斜拉桥毕业设计-设计计算书文档格式.doc
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目录
概述 1
第一章方案比选 2
1.1桥型方案设计概述 2
1.1.1桥型方案设计原则 2
1.1.2桥梁设计方案概述 2
1.2主桥桥型方案设计 3
1.2.1方案一：
双塔斜拉桥 3
1.2.2方案二预应力混凝土连续刚构桥 5
1.2.3方案三:
地锚式悬索桥 5
1.3桥型方案比选 8
第二章总体设计 10
2.1技术指标与设计资料 10
2.1.1技术标准 10
2.1.2材料参数 10
2.1.3设计规范及标准 11
2.2结构构造与总体设计 11
2.2.1方案构思与总体设计 11
2.2.2主梁设计 12
2.3索塔设计 14
2.3.1索塔尺寸的拟定 15
2.3.2索塔基础 17
2.4斜拉索设计 17
2.5辅助墩、过渡墩及基础 18
2.5.1辅助墩及基础 18
2.5.2过渡墩及基础 18
2.6施工方案设计 19
2.6.1索塔施工 19
2.6.2主梁施工 19
2.7桥面系设计 19
2.7.1钢桥面的铺装 19
2.7.2伸缩缝 20
2.7.3防撞护栏 20
第三章结构建模 21
3.1计算理论 21
3.1.1未知荷载系数法 21
3.1.2未闭合配合力 22
3.2计算参数 22
3.2.1材料参数 22
3.2.2作用标准及参数 23
3.3作用及其组合 23
3.3.1作用 23
3.3.2作用效应组合 24
3.4计算模型建立 24
3.4.1模型建立 24
3.4.2模型截面几何特性计算及材料参数 25
3.4.3边界条件 25
3.4.4成桥阶段索力确定 26
第四章成桥阶段内力计算分析 29
4.1斜拉桥整体静力分析 29
4.1.1结构控制截面内力计算结果 29
4.1.2支撑反力计算 30
4.1.3主梁内力计算 30
4.1.4主塔内力计算 33
4.1.5斜拉索内力计算 34
4.2斜拉桥的动力特性分析 35
第五章施工阶段内力计算分析 37
5.1施工方法介绍 37
5.1.1施工阶段划分 37
5.1.2主要施工阶段图示 38
5.2施工阶段内力分析 40
5.2.1主梁内力分析 40
5.2.2斜拉索内力分析 41
第六章结构验算 44
6.1主梁验算 44
6.1.1钢主梁验算 44
6.1.2混凝土主梁验算 53
6.2主塔强度验算 58
6.2.1验算原理 58
6.2.2使用阶段主塔强度验算 58
6.3斜拉索验算 60
6.3.1验算原理 60
6.3.2使用阶段拉索强度与疲劳验算 60
6.4斜拉桥变形验算 62
6.4.1验算原理 62
6.4.2斜拉桥变形验算 62
6.5斜拉桥抗风验算 64
6.5.1设计基准风速计算 64
6.5.2本桥的基频估算 65
6.5.3颤振临界风速计算 66
6.5.4颤振风速验算 67
第七章施工方案简述 68
7.1全桥施工 68
7.2索塔施工 69
7.3基础施工 69
7.4主梁施工 69
致谢 70
参考文献 71
概述
技术标准
结构形式：
双塔三跨式混合梁斜拉桥。
跨径布置：
50m+190m+460m+190m+50m=940m。
桥面宽度：
2Î
15m+2.0m（中央分隔带）+2Í
0.5m（防撞栏杆）=33m。
设计荷载：
公路I级。
设计速度：
80km/h。
通航净空：
250m×
20m。
桥梁纵坡：
0.5%。
桥面铺装：
70mm厚的沥青混凝土铺装。
标准横坡：
2%。
材料参数
混凝土材料：
全桥混凝土标号均采用C50，其弹性模量为E=3450MPa。
普通钢筋：
采用I级和II级钢筋，其技术标准符合国家GB13013-91和GB1499-91的规定。
预应力钢铰线：
