及基本要求1桥型方案比选确定各种桥型的桥孔孔径；初拟各种桥梁图式；进行方案评比和优选；绘制方案图与编写说明书。至少3个方案2桥梁上部结构设计上部结构设计包括截面尺寸的拟定；内力计算；内力组合；绘制内力包络

2、图；配筋设计；应力验算；强度验算；施工验算。3桥梁下部结构设计下部结构包括桥墩或桥台设计，也由类型选择、尺寸拟定、内力计算、强度验算、稳定性验算及抗震验算等几部分组成，对于钢筋混凝土和预应力混凝土墩台还应进行配筋设计。4施工组织设计确定上下部结构的施工方法；绘制施工流程图。5工程概算只需完成工程概算一、 重点研究的问题1、重点研究上部结构的计算问题。怎样通过设计，使结构受力更合理。2、通过计算，使桥梁以相对最少的用料量达到受力各方面要求。并且满足使用及耐久性等要求。 3、重点研究Madis的原理及使用。 三、进度安排阶 段内 容备 注第一阶段毕业实习2014年2月21日3月7日毕业实习及提交开

3、题报告（1周左右）毕业实习动员（时间2月25日）第二阶段毕业设计成果撰写过程2014年3月8日3月14日水文资料分析及计算（1周） 集中辅导1次（指导老师4月9日提交桥梁设计方案部分成绩）2014年3月15日3月28日桥梁方案比选（2周）2014年3月29日4月4日上、下部结构详细尺寸拟定（1周）2014年4月5日4月25日桥梁上部结构设计及计算（3周） 集中辅导2次（指导老师5月14日提交桥梁结构计算部分成绩）2014年4月26日5月9日桥梁下部结构设计及计算（2周）2014年5月10日5月16日桥梁施工组织设计（1周） 集中辅导1次（指导老师5月28日提交施工概算部分成绩）2014年5月1

4、7日5月21日桥梁工程概算（1周）第三阶段毕业设计答辩2014年5月20日5月21日修改、完善所有毕业设计成果，准备毕业设计答辩指导老师5月30日提交参加第一次答辩学生名单。不参加第一次答辩者需提交书面申请。2014年5月22日第一次毕业设计答辩指导老师审查合格并同意参加答辩者方可参加答辩。2014年5月28日第二次毕业设计答辩第二次答辩通过者，成绩一律评为“及格”并在毕业设计鉴定表上注明： “该生第二次答辩合格”。湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号： 2010965232 姓名： 张也 专业： 10级土木工程七班毕业论文（设计）题目：桑田大桥中承式钢管混凝土拱桥设计评价项目评价内容选

5、题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值

6、或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该同学的设计选题合理，难度适中，工作量足，符合土木工程专业交通土建方向培养目标，达到了综合训练的目的。具备了查阅文献和综合归纳资料的能力，有综合运用设计规范和专业知识的能力，同时具有一定的外文与计算机应用能力。整个设计思路清晰，结构完整，计算过程全面，图表图纸完备、整洁，达到了土木工程专业本科毕业水平。评阅人：年 月 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010965232姓名：张也专业： 10级土木工程七班毕业论文（设计说明书）：155页 图纸：12 页 论文（设计）题目：桑田大桥中承式钢管混凝土拱桥设计内容提要：本设计为桑田大桥中承式钢管

7、混凝土拱桥初步设计方案。由所提供的基本资料，在方案比选设计中，设计了三种桥型即：中承式钢管混凝土拱桥、自锚式混凝土悬索桥和单塔斜拉桥。通过对其经济性、安全性、实用性、耐久性和施工等方面的比选，最终确定了中承式钢管混凝土拱桥这个方案，并对此方案进行了详细的截面尺寸和施工方法的拟定。全桥358米长，29.5米宽，拱高17.24米。运用Midas软件对横梁进行了使用阶段的内力计算，据此计算出预应力钢绞线的数量和布置形式。最后考虑主要次内力，进行使用阶段的应力检算。另外，还根据桥址地质情况对桩基的承载力进行了验算。验算结果表明，所选的中承式钢管混凝土拱桥方案是可行的，计算完成后进行施工图的绘制和设计说

