嘉陵江大橋畢業(yè)設(shè)計.doc

嘉陵江大橋畢業(yè)設(shè)計摘要：年來，新中國橋梁建設(shè)取得了突飛猛進的發(fā)展，公路鐵路兩用橋向著大跨度、重荷載、高時速方向發(fā)展。本次的嘉陵江大橋通過橋梁結(jié)構(gòu)的總體布置和初步方案擬定、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比選、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程施工圖的繪制設(shè)計都是我們學習過程中一項重要內(nèi)容，通過被本次畢業(yè)設(shè)計這一環(huán)節(jié)，能使我們將本科階段所學的基礎(chǔ)課及相關(guān)專業(yè)課知識有序的組織在一起，將這些知識能綜合主動地運用到實踐中，培養(yǎng)我們的綜合應用能力、基本技能以及分析和解決實際問題的能力。關(guān)鍵字：嘉陵江大橋、總體布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程施工圖一、橋梁結(jié)構(gòu)的總體布置和初步方案擬定A 立面布置 （一）孔徑的擬定 橋梁孔徑的擬定主要根據(jù)泄洪的要求。在公路工程技術(shù)標準(JTGB01-2003)表5.0.4中規(guī)定了不同等級公路的設(shè)計洪水頻率，如高速公路、一級公路上的大、中、小橋和涵洞的設(shè)計洪水頻率均規(guī)定為1/100：二級公路上的大、中橋規(guī)定為1/100，小橋和涵洞為l/50；三級公路上的大、中橋規(guī)定為1/50；四級公路的小橋規(guī)定為1/25等。在橋位附近的水文站可以調(diào)查得到相應這些設(shè)計頻率的流量和水位，然后在已知橋位的河床斷面上可求出橋下順利宣泄設(shè)計洪水所需的最小過水面積，從而確定橋臺的臺口位置。在有的情況下可將橋臺位置適當往河心方向推，以縮短橋長，節(jié)省造價。如寬灘河流、深基礎(chǔ)橋梁等。應該注意的是總跨徑的縮短會引起過水面積減小，流速加大，從而導致沖刷加大以及橋前壅水高度的加大。在確定基礎(chǔ)埋置深度及周圍建筑、農(nóng)田的安全時應考慮這一因素。 （二）跨徑的擬定 在求得總的孔徑后，還需進一步進行分孔布置，即確定是一跨還是多跨過河(路線)，如果是多跨布置，即是確定橋墩的位置。對于跨河橋梁，分孔的主要依據(jù)是通航要求，地形和地質(zhì)條件、水文狀況、技術(shù)經(jīng)濟條件和美觀的要求。 橋梁的分孔和造價有很大的關(guān)系，跨徑和孔數(shù)不同時，上部結(jié)構(gòu)和墩臺的總造價是不同的?？鐝皆酱?，孔數(shù)越少，上部結(jié)構(gòu)的造價就越大，而墩臺的造價就越小。反之，墩臺的造價可能較上部結(jié)構(gòu)的大。另外，當遇到水深較深或河床地質(zhì)不良等的河流，其基礎(chǔ)的設(shè)計和施工均較復雜，造價就高，跨徑宜選得大一些；反之，對于寬淺河床，水深不大(如北方的季節(jié)性河流)，而且河床地質(zhì)較均勻的河流，橋墩和基礎(chǔ)的造價就低，跨徑就可以選得小一些。一般認為最經(jīng)濟的造價就是要使上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的總造價最低。 對于通航河流，則首先應滿足通航要求。將通航孔布置在主航道位置，其余的橋孔跨徑則選用經(jīng)濟跨徑，但對于變遷性河流，考慮航道可能發(fā)生變化，則需多設(shè)幾個通航孔。 從結(jié)構(gòu)受力合理和用材經(jīng)濟出發(fā)，連續(xù)體系的分跨布置要考慮合理的跨徑比例，如邊跨與中跨的比例。采用的施工方法和跨徑布置也有密切的關(guān)系，如同樣是預應力混凝土連續(xù)梁橋，采用支架施工和采用懸臂施工其邊跨與中跨的比例就不相同。采用支架施工的，邊跨長度可取中跨的0.8倍左右是經(jīng)濟合理的；采用懸臂施工法，考慮到一部分邊跨采用懸臂施工外，剩余的邊跨部分還需另搭腳手架施工。為使腳手架長度最短，則邊跨長度取中跨長度的0.65倍為宜。 三跨帶掛孔的單懸臂梁橋，邊孔也稱錨固孔，在自重和荷載作用下錨孔產(chǎn)生的彎矩對中孔有卸載作用，它的跨長一般為中孔的0.60.8倍。錨孔太短會使靠近橋臺的梁端產(chǎn)生負反力。中孔的掛梁長度約為中孔的0.30.4倍。鋼筋混凝土懸臂梁橋因承受負彎矩時頂面受拉有裂縫之患，一般不宜將懸臂做得過長，約在0.150.3倍中孔跨徑。 單孔雙懸臂梁，當主梁采用T梁截面時，懸臂長度一般為中孔長的0.30.4倍。采用箱形截面的鋼筋混凝土雙懸臂梁橋，為使跨中的最大和最小彎矩的絕對值大致相等，充分發(fā)揮跨中部分底板的受壓作用，懸臂長度甚至可達中跨長度的0.40.6倍。