采用φj15钢铰线,公称直径15.24mm，标准强度1860Mpa，弹性模量为MPa,锚具采用OVM15-22型群锚系列及相应钢铰线匹配的成套产品，包括锚垫板、锚头、夹片和螺旋筋等。
钢材：
钢板梁横梁及防撞护栏立柱采用符合GB.T1591-94要求的低合金钢Q345-D，纵梁采用Q370，防撞护栏横梁采用符合GB/T1591-94要求的低合金钢Q370。
高强度螺栓应符合GB3077-88的要求，螺母及垫圈应符合GB699-88的要求。
普通螺栓应符合GB700-88或GB3077-88的要求。
焊接材料：
焊接材料应结合焊接工艺，通过焊接工艺评定试验进行选择，保证焊缝性能不低于母材，工艺简单，焊接变形小，所选焊条，焊剂，焊丝均应符合相应国家标准的要求。
气体保护焊的气体纯度应大于99.5％。
斜拉索钢丝及锚具：
斜拉索采用直径为7mm的镀锌高强度低松弛钢丝，应符合GB5223-85的要求。
冷铸锚锚杯及螺母采用40Cr，抷件为锻件，符合YB/T036.7要求。
设计规范及标准
依据的规范有：
中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》（JTJ001-1997）
中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）
中华人民共和国行业标准《斜拉索ＰＥ热挤拉索技术标准》（征求意见稿）
中华人民共和国行业标准《公路斜拉桥设计规范》（试行JTJ027-96）
中华人民共和国交通部标准《公路钢木设计规范》（JTJ025-86）
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第一章方案比选
1.1桥型方案设计概述
1.1.1桥型方案设计原则
1适用性
桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。
桥下应满足泄洪、安全通航等要求。
建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。
2舒适与安全性
现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。
整个桥跨结构及各部分构件，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。
3经济性
设计的经济性一般应占有重要位置，经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。
4先进性
桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。
应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。
1.1.2桥梁设计方案概述
根据毕业设计任务书、桥址位置处地质剖面图，结合桥梁结构的设计、施工等特点，兼顾考虑结构安全、适用、经济、美观、环保等要求，参照工程实例和经验，引桥部分均采用35m跨径的预制装配式预应力混凝土箱梁桥，对主桥提出了三个式方案：
Ø
方案一:
双塔斜拉桥。
方案二:
预应力混凝土连续刚构桥；
方案三:
地锚式悬索桥.
1.2主桥桥型方案设计
作为横跨长江的新建桥梁,桥梁的视野应开阔明朗,梁高与桥下净高比例应相互协调,否则会产生压抑感,本桥为减小桥长,基本按与两侧防洪堤平交且同时满足桥下泄洪水位和通航水位的设计原则来控制纵坡。
因此梁体应尽可能纤细流畅,梁高不宜过高,相应的跨度应适中。
基于以上考虑桥梁确定了3个桥型方案。
双塔斜拉桥
1桥跨布置
该方案为双塔三跨斜拉桥，主桥跨径布置为50+190+460+190+50=940m，边主跨比为0.41，塔高163.50m，桥面以上高度114.06m，高跨比0.24，采用半漂浮体系，桥面设双向横坡为2%，见图1.1
