【正文】 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 設(shè) 計 資 料 基本資料及設(shè)計依據(jù) 基本數(shù)據(jù) 課題內(nèi)容 ： 一、勘察資料： 1．建橋理由 云南普洱市規(guī)劃的需要，建橋后將大大減少市中區(qū)車流量，改善市區(qū)交通。該橋位于云南普洱市，跨越小黑江。 2．河流及水文情況 歷史最高水位： 米；通航水位： 米；常年水位： 米；低水位： 米； 3．當(dāng)?shù)亟ㄖ牧锨闆r 砂石、鋼材均可供應(yīng)。 4．氣象情況 最高溫度： 41℃；最低溫度： ℃；最大風(fēng)速： 43m/s； 5．地質(zhì)情況 基巖以紫紅色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖為主，覆蓋層 5～ 12m。 二、橋位橫斷面地形資料 樁號 地面標(biāo)高 樁號 地面標(biāo)高 K1 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 2 + + + + + + + + + + + + + 課題任務(wù)要求： 對沙塘壩大橋進(jìn)行設(shè)計，其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為： 1．設(shè)計荷載：公路 — I級； 2．行車道寬： 12m+2 （人行道）； 3．通航 標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)四級； 主要參考文獻(xiàn) （由指導(dǎo)教師選定）： 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（ JTG D60— 20xx） 公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范（ JTG D61— 20xx） 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— 20xx） 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（ JTG D63— 20xx） 公路橋涵設(shè)計手冊 —— 梁橋（上、下冊） 公路橋涵設(shè)計手冊 —— 拱橋（上、下冊） 公路橋涵設(shè)計手冊 —— 基本資料 公路橋涵設(shè)計手冊 —— 墩臺與基礎(chǔ) 橋梁工程（上冊） —— 范立礎(chǔ)編 橋梁工程（下冊） —— 顧安邦編 橋梁施工與 組織管理（上、下冊）黃繩武編 12．橋梁畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 橋型方案比選 方案比選 橋型方案比選是初步設(shè)計階段的工作重點，同時也為后續(xù)工作做鋪墊。在此階段先根據(jù)橋址處的河床斷面、水文、地質(zhì)、通航要求等擬定五個初選方案，將五個初選方案在米格紙上繪制在米格紙上。再對這五個方案進(jìn)行比較，選出三個推薦方案，再對比三個推薦方案，根據(jù)材料用量，施工難易程度、運行養(yǎng)護(hù)條件、對通航的影響等最終選出最合適的橋型。 初選方案：（ 5個） 的中承式鋼管混凝土拱橋，引橋為 + 的簡支梁。 65m++65m 的三跨連續(xù)剛構(gòu)橋。 65m++65m 的三跨連續(xù)梁橋。 4. 主橋為凈跨徑 的中承式箱肋拱橋，引橋為 + 的簡支梁。 20m+205m+20m 的三跨懸索橋。 比選方案：（三個） 方案比選主要依據(jù)施工難易、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的原則，同時根據(jù)所在公路的作用、性質(zhì)和將來發(fā)展的要求，按照美觀和有利于環(huán)保的原則設(shè)計。橋型的選擇要求在技術(shù)上是可靠的，在施工上 是切實可行的。綜上所述，本次設(shè)計的三個比選方案如下： 方案一：中承式鋼管混凝土拱橋 （圖 ） （ 1）橋跨布置：主跨為計算跨徑 217m 的等截面懸鏈線中承式鋼管混凝土拱橋，凈矢跨比為 1/5，凈矢高為 ，主跨左邊為 的單跨鋼筋混凝土簡支梁，主跨右邊為 的單跨鋼筋混凝土簡支梁。 （ 2）上部結(jié)構(gòu)：主跨的上部結(jié)構(gòu)采用兩片四肢格構(gòu)形的桁架腹桿拱肋通過 K 字橫撐連成整體。拱肋高為 4m，寬為 ，弦桿采用φ 1000 22mm 的鋼管，內(nèi)灌中交新C50 混凝土，弦平聯(lián)為φ 500 10mm 的鋼管，內(nèi)灌 中交新 C50 混凝土，直腹桿和斜腹桿為φ 500 10mm 的鋼管，弦桿、橫聯(lián)管、橫撐、直、斜桿都為中交新 Q345 鋼。吊桿橫梁為鋼筋混凝土橫梁，橋面板為鋼筋混凝土空心板梁。 （ 3）下部結(jié)構(gòu)：拱座為重力式的臺階式拱座，拱上立柱為鋼筋混凝土柱式立柱。簡支梁的橋墩為雙柱式，與主拱公用拱座作為基礎(chǔ)，橋臺為重力式橋臺。 （ 4）受力特征：拱橋主要承受壓力，由于水平推力的作用，使得拱圈中的彎矩大 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 4 大減小，同時恒載和活載所產(chǎn)生的內(nèi)力主要由鋼和混凝土組合截面承受。鋼管對核心混凝土有套箍作用，既能受拉又能受壓，同時核心混凝土增強了鋼管 壁的穩(wěn)定性，使核心混凝土處于三向受力狀態(tài)。 （ 5）施工方法：主拱圈采用懸索吊裝施工，跨中合攏；橫梁采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場吊裝，縱梁現(xiàn)場澆注；拱座采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)的重力式拱座；引橋簡支梁采用現(xiàn)場澆注，；橋臺采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)的重力式橋臺。 表 主要工程數(shù)量表 項目 材料 上部結(jié)構(gòu) 下部結(jié)構(gòu) 合計 拱肋 +橫撐 吊桿 橫梁 縱梁 拱座 橋臺 +立柱+交接墩 C50（ m179。） 2020 9430 C40（ m179。） 鋼筋（ T） 鋼絞線 (T) 鋼板 (T) 943 934 （ 6） 綜合評價：中承式鋼管混凝土造型獨特，線形明晰，與當(dāng)?shù)氐匦魏軈f(xié)調(diào)，同時此處有很高的通航要求，所以采用纜索吊裝施工方法時，不會影響通航要求。還有采用鋼管混凝土，可大幅節(jié)省材料：縱梁和橫梁都在工廠預(yù)制，節(jié)約了施工時間；基礎(chǔ)和拱座都采用明挖基礎(chǔ)，節(jié)省了工程費用；同時在施工中鋼管本身是耐側(cè)壓的模板，省去了支模、拆模等工序， 也節(jié)約了時間。但是對于鋼管混凝土拱橋的設(shè)計與施工都沒有具體的規(guī)范指導(dǎo)，所以設(shè)計和施工中都存在一定的問題，譬如管內(nèi)混凝土脫空，鋼管焊接的問題，鋼管的養(yǎng)護(hù)、管內(nèi)混凝土開裂不易查不易補，組合截面受力分析存在誤差等。 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 中承式鋼管混凝土拱橋（尺寸單位： mm） 方案二：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋 （圖 ） （ 1） 橋跨布置：此方案的橋跨布置為 65m++65m 的三跨連續(xù)型剛構(gòu)橋。 （ 2）上部結(jié)構(gòu)：此橋采用二次曲線，主梁采用單箱單室變高度箱梁，箱梁頂板寬，底板寬 ；根部梁高為 ，跨中梁高為 ；全橋箱梁頂板厚度不變，都為 ，腹板不等厚，跨中到根部從 ；底板為不等厚，由跨中向根部處隨二次曲線 y=ax^2 變化，逐漸變厚，從 漸增加到 ；懸出部分長度相同，均為 ；人行道凈寬 ，高 ，人行道護(hù)欄采用 *。 （ 3）下部結(jié)構(gòu)：本方案下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁墩。橫橋向墩總寬為 , 縱橋向墩總寬為 ,單個寬 2m,承臺厚 2m， ，樁基礎(chǔ)為柱式群樁基礎(chǔ)，四 支，單直徑 。橋臺采用重力式 U 型橋臺，基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。 （ 4）受力特征：，它是一種墩梁固結(jié)，采用雙薄壁墩使得順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度大；順橋向抗推剛度小， 對基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變及地震影響有利。 （ 5）施工方法：對于主梁施工是采用掛籃懸臂澆筑法，在中間現(xiàn)澆合攏。橋基礎(chǔ)施工采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工，墩身采用滑模施工，橋臺采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)施工。 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 6 表 主要工程數(shù)量表 項 目 材料 上部結(jié)構(gòu) 下部結(jié)構(gòu) 合計 主梁 橫隔板 橋面板及鋪裝 墩 橋臺 基礎(chǔ) 承臺 C50（ m179。） 320 C40（ m179。） 鋼筋（ T） 鋼絞線 (T) 預(yù)應(yīng)力鋼筋 (T) 鋼板 (T) 267 267 瀝青混凝土（ m179。） 320 320 （ 6）綜合評價： 1）連續(xù)剛構(gòu)橋無伸縮縫。行車比較平順、舒適。 