懸臂過長時活載撓度將增大。 對于有推力體系，如拱橋，在多跨布置時為避免橋墩承受單向推力，盡量采用等跨布置。 橋墩位置的選擇還應取決于墩位處的河床地質(zhì)條件，應置于穩(wěn)定可靠的地基上，避免設(shè)在巖石破碎帶或斷層等不良地質(zhì)地基上。 跨徑的選擇還與施工能力有關(guān)，有時選用較大的跨徑雖然在技術(shù)和經(jīng)濟上是合理的，但由于缺乏足夠的施工技術(shù)能力和機械設(shè)備，也不得不放棄而改用較小跨徑。 橋梁分孔是個非常復雜的問題，各種各樣的條件和要求往往互相發(fā)生矛盾。例如：跨徑l00m以下的公路橋，為了盡可能符合標準跨徑，不得不放棄采用按經(jīng)濟要求確定的孔徑：從備戰(zhàn)要求出發(fā)，等跨布置是最佳選擇，以便搶修和互換；但有時因工期很緊，為減少水下工程，需要減少橋墩加大跨徑。 （三）橋面標高的確定 橋面標高或在路線縱斷面設(shè)計中已定，或根據(jù)設(shè)計洪水位、橋下通航需要的凈空來確定。 對于非通航河流，梁底一般應高出設(shè)計洪水位(包括壅水和浪高)不小于0.5m，高出最高流冰水位0.75m：支座底面高出設(shè)計洪水位不小于0.25m，高出最高流冰水位0.50m。 對于無鉸拱橋，拱腳允許被設(shè)計洪水位淹沒，但一般不超過拱圈矢高的23，拱頂?shù)酌嬷猎O(shè)計洪水位的凈高不小于1.Om。對于有漂流物和流冰阻塞以及易淤積的河床，橋下凈空應分情況適當加高。 在通航及通行木筏的河流上，橋跨結(jié)構(gòu)之下，自設(shè)計通航水位算起，應能滿足通航凈空的要求。 當允許建筑高度富裕時，可考慮上、中、下承式的各種橋型；如建筑高度限制很嚴，多半要采用下承式或超靜定體系。（四）基礎(chǔ)底面標高的確定 基礎(chǔ)底面標高主要取決于地基的地質(zhì)條件和河流的沖刷深度。 1地基的地質(zhì)條件 (1)巖石地基。當覆蓋土層較薄(包括風化層)時，通常將基礎(chǔ)直接修建在清除風化層后的巖面上；當風化層很厚時，埋深應按風化層的風化程度、沖刷程度及相應的允許承載力來確定；當巖層表面斜傾時，應避免將同一基礎(chǔ)的一部分置于巖層，另一部分置于非巖層上，以防止結(jié)構(gòu)物由于不均勻沉降而傾斜或破裂。對于大橋的基礎(chǔ)，當沖刷較嚴重時，除應清除風化層外，尚應視基巖強度將基礎(chǔ)嵌入一定深度或采用其他錨固措施，使基礎(chǔ)與基巖連成整體。 (2)非巖石地基。對均質(zhì)土層，基礎(chǔ)埋深可按荷載大小和地基土的承載力來確定，當多層交錯時，為避免不均勻沉降，各基礎(chǔ)應放在相同的持力層上。 2河流沖刷深度 (1)小橋涵基礎(chǔ)。無沖刷時，基礎(chǔ)埋深應在地面或河床底以下(巖石地基除外)至少1m；有沖刷時埋深應在局部沖刷線以下不少于lm；如河床上有鋪砌層時，埋深宜在鋪砌層頂面以下至少1m。 (2)大、中橋基礎(chǔ)。有沖刷時，其埋深應按公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(JTJ024-85)中表3.1.1選用。（五）橋面縱坡的確定 橋面設(shè)置縱坡首先有利于排水，同時，在平原地區(qū)，還可以在滿足橋下通航凈空要求的前提下降低墩臺標高，減少橋頭引道土方量，從而節(jié)省工程費用。橋面的縱坡，一般都做成雙向縱坡，在橋中心設(shè)置豎曲線，縱坡一般不超過3為宜。橋梁當受到兩岸地形限制時，允許修建坡橋，但大、中橋和城市橋梁橋面縱坡不宜大于4，位于市鎮(zhèn)混合交通繁忙處橋面縱坡不得大于3。B 橫截面布置橫截面設(shè)計主要包括橋面布置和上部承重結(jié)構(gòu)(如梁式橋中的主梁，拱橋中的主拱圈)的橫截面設(shè)計。（一）橋面布置 橋面的寬度取決于橋上交通的需要，在公路工程技術(shù)標準(JTGB01-2003)表6.0.6-1中，給出了不同公路等級的行車道凈寬標準，一般在畢業(yè)設(shè)計資料里作為設(shè)計要求已經(jīng)給出。 在可能條件下，在高速公路、一級公路上，一般以建上、下行兩座獨立橋梁為宜。城市交通的公路橋橋面寬度應考慮到城市交通工程規(guī)劃要求予以適當加寬。 橋上人行道與行車道的設(shè)置，應根據(jù)需要而定，并與前后線路布置配合。自行車道與行車道之間，必要時應設(shè)適當?shù)姆指粼O(shè)施。(二)橫截面設(shè)計 1設(shè)計原則 橋跨結(jié)構(gòu)橫截面采用什么形式主要與結(jié)構(gòu)體系、跨長、荷載等級、施工方法等因素有關(guān)。在某些特定條件下，如城市橋梁，還要滿足美觀要求。 (1)結(jié)構(gòu)體系。不同的體系，其受力特點也各不相同。如梁式橋的主梁是以它的抗彎能力承受荷載的，同時也要保證它的抗剪(或主拉應力)。