公路I橋面寬度m單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋計算書、CAD圖.doc

重慶交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒論1.1 概述斜拉橋是一種橋面體系受壓、支承體系受拉的結(jié)構(gòu)，其橋面體系由加勁梁構(gòu)成，其支承體系由鋼索組成。上世紀(jì)70年代后，混凝土斜拉橋的發(fā)展可分成三個階段：第一階段：稀索，主梁基本上為彈性支承連續(xù)梁；第二階段：中密索，主梁既是彈性支承連續(xù)梁，又承受較大的軸向力；第三階段：密索，主梁主要承受強大的軸向力，又是一個受彎構(gòu)件。近年來，結(jié)構(gòu)分析的進步、高強材料的施工方法以及防腐技術(shù)的發(fā)展對大跨斜拉橋的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。斜拉橋除了跨徑不斷增加外，主梁梁高不斷減小，索距減少到10m以下，截面從梁式橋截面發(fā)展到板式梁截面?；炷列崩瓨蛞咽强鐝?00m500m范圍內(nèi)最具競爭力的橋梁結(jié)構(gòu)。1.1.1 結(jié)構(gòu)體系斜拉橋的基本承載構(gòu)件由梁（橋面）、塔和索三部分組成，且三者以不同的方式影響總體結(jié)構(gòu)的性能。實際設(shè)計時三者是密不可分的。塔、梁及索的不同變化和相互組合，可以構(gòu)成具有各自結(jié)構(gòu)性能且力學(xué)特點和美學(xué)效果的突出的斜拉橋。正因為如此，斜拉橋基本體系可按力學(xué)性能分為漂浮體系、支承體系、塔梁固結(jié)體系和剛構(gòu)體系：漂浮體系為塔墩固結(jié)、塔梁分離，主梁除兩端有支承外，其余全部用拉索懸吊，是具有多點彈性支承的連續(xù)梁。支承體系即墩梁固結(jié)、塔梁分離，在塔墩上設(shè)置豎向支承，為具有多點彈性支撐的三跨連續(xù)梁。塔梁固結(jié)體系即塔梁固結(jié)并支承在墩上，梁的內(nèi)力和撓度同主梁與塔柱的彎曲剛度比值有關(guān)。其支座至少有一個為縱向固定。剛構(gòu)體系為梁塔墩互為固結(jié)，形成跨度內(nèi)具有多點彈性支承的剛構(gòu)。這種體系的優(yōu)點是既免除了大型支座又滿足懸臂施工的穩(wěn)定要求，結(jié)構(gòu)整體剛度較好，主梁撓度??；缺點是主梁固結(jié)處負彎矩較大，較適合于單塔斜拉橋。在塔墩很高的雙塔斜拉橋中，若采用薄壁柔性墩來適應(yīng)溫度和活載等對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平變形，形成連續(xù)剛構(gòu)，能保持剛構(gòu)體系的優(yōu)點，并使行車平順。采用這種體系的有美國的Dames Point橋和我國的廣東崖門大橋等。在邊跨加輔助墩，對梁和塔的內(nèi)力和變形都很有利。實踐表明，無論采用以上何種體系，設(shè)一個輔助墩后，塔頂水平位移、主梁跨中撓度、塔根彎矩和邊跨主梁彎矩均急劇降低，一般約為原來的40%65%。1.1.2 主梁斜拉橋主梁直接承受車輛荷載，是斜拉橋主要承重構(gòu)件之一。由于受拉索的支承作用，與其它體系橋梁相比，斜拉橋主梁具有跨越能力大、建筑高度小和能夠借助拉索的預(yù)應(yīng)力對主梁內(nèi)力進行調(diào)整等特點。斜拉橋的跨徑比應(yīng)考慮全橋剛度、拉索疲勞強度、錨固墩承載能力等多種因素確定。雙塔斜拉橋的邊跨與主跨比一般為0.250.50，從經(jīng)濟角度考慮，宜取0.4。斜拉橋主梁自重應(yīng)盡量減小，梁高與主跨比變化范圍一般在1/501/100，對密索體系大跨徑斜拉橋，高跨比可小于1/200；單索面要按抗扭剛度確定。主梁截面形式應(yīng)根據(jù)跨徑、索距、橋?qū)挼炔煌枰?，綜合考慮結(jié)構(gòu)的力學(xué)要求、抗風(fēng)穩(wěn)定、施工方法等選用。如對于單索面斜拉橋，主梁斷面宜采用抗風(fēng)性能優(yōu)越的近似三角形斷面。主梁按材料可分為混凝土梁、鋼梁、結(jié)合梁和混合梁，其中混凝土梁的主要優(yōu)點是：（1） 造價低。但當(dāng)主跨大于500m時，混凝土主梁的低造價難以抵銷由于混凝土自重大而導(dǎo)致拉索和基礎(chǔ)費用的額外增值。（2） 剛度大撓度小。在汽車作用下，產(chǎn)生的主要撓度約為類似鋼結(jié)構(gòu)的60%左右。（3） 抗風(fēng)穩(wěn)定性好。這是由于混凝土結(jié)構(gòu)振動衰減系數(shù)約為鋼結(jié)構(gòu)的兩倍。（4） 后期養(yǎng)護比鋼橋簡單便宜。