毕业设计600m斜拉桥设计Word下载.doc
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3.2、总体设计 -10-
3.3、主梁设计 -11-
3.4、斜拉索设计 -12-
3.5、主塔设计 -12-
3.6、下部结构构造 -13-
3.7、整体分析 -13-
3.7.1计算原则 -13-
3.7.2计算作用 -14-
3.7.3尺寸拟定建模计算 -15-
3.7.4、桥梁配筋及索力优化 -23-
第4章桥梁基础工程设计 -31-
4.1、设计资料 -31-
4.2、选择桩端持力层、承台埋深、拟定桩长 -31-
4.3、单桩设计、确定承台尺寸 -31-
4.3.1确定单桩承载力特征值 -31-
4.3.2初选桩的根数 -32-
4.3.3初选承台尺寸 -32-
4.3.4单桩受力验算 -32-
4.4、承台配筋计算及承台受力验算 -34-
4.4.1承台配筋计算 -34-
4.4.2承台受力验算 -35-
第5章圣阳桥施工组织设计 -39-
5.1、工程概况 -39-
5.1.1斜拉桥概况 -39-
5.1.2主要工程数量 -39-
5.1.3工程特点 -39-
5.2斜拉桥施工方案 -39-
5.2.1钻孔灌注桩基础施工 -40-
5.2.2承台钢筋加工及安装 -43-
5.2.3斜拉桥主塔施工 -44-
5.2.4挂篮悬浇施工 -45-
5.2.5斜拉索的安装 -49-
5.2.6斜拉索的张拉工艺 -50-
5.3、施工控制 -51-
5.3.1施工控制的目的 -51-
5.3.2施工控制的原则 -51-
5.3.3施工控制的组织形式 -52-
第6章毕业设计总结 -53-
致谢 -54-
参考文献 -55-
摘要
本设计根据设计任务要求,依据现行公路桥梁设计规范,兼顾技术先进，安全可靠，适用耐久，经济合理的原则，提出了预应力混凝土双索面独塔斜拉桥、预应力混凝土连续刚构两个比选桥型。
综合各个方案的优缺点并考虑与环境协调，把预应力混凝土双索面独塔斜拉桥作为推荐设计方案。
主梁是斜拉桥的重要基本承载构件之一，主梁的强度、刚度和稳定性直接影响到全桥的刚度和稳定性，因此本设计利用桥梁博士建模，进行了索力调整，并对结构细部尺寸拟定，进行静活载内力计算、配筋设计及控制截面应力验算、变形验算等，经验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。
然后进行下桥梁下部结构的设计，重点对桥塔下部基础进行了设计。
该计算仅仅是斜拉桥设计的一部分，通过本设计为将来桥梁施工或是设计打下基础。
关键词：
独塔双索面斜拉桥；
桥梁博士建模；
索力调整；
成桥合理状态；
桩基础
ThedesignofShengYangbridge
ABSTRACT
Accordingtothedesigntaskrequirements,basedonthecurrenthighwaybridgedesignspecifications,bothtechnologicallyadvanced,safeandreliablefordurable,economicalandrationalprinciples,thedesignwasconsidered.Iproposedtwoprojectsincludingpre-stressedconcretedoublecableplanessingletowercable-stayedbridgeandpre-stressedconcretecontinuousrigidframetoselect.Consideringtheadvantagesanddisadvantagesoftwoprojectsincludingtheenvironmentconditions,Iselectedthesingletowercable-stayedbridgewithdoublecableplanesasarecommendeddesign.Cable-stayedbridgegirderisoneofthemostimportantbasiccarriermemberandthestrength,stiffnessandstabilityofmaingirderdirectlyaffectthefull-bridgestiffnessandstability.SoItookadvantageoftheDr.bridgetofigureoutthebestcabletensionandsetthedetailsizeofthestructure.what’smore,thestaticloadandotherliveforcewasmodeled.Also,Icheckedthestressandthedeflectionofthebridgeandcalculatedtheareaofreinforcement.Viacalculatingtheeffectandcheckingresult,Ifoundthatthecalculationmethodiscorrectandtheinternalforcedistributionisreasonable,inlinewiththerequirementsofthedesigntask.ThenIdesignedsubstructureoftheselectedbridgeandtheemphasiswaslaidonthepilepartofthebasisforthemainpylon.Iknowthatthiscalculationisonlyalittlepartofthedesignofcable-stayedbridge,butIlearnedalotofknowledgethroughthedesignprocess,whichabsolutelylaythefoundationformyfuturebridgeconstructionordesign.