因此對梁式橋截面的基本要求是用最經(jīng)濟的面積提供最大的抗彎慣矩；即用最小的自重提供最大的承載能力。對于簡支體系，它只產(chǎn)生單向正彎矩，在鋼筋混凝土和預應力混凝土簡支梁中，受拉區(qū)主要是鋼筋和預應力筋起作用，因此混凝土面積可以減小到只需符合規(guī)范的構(gòu)造要求，對鋼筋和預應力筋能起保護作用即可，但受壓區(qū)應保證有足夠的承壓面積；所以簡支體系一般跨徑在30m以上的大多做成T-梁，30m以下的為施工方便，大多采用板式截面。10m左右的小橋可采用整體澆筑的鋼筋混凝土實體板式截面。在連續(xù)體系和懸臂體系中，由于有正負彎矩區(qū)，因此選擇截面時要考慮這一因素?？缍炔淮蟮匿摻罨炷吝B續(xù)或懸臂梁橋，如采用T型截面，則應對支點附近截面的腹板加寬，或局部增加底板，以提高截面抗壓和抗剪能力。當跨徑超過5060m時，可做成預應力橋，截面可采用箱形。這樣不僅保證了正負彎矩區(qū)的受力，也保證了施工階段的強度和穩(wěn)定性。拱橋的主拱圈是以受壓為主的壓彎構(gòu)件，其截面不僅要能夠提供抗彎慣矩，而且應提供足夠的承壓面積。除采用滿堂支架施工的拱橋外，在體系轉(zhuǎn)換的各施工階段截面要承受較大彎矩，這些彎矩對拱圈截面的設(shè)計往往起控制作用。但一旦拱圈合攏，推力起作用后，截面上會產(chǎn)生強大的軸力，對改善截面的受力是很有利的。 (2)跨長因素?？缍刃〉臉蛄?520m)，其截面設(shè)計主要考慮要形狀簡單，施工方便，因此板式截面用得較多。但隨著跨長的增大，自重內(nèi)力所占的比重迅速加大，因此希望截面的尺寸盡量小，材料盡量采用輕質(zhì)高強。但跨長越大要求截面的抗力也越大，這是一對矛盾。中等跨度的橋梁(2040m)，采用肋式截面的較多，如T型，I型，冒型等，大跨度橋梁一般都采用箱形截面。近年來，在中等跨度以上的拱橋設(shè)計中采用鋼管混凝土截面的也不少，其截面形狀有圓形的，橢圓形的，啞鈴形的，還有把鋼管做成勁性骨架，外包混凝土的等。由于鋼管混凝土施工方便，受力合理，因此得到迅速推廣。 (3)施工因素。橋梁的施工方法很多，有整孔安裝、支架施工、纜索吊裝、頂推法、勁性骨架施工、懸臂施工等。不同的施工方法，截面的受力也不同，因此設(shè)計的要求也不相同。如整孔安裝和支架施工，沒有復雜的體系轉(zhuǎn)換，基本上是一次落架的受力狀態(tài)，而且采用這些施工方法的橋梁，一般跨度不大，因此大多采用經(jīng)濟，施工方便的板式截面。中等跨度以上的梁式橋絕大多數(shù)設(shè)計成連續(xù)體系或懸臂體系，采用懸臂施工方法。為保證施工中的強度和穩(wěn)定性，橫截面基本采用箱梁。在頂推施工中，每個截面都要經(jīng)受正負彎矩的作用，箱形截面也是它的首選方案。在拱橋施工中，無支架和少支架施工方法采用較多，首先要將拱圈合攏，然后再施工拱上建筑和橋面系。因此采用肋式截面、箱形截面和鋼管混凝土組成的各種形狀的截面的較多，便于吊裝合攏。當采用勁性骨架施工時，由鋼管和外包混凝土組成的箱形截面無疑是一種優(yōu)選方案。 2截面形式 梁式橋的橫截面有板式，肋式和箱式等幾種形式。 拱橋的橫截面形式可視上承式、中承式和下承式選用，上承式拱橋主要采用板式，肋式和箱式截面，中等跨度以上的拱橋一般采用無支架、少支架施工方法施工。為便于吊裝，合攏，采用鋼筋混凝土肋拱和箱形拱的較多。中承式和下承式拱橋則采用矩形，I字形，箱形等肋式截面。近年來鋼管混凝土在拱橋中的使用也越來越普遍，其截面形式有圓形，橢圓形，啞鈴形。C 平面設(shè)計大、中橋梁的線型，一般為直線，當橋面受到兩岸地形限制時，允許修建曲線橋。也允許修建斜橋，其斜度一般不大于45，通航河流上不宜大于5橋墩沿水流方向的軸線與通航水位的主流方向交角)。小橋涵的線型及其與公路的銜接，可按路線的要求布置。D 初擬方案根據(jù)以上的布置和設(shè)計原則可以根據(jù)自己的設(shè)計條件著手方案的初擬工作。初擬方案時，思路要寬，只要滿足孔徑要求，暫不管經(jīng)濟、美觀與否，都先提出來，但結(jié)構(gòu)體系和地質(zhì)地形條件要相符。如地質(zhì)條件差時不宜采用拱式體系和超靜定體系，以免產(chǎn)生過大的附加力，如要做拱式體系，可設(shè)計成無推力的梁、拱組合體系，在寬淺河床上采用多跨梁式平橋是經(jīng)濟、合理的，在跨越深谷，或水深較深，地質(zhì)條件較好的橋位，采用拱式體系既能與周圍環(huán)境很好協(xié)調(diào)，又可達到經(jīng)濟合理的要求等。在此階段一般要求提出45個方案。 初擬方案不要求嚴格按比例尺畫，即在跨度、建筑高度、矢跨比等方面大體上按照比例即可。為了便于比較，每個圖式都要徒手畫在同樣大小的橋址橫斷面上。為此，可用厘米紙，先畫一個橋址斷面圖，然后復以透明紙隨手勾出草圖方案即可。