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福海3号桥施工图设计.rar

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    编号:20180915223404754    类型:共享资源    大小:7.19MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    福海 施工图 设计
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    福海 3 号桥施工图设计第 1 页 共 110 页1 设计数据和桥型方案比选1.1 设计数据桥梁原始依据及基本设计要求: (1)桥位平面图、桥址断面图等原始资料;(2)荷载标准:公路-I 级,人群荷载 3.5 kN/m2;(3)桥面设置基本要求:1.5( 人行道+ 栏杆)+7 (行车道) + 1.5(人行道+ 栏杆)m=10m;(4)通航净空要求:无;(5)桥面坡度:无纵坡,横坡 2%。1.2 桥型方案比选1.2.1 比选原则本设计桥梁的形式可考虑拱桥、简支梁桥、连续梁桥三种形式。从实用、安全、经济、美观、环保以及占地与工期多方面比选,最终确定桥梁形式。桥梁设计原则:(1)实用性。桥梁必须实用,要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒适和安全。既满足当前的需要,又要考虑今后的发展。要能满足交通运输本身的需要,也要考虑到支援农业等等。(2)安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要,能够保证其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。(3)经济性。在社会主义市场经济体制的今天,经济性是不得不考虑的重要因素。在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济,是否以最少的投入获得最好的效果。(4)美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美,要与周围环境相适应,合理的轮廓是美观的主要因素。(5)环保性。随着经济的发展,生活水平的不断提高,人们对环境保护提出了更高的要求,在建筑领域,一个工程的建设不能以牺牲环境作代价,在保证顺利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。1.2.2 综合评估福海 3 号桥施工图设计第 2 页 共 110 页应根据上述原则,对桥梁作出综合评估:(1)梁桥:梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下,其支座仅产生垂直反力,而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确,理论计算较简单,设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征:① 混凝土材料以砂、石为主,可就地取材,成本较低;② 结构造型灵活,可模型好,可根据使用要求浇铸成各种形状的结构;③ 结构的耐久性和耐火性较好,建成后维修费用较少;④ 结构的整体性好,刚度较大,变性较小;⑤ 可采用预制方式建造,将桥梁的构件标准化,进而实现工业化生产;⑥ 预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料,并明显降低自重所占全部设计荷载的比重,既节省材料、增大其跨越能力,又提高其抗裂和抗疲劳的能力;(2)预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段,通过施加纵向、横向预应力,使装配式结构集成整体,进一步扩大了装配式结构的应用范围。简支梁:目前我国道路桥梁结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明确,因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小,设计施工易标准化、简单化。但其梁高较大,景观稍差,行车条件也不如连续梁。连续梁:连续梁结构可以降低梁高,节省工程数量,有利于争取桥下净空,并改善景观;其结构刚度大,具有良好的动力特性以及减震降噪作用,使行车平稳舒适,后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看,连续梁造型轻巧、平整、线路流畅,将给城市争色不少。但连续梁对基础沉降要求严格,特别是由于联长较大,梁体与墩台之间的受力十分复杂,加大了设计难度。1.2.3 方案比选及截面形状选定由上述条件可知,根据本设计具体的情况,因地基为软土,制作拱桥难度较大,放弃拱桥方案。简支梁与连续梁相比虽然结构简单施工方便,但其建成后连续性不强,行车不如连续梁平稳,美观方面不如变截面连续梁的美观。福海 3 号桥施工图设计第 3 页 共 110 页梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T 型梁等可采用的梁型。连续单箱梁方案该方案结构整体性强,抗扭刚度大,适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑,现场浇筑砼及张拉预应力工作量大,但可全线同步施工,施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响较其他方案稍大。组合箱梁结构整体性强,抗扭刚度大,适应性强。双箱梁预制吊装,铺预制板,重量轻。但从桥下看,美观效果稍差。虽然从预制厂到工地的运输要求相对较低,运输费用较低,但桥面板需现浇施工增加现场作业量,工期也相应延长,并且徐变变形大,存在着后期维修养护工作量大的缺点。