2）由于墩梁固結(jié)節(jié)省了昂貴的支座費用； 3）采用雙薄壁墩使得順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度大；順橋向抗推剛度小， 對基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變及地震影響有利； 4）施工中采用懸臂澆筑不會影響通航要求。除了上述優(yōu)點，還有很多缺點 : 3）結(jié)構(gòu)剛度、變形、動力性能不好，混凝土和鋼材用量都很多，不經(jīng)濟(jì)。 4)懸臂施工時，左右不對稱，當(dāng)靠近端部時邊跨要配重來平衡，所以增加了施工難度，同時基礎(chǔ)施工在水下施工，也增加了施工費用和難度。 5）抗撞擊能力較弱，承 受事故能力不好。 圖 預(yù)應(yīng)力混凝土 連續(xù)剛剛構(gòu)橋（尺寸單位： mm） 方案三：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋 （圖 ） （ 1） 橋跨布置：此方案的橋跨布置為 65m++65m 的三跨連續(xù)型梁橋。 （ 2）上部結(jié)構(gòu)：此橋采用二次曲線，主梁采用單箱單室變高度箱梁，箱梁頂板寬，底板寬 ；根部梁高為 ，跨中梁高為 ；全橋箱梁頂板厚度不變，鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 都為 ，腹板不等厚，跨中到根部從 ；底板為不等厚，由跨中向根部處隨二次曲線 y=ax^2 變化，逐漸變厚，從 ；懸出部分長度相同，均為 ；人行道凈寬 ，高 ，人行道護(hù)欄采用 *。 （ 3）下部結(jié)構(gòu)：本方案下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩，直徑 ,承臺厚 2m， 4m4m，樁基礎(chǔ)為雙柱式基礎(chǔ)，直徑 。橋臺采用重力式 U型橋臺，基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。 （ 4）受力特征：，它是一種墩梁分離，主梁連續(xù)的橋梁由于采用連續(xù)體系，全橋在恒載、活載作用下，彎矩分布合理，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)適用于多種施工方法，提高了施工質(zhì)量，降低了施工費用，且結(jié)構(gòu)剛度大 ,變形小 ,動力性能好，主跨 跨徑較大，能滿足通航要求，主梁變形曲線平緩，有利于高速行車，但是對基礎(chǔ)要求相對較高，對基礎(chǔ)沉降，溫度，收縮徐變及地震不利。 （ 5）施工方法：對于主梁施工是采用掛籃懸臂澆筑法，在中間現(xiàn)澆合攏。橋基礎(chǔ)施工采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工，墩身采用滑模施工，橋臺采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)施工。 表 主要工程數(shù)量表 項 目 材料 上部結(jié)構(gòu) 下部結(jié)構(gòu) 合計 主梁 橫隔板 橋面板及鋪裝 墩，蓋 梁 橋臺 基礎(chǔ) 承臺 C50（ m179。） 320 112 C40（ m179。） 鋼筋（ T） 鋼絞線 (T) 預(yù)應(yīng)力鋼筋 (T) 鋼板 (T) 267 267 瀝青混凝土（ m179。） 320 320 支座（個） 16 16 （ 6） 綜合評價： 1）連續(xù)梁橋無伸縮縫。行車比較平順、舒適。 2）恒載，活 載作用下受力均勻，合理； 3）采用主梁連續(xù)的結(jié)構(gòu)，使得墩梁交接處產(chǎn)生負(fù)彎矩，有效減少跨中彎矩，減小梁身的工程量。 4）施工中采用懸臂澆筑不會影響通航要求。除了上 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 8 述優(yōu)點，還有很多缺點 : 5）結(jié)構(gòu)剛度、變形、動力性能不好，混凝土和鋼材用量都很多，不經(jīng)濟(jì)。 6)懸臂施工時，左右不對稱，當(dāng)靠近端部時邊跨要配重來平衡，所以增加了施工難度，同時基礎(chǔ)施工在水下施工，也增加了施工費用和難度。 7）臨時支座和永久支座的施工，養(yǎng)護(hù)費用較高。 8）抗撞擊能力較弱，承受事故能力不好，對基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變及地震影響不利。 圖 預(yù)應(yīng)力混凝土 連續(xù)梁橋（尺寸單位： mm） 推薦方案比選 對以上三個比選方案進(jìn)行施工，經(jīng)濟(jì)，受力方面的比較 表 各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 第一方案 第二方案 第三方案 主橋跨橋型結(jié)構(gòu) 中承式鋼管混凝土拱橋（主跨） 連續(xù)剛構(gòu)橋 65m++65m 連續(xù)梁橋65m++65m 主拱圈高度 4m 養(yǎng)護(hù)維修工作量 少 少