如系跨河橋，則要在河床斷面圖上畫出常水位、設(shè)計洪水位、通航水位與線路設(shè)計標高；如系跨線橋，則應畫出橋下凈空的范圍?？紤]方案時，通常先考慮主孔要求，再考慮邊孔或引橋。橋長不大時，往往不將正橋和引橋分別考慮，而是統(tǒng)籌全長來設(shè)計。二、 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比選初擬方案完成后，通過初步分析，將其中明顯競爭性不大的體系刪去，提出23個個有特色的體系作進一步分析評比，這23個比選方案應力求受力合理，施工可行。然后按以下比選標準選出最佳推薦方案。比選標準主要依據(jù)安全、功能、經(jīng)濟與美觀。其中以安全與經(jīng)濟為重。至于橋梁美觀，要視經(jīng)濟與環(huán)境條件而定。 （一）安全 安全標準可從行車安全、通航安全、基礎(chǔ)地質(zhì)條件的安全與施工安全等幾方面考慮。行車安全主要通過橋面設(shè)施的布置來實現(xiàn)。如根據(jù)公路等級和車流具體情況決定是否需設(shè)置中央分隔帶、分車帶或護欄以保證行車安全。通航安全雖然有通航凈空保證，但應注意是否有拖船組成的船隊通過，另外橋下水流方向是否與橋梁垂直，如遇到這些情況均應適當加大橋梁跨徑?；A(chǔ)的安全一方面應該滿足規(guī)范中規(guī)定的基礎(chǔ)埋深與河流的沖刷深度和冰凍深度的關(guān)系，另一方面應檢查基礎(chǔ)附近是否有裂縫、斷層、溶洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象存在，由此檢查橋梁分孔是否合理。施工期間結(jié)構(gòu)的安全也是應考慮的重要因素，如果設(shè)計要求編制施工組織計劃，則要注意洪水和颶風對橋梁施工的不利影響，一般要求在洪水來臨之前橋墩的施工面要超出設(shè)計洪水位。 （二）功能 橋梁的功能無非是兩方面：一是跨越障礙(河流、山谷或線路)，二是承受荷載。在具備這兩種功能的23個比選方案中，應選擇傳力路線直接、簡捷的結(jié)構(gòu)形式，以保證結(jié)構(gòu)受力的合理性。此外，還應考慮非正常運營條件下(如地震、風載)能保證結(jié)構(gòu)功能的實施。如在地震區(qū)修建橋梁要考慮抗震性能好的橋型。梁式體系比拱式體系好，無鉸拱比有鉸拱好，整體式的比組合式的好，擴大基礎(chǔ)比樁基礎(chǔ)好，低樁比高樁好等。同時方案中需要考慮軍事或自然因素破壞后的修復難易。軍事?lián)屝揸P(guān)系戰(zhàn)爭勝負，自然災害修復關(guān)系人民的生命財產(chǎn)。一般來說，梁式體系較拱式體系容易修復。從這一意義上講，小跨能滿足功能要求的就不做大跨；能用標準設(shè)計或通用設(shè)計的宜優(yōu)先考慮。 （三）經(jīng)濟 評價一座橋的經(jīng)濟性可從以下幾個方面進行：造價、工期及養(yǎng)護維修。 1. 造價 它包括材料費、人工費、機具設(shè)備費。 材料費的估價由于目前缺乏經(jīng)濟指標的資料，而且各地區(qū)計算方法又不一致，暫按材料用量來衡量。估算材料用量的方法有： 1) 采用標準設(shè)計與通用設(shè)計時，可按所附材料表查用。 2) 參考同類體系、同荷載標準、相近跨度的已建橋梁的工程數(shù)量。如每平方米的材料用量等?？蓞⒖加嘘P(guān)橋梁設(shè)計總結(jié)資料求得；如缺乏這類統(tǒng)計數(shù)字時，可參考結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙的主要尺寸進行估算。 3) 根據(jù)教材或參考書中提出的構(gòu)造尺寸以及經(jīng)驗尺寸，定出總體設(shè)計的輪廓尺寸，然后對主要結(jié)構(gòu)的少數(shù)控制截面進行粗略的驗算。驗算時可僅按主力組合進行。 在材料用量比較中，主要考慮鋼材、混凝土(水泥)、木材的用量。按照我國目前情況，需多注意節(jié)約鋼材與木材，當設(shè)計有特殊要求或為了滿足教學要求時，也允許采用鋼橋。每個方案都要求給出材料指標，即每平方米橋面上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的混凝土，高強鋼絲(鋼絞線)和普通鋼筋的用量，以作經(jīng)濟比較。 (2)人工費和機具設(shè)備費的標準各地區(qū)有很大差別，可根據(jù)概預算定額標準進行估算。 2. 工期 一座橋梁建設(shè)工期的長短與造價有很大的關(guān)系，橋梁作為線路的一部分，應該要求做到“線路修到那里，橋也通到那里”，以保證機具、材料、人員的輸送，而且線路早日交付運營，可以使國民經(jīng)濟早一天獲益，否則損失就很難估算。影響工期的因素很多，在建橋資金有保障的前提下，有基礎(chǔ)工程量的大小、結(jié)構(gòu)形式、施工方法等。