KeywordsSingletowercable-stayedbridgewithdoublecableplanes;
BuildingbridgemodelwithDr.bridge;
Cableforceadjustment;
areasonablestateofbridge;
Pilefoundation
V
第1章绪论
1.1斜拉桥发展概述
早在悬索桥出现的同时,工程师就提出了斜拉桥的概念。
斜拉桥是一种桥面体系受压，支承体系受拉的桥梁。
其桥面系由加劲梁构成，其支承体系由钢索组成。
斜拉桥在世界范围内的应用从20世纪50年代开始，在90年代迅速发展，其跨径已经进入以前悬索桥适用的大跨径范围内。
结构分析的进步、高强材料和施工方法及防腐技术的发展对于大跨径斜拉桥的发展起到了关键性推动作用。
1.2斜拉桥结构概述
斜拉桥的基本承载构件是由主梁、桥塔和斜拉索三部分组成。
实际设计时三者是密不可分的，三种基本承载构件以不同的方式影响结构的总体性能。
塔、梁及索的不同变化和相互组合，可以构成具有各自结构性能且力学特点和美学效果突出的斜拉桥。
斜拉桥的主要特点是利用由桥塔引出的斜拉索作为梁跨的弹性中间支承,借以降低梁的截面弯矩、减轻梁重和提高桥梁的跨越能力。
但斜拉索对主梁的弹性支承作用只有在拉索处于拉紧状态才能发挥出来，因此，必须在承受荷载之前对拉索进行预拉。
这样的预拉力还可以减小斜拉索的应力变化幅度，提高斜拉索的刚度，从而改变结构的受力状态。
此外，斜拉索的水平分力对主梁产生轴向预施压力的作用可以增强主梁的抗裂性能，节约高强钢材的用量。
斜拉桥与悬索桥的区别在于：
斜拉桥主梁上的荷载是通过锚固点直接传至斜拉索上，而悬索桥则是经由吊索传至柔性承重索，因而两者的结构刚度有较大的差别。
一般悬索桥的承重索系锚固在桥台或台后专设的地锚上，主梁不承受轴力，而斜拉桥的主梁承受巨大的轴向力，形成偏心受压构件。
斜拉桥可以进行内力调整，以获得合理的内力分布。
斜拉桥的刚度很大程度上取决于斜拉索的刚度，因此，改变斜拉索的张拉力、间距和数量，不仅可以调整主梁的截面内力，也可以改变桥梁的刚度。
1.3斜拉桥施工概述
1.3.1索塔和基础的施工
目前我国所修建的斜拉桥无论采用何种形式的索塔，均采用钢筋混凝土结构。
近年来大多采用简易支架或无支架施工法，索塔的施工模板相继出现了滑模、提模、翻模和爬模工艺，其中爬模的造价最低，浇注节段高可达6m～10m，施工速度快，且外观也较光滑。
1.3.2主梁的施工
主梁的施工一般采用挂篮对称悬拼或悬臂浇筑施工，对于钢主梁和叠合梁采用工厂加工制造，现场起吊拼装形成；
预应力混凝土主梁大多采用挂篮现浇或支架现浇，少数采用预制拼装。
挂篮悬现浇法由于造价较低，且主梁线形易于控制，采用较为广泛。
在我国，挂篮悬现浇从后支点发展到前支点，从小节距发展到大节距，从轻型发展到超轻型，从节段施工周期15天发展到最快4天，技术已逐渐成熟。
牵索式挂篮的采用提高了挂篮承载能力，加快了施工速度。
1.3.3拉索的施工
1.3.3.1拉索的加工
拉索一般采用热挤PE防护法在工厂或现场加工，大多采用整束集中防护张拉，但也有个别采用半平行钢绞线分束防护与张拉。
拉索的锚头有冷铸镦头锚、热铸锚、镦头锚和夹片式群锚等几种，大多采用冷铸镦头锚。
1.3.3.2斜拉索的张挂、牵引和张拉
一般采用放盘法自下而上牵引到位或采用整盘吊装上梁后然后牵引上塔，穿完索后安装锚具再进行张拉，一般均采用两到三次张拉到位。
1.4斜拉桥的发展方向
斜拉桥今后将逐渐向密索体系发展，由于密索斜拉桥中许多索的自振周期不一样，它们互相干扰，不易产生共振，使风振的危险降低。
拉索也倾向于采用较细的拉索，这样可以减轻拉索的自重，减小拉索垂度对结构的非线性影响。
桥塔原先多采用钢结构，现在则越来越多地采用混凝土结构。
结构的计算考虑结构非线性分析和模拟施工、安装、运营过程的结构仿真分析。