2主梁
主梁断面采用等截面钢箱梁，本桥为双向六车道。
钢箱梁桥面净宽：
行车道外侧设置1.3m的斜拉索锚固区和检修道，风嘴宽度1.2m。
钢箱梁总宽=（桥面净宽）+2×
1.3m（锚固区和检修通道）+2×
1.2m（风嘴）=38m，梁高3.0m。
桥面板采用板厚为12～20mm的正交异性桥面板，主梁吊装梁段长度为6.2m～12.0m。
3索塔
索塔为倒“Y”型索塔，总高度173.50m，索塔塔身包括塔柱、横梁及斜拉索锚固区。
其中中、下塔柱为普通钢筋混凝土结构，上塔柱为预应力混凝土结构。
下塔柱从塔柱底至中、下塔柱转折点的高度为36.40m，中塔柱从中、下塔转折点至中、上塔柱转折点的高度为70.00m,上塔柱从中、上塔柱转折点至塔顶的高度为67.10m。
下塔柱横桥向外侧的斜率为1/3.4799,内侧的斜率为1/2.8086,顺桥向外侧面的斜率为1/5.0143，顺桥向为竖直向上。
柱上塔柱断面尺寸7.0m×
4.5m，壁厚1.2m和0.6m；
中塔柱截面尺寸7.0m×
4.5m，壁厚0.8m，下塔柱截面尺寸由10.5m×
7.0m向上渐变至7.0m×
4.5m，壁厚1.0m，下塔柱受力比较复杂，故该塔柱设计成实心段。
4斜拉索
该方案采用双索面扇形体系，全桥共设144组斜拉索。
根据受力的大小，斜拉索采用127丝—301丝φ7mm镀锌高强度低松弛钢丝，斜拉索在钢箱梁上的标准索距为12.0m，在索塔锚固端的索距为13×
2.0m+2×
3.0m+2×
3.5m。
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图1.1斜拉桥总体布置图（cm）
5基础
承台厚6.0m，顺桥向16m，横桥向32m。
采用钻孔灌注桩群桩基础，桩径3.0m。
6.施工方法
主桥边跨采用悬臂浇筑和有支架现浇法施工，主跨采用悬臂拼装法施工。
引桥为预制拼装法。
1.2.2方案二预应力混凝土连续刚构桥
主跨跨径：
150+270+270+150=740米，边主跨比：
150/270=0.56，见图1.2。
采用单箱单室箱形截面，桥面采用双幅桥面，单幅桥面宽15.5米，中央分隔带宽2米。
3基础
基础采用钻孔灌注桩群桩基础。
桩径2.0m，桩中心距5.75m。
承台为矩形承台，厚为5m，承台尺寸为26.6×
16m，采用C40混凝土。
桥墩采用双薄壁空心墩，外部尺寸4×
9m,壁厚0.5m。
4施工要点
（1）桥梁上部采用挂篮悬臂浇注施工，施工时要对称浇注，应注意立摸高程的合理设置，准确控制悬浇高程，主梁边中跨合拢高差应控制在１cm以内。
（2）施工后的主梁备用预应力束孔处理如下：
顶板束孔灌浆封填，底板束孔留下备用，但不穿预应力束。
（3）箱梁悬浇施工时在底板上的施工孔不封堵，作为箱梁的通气孔。
地锚式悬索桥
1悬索桥主要设计参数
①结构形式：
三箱连续钢箱加劲梁悬索桥
②跨径（200+600+200）=1000m，见图1.3
桥面全宽：
33.0（桥面净宽=2Î
0.5m（防撞栏杆）=33m）+2×
1.2m（风嘴）=38m
③主缆中跨矢跨比：
f/L=75/600=1/8。
④边跨与主跨比：
200/600=0.33。
⑤钢箱加劲梁构造：
扁平正交异性板钢箱梁，梁高3.0m，钢材采用16Mn9。
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图1.2预应力混凝土连续刚构桥总体布置图（cm）
图1.3地锚式悬索桥总体布置图（cm）
2主塔构造
主塔采用门式型混凝土桥塔,塔高135.25m，其中，桥面以上塔高80.0m,桥面下设一道横梁。
塔柱为空心矩形断面，塔顶—5m×
6m，塔底—5m×
8m，塔顶部为实心段，以承受鞍座转来的巨大压力。
上、下两个横梁是横桥向连接两个塔柱的重要构件，对全桥抗风抗震其重要作用，采用预应力混凝土结构。