尤其是基礎(chǔ)工程，因此，在地質(zhì)條件復雜，河水較深的橋位可適當加大跨徑，以減少基礎(chǔ)施工的難度。另外，選擇的橋型可優(yōu)先考慮工廠化，預制裝配程度高的；上下部結(jié)構(gòu)可平行施工的方案。 上、下部結(jié)構(gòu)類型多的橋梁，要求特種機具設(shè)備的或新體系的工期也長；非就地取材的橋型，不僅造價高，而且工期長；采用腳手架施工的工期長，而且有水毀之虞，都需一一加以考慮。 3. 養(yǎng)護與維修 在橋梁規(guī)定使用期限內(nèi)經(jīng)常維修費用的多少需要考慮，混凝土橋的養(yǎng)護和維修費用比鋼橋要低得多，當遭受軍事或自然因素破壞后的修復，梁式橋比拱橋方便。 （四）美觀 我國基本建設(shè)是遵循安全、適用、經(jīng)濟、美觀和有利環(huán)保的原則。因為一座橋梁往往是一個城市的標志，一個城市的驕傲。國外橋梁設(shè)計現(xiàn)已對美觀提到重要的地位，認為是反映人類文化成就的組成部分，并給人以精神上的陶冶和享受。設(shè)計時應考慮結(jié)構(gòu)的造型與當?shù)氐匦?、景物的協(xié)調(diào)，橋梁輪廓尺寸應比例勻稱，各部結(jié)構(gòu)要協(xié)調(diào)平衡，如梁式橋應避免頭重腳輕的肥梁瘦柱外形：桁架橋要求腹桿方向變化少、避免重復交叉；拱橋拱上建筑的跨中高度與墩臺上的高度比例不能相差懸殊；中承式拱應注意橋面上下部分的比例協(xié)調(diào)，黃金分割是建筑中常用的確定比例的規(guī)則；風景區(qū)跨谷橋的橋墩，由中孔至兩側(cè)邊孔的距離以遞減收小較為美觀；跨線立交橋，主梁或上部結(jié)構(gòu)與橋墩以纖細為美，切忌橋臺側(cè)墻長大，既耗費圬工，有礙觀瞻，又妨礙視線，影響車速，這在高速公路中更顯得必要；橋墩外形亦可作多種變化；風景區(qū)的橋梁外表，必要時也可著色美化。 除了以上四方面主要的比選標準，施工設(shè)備和施工能力也是必需考慮的一個方面。每一個比選方案都應初步考慮采用什么施工方法，根據(jù)所給的施工設(shè)備和現(xiàn)場條件制訂施工方案。從經(jīng)濟、工期等方面比較各個方案的可選性。以上各點僅提供了評比方案應該考慮的主要方面，供啟發(fā)思考。必需注意，以上各點既有聯(lián)系，也有矛盾，而且各方案本身具有自己的特點。方案的選定關(guān)系到造價的高低、工期快慢與施工質(zhì)量，是橋梁設(shè)計中的重要階段。在此，只能根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書提供的資料，抓住主要矛盾，進行分析評比，提出自己的評比結(jié)論，征得指導教師同意后，提出推薦方案，進入結(jié)構(gòu)設(shè)計。應該指出的是，學生在畢業(yè)設(shè)計階段主要是學習，而且時間和個人的能力有限，因此最后所選的推薦方案不宜選擇結(jié)構(gòu)復雜或跨徑太大的橋型。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟本節(jié)主要介紹當推薦方案確定之后，如何進一步進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計應包括上部結(jié)構(gòu)設(shè)計和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大部分。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容有：截面尺寸的擬定，內(nèi)力計算(包括恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力和附加內(nèi)力的計算，內(nèi)力組合。內(nèi)力包絡(luò)圖的繪制)，配筋設(shè)計，施工階段和使用階段的應力驗算，最終承載能力極限狀態(tài)強度驗算，剛度驗算，有的橋型如拱橋的主拱圈，斜拉橋的主塔等還需進行穩(wěn)定性驗算。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容有：橋墩、橋臺及其基礎(chǔ)的設(shè)計計算。最后是結(jié)構(gòu)總體施工方案說明。 畢業(yè)設(shè)計的過程也是學生熟悉和應用設(shè)計規(guī)范的過程，在此階段要求學會遵循公路橋涵設(shè)計規(guī)范進行橋梁設(shè)計，并達到熟練掌握的程度。A 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）截面尺寸的擬定 在方案階段只是初步選定了截面的形式和輪廓尺寸(如梁高，翼緣寬度等)，其余的細部尺寸(如箱梁的頂板厚度、底板厚度、腹板厚度、加腋尺寸等)尚未最后決定。