槽型梁为下承式结构,其主要优点是造型轻巧美观,线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用,但下承式混凝土结构受力不很合理,受拉区混凝土即车道板圬工量大,受压区混凝土圬工量小,梁体多以受压区(上翼缘)压溃为主要特征,不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时,由于结构为开口截面,结构刚度及抗扭性较差,而且需要较大的技术储备才能实现。T 型梁结构受力明确,设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法,施工进度较快。该方案建筑结构高度高,由于梁底部呈网状,景观效果差。预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。相比之下,单箱梁抗扭刚度大,整体受力和动力稳定性能好,外观简洁,适应性强,在直线、曲线等区间段均可采用,且施工技术成熟,造价适中。因此,结合工程特点和施工条件综合考虑,本设计选择连续箱型梁。根据已有的水文地质资料,确定河床断面图、确定桥长、确定桥型、进行桥梁的分孔、基础以及墩台的形式确定、桥梁横断面设计、上下部构造主要尺寸的拟订、桥面基础以及墩台标高的确定。根据设计任务要求,依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件,经初选后提出了 4×25m 四跨预应力混凝土简支 T 梁桥、30 没 m+40m+30m 三跨预应力混凝土等截面连续箱梁桥。按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则,如表 1-1 比较两个方案的优缺点。方案一 4×25m 四跨预应力混凝土简支 T 梁桥构造简单,内力不受基础不均匀沉降等附加变形影响,对基础要求较低,设计计算方便,跨径不大。各梁受力较为独立。行车舒适,构造简单,线形简洁美观。简支T 梁桥可分为整体式和装配式两种结构。这里考虑采用装配式简支结构,其具有建桥速度快、工期短、模板支架少等优点而应用广泛。T 形主梁是使用最普遍的福海 3 号桥施工图设计第 4 页 共 110 页结构形式,其优点是制造简单、整体性好、接头施工也方便。同时做预应力结构适用跨径为20m-50m之间,符合此设计跨径要求。 图 1.1 方案一 4×25m 四跨预应力混凝土简支 T 梁桥立面图(单位:c图 1.2 T 梁横断面图(单位:cm)方案二 30+40+30m 三跨预应力混凝土等截面连续箱梁桥本方案采用 30+40+30m 三跨等截面连续箱梁桥,边中跨比为 0.75,主梁截面采用福海 3 号桥施工图设计第 5 页 共 110 页等截面箱梁,使抗弯更有力。全桥连续,行车舒适;整体性好,利于抗震。考虑到施工难易度及交通状况,故采用满堂支架分段预制,后简支变连续的施工方法,保证混凝土均能达到强度的要求,使主梁保持连续,这样保持了连续梁的无伸缩缝,行车平顺的优点。图 1.3 方案 2 30+40+30m 等截面连续箱梁桥立面图(单位:cm)福海 3 号桥施工图设计第 6 页 共 110 页图 1.4 箱梁横断面图(单位:cm)表 1-1 方案比选表桥型 4×25m 四跨预应力混凝土简支 T梁桥30+40+30m 三跨预应力混凝土等截面连续箱梁桥适用性各梁受力相对独立,避免超静定梁的复杂问题。相邻孔的两跨之间有异向转角,影响行车平顺。与前面的相似,箱梁的行车性能良好,仅需定期地对支座进行更换。安全性 施工阶段控制精度要求高;全桥后期运营维护要求高墩顶设置有滑动支座时,温度变化、混凝土收缩对上下部结构产生的超静定内力较小,有较好的抗震能力美观性 构造简单,线形简洁。 将其墩设置成上大下小的形状,和梁底端的曲线交相辉映,在美观方面也是比较好的。经济型等截面形式,不能大量节约模板,加快建桥进度,简易经济。但不能充分利用截面作用,基础设置量大。等截面形式,不能大量节约模板,加快建桥进度,简易经济。但不能充分利用截面作用,基础设置量大。比选后把 30m+40m+30m 三跨预应力混凝土等截面连续箱梁桥作为主推荐设计方案,进行结构尺寸拟定。1.2.4 下部结构:桥墩类型有实体桥墩、空心桥墩、框架墩、柱式桥墩等。实体重力式桥墩是一实体圬工墩,主要靠自身的重力平衡外力,从而保证桥墩的强度和稳定。此种桥墩自身刚度大,具有较强的防撞能力,但同时存在阻水面积大的缺陷,比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。实体轻型桥墩可用于混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成,此结构显著减小了圬工体积,但其抵抗冲击力的能力较差,不宜用在流速大并且有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰块、漂流物撞击的河流中,一般用于小跨径的桥梁上。空心桥墩有两种:一种为部分镂空实体桥墩,另一种为薄壁空心桥墩。其特点是轮廓体型较大,多圬工材料少钢筋。不利于桥下流水通过。框架式桥墩给桥梁建筑增添了新的艺术造型,改变了桥墩原先的笨拙形象,使桥梁结构造型更加轻巧美观,同时使桥梁的跨越能力提高,缩短了主梁的跨径,降低了福海 3 号桥施工图设计第 7 页 共 110 页梁高。但是其结构比较复杂,施工比较麻烦。柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式。它具有线条简捷、明快、美观,既节省材料数量又施工方便的特点,桥下通视情况良好。福海 3 号桥施工图设计第 8 页 共 110 页2 上部结构尺寸拟定 2.1 桥跨尺寸拟定图 2.1 桥梁立面图(单位:cm)以《公路桥规》 (JTG D60-2004)为依据,进行在成桥状态下,主梁在恒载、活载、支座沉降、温度、混凝土收缩徐变等荷载作用下的内力计算,按承载能力极限状态和正常使用极限状态,结合相应的设计状况进行作用效应组合,取其最不利组合进行设计,得出相应包络图。