第2章初步设计
2.1、设计资料
2.1.1、工程概述
该桥起点桩号K88+142.14，终点桩号K89+654.64，全长1512.5米。
该桥平面部分位于直线段上。
2.1.2、技术标准
（1）设计车速：
主线80km/h
（2）荷载等级：
公路—Ⅰ级
（3）地震烈度：
基本烈度为Ⅴ级
（4）设计洪水频率：
1/300
（5）桥梁宽度：
宽度24.5米[0.5米（防撞栏杆）+10.75米（车行道）+2.0米（中央分隔带）+10.75米（车行道）+0.5米（防撞栏杆）]；
（6）通航净空：
库区规划航道Ⅳ级通航标准；
（7）库区蓄水后正常水位：
381.100m
2.1.3、主要材料
按照规范执行。
2.1.4、桥区自然概况
1）气象、水文
该桥区附近无气象站，附近的苍溪县设有苍溪气象站，其气候特征可代表桥址区的气候条件。
苍溪县位于四川盆地北缘深丘，嘉陵江中游，属亚热带季风性湿润气候。
其主要特征为：
气候温和，光照充足，雨量充沛，四季分明。
据苍溪气象站1961～1990年的资料统计，其特征为：
多年平均气温：
16.7℃；
极端最高气温：
38.9℃；
极端最低气温：
-4.6℃；
多年平均年降水量：
1066.1mm；
实测最大降水量：
1181.9mm；
实测最小降水量：
709.2mm；
历年一日最大降水量：
204.3mm；
多年平均相对湿度：
74%；
历年最小相对湿度：
7%；
多年平均风速：
2.0m/s；
最大风速：
16.1m/s；
多年平均年蒸发量：
1273.1mm。
2）通航标准：
Ⅳ级。
3）地质状况见下面桥位平面图、河床剖面图。
2.1.5、桥位平面图、河床剖面图
2.2、方案构思
根据拿到的地形地质图，并根据设计技术指标以及通航要求，进行桥梁设计。
设计中除考虑到公路桥涵的设计要尽可能做到技术先进，安全可靠，适用耐久，经济合理外，还充分考虑了景观要求。
本次设计拟定了以下两个比选方案进行方案比选。
1、对称双索面独塔斜拉桥：
图2.2独塔斜拉桥
a）300m+300m=600m对称布跨，采用半漂浮体系，塔高140m，塔高H与主跨之比为0.467，采用钻石型塔，主梁上斜拉索的标准索距为8m，索塔上斜拉索的索距为1.5m*36=54m,桥面纵坡<
2%，见图2.3。
b）主梁采用半封闭双箱截面，如图2.3，梁高是3m，是主跨的1/100，梁总宽26.9m，桥面净宽宽度24.5米[0.5米（防撞栏杆）+10.75米（车行道）+2.0米（中央分隔带）+10.75米（车行道）+0.5米（防撞栏杆）],桥面横坡为2%。
梁两侧箱室成三角形，起到导风的作用，提高主梁的抗风能力，双索面斜拉索来抵抗梁的扭转作用。
图2.3无横隔梁主梁截面
图2.4有横隔梁斜拉桥主梁截面
注以上两图中尺寸以米计
2、双薄壁连续刚构：
图2.5连续刚构布置图
注图中尺寸以厘米计
a）主跨径的拟定：
主跨径定为270m，边跨采用150米+100的边跨径，桥梁全长为150+270+100=520m，见图2.5。
b）顺桥向梁的尺寸拟定
墩顶处梁高：
根据规范，取L/18,即15m。
跨中梁高：
根据规范，梁高为1/30～1/60L，取L/54,即5m。
梁底曲线：
选用二次抛物线。
c）梁截面的尺寸如下图2.6、2.7
图2.6刚构桥跨中截面图
注图中尺寸以毫米计
图2.7刚构桥支座跨中截面图
2.3、方案比选
方案一独塔斜拉乔方案：
斜拉桥拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支撑，从而减小了梁内弯矩、梁体自重，从而减小梁体尺寸。
施工技术较成熟。
独塔斜拉桥只有一个大型基础，在施工过程中主梁恒载主要由索塔承担，两侧边墩荷载较小，无水平推力。
行车平顺，但后期营运养护费用高。
方案造型美观，气势宏伟，跨越能力强，140米的主塔充分显示其高扬特性，与周围环境协调好，因此，选择独塔双索面对称斜拉桥作为设计方案。