8、明书的编制。在设计过程中，按照设计要求同时进行工程图绘制和英文文献翻译。指导教师评语指导教师（签名）： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长（签名）： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任（盖章） 年 月 日前言本设计是在指导老师的悉心指导下完成的，题目是桑田大桥的设计，主要从桥梁方案的设计与比较，桥梁的结构内力计算，预应力筋的配置设计，预应力损失的计算，截面强度、应力验算等几个方面进行。在桥梁方案比选时，首先根据地形地质条件，桥梁的总长，大体确定要选用的基本方案，通过比较分析，按照安全、实用、经济、美观、有利于环保的原则，确定最终的方案。本设计考虑到水位情况、基础埋深、桥面宽度、施工方

9、法等等因素，最终确定出桥型总体布置图，引桥采用跨径为40米的预应力混凝土T型连续梁桥，主桥采用主跨为72米的中承式钢管混凝土拱桥。主跨拱肋采用钢箱形截面，边跨拱肋采用钢筋混凝土矩形截面形式。主跨拱肋采用钢管混凝土截面可以增强截面刚度，减少截面结构尺寸，节约混凝土的用量，进而起到减轻桥梁自重，减少了恒载的重力，在一定程度上也可以减低桥梁造价。随着我国拱桥设计的不断发展，钢管混凝土拱肋也是目前较大跨径拱桥中最常采用的截面形式之一。如将1989年建成的四川省第一座跨径为100米的钢筋混凝土箱型拱肋与箱型板拱定型设计相比，重力与水平推力分别减少小了48%和40%，相当于减小了下部结构圬工数量，从而降低

10、了总造价。另外，在外观上，考虑到该设计为城市桥梁，钢管混凝土中承式拱桥拱桥线形清晰明快，轻盈美观，增加的城市的美观性，并且施工也比较方便，本设计采用缆索吊装施工。由于，钢管混凝土拱桥的这些优点，目前在混凝土拱桥中已被普遍采用。其它结构的设计以及细部的处理都参照了相应的规范和手册进行。在计算时，通过手算和桥梁迈达斯软件计算相结合，进行了截面配筋、应力计算等工作。在模型的建立过程中，对于细部的处理，如何施加荷载、如何导入CAD截面等问题有了更清晰的认识，在整个设计的过程中，CAD制图、桥梁电算、手算等能力有了明显的提高，独立分析计算的能力得到了长足的发展。 本设计旨在通过合理的设计，达到安全、实用

11、、经济、美观、有利于环保的目的，同时，要达到学以致用、举一反一的程度。通过计算分析，结构的设计是安全可靠、合理的。通过毕业设计，收获很多、感触颇深，但由于本人能力和知识水平有限，错误之处在所难免，恳请各位老师批评、指正。目录摘要1 Abstract: 1 第一章绪论2第二章设计资料6第三章方案比选83.1桥梁设计原则 83.2方案比选93.3选定方案14第四章桥梁上部结构设计 154.1 主要结构尺寸拟定154.2 拱肋截面特性的换算 154.3汽车荷载横向折减系数164.4汽车冲击系数的确定164.5计算模型174.6主拱内力计算194.7横梁内力计算264.8拱肋截面应力验算 1284.9

12、拱肋挠度计算 129第五章桥梁下部结构设计132 5.1 桥台设计132 5.2 桥墩墩柱设计计算 136 第六章施工组织设计145 6.1工程概况1456.2 建筑材料 1486.3 下部结构施工1486.4上部结构施工 149 6.5其它主意事项 1506.6施工安排 150第七章 工程概算152 6.1 混凝土用量1526.2钢绞线、波纹管和锚具用量 152总结153参考文献154致谢155中承式钢管混凝土拱桥桑田大桥摘要：本次设计的对象是某城市大桥。根据所给地形和其他设计参数，联系已建桥以及有关文献，结合相关规范，进行方案设计。采用中承式钢管混凝土拱桥，主桥跨径设为72m，横梁分为中横

13、梁和端横梁，都采用T形截面，高为1.358m，在端部采用牛腿形式设计，纵梁在边跨采用变截面，中跨采用1.64m×1.5m的实腹式长方形截面，本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行桥型方案比选，对主桥进行总体布置设计，然后对上部结构进行内力、配筋计算，再进行强度、应力验算。同时，本设计严格遵从交通部颁布实施的关于此类桥梁设计、施工规范，最终达到了理论与实践相结合。关键词：钢管混凝土,中承式拱桥,预应力Concrete half-through arch bridgeAbstract: The object of this design is a certain city brid

14、ge. According to the terrain and other design parameters, and given contact has Bridges and literatures, combined with the relevant specification, design. Adopt concrete half-through arch bridge, the bridge span to 72 m, at the end of beam and beam is divided into the beam, use the T section, high o