连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的,也有做成多跨一联的,但一般不超过六跨。对于桥孔分跨,往往要受到如下因素的影响:桥址地形、地质与水文条件,通航要求以及墩台、基础及支座构造,力学要求,美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置,一般边跨长度可取为中跨的 0.5—0.8 倍,这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩,此外,边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系,对于采用现场浇筑的桥梁,边跨长度取为中跨长度的 0.8 倍是经济合理的。但是若采用悬臂施工法,则不然。本设计跨度,主要根据设计任务书来确定,其跨度组合为:30m+40m+30m。基本符合以上原理要求。2.2 主梁尺寸拟定梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式,包括主梁截面形式、主梁间距、福海 3 号桥施工图设计第 9 页 共 110 页主梁各部尺寸;它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。当横截面的核心距较大时,轴向压力的偏心可以愈大,也就是预应力钢筋合力的力臂愈大,可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外,箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大,对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利;同时,因其都具有较大的面积,所以能够有效地抵抗正负弯矩,并满足配筋要求;箱形截面具有良好的动力特性;再者它收缩变形数值较小,因而也受到了人们的重视。总之,箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。常见的箱形截面形式有:单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确,施工方便,节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较,两者对截面底板的尺寸影响都不大,对腹板的影响也不致改变对方案的取舍;但是双室式存在一些缺点:施工比较困难,腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是一座公路连续箱形梁,采用的横截面形式为单箱单室。预应力混凝土连续体系梁桥的截面形式很多,一般应根据桥梁的总体布置、跨径、宽度、梁高、支承形式和施工方法等方面综合确定。合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工和改善截面受力性能是十分重要的。根据经验确定,预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/25 之间,而跨中梁高与主跨之比一般为 1/40—1/50 之间。当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是较经济的方案,因为增大梁高只是增加腹板高度,而混凝土用量增加不多,却能显著节省预应力钢束用量。据规范,单箱单室截面的顶板宽度一般小于 20m,顶板两侧悬臂板的长度对活载弯矩数值但恒载及人群荷载弯矩随悬臂长度几乎成平方关系增加,因此悬臂长度一般不大于 5m,当长度超过 3m 后,应当布置横向预应力束筋。单箱单室截面悬臂板长度:底板长度之比为 1:(2.5-3.0)时横向受力状态较好。如悬臂端部设置防撞墙或者锚固横向预应力束筋,则端部厚度不小于 20cm。纵向负弯矩区受压底板的厚度对改善全桥受力状态、减小徐变下挠十分重要,因而大跨度连续体系梁桥中,应确保承受负弯矩的内支点区域的箱梁底板有足够的厚度。箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶,以适应箱梁下缘受压的要求,墩顶区域底板不宜过薄,否则压应力过高,由此产生的徐变将使跨中区域梁体下挠较福海 3 号桥施工图设计第 10 页 共 110 页大。底板厚度与主跨之比宜为 1/140-1/170.跨中区域底板厚度则可按构造要求设计,一般为 0.22-0.28。箱梁腹板的主要功能是承受结构的弯曲剪应力和扭转剪应力所引起的主拉应力,墩顶区域剪力大,因而腹板较厚,跨中区域的腹板较薄,但腹板的最小厚度应考虑钢束管道布置,钢筋布置和混凝土浇筑的要求。一般地,等高度箱梁可采用直腹板或斜腹板,边高度箱梁宜采用直腹板。顶板与腹板接头处设置梗腋,可提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度,减小扭转剪应力和畸变剪应力 [1]。桥面布置为:1.5(人行道+栏杆)m+7(行车道)m+ 1.5(人行道+栏杆)m=10m 。单个箱梁宽 10m。主梁采用单箱单室的箱形截面,箱梁顶宽 10m,底板宽 7.2m,梁高 2.2m,箱梁顶板厚采用 30cm、腹板厚 45cm、底板厚 30cm。如图 2.2 所示。通过调整支座垫石的高度来实现桥面纵坡 2%。 桥面铺装采用 10cm 沥青混凝土,人行道板采用 C40 混凝土浇筑并铺设地砖。跨中截面 支点截面图 2.2 桥梁横断面图(单位:cm)
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