缺點是跨越能力不如鋼結(jié)構(gòu)大，施工速度不如鋼結(jié)構(gòu)快。1.1.3 索塔 作用于斜拉橋主梁的恒活載通過拉索傳遞給索塔，因而索塔是通過拉索對主梁起彈性支承作用的重要構(gòu)件。索塔上的作用力除本身的自重引起的軸力外，還有拉索索力的垂直分力引起的軸向力、水平分力引起的彎矩和剪力。索塔設(shè)計應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定等使用要求，并充分考慮施工方便、造價低及造型美觀等要求。斜拉橋索塔的型式有柱式、門式、A型、倒Y型、菱型和鉆石型等。塔柱截面型式可分成矩形和非矩形兩種基本型式。柱式塔柱構(gòu)造簡單，但承受橫向水平荷載的能力較差。對于單索面斜拉橋，由于索塔塔柱常設(shè)在橋面中央分隔帶上，增加了橋面寬度，因此多采用單柱型索塔。雙塔斜拉橋索塔高與主跨比宜選用0.180.25，并宜使邊索與水平線的夾角控制在2545左右。1.1.4 拉索斜拉索是斜拉橋的重要組成部分，并顯示了斜拉橋的特點。斜拉橋橋跨結(jié)構(gòu)的重量和橋上荷載，絕大部分或全部通過斜拉索傳遞到塔柱上。拉索布置不僅影響橋梁的結(jié)構(gòu)性能，而且影響到施工方法和經(jīng)濟性。斜拉索橫橋向布置可分為中心掛索（單面索）、側(cè)掛索（雙面索）和三索面三種體系?，F(xiàn)有橋梁大部分采用雙面索，即把斜拉索設(shè)于橋面結(jié)構(gòu)兩側(cè)；然而，現(xiàn)已成功修建了數(shù)座單面索斜拉橋，單索面體系避免了拉索交叉的視覺，給人以美觀開闊的視感，結(jié)構(gòu)輕巧，但要求主梁具有必要的橫向抗彎和抗扭剛度；較少采用三面索。在橋梁縱向，拉索布置可選擇扇形、豎琴形（平行）、輻射形和不對稱形。平行索從力學(xué)和經(jīng)濟的觀點考慮不是最佳的形式；輻射形索的索塔錨固區(qū)應(yīng)力集中、構(gòu)造復(fù)雜、造價昂貴且外觀較笨重；不對稱形索適用于單跨斜拉橋；扇形索綜合了平行索和輻射形索的優(yōu)點，是一種理想的索形。目前大部分斜拉橋采用扇形索。目前，斜拉橋已從大索距的稀索發(fā)展到小索距的稀索，絕大多數(shù)斜拉橋采用密索布置。一般密索體系布置時，對于混凝土主梁，索距宜采用4m12m。為使拉索材料經(jīng)濟，邊索傾角宜控制在2545左右。1.1.5 橋型確定本設(shè)計為墩、塔、梁固結(jié)的，雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。1.2 目的與意義1.2.1 立題目的通過本次有關(guān)斜拉橋的畢業(yè)設(shè)計，可使自己初步了解有關(guān)斜拉橋的基本知識和結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的基本理論，并具備相當(dāng)程度的大跨度橋梁的設(shè)計計算能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)，同時使自己能夠熟練運用計算機程序或軟件進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，并熟悉計算機繪圖。1.2.2 立題意義畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年來最重要的一項學(xué)習(xí)內(nèi)容，是對四年所學(xué)知識的總結(jié)與運用；運用學(xué)過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，結(jié)合工程實際，參考國家有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、工程設(shè)計圖集及其他參考資料，獨立地完成斜拉橋部分構(gòu)件的設(shè)計；同時初步掌握斜拉橋的設(shè)計步驟、方法，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。1.3 主要內(nèi)容由于時間有限，未對斜拉橋進行全面設(shè)計，主要的內(nèi)容有：（1）XXX混凝土斜拉橋的構(gòu)造尺寸、結(jié)構(gòu)形式及其結(jié)構(gòu)靜力計算，包括計算恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力、溫度內(nèi)力、支座沉降引起的內(nèi)力，并進行索塔控制截面的作用效應(yīng)組合；（2）確定成橋狀態(tài)的合理索力，即斜拉橋的恒載受力優(yōu)化；（3）拉索設(shè)計，包括拉索應(yīng)力驗算與拉索的構(gòu)造和下料長度；（4）橋塔錨固區(qū)的局部受力分析，對橋塔錨固區(qū)配置水平預(yù)應(yīng)力筋。 