細部尺寸的確定可參考已建成的相同橋型，相近跨徑、橋?qū)?、荷載標準的橋梁的截面尺寸；可根據(jù)方案的具體情況進行設(shè)計。設(shè)計時要考慮以下幾方面因素： 1.受力。如：在梁式體系中截面主要受彎，其上下緣承受拉、壓力而腹板承受剪力。 因此頂板和底板的厚度應由拉、壓應力控制，腹板厚度由剪應力控制。T梁的翼緣板和箱梁的頂板除了作為主梁的一部分承受縱向彎矩外，還起橋面板的作用，承受橫向彎矩，這部分尺寸必需先定下來，以免到最后加大返工工作量。因此，在梁式體系中計算內(nèi)容的第一部分，就是橋面板的計算。拱式體系的主拱圈主要承壓，因此其截面一般是對稱的。截面尺寸除了要滿足壓應力的要求外，還應具有一定的抗彎能力。無鉸拱橋是三次超靜定結(jié)構(gòu)，拱圈高度定得高，雖然能增大截面的抗彎能力，但超靜定次內(nèi)力也相應增大，不一定有利，所以要兼顧各方面因素后選定。 2.構(gòu)造。有時截面尺寸不是受力控制而是構(gòu)造控制。如鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)，混凝土不受力，僅起保護鋼筋的作用，此時構(gòu)件的尺寸在混凝土滿足規(guī)范要求的保護層厚度的前提下盡量取小值，以減小構(gòu)件自重；預應力混凝土簡支T梁或箱梁的頂、底板，腹板厚度除了應滿足受力要求外還應考慮預應力管道的布置要求，采用什么預應力體系，管道外徑尺寸多大，如果需要多排或多列布置則考慮排、列間距后再加上外面普通鋼筋和混凝土保護層即為構(gòu)造要求的板厚，在預應力筋錨固截面還需考慮錨墊板的尺寸大小及錨頭所占的最小尺寸等。 3.施工。不同的施工方法對截面尺寸的要求也不相同。如采用整體澆筑施工法，則要求一定的構(gòu)造厚度，以適應混凝土的澆搗，而采用滑模施工法的構(gòu)件尺寸在滿足結(jié)構(gòu)受力和管道鋼筋布置的條件下有可能進一步減少。（二）內(nèi)力計算內(nèi)力計算包括恒載內(nèi)力和活載內(nèi)力計算，如果是超靜定結(jié)構(gòu)則還應計算由于溫度變化，混凝土收縮、徐變，墩臺不均勻沉降等引起的次內(nèi)力，如果是超靜定預應力混凝土結(jié)構(gòu)則應計算張拉預應力引起的預應力二次矩等。 1恒載內(nèi)力計算 恒載內(nèi)力包括自重內(nèi)力和后期恒載內(nèi)力(如橋面鋪裝、人行道、防撞欄桿、燈柱等)兩部分。其中自重內(nèi)力和結(jié)構(gòu)的施工方法有密切關(guān)系。如果結(jié)構(gòu)采用分階段施工，體系不斷轉(zhuǎn)換，則截面的恒載內(nèi)力應是各施工階段內(nèi)力疊加的結(jié)果。在初步設(shè)計時，自重內(nèi)力的計算有二種方法：采用一次落架法計算，然后和活載內(nèi)力、附加內(nèi)力組合后繪制內(nèi)力包絡(luò)圖，作為配筋設(shè)計的依據(jù)。但是如果采用懸臂施工法施工時，實際內(nèi)力包絡(luò)圖在支點和跨中與一次落架的內(nèi)力包絡(luò)圖相比有較大差別，前者的支點負彎矩較后者的大，而跨中正彎矩卻小得多。使得用一次落架法疊加的內(nèi)力包絡(luò)圖配出的預應力筋束數(shù)在支點處顯得不足，而在跨中處偏多。此時可用乘系數(shù)的方法來減小這些差別，如支點負彎矩乘以1.1的系數(shù)，跨中：正彎矩乘以0.50.6的系數(shù)。如此配出的束數(shù)是否恰當，可在施工階段驗算時進行調(diào)整。按施工程序進行計算，但此時不考慮預應力(也無法考慮)和徐變的影響，施工荷載可用集中力近似代替。這樣計算的自重內(nèi)力與實際受力情況比較符合。 2活載內(nèi)力計算 活載內(nèi)力可按下式計算： （1） 式中：為沖擊系數(shù)；為車道折減系數(shù)；為橫向分布系數(shù)；為車輛軸重；為內(nèi)力影響線坐標。和可據(jù)結(jié)構(gòu)形式、跨長、車道數(shù)查規(guī)范計算，內(nèi)力影響線坐標可用程序計算，這里主要說明橫向分布系數(shù)計算中的一些問題。 （1）各種計算方法的適用對象。在橋梁工程課程中介紹過好幾種求荷載橫向分布系數(shù)的方法，有剛性橫梁法、剛接梁法、鉸接梁法、G-M法。對于不同的上部結(jié)構(gòu)和橫截面形式；可采用不同的方法進行計算。 例如：對于寬跨比0.5，并具有可靠橫向聯(lián)結(jié)的梁系結(jié)構(gòu)可采用剛性橫梁法；對于采用剛性聯(lián)結(jié)的多個單箱截面，可采用剛接梁法；對于剛性聯(lián)結(jié)的二個單箱單室截面或單箱多室截面，可采用杠桿法或剛接梁法；對于鉸接空心板橋可采用鉸接梁法；對于密排梁系，尤其是寬橋，G-M法是一種比較合適的計算方法。