方案二连续刚构方案：
综合了连续梁桥和T型刚构桥的受力特点，上部结构受力性能同连续梁桥一样，而薄壁墩底部所承受的弯矩，梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小。
其弯矩分布合理。
采用挂篮悬臂浇注施工；
不需大量施工支架和大型临时设备，桥梁施工受力状态与运营受力状态基本相近。
施工机械化程度高，技术先进，方法简便工艺要求较严格。
两个墩可以同时进行施工，施工进度快，占用施工场地少。
无须支座，节省大型支座费用。
结构刚度大，变形小，主梁变形挠曲线平缓。
连续刚构对地基承载力要求较高。
后期营运养护费用少，但其高跨比例不是很协调，影响桥型美观，而且悬臂施工风险大，本次设计放弃该方案。
第3章桥梁上部结构及塔墩设计
3.1、材料选择
1、混凝土：
预应力混凝土主梁的混凝土强度等级为C60，索塔为C60，主墩墩身为C60，承台和两边边墩都采用钢筋混凝土结构，承台混凝土强度等级为C30，边墩为C60,桩基混凝土强度等级为C35
2、预应力钢材：
主梁内的预应力筋除了施工阶段顶板有的精轧螺纹粗钢筋外，其他均为04规范中的高强的松弛钢绞线，标准强度1860MPa,弹性模量为E=1.9×
MPa,预应力管道均采用预埋波纹管成型，采用OVM锚具。
3、普通钢筋：
HRB335带肋钢筋,R235光圆钢筋；
4、斜拉索：
该桥采用扭绞型平行钢丝斜拉索，由7mm高强平行钢丝组成，抗拉强度标准值=1670MPa，弹性模量为=2.05×
MPa，斜拉索外面包双层护套，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯，锚具为冷铸墩头锚。
5、桥面铺装：
8cm厚防水混凝土+4cm沥青混凝土，容重23KN/。
6、支座：
GPZ抗震型盆式橡胶支座。
7、伸缩缝SSFB240型伸缩装置。
3.2、总体设计
根据通航的要求，以及道路的通行能力，采用双向四车道布置。
其设计车速为80km/h，处在高速公路上禁止非机动车辆和行人。
采用独塔斜拉桥，其桥塔拟定了门式塔，Ｈ型塔和钻石型塔三种方案。
门式塔的景观效果不佳，H型塔整体刚度不好，切需要很大的下部基础，钻石型塔不仅美观，而且整体刚度高，抗风性能好，经过比较采用钻石型塔。
为方便施工，降低造价，减轻主梁自重，主梁采用半封闭双箱主梁截面，预应力混凝土结构。
为了不削弱主梁的受力截面积，斜拉索锚固在主梁的两侧。
桥面铺装采用沥青混凝土，并设2%的横坡来满足排水要求。
跨径组成为300m+300m=600m,对称布跨，塔高140m，塔高H与主跨之比为0.46为了降低主梁的高度，减小主梁的弯矩，斜拉索索距较密，为密索体系，扇形布置，主梁上斜拉索的标准索距为8m，索塔上斜拉索的索距为1.5×
36=54m。
斜拉索采用扇形布置，双索面与桥面组成三角形。
考虑到桥位处的地形条件，即桥面设计标高很高，塔墩有80多米高，主梁采用挂篮悬臂浇筑法施工。
索塔采取爬模施工法。
支撑体系作为结构的边界条件，其选型布置是非常重要的。
本桥采用塔墩梁半固结体系，该斜拉桥属于半漂浮体系。
这种体系应用在独塔斜拉桥中有很大的优势，无论是桥梁的建设中便于悬臂施工，还是桥梁的运营状态的性能都很好，由于是独塔，温度荷载对其的影响不像双塔斜拉桥那样巨大。
3.3、主梁设计
1、主梁采用半封闭双箱截面，如图3.1，梁高是3m，是主跨的1/100，梁总宽26.9m，桥面净宽宽度24.5米[0.5米（防撞栏杆）+10.75米（车行道）+2.0米（中央分隔带）+10.75米（车行道）+0.5米（防撞栏杆）],桥面横坡为2%。
梁两侧箱室呈三角形，起到导风的作用，提高主梁的抗风能力，双索面斜拉索来抵抗梁的扭转作用。
2、截面见图3.1-3.2
图3.1无横隔梁截面
注图中尺寸以米计
图3.2有横隔梁斜拉桥主梁截面