15、f 1.358 m, in the end in the form of bracket design, girder in side span adopts variable cross-section, across the 1.64 m by 1.5 m solid-web rectangular cross section, this paper mainly expounds the design and calculation process of the bridge. First bridge scheme is selected, the overall layout of

16、the main design, and then on the upper structure internal force and reinforcement calculation, and then to strength and stress calculation. Enacted at the same time, this design strictly comply with the ministry of communications specification about this kind of bridge design, construction, finally

17、achieved the combination of theory and practice. Key words: steel pipe concrete bowstring arch bridge with prestressed第1章 绪 论 1.1钢管混凝土拱桥现现状与发展 钢管混凝土是我国近年来桥梁建筑发展的新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强等优点，较好地解决了修建桥梁所需的用料省、安装质量轻、施工简便、承载能力大等诸多矛盾，是大跨径拱桥的一种比较理想的结构材料。拱桥是一种极具美学欣赏价值的桥梁形式，在我国有着深厚的文化基础，钢管混凝土结构在拱桥中的应用，使拱桥更加轻巧，表现

18、力也更强，其中下承式拱桥更是在城市桥梁中受到青睐。1.2 钢管混凝土拱桥的应用现状 钢管混凝土应用于拱桥，始于20世纪30年代末，苏联建造了跨越列宁格勒涅瓦河101m的下承式钢管混凝土公路拱桥和位于西伯利亚跨度达140m 的上承式钢管混凝土铁路拱桥。此后相当长的时间内，世界范围内再没有修建这种类型的桥梁。1990年, 我国第一座钢管混凝土拱桥四川旺苍东河大桥建成，该桥为跨径115m 的下承式刚架系杆拱桥。它是我国在钢管混凝土结构理论研究与实际应用上的新的突破，对我国钢管混凝土拱桥的发展影响是巨大的。由于钢管混凝土结构在桥梁上的应用，同时解决了拱桥高强度材料应用与施工两大难题，因此，钢管混凝土拱

19、桥在我国得到迅猛的发展。近二十年时间里，我国共修建了200多座钢管混凝土拱桥。2000年建成的广东丫髻沙大桥，主桥为76 + 360 + 76 m 三跨连续中承式钢管混凝土刚架系杆拱桥，跨径居当时同类型桥梁之最，施工采用竖向转体与水平转体相结合的方法，转体重量也是国内之最。此外，较为典型的还有：重庆巫峡长江大桥（主跨460 m），湖北武汉汉江五桥（主跨280m），广西南宁永和大桥（主跨349.5m），湖南南县茅草街大桥（主跨368m），宜昌长江铁路大桥(主跨264m)等。1.3 钢管混凝土拱桥的理论研究现状 随着钢管混凝土拱桥的应用发展，我国对钢管混凝土拱桥的理论研究也迅速开展起来。国家自然科

20、学基金资助项目钢管混凝土拱桥抗震理论研究、大跨度钢管混凝土拱桥施工过程变形及应力模拟、核心混凝土收缩、徐变对钢管混凝土拱桥静力性能影响研究及西部交通建设科技项目钢管混凝土拱桥设计、施工、养护关键技术研究等课题正在研究之中或部分已结题。由重庆交通科研院主编的钢管混凝土拱桥设计规范、钢管混凝土拱桥施工技术规范于2004 形成了报批稿。有关标准规范在修订中也增加了钢管混凝土拱桥的内容。 由于钢管混凝土拱肋由钢管和管内混凝土组成，目前工程界存在着两种设计计算方法2。一种是从架设钢管拱肋开始，采用应力叠加法分别计算钢管和管内混凝土的应力，分别对钢和混凝土的应力采用容许应力法进行验算。另一种方法，则是在施

21、工阶段进行应力验算，而对成桥后的受力视钢管混凝土为整体，采用内力叠加法计算内力，然后进行整体和局部构件的承载力验算。陈宝春教授建议钢管混凝土拱桥对施工过程的验算，在管内混凝土形成强度以前应以钢结构进行验算，可遵循现行的公路桥规中对钢桥的规定，按采用容许应力法验算；钢管混凝土拱肋形成后的施工过程和成桥，均应以钢管混凝土结构按采用极限状态法进行验算，考虑初应力与徐变等因素的影响，而不应按应力迭加计算应力、按容许应力法进行强度验算。 此外，大量论文及论著介绍了钢管混凝土拱桥的理论研究成果。在计算理论方面，对钢管混凝土拱桥的初应力、温度、管内混凝土收缩徐变、拱肋刚度计算取值、挠度限值、节点局部应力、节