第2章 技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計資料2.1 設(shè)計依據(jù)2.1.1 技術(shù)指標(biāo) （1）公路等級：高速公路 （2）設(shè)計速度：120km/h （3）設(shè)計荷載汽車荷載：公路I級 溫度作用：均勻溫度取15，梁、塔與斜拉索的溫差取10，主梁的日照溫差按橋面板升溫5計 （4）橋面寬度：211m+40.45m（防撞欄）+3（分隔帶）=26.8m 橋面橫坡2% （5）通航標(biāo)準(zhǔn)：通航水位：2.27m(黃海高程)通航凈高：48m通航凈寬：底寬300m,頂寬220m （6）基礎(chǔ)變位：主墩沉降3.0cm，邊、輔助墩沉降2.0cm （7）主橋豎曲線：凸曲線半徑=16700m；縱坡：2%2.1.2 設(shè)計規(guī)范 （1）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2004) （2）公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范（試行）(JTJ027-96) （3）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62-2004)2.1.3 航運凈空根據(jù)全國內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定及交通部廣州航道局提供的有關(guān)船舶資料，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，考慮特種船舶運營的需要，經(jīng)審批后的通航凈空要求為： 通航凈空高48m。航道凈寬300m。2.2 材料參數(shù)2.2.1 混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的混凝土強度等級為C50，索塔為C60，主墩墩身為C50，承臺、樁基、邊墩和輔助墩墩柱均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C40。2.2.2 預(yù)應(yīng)力鋼材橋塔錨索區(qū)的環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋為的精軋螺紋粗鋼筋，強度標(biāo)準(zhǔn)值=930MPa，彈性模量為=2.0MPa。預(yù)應(yīng)力管道均采用預(yù)埋金屬波紋管成型。2.2.3 斜拉索該橋采用扭絞型平行鋼絲斜拉索，由7mm高強平行鋼絲組成，規(guī)格為PES7-109PES7-187,抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值=1670MPa，彈性模量為=2.05MPa，為PE、PU雙層防護體系。錨具為冷鑄墩頭錨。2.2.4 橋面鋪裝8cm厚防水混凝土，容重23KN/。2.2.5 支座GPZ抗震型盆式橡膠支座。2.2.6 伸縮縫SSFB240型伸縮裝置。2.3 設(shè)計荷載與組合2.3.1 主要設(shè)計荷載 （1）永久作用：結(jié)構(gòu)重力、基礎(chǔ)變位作用 （2）可變作用：汽車荷載（含汽車沖擊力）、溫度（均勻溫度和梯度溫度）作用2.3.2 索塔的作用效應(yīng)組合根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范第4.1.6條規(guī)定：公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)采用以下兩種作用效應(yīng)組合：基本組合永久作用的設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達式為：式中承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計值；第個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù)，按表4.1.6的規(guī)定采用； 根據(jù)公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范第4.2.1條規(guī)定：公路斜拉橋設(shè)計荷載的計算，應(yīng)遵照公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTJ 02189）執(zhí)行。