注上图中尺寸以米计
纵向每隔8m设置一道横隔梁（在斜拉索锚固点处），横梁的设置主要考虑活载的横向分布以及桥面板的受力，斜拉索的锚固，以及增强桥梁的横向刚度，横梁的位置和斜拉索的锚固相对应。
本桥的横梁的厚度为30cm。
3.4、斜拉索设计
该桥的主塔为截面为矩形空腹结构，上塔柱为斜拉桥锚固区，主梁上的基本索距为8.0m，索塔上的基本索距为1.5m，最外侧斜拉索的倾角为24.5度，为减小斜拉索的风振，雨振，在每根斜拉索上设有减震器。
主桥斜拉索独塔共72根，塔端采用锚固型锚具，梁端采用张拉端锚具。
在张拉过程中，斜拉索采用主塔端锚固，主梁端张拉。
该桥采用扭绞型平行钢丝斜拉索，由7mm高强平行钢丝组成，抗拉强度标准值=1670MPa，斜拉索外面包双层护套，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯，锚具为冷铸墩头锚。
斜拉索断面如图2.9。
图图3.3拉索断面图
3.5、主塔设计
索塔采用造型美观的钻石型塔，钢筋混凝土结构。
钻石型塔造形美观，由于塔柱斜度较小，施工比较方便。
索塔自承台顶到索塔顶的高是223m，桥面以下部分塔墩高87.17m，塔高同跨径的比为0.467，桥面以上62.23m设一上横梁，梁高2.0m，主梁底设一中横梁，梁高2m，用于支撑主梁以及增强索塔横向的稳定性。
索塔在梁底的部分称为塔墩，梁底以上上横梁以下部分为下塔柱，上横梁以上部分为上塔柱。
上，下塔柱斜腿采用单箱单室，顺桥向6.0m长，横桥向4.0m。
上横梁采用箱室截面，下横梁为预应力混凝土结构，主梁支撑在下横梁上。
细部尺寸如图3.4
图3.4索塔构造图
3.6、下部结构构造
根据地质条件，该桥选用桩基础，桥墩下16根直径3m的钻孔灌注桩，受力形式为端承桩，桩端嵌入基岩2m。
承台尺寸33m×
33m，承台厚11m。
3.7、整体分析
3.7.1计算原则
斜拉桥的结构分析计算，根据跨度的大小采用两种不同的理论。
对于特大跨径的斜拉桥，为消除斜拉索及大变位引起的非线性因素的影响，必须采用有限变形理论；
对于中小跨径的斜拉桥，采用小变形理论即可获得满意的结果。
平面杆系有限元法是计算斜拉桥内力的基础，其基础理论是小变形理论。
在计算斜拉桥的内力及变形时，一般把空间结构简化成平面结构，但应计算荷载横向分布对结构的影响，以考虑结构的空间效应。
而斜拉桥结构较柔，拉索的布置形式对主梁抗扭刚度有影响，故在计算荷载横向分布系数时应综合考虑。
本设计在计算斜拉索和索塔的内力时，采用杠杆法来考虑荷载的横向分布系数。
斜拉桥的内力及变形分析主要是斜拉索和索塔，所承受的荷载包括一期恒载，二期恒载，活载，温度荷载，支座沉降，预应力，斜拉索的初拉力，混凝土的收缩徐变等。
本设计采用桥梁博士3.03软件进行结构分析。
3.7.2计算作用
1、设计作用
永久作用：
结构自重，预加力，混凝土的收缩徐变作用，基础变位作用；
可变作用：
公路Ⅰ级荷载，温度作用。
2、自重
（1）一期自重：
主梁混凝土容重为25.0KN/。
（2）二期自重：
二期自重是结构体系完成之后，沥青混凝土铺装和防栏按均布荷载作用在杆件元上。
其中桥面铺装：
0.12*23.5*1*24=67.68KN/m
防撞护栏：
5KN/m
合计：
=67.68+5=72.68KN/m
3、汽车荷载
（1）设计荷载
公路—I级车道荷载的均布荷载标准值为q=10.5KN/m；
集中荷载标准值=360KN，若计算剪力效应时，中荷载标准值
=360KN×
1.2=432KN。
（2）横向折减系数
本斜拉桥横向布置设计车道数为4，取横向折减系数0.67。
（3）纵向折减系数：
本桥主跨的计算跨径296m，取桥纵向折减系数为0.97。
（4）冲击系数独塔斜拉桥的竖向弯曲基频：
=
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