22、点疲劳、动力性能、极限承载力及稳定等问题进行了大量研究，取得了可喜的成果，这些研究为钢管混凝土拱桥的进一步发展提供了理论基础。但总的来说, 有关钢管混凝土拱桥的理论研究尚不够系统与深入，距形成成熟的计算理论还有相当的差距, 还有许多工作要做。1.4钢管混凝土拱桥的发展优势 将钢管混凝土应用于拱桥中，在力学性能、施工、经济以及美观等方面，表现出很大的优越性，极大促进了拱桥的发展。钢管混凝土同套箍混凝土相同，一方面借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；另一方面借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变空钢管的

23、失稳模态，从而提高其承载力。二者的结合,充分发挥了两种材料的优点，相互弥补了彼此的不足。钢管混凝土作为一种组合材料具有独特的工作特性：弹性工作而塑性破坏,承载力高而极限压缩变形大。非常适合以偏心受压为主的拱桥。 大跨度钢管混凝土拱桥的发展优势还表现在施工上。修建大跨度拱桥的关键是施工方法。现代拱桥的施工方法已由以往在笨拙的满堂支架上施工发展到无支架施工：诸如缆索吊装法、劲性骨架施工法、悬臂拉索扣挂施工法及转体施工法等。钢管混凝土拱桥的施工过程是先制作和架设空钢管拱肋，然后将混凝土灌入钢管而成桥。这进一步大幅度地减轻拱结构劲性骨架的吊装质量，使上述无支架技术如虎添翼。同时，采用泵灌顶升技术灌注管

24、内混凝土，无需振捣，借混凝土自重挤压密实，工效高质量好。此外钢管除与核心混凝土共同作为结构的主要受力部分外,在施工过程中可以作为支架和浇注管内混凝土的模板，使得施工方便、快捷。 工程实践表明，钢管混凝土与钢结构相比,在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材50% ，并节省大量的焊接工作；与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量相近和承载力相同的条件下，构件的横截面积可减少一半，从而使建筑空间得到加大，混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少50% 。另外，钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价。 钢管混凝土拱桥在造型艺术上也有着独特的优点。拱桥是个

25、极富美感的桥型，它的美在于优美的拱曲线孕育着强大的力量，产生一跃而过的力动感和跨越感，令人赏心悦目。钢管混凝土拱桥以优美的弧形拱肋与直线形的梁、立柱（或吊杆）结合，呈现出刚柔并济、韵律优美的绰约风姿。同时，钢管混凝土拱桥在造型上以及拱肋的布置上呈多样化。拱肋截面可以做成哑铃形、三角形、四边形等，拱肋数量可以是单肋拱、双肋拱、三肋拱等，拱肋布置可以是平行桥面布置，与桥面斜交布置，两拱肋在拱顶连接布置等。另外，按车承形式不同拱桥可以布置成上承式、中承式或下承式。这样,可以根据功能和环境的不同采用不同的桥型和拱肋布置，使拱桥在满足功能的要求上，与拱桥所处环境相协调，从而使拱桥更具美感。1.5钢管混凝

26、土拱桥目前存在的问题 回顾和总结国内外钢管混凝土拱桥发展的历史和经验，不难发现当前还存在一些急需解决的问题：（1）理论研究相对滞后，跟不上发展步伐，对钢管混凝土拱结构的受力性能研究才刚刚开始，没能突出钢管混凝土这样一种特殊的组合材料，特别对受力中钢管对混凝土的紧箍力考虑不够；（2）钢管混凝土拱桥的有限元计算理论缺乏统一性，空间分析中，对计算模型的研究不多；（3）钢管混凝土拱桥中，钢管混凝土拱肋是典型的压弯构件，理论分析中对钢管混凝土组合材料在复杂受力状态下的本构关系还不明确；（4）稳定问题突出，稳定性、极限承载力研究还不完善；（5）核心混凝土收缩徐变的研究尚处于初步阶段，对于管内混凝土徐变目前