在拱式體系中，對于雙肋式下承式或中承式拱橋，系桿拱橋一般采用杠桿法，多肋的上承式拱橋一般采用剛性橫梁法。支點截面的荷載橫向分布系數(shù)都是采用杠桿法。 (2)非簡支體系荷載橫向分布系數(shù)的計算。上述方法的荷載橫向分布系數(shù)都是在簡支梁橋的跨中截面上推導出來的，即得到的是跨中截面的荷載橫向分布系數(shù)。計算彎矩時其他截面(除支點截面)只是借用了此值：計算剪力時，支點截面上采用的是杠桿法，從支點截面到第一片橫梁(或14跨)直線變化。當設(shè)計采用的是懸臂梁或連續(xù)梁體系，通常的做法是：借用簡支梁的值；參考橋梁工程教材中介紹的方法進行修正；采用空間程序計算內(nèi)力影響面，在影響面上加載。由于活載內(nèi)力在全部結(jié)構(gòu)內(nèi)力中占的比例不大，尤其跨度大時活載內(nèi)力所占比例更小，因此，活載橫向分布系數(shù)有些差別，對整個結(jié)構(gòu)的受力影響不大，故一般采用第一種方法。 3附加內(nèi)力計算 附加內(nèi)力是指風力或離心力等某些可變荷載引起的內(nèi)力。 4結(jié)構(gòu)次內(nèi)力計算 在超靜定結(jié)構(gòu)中，溫度變化，混凝土收縮、徐變，預應力張拉，墩臺的不均勻沉降和位移都會產(chǎn)生次內(nèi)力，這些次內(nèi)力雖然都可用計算機進行計算，但學生在運用程序時應掌握這些計算的基本概念以及注意參數(shù)的取用，能定性的判斷計算結(jié)果的正確性。（三）內(nèi)力組合設(shè)計應按持久狀況承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩種組合進行。持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算應按要求，對構(gòu)件進行承載力及穩(wěn)定計算，必要時尚應進行結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移的驗算。在進行承載能力極限狀態(tài)計算時，使用（或荷載）的效應（其中汽車荷載應計入沖擊系數(shù)）應采用其組合設(shè)計值，結(jié)構(gòu)材料性能采用其強度設(shè)計值。持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算，采用使用（或荷載）的短期效應組合、長期效應組合或短期效應組合并考慮長期效應組合的影響，對構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度進行驗算，并使各項計算值不超過規(guī)范限值。在上述各種組合中，汽車荷載效應可不計沖擊系數(shù)。在預應力混凝土構(gòu)件中，預應力作為荷載考慮，荷載分項系數(shù)為1.0，對連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)，尚應計入由預應力、溫度作用等引起的次效應。（四）繪制內(nèi)力包絡(luò)圖 在內(nèi)力組合的基礎(chǔ)上就可以繪制包絡(luò)圖了。包絡(luò)圖有彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖，它們是配筋設(shè)計的依據(jù)。當同一截面有多片主梁時，可選用各片梁的最大值。由于計算了兩種極限狀態(tài)的內(nèi)力組合值，因此彎矩和剪力各個包絡(luò)圖。(五)配筋設(shè)計截面的配筋設(shè)計可根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理教材中提供的公式進行，同一截面的預應力筋（或鋼筋）可按正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的最大組合內(nèi)力配置，然后取其大值。在預應力結(jié)構(gòu)中為了防止預留管道在施工中堵塞，設(shè)計時應多留34個孔道。在正負彎矩區(qū)，如果需要調(diào)整束數(shù)，則當截面承受負彎矩時，截面下部需多配n束，則上部也要相應地增加n束才能滿足0的條件。同理，在承受正彎矩時，截面上部需多配n束，則下部也應相應多配n束。(六)施工驗算 施工驗算是按照施工步驟，把荷載效應逐階段進行疊加，每一階段的計算荷載包括節(jié)段自重，施工荷載（施工機具、施工人員、模板等）和預應力。如果用程序進行驗算，則應確定每一階段的計算圖式，把荷載全部作用到正確位置進行計算。在驗算構(gòu)件吊裝階段的應力時應乘以動力系數(shù)。(七)應力驗算 應力驗算主要指正常使用階段的應力計算。