當(dāng)結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)與汽車荷載產(chǎn)生的效應(yīng)同號時：1.2（組合I）=1.1+1.3+1.3(組合III)式中：永久荷載中結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)； 基本可變荷載中汽車產(chǎn)生的效應(yīng)； 其他可變荷載中的溫度影響力和永久荷載中的基礎(chǔ)變位影響力的一種或幾種產(chǎn)生的效應(yīng)。拉索設(shè)計中考慮的主要荷載組合見表2-2：表2-2 荷載組合表第3章 橋型與結(jié)構(gòu)形式3.1 橋型總體布置 該斜拉橋的橋跨組合為（165+338+165）m=668m。主橋為墩、塔、梁固結(jié)，雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，每側(cè)邊跨均設(shè)一個輔助墩，跨徑組合為50m+115m+338m+115m+50m。斜拉橋設(shè)置50m端跨，其目的是：（1）解決邊墩負反力問題；（2）降低邊跨彎矩變化幅度，改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)；（3）布索較合理。索面布置在中央分隔帶上，給人以美觀開闊的視感。本橋箱梁采用抗風(fēng)性能優(yōu)越的近似三角形斷面，并采用下承式牽索掛籃懸澆施工。在支承體系上，本橋采用塔、梁、墩固結(jié)，這種體系取消了懸臂體系在施工中必須設(shè)置的臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)，提高了施工中結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性，有利于0號塊施工，有利于地震力的分布。為配合這種體系，本橋設(shè)計采取下列措施來減少由于溫度、混凝土收縮徐變及合龍索張拉產(chǎn)生的很大推(拉)力：（1）采用柔性較大的雙壁墩，加之本橋橋墩很高，也為降低橋墩的縱向剛度提供了極為有利的條件； （2）為克服收縮徐變影響，在中跨合龍時，合龍?zhí)幵O(shè)置千斤頂向塔側(cè)施以推力。該斜拉橋方案有如下優(yōu)缺點：優(yōu)點：由于索面布置在中央分隔帶上，整個結(jié)構(gòu)較雙索面斜拉橋美觀且造價較低。缺點：通航凈寬較雙索面斜拉橋小，抗震性能較雙索面斜拉橋差。該橋總體布置如圖3-1：- 13 -3.2 結(jié)構(gòu)形式及尺寸3.2.1 下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造主墩采用雙薄壁矩形柔性墩，平面幾何尺寸為12.4m2.4m，兩墩柱內(nèi)側(cè)凈距3.6m，雙壁之間中心距6m，墩高47.6m。主墩基礎(chǔ)采用18根3.0m的大直徑鉆孔灌注樁，為摩擦樁，成梅花型布置。主墩承臺為高樁承臺，長30.60m，寬21.80m，高6.50m（包括1.5m封底），承臺棱角均處理為圓弧倒角。承臺底面標(biāo)高為-2.5m，而通常河床最低潮水位為-0.35m，高潮時水位達+2.30m。承臺采用有底套箱施工。主墩基礎(chǔ)構(gòu)造如圖3-2：輔墩采用柔性薄壁空心墩，墩厚2m，橫向?qū)?0m?；A(chǔ)采用6根1.8m鉆孔灌注樁。邊墩為懸臂式蓋梁配雙柱式墩身，以適應(yīng)引橋的過渡。邊墩基礎(chǔ)為8根1.8m鉆孔灌注樁。樁基均按嵌巖樁設(shè)計。 圖3-2 主墩基礎(chǔ)構(gòu)造3.2.2 主塔索塔為空心直塔，平面幾何尺寸為6.6m3.6m。橋面以上塔柱高77m，高跨比1：4.4，塔柱采用矩形空心截面，斷面360（橫橋向）（660800）cm（縱橋向）。索塔前進方向設(shè)25對斜拉索，塔柱上斜拉索錨固區(qū)段高度約46m，每側(cè)的單根斜拉索錨固于塔壁內(nèi)側(cè)齒塊上，索塔錨固區(qū)采用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋加勁。主塔一般構(gòu)造圖見圖紙4。3.2.3 斜拉索該橋的主塔為雙向變截面空腹結(jié)構(gòu)，上塔柱為斜拉橋錨固區(qū)，在單塔，同一斷面中有4根斜拉索，塔上斜拉索錨固點間距為160cm，梁上斜拉索錨固點間距為6m。主橋斜拉索雙塔共200根，兩端均采用張拉端型錨具。在張拉過程中，斜拉索采用主塔端張拉，主梁端錨固。該橋采用扭絞型平行鋼絲斜拉索，由7mm高強平行鋼絲組成，規(guī)格為PES7-109P