27、还没有一个普遍认可的计算模式，在对徐变影响的分析方面，主要集中于钢管与混凝土应力变化方面，对刚度、变形与稳定等方面的影响研究还不够深入；（6）温度变化对钢管混凝土拱桥受力性能影响研究不够充分，其“相当合拢温度”或称“计算合拢温度”还有待进一步研究，以供制订规范时参考；（7）已建成的钢管混凝土拱桥常出现拱背混凝土脱空的现象；(8) 钢管混凝土桁架节点与柔性吊杆的疲劳问题，研究不够深入；（9）大跨度钢管混凝土拱桥具有明显的柔性特征，其动力与抗震性能研究得还不够。(10) 设计人员往往套用钢拱桥或钢筋混凝土拱桥的规范，进行钢管混凝土拱桥的设计计算，随着钢管混凝土拱桥的不断发展,对其专门规范的制定要求

28、更加迫切。上述问题存在，将在今后相当长时间内成为制约拱桥发展的关键，必须依靠桥梁工作者共同努力、协同解决。1.6 钢管混凝土拱桥发展趋势 钢管混凝土拱桥结构性能优越，跨越能力大，结构体系灵活多样，既可以做成有推力拱，也可以做成无推力的系杆拱，并能很好地适应不同地质与地形，外形优美，因此倍受桥梁工程界青睐。近几年随着对钢管混凝土结构研究的深入，钢管混凝土拱桥跨径记录在不断突破，形式在不断创新，技术在不断提高。第2章 设计资料及概述1.1 工程概况桑田大桥位于湖南省醴陵市一条二级公路上，全桥长358米，宽29.5米。1.2 自然环境桥位区地形、地貌良好。主要为石场，基本由砾岩和板岩组成，大约5m以

29、下为强风化砾岩和强风化板岩。两侧高差不大，地址情况较好。桥位区属亚热带气候，温暖湿润，雨量充沛。具有春早夏长，秋雨连绵，冬暖雾多的特点。多年平均气温约18°C左右，极端最高气温超过42°C，极端最低气温低于-3°C。年平均雾日在3040余天。年平均相对湿度在80%左右，常年平均风速1.3m/s，最大风速27m/s左右，主风向为西北风。桥位区域年平均降雨量约1100毫米，最大年降雨量近1400毫米，最小年降雨量约为780毫米。降雨量主要集中在59月，占全年降雨量的65%左右，并常有雷阵暴雨发生。1. 3 设计技术标准公路等级：二级路设计荷载：公路级，城-B级，人群荷

30、载3.5kN/m2； 设计车速：60公里/小时： 桥面宽度：0. 75米（栏杆）+1.5米（人行道）+1米（隔离带）+3米(非机动车道 )+1.5米(隔离带)+14米（车行道）+1.5米(隔离带)+3米(非机动车道)+1米(隔离带）+1.5米（人行道）+0. 75米（栏杆）=29.5米桥面横坡：2%；斜交角度：0°；地震烈度：按7度设防；设计行车速度：60公里/小时；设计洪水频率：1/100，无通航。1.4设计规范1）公路工程技术标准(JTG B01-2003)；2）公路路线设计规范(JTG D20-2006)； 3）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；4）公路圬工桥涵

31、设计规范（JTG D61-2005）；5）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)；6）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；7）公路桥梁抗震设计细则(JTGTB02-01-2008)；8）城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98）；9）城市道路设计规范（CJJ37-90）；10）城市道路照明设计标准（CJJ37-90）；11）公路工程概算定额（JTG/T B06-01-2007）。第三章 桥型方案比选3.1方案比选基本设计原则桥梁的桥型、跨径、孔数应遵安全、适用、经济、美观、有利于环保的原则，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素确定。1

32、使用上的要求桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量(包括行人通道)；桥跨结构的下方要有利于泄洪、通航或车辆和行人的通行；应适当考虑农田排灌的需要；桥梁结构设计应考虑桥面铺装，进行综合设计。2 经济上的要求 桥梁设计应体现经济上的合理性；在设计中必须进行详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最少；充分考虑桥梁在使用期间的运营条件以及养护和维修等方面的问题。此外，能满足快速施工要求以达到缩短工期的桥梁设计，不仅能降低造价，而且提早通车也会带来经济效益。3 结构尺寸和构造上的要求整个桥梁结构及其各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性；

33、桥梁结构的强度应使全部构件及其连续构造的材料抗力和承载力具有足够的安全储备；对于刚度要求，应使桥梁在荷载作用下的变形不超过规定的容许值。4 施工上的要求桥梁结构应便于制造和架设，应尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。5 美观上的要求一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的。结构布置必须简练，并在空间上有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和游览区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是桥梁美观的主要因素，另外，施工质量对桥梁美观也有很大影响。6 环境保护和可持续发展桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的