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要進行變形和裂縫寬度的驗算；預應力混凝土結(jié)構(gòu)主要驗算在使用荷載和預加力作用下，混凝土和預應力鋼筋的應力，變形及B類構(gòu)件裂縫寬度，值得注意的是，在進行變形計算時，不論構(gòu)件處在開裂或不開裂狀態(tài)，都假定是理想的彈性體，只是構(gòu)件的剛度要進行折減。(八)強度驗算可參見規(guī)范提供的計算公式及有關(guān)規(guī)定。B 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計下部結(jié)構(gòu)包括橋墩、橋臺和基礎(chǔ)。它們的設(shè)計與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計一樣也由類型選擇、尺寸擬定、內(nèi)力計算、強度驗算、穩(wěn)定性驗算及抗震驗算等幾部分組成，對于鋼筋混凝土和預應力混凝土墩臺還應進行配筋設(shè)計。由于不同類型的墩臺其計算項目和計算方法也不相同，因此這部分內(nèi)容可參考公路橋涵設(shè)計手冊墩臺與基礎(chǔ)第二、三章中的設(shè)計與計算部分。C 施工方法設(shè)計正規(guī)的施工設(shè)計應包括施工程序設(shè)計、施工設(shè)備的設(shè)計、施工組織設(shè)計、繪制施工進度表、場地布置及綜合概預算。由于畢業(yè)設(shè)計時間限制，只要求做施工方法設(shè)計并繪制施工流程圖。這里所指的施工方法應包括上、下部結(jié)構(gòu)。施工方法在擬定方案時就已選定了，因為結(jié)構(gòu)的自重內(nèi)力的計算和施工方法有密切關(guān)系。在選擇施工方法時要考慮工期、造價的因素，在場地條件許可或橋址離預制場近的條件下優(yōu)先考慮預制裝配方案，為搶工期，盡量考慮上、下部同時施工的方案。基礎(chǔ)和墩臺施工應安排在枯水期，在洪水到來以前最好把橋墩搶出設(shè)計洪水位。施工設(shè)備的選擇，盡可能采用一機多用，利用率要高。一座橋的施工，不宜采用多種施工方法，這樣會增加機具設(shè)備費用，加大造價。這些僅是選擇的原則，在具體設(shè)計時不可能做到盡善盡美，只能抓住主要矛盾。四、工程施工圖的繪制A 工程設(shè)計圖的內(nèi)容橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計圖是設(shè)計工程師們根據(jù)有關(guān)設(shè)計文件的要求及相關(guān)設(shè)計資料(如建橋點的道路狀況、交通量、地質(zhì)、地理、水文等條件)，以橋梁規(guī)范為依據(jù)，結(jié)合長年積累的設(shè)計經(jīng)驗，進行系統(tǒng)細致地規(guī)劃、分析，設(shè)計繪制而成的，圖紙反映了設(shè)計者的設(shè)計構(gòu)思和設(shè)計意圖。 概括地說“橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計圖是橋梁工程中所用的一種按照一定原則繪制而成的能夠十分準確表達橋梁結(jié)構(gòu)的外形輪廓、大小尺寸、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和所選材料的圖樣”。 橋梁工程設(shè)計圖包括橋梁基礎(chǔ)；下部結(jié)構(gòu)的承臺、橋墩、橋臺；上部結(jié)構(gòu)主梁、欄桿、分隔帶、伸縮縫等；橋頭引道工程；附屬設(shè)施；以及說明結(jié)構(gòu)概貌、施工方法等特征的設(shè)計說明書。橋梁施工人員依據(jù)設(shè)計圖紙和施工規(guī)范，將設(shè)計人員的設(shè)計意圖正確地在現(xiàn)實中加以反映。所以，正確地繪制工程設(shè)計圖紙是非常重要的。畢業(yè)設(shè)計繪制施工圖的目的，就是讓學生了解橋梁工程施工圖的內(nèi)容，學會施工圖的繪制方法及如何利用圖紙表現(xiàn)工程設(shè)計意圖。B 設(shè)計圖的繪制1圖紙標準圖紙的規(guī)格即圖紙幅面的大小尺寸有全國統(tǒng)一的標準，該標準規(guī)定：圖紙幅面的基本尺寸為五種，代號分別為A0、A1、A2、A3、A4。為適應建筑物的具體情況，該標準又規(guī)定了圖紙的長邊可以加長，圖幅尺寸及加長規(guī)定見表1，表2。表1 圖幅尺寸（mm）基本幅面代號A0A1A2A3A4B18411189594841420594297420297210C105a25表2 圖紙長邊加長尺寸（mm）幅面代號長邊尺寸長邊加長后尺寸A011891338 1487 1635 1784 2081 2230 2387A1841051 1261 1472 1682 1892 2102A2594743 892 1041 1189 1338 1487 1635