3吊杆
全桥共设长短吊杆77根，吊杆间距12m,由镀锌高强低松弛钢丝束构成。
4锚碇及基础设计
南北均采用采重力式三角形锚碇。
采用钻孔灌桩基础,承台厚6.00m,矩形为24m×
24m，有16根桩，桩径2.5m。
1.3桥型方案比选
根据《2004公路工程技术标准条文说明（JTGB01-2003）》规定，公路桥涵应根据所在公路的使用任务性质和将来发展的需要按照安全、适用、经济、美观和有利环保的原则进行设计。
安全是设计的目的；
适用是设计的功能需求；
必须在满足安全和适用的前提下，应根据具体情况考虑经济和美观的要求；
同时，在我国经济实力不断增强的时期，应该提倡公路工程设计的环保要求。
方案一：
双塔斜拉桥是斜拉桥体系中采用最为广泛的形式，索面为双索面倾斜布置，具有很好的抗扭、抗风性能。
拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支撑，从而大大减小了梁内弯矩、使主梁内力分布更加均匀合理，桥梁跨越能力显著增大。
斜拉桥是超静定结构，使用性能好。
主桥桥面连续，无伸缩缝，行车条件好。
方案二：
预应力混凝土连续刚构桥结构线条明快流畅，与周围景观搭配协调。
此桥采用平衡悬臂施工法，由于结构上墩梁固结，为多次超静定，次内力较大。
为减小次内力的敏感性，必须选择抗压刚度较大，抗推刚度较小的单壁或双壁的薄壁墩，使墩适应梁结构的变形。
通过加大梁根部梁高，可以使正弯矩减小，主梁大部分承受负弯矩，施工较简单。
修建时须采用高墩大跨，当墩的高度较矮时将受到限制，对基础要求较严格。
方案三：
地锚式悬索桥跨越能力大，轻型美观，抗震性能好，但该桥位处受地质条件限制需要巨大的重力式锚碇，占用桥端空间多，而且对施工要求高，满堂支架架设主梁时，影响通航，另外，需建造较高的桥塔，施工难度较大，否则桥塔的景观性差。
经综合研究比较后,在满足设计要求的通航、行车要求的前提下，可以看出方案一轻盈流畅，结构美观，施工技术成熟，因此方案一最优,建议作为本工程的实施方案。
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第二章总体设计
2.1技术指标与设计资料
2.1.1技术标准
设计速度：
桥梁纵坡：
标准横坡：
2.1.2材料参数
全桥混凝土标号均采用C50，其弹性模量分为E=3450MPa。
钢板梁横梁及防撞护栏立柱采用符合GB.T1591-94要求的低合金钢Q345-D，纵梁采用Q370，防撞护栏横梁采用符合GB/T1591-94要求的低合金钢Q390-D。
2.1.3设计规范及标准
中华人民共和国交通部标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
2.2结构构造与总体设计
2.2.1方案构思与总体设计
1方案构思
斜拉桥的方案设计要充分考虑桥梁所处的环境因素，根据桥梁的使用功能和通航要求，选择合理的主跨跨径布孔，使其能够很好的与桥位所处的自然环境相一致，然后根据桥位处的地形、地貌对边跨进行跨径布置。
在桥孔基本确定后，选择合理的桥梁结构形式以满足受力要求和经济性的要求，力求达到安全、经济、适用、美观、环保。
混合梁斜拉桥就是斜拉桥的边跨采用混凝土梁，主跨采用钢结构。
通过这种结构形式
加大了边跨主梁重量和刚度；
减少了主跨变形和内力；
可减少或避免边跨支点出现负反力；
边跨预应力混凝土主梁易于架设；
减少全桥钢梁长度，节约造价。
本桥主跨460m，因混凝土结构的跨径较小，且自重较大，所以本桥采用钢斜拉桥，但若全桥均采用钢结构，经过初步计算，边跨处需要设置拉力支座并配合压重，这种设计较为不经济。
因此，本桥最
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