34、要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。基于以上原则再结合地质实际情况以及中国现有的常见桥型，本次设计选取了四种桥型：三跨预应力混凝土变截面连续梁桥，独塔双索面斜拉桥，三跨连续下承式钢管混凝土拱桥，自锚式混凝土悬索桥。3.2方案一：自锚式混凝土悬索桥3.2.1 主桥设计 （1）总体布置 1.方案构思 自锚式悬索桥与传统悬索桥的最大区别有两个，其一是主缆锚固于边跨加劲梁（即锚跨），因而可以利用加劲梁的水平支承能力来平衡主缆水平分力；利用锚跨自重来平衡主缆拉力的竖向分力，可

35、节省庞大的锚碇工程。其二，可利用主缆水平分力为加劲梁提供压应力，因而加劲梁可采用普通混凝土结构，节省了预应力费用。自锚式悬索桥具有传统悬索桥的主要审美特征，又能够给我们一种格外的厚重、敦实、雄伟的感受。现代桥梁除了满足自身的结构要求外，也越来越注重景观设计，因此，自锚式悬索桥应用前景是很乐观的。本桥总体布置为：70m+230m+70m（自锚式混凝土悬索桥）=370m，边主跨比为0.3，主跨垂度46m，矢跨比为1/5，主缆成桥后线形接近二次抛物线形。 悬索桥整体布置图（单位：cm） （2）上部结构设计 1.加劲梁自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受，而活载还需要由主梁来承受，所以主梁必须有一定的抗弯

36、刚度，主梁的形式以采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。本方案选用钢箱梁，减轻了体系的自重，在一定的跨度允许范围内，使桥梁的安全性指标、适用性指标、经济性指标、美观性指标得到了完美的统一。对结构受力而言，由于采用了自锚体系，将索锚固于主梁上，利用主梁来抵抗水平轴力。加劲梁采用流线型扁平式钢箱梁。桥梁全宽为35.5m，箱梁顶部宽度为33.5m，高度为 2.8m，梁顶设有1%双向横坡和10 cm厚的沥青铺装层，采用正交异性桥面板钢桥面，桥面宽度：总宽35.5m，有效宽度33.5，1.5m附属区+0.5m防撞栏+2.5m右路肩+10.5m行车道+0.75m左路肩，中间带宽2.0m。跨中主梁截面图（

37、单位：cm）2.桥塔设计本桥索塔塔高50m（桥面以上），采用钢筋混凝土门式桥塔，由两根塔柱及一道横梁组成，塔柱在纵向、横向均为等宽度。索塔包括塔柱、横梁以及索塔附属设施（索塔内爬梯、除湿系统）。为加强索塔横向连系，提高索塔横向稳定性，索塔设置一道预应力混凝土箱形横梁。 3.主缆及吊索设计全桥共设两根主缆，采用PWS法架设。每根主缆中含有37股钢丝束，每股钢丝束由91根2.1镀锌高强钢丝组成，高强钢丝抗拉强度为1600MPa。成桥后每根主缆直径约为341mm，空隙率控制在20%。竖吊索采用四股骑跨试，由4股钢缆绳骑跨在主缆的带槽索夹上，下端则用铸钢锚头与加劲梁联结。吊索间距直接涉及到桥面构造和桥

38、面材料用量，应进行经济比较。跨径在80-200m范围内的吊桥，间距一般取5-8m。本桥吊索间距取8m。3.3 方案二：中承式钢管混凝土拱桥3.3.1 主桥设计 （1）总体布置1.方案构思拱桥是我国公路上使用广泛的一种桥型，在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将产生水平推力。同时，这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈（或拱肋）内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和挠度要小得多。拱的跨越能力很大，外形也比较美观，在条件许可的情况下，修建圬工、钢筋混凝土或钢管混凝土拱桥往往是经济合理的。方案取为中承式钢管混凝土拱桥。主桥长358m，主跨长72m，采用对称布置。 拱桥桥型总体布置图（单位：cm）

39、（2）上部结构设计1.拱肋设计主跨的拱肋采用抛线拱，跨径L=72m，矢高f=17.24m，矢跨比为f/L=1/4,拱轴系数m=1.543。每片拱肋采用等截面布置，每片拱肋由6根钢管组成，内灌C50混凝土。两根吊杆分别穿两根预埋钢管锚固在拱肋顶端。2.横梁设计横梁采用T梁，梁高为1.358m。3.吊杆设计吊杆在同一截面内设置双吊杆，以有利于拱肋横向稳定。吊杆间距初步拟定为6.0m，全桥共设9对吊杆。每根吊杆采用7mm的低松弛钢绞线，采用双层HDPE全防腐体系，双层HDPE之间设一隔离层，锚具采用OVM-LZM冷铸墩头锚，分别锚固与拱肋钢管顶端和箱梁锚固室内的腹板上。桥面宽度：总宽29.5m，0.

40、 75米（栏杆）+1.5米（人行道）+1米（隔离带）+3米(非机动车道 )+1.5米(隔离带)+14米（车行道）+1.5米(隔离带)+3米(非机动车道)+1米(隔离带）+1.5米（人行道）+0. 75米（栏杆）3.3.2 引桥设计 （1）桥跨布置3×40m（ 预制预应力简支T梁 ）+主跨部分+3×40m。 （2）上部结构设计 引桥上部结构采用标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2m，预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑0.4m的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为0.2m，跨中马蹄宽度为0.5m，高度为0.25m，斜坡高度0.15m，支点截面腹板厚度变为0.5m。 （3

41、）下部结构设计引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为2.5m，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下面设置2.0 m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。 （4）桥台设计本方案中，桥下地基良好，桥台接线处填土高度大约为10m左右，采用构造简单，费用较低的重力时桥台是比较合理的选择。3.4 方案三：独塔斜拉桥3.4.1 主桥设计 （1）总体布置 1.方案构思 斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与受压弯的梁体组合起来的一种结构体系，主要承重的主梁，由斜拉索将主梁吊住，使主梁变成多点弹性支承连梁工作，并承受斜拉索水平分力施加压力作用，由此减小了主梁截面，使桥梁具有很大的跨越能力。 独塔斜拉桥在河床地质、地形条件

42、较好时，经济性比较好，可以省去一个桥塔，无索区比双塔斜拉桥长，拉索用量少；其次，其活载最大挠度发生在拉索区，对受力有利，受收缩徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构布置灵活，施工也比较方便，可采用悬臂浇筑、转体施工等方法。鉴于这些优点，并结合当地的地质条件，桥位处基岩埋深较浅，且均匀一致，承载力高，河槽偏于西岸，属于不对称情形，同时河面宽度约400m，在其经济跨径的范围内，另外，桥位处视野开阔，高耸的桥塔进一步增加了大桥雄伟的气势，因此独塔斜拉桥是一个很具有竞争力的方案。方案取独塔双面索斜拉桥，整体布置：200m130m（独塔双索面斜拉桥）330m。 斜拉桥整体布置图（单位：cm） （2）上部

43、结构设计1.主 塔考虑塔柱受力及施工方面的因素，拟定的断面尺寸如下：采用H形塔，最外侧拉索距塔顶3.2m，桥面以上塔高66m，高跨比0.33，顺桥向塔身宽12m，横桥向塔柱宽为4.5m。如图（单位：cm） 索塔a）立面图；b）正面图（单位：cm） 2.主 梁 主梁梁高为2.5m，桥面板行车道做成1的双向横坡，主梁截面采用混凝土形式，桥面宽度：总宽32.5m，1.0m拉索区+0.5m防撞栏+2.5m右路肩+10.5m行车道+0.75m左路肩，中间带宽2m。 主梁横截面布置图（单位：cm）3. 斜拉索斜拉索采用新型的PWS拉索，有直径7mm的钢丝以小扭角捆扎而成。斜拉索外层防护采用热挤双层PE防护

44、套，外层防护套的颜色可根据景观要求选用。斜拉索布置为：14×14m，索横向间距为31m。全桥共设2×14对斜拉索。主塔两侧斜拉索的设计以避免产生较大的塔身弯矩为原则。斜拉索两端用冷铸锚分别锚固于索塔和主梁上。斜拉索与主梁上的耳板采用销铰式连接，通过耳板用高强螺栓与主梁连接，斜拉索中心线在耳板平面内摆动。3.5 桥型方案比选 在桥梁方案比选中，要注意下列四项主要标准：安全、功能、经济与美观，其中自然以安全与经济为重。下面对四个方案进行简述：桥型方案比选表方案项目第一方案第二方案第三方案自锚式混凝土悬索桥中承式连续钢管拱桥独塔斜拉桥1分孔70m+230m+70m3×4

45、0m+23m+72m+23m +3×40m 200m+130m2桥长370m358m330m3纵坡2%2%2%4施工难易主桥跨度230m，跨度较小，需要先悬臂拼装施工主梁，施工复杂，工序多，技术尚不成熟。主梁采用移动模架施工，临时墩较多，影响通航；缆索架设拱肋时要修建临时索塔，工程量大；索力调整控制复杂，主梁悬臂施工，索塔爬模施工技术成熟，工期较短；引桥用预制架设，质量高，工期短。5适用性1双向通航孔，主孔道150m，通航性好；2净跨径大，有利于汛期泄洪；3先梁后缆的施工方法，施工技术复杂；锚固技术复杂，混凝土容易开裂。4桥型新颖，受力合理，养护费用很高。1单向通航孔，主孔道72m，

46、通航性一般；2桥面连续，行车顺畅；3钢管混凝土拱受日照温差影响易脱空1双向通航，主孔道150m，通航性好；2净跨径大，墩台少，对河床压缩小，有利于汛期泄洪；3悬臂施工技术成熟，施工合理。6外形美观桥型新颖独特，造型顺畅，线形流畅美观，气势宏伟，景观效果好。中承式拱桥曲线线形优美，给人以遐想的空间，通行视距好外形新颖，桥型美观，气势宏伟，与周围环境协调好。从方案比较中我们可以看到，三种桥型都外形美观，景观效果好，适合建在风景区或城市里。而第二方案在造价、施工和维护等方面占据优势，其它二种桥型虽然技术比较先进，外观比较优美，但施工相对困难，造价相对过高。根据安全、适用、经济、美观和可行性原则，综合

47、考虑地形、地质、水文、河床特征、环境协调等因素，确定推荐方案为：中承式钢管混凝土拱桥。钢管混凝土中承式拱桥，在满足使用要求的前提下，拱桥的设计更为经济、简便，钢管混凝土中承式拱桥的造型较为美观，而且当地旅游景点较多拱桥的美观也可成为当地的一个旅游资源。施工方面，拱肋采用悬索吊装施工法施工，横梁、系梁和吊杆一起拼装，桥面板也采用预制拼装，架设方便，施工质量较易控制。于是决定将中承式钢管混凝土拱桥作为推荐方案。第四章 桥梁上部结构设计4.1 主要结构尺寸拟定主拱计算跨径为72m，计算矢高为17.24m，计算矢跨比为1/4，主拱拱轴线方程为：y=0.013x2。主拱圈采用实腹长方形截面，高为1.8m

48、，宽1.3m。为保证拱的横向稳定，在桥范围内共设5道永久横撑，横撑钢管均垂直拱轴线。横撑采用箱型截面，高为 1.0m，宽为1.0 m，增加横向联系。本桥共设2排吊杆，18根，吊杆的纵向间距6米，吊杆位于拱面内，每个吊杆均由7mm的低松弛钢绞线。本桥梁的桥面横梁共分为固定横梁、普通横梁和钢架横梁三类。固定横梁与拱肋刚性连接，它既能传递垂直荷载和水平横向荷载，还能传递纵向制动力以及从拱肋和桥面传来的弯矩、扭矩和剪力。在横梁之间设计纵梁，增加桥梁整体联系。主桥行车道桥面板全部采用先简支后连续的钢筋混凝土空心板梁，两跨之间设顺桥向60cm宽度的湿接缝，与横梁固结。桥面空心板的高度25cm。4.2 拱肋

49、截面特性的换算根据规范，钢材-混凝土组合结构(SRC)在作受力分析时，假定钢材和混凝土紧密地连接在一起，并使用等效截面特性值进行计算和分析。计算等效换算截面特性值时，钢材的弹性系数(Es)和混凝土的弹性系数(Ec)是利用型钢混凝土标准计算的。等效换算截面面积 :等效换算有效剪切截面面积 :等效换算截面惯性矩 : 钢骨截面。混凝土截面。钢骨有效剪切面积。混凝土的有效剪切面积。钢骨截面惯性距。混凝土截面惯性距。钢骨与混凝土弹性系数之比。4.3 汽车荷载横向折减系数 多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减，当桥梁设计车道数等于或者大于2时，汽车荷载横向折减系数应按公路桥涵通用设计规范表4.3.1-4选取相应的值该桥梁为双向四车道，所以汽车荷载横向折减系数为0.67。4.4 汽车冲击系数的确定其中横梁的截面面积为A=1