大跨度預應力混凝土連續梁橋（70m112m70m）初步設計第二章 橋式方案比選2.1概述隨著橋梁理論的不斷成熟，在橋梁設計中要求橋的適用性強、舒適安全、建橋費用經濟、科技含量高。對建在城市中的橋梁還特別注重美觀大方。由此，對于一定的建橋條件，根據側重點的不同可能會作出基于基本要求的多種不同設計方案，只有通過技術經濟等方面的綜合比較才能科學的得出完美的設計方案。在方案比較中主要有以下三項任務：一是擬定橋梁圖式，二是編制方案，三是技術經濟比較和最優方案的選定。編制設計方案,通常是從橋梁分孔和擬定橋粱圖式開始。對一般的大跨度橋梁，依據以往的設計經驗，主跨與邊跨的比值有一個范圍，再由此選定可能實現的橋型圖式，鼓勵新式橋式的大膽采用。一般選幾個(通常24個)構思好、各具優點、但一時還難以斷定孰優孰差的圖式,作為進一步詳細研究而進行比較的方案。對每一圖式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例畫在同樣大小的橋址斷面圖上。編制方案中，主要指標包括：主要材料(普通鋼筋、預應力鋼筋、砼)用量、勞動力數量、全橋總造價(分上、下部結構列出)、工期、養護費用、運營條件、有無困難工程、特種機具。其目的在于為每個橋式提供全面的技術經濟指標，以便相互比較，科學的從中選定最佳方案。在編制方案中要擬定結構主要尺寸，并計算主要工程量。有了工程量，采取相應的材料和勞動力定額以擴大單價，就可以確定全橋造價。并且在每個方案中繪制出河床斷面及地質分層的立面圖和橫斷面圖。設計方案的評價和比較要全面考慮上述各項指標，綜合分析每一方案的有缺點，最后選定一個最佳的推薦方案。按橋梁的設計原則、造價低、材料省、勞動力少和橋型美觀的應是優秀方案。但當技術因素或是使用性質候特殊要求時就另當別論，注重考慮設計的側重點。技術高，造價必然會高，個個因素是相互制約的。所以在比較時必須從任務書提出的要求以及地形資料和施工條件，找出所面臨的問題的關鍵所在，分清主次。在方案比較中，除了繪制方案比較圖外，還應編寫方案比較說明書。其中應闡明編制方案的主要原則，擬定方案的理由，方案比較的綜合評述，對于推薦方案的詳細說明等。有關擬定結構主要尺寸所作的各種計算資料，以及為估算三材指標和造價等所依據的文件名稱，均以附件的形式載入。在對本橋的設計中，選定三種橋式名分別是：l 預應力混凝土連續剛構橋l 斜拉橋l 拱橋2.2 各種設計橋式特點2.2.1 預應力混凝土連續梁橋一、 構思宗旨：1、在40200m的跨徑范圍內，與其它結構體系比較，常成為最佳的橋型方案。2、預應力砼充分發揮了高強材料的特性，具有可靠強度、剛度以及抗裂性能。3、結構在車輛運營中噪音小，維修工作量小。4、其施工方法已達到相當先進的水平，工期短效益明顯。5、伸縮縫少，行車舒適，滿足高速行車的要求。再用滑動支座時，連續長度可增大。溫度、砼收縮徐變產生的附加內力較小。且全橋有較好的抗震性能。6、連續梁內力的分布較合理，其剛度搭，對活載產生的動力影響較小?；炷潦湛s徐變引起的變形也是最小的。連續梁超載時有可能發生內力重分布，提高梁部結構的承載力。7、除動墩外，連續梁的橋墩及基礎尺寸都可以做得小些。二、 成橋經驗資料連續梁的邊主跨的比值在0.60.7之間，較其它兩種橋式比值要大，支點梁高與跨中梁高比值要小，在2.0左右。表21 國內預應力連續梁橋分析表橋名跨組合徑邊主跨比梁高H中H中/LH支H支/ H中珠江三橋80110800.732.71 /40.75.52.04常德大橋84.7312084.70.731/30.06.82.27沙洋漢大橋62.46111+62.40.562.51/44.462.4華北大橋70+100+700.73.31/30.361.82松花江大橋59+790+590.6631月30日5.41.8三、 尺寸擬定在預應力混凝土連續梁橋的設計中分跨、主梁高度、橫截面形式和主要尺寸的擬定是方案設計中的關鍵所在。通過以上資料對比，當主橋采用多跨連續梁時，中間部分采用等跨布置，邊跨跨徑約為中跨跨徑的0.650.7倍。當邊跨采用主跨徑的0.5倍或更小時，則在橋臺上要設置拉力支座。當跨徑超過60m時，易采用變高梁高度梁，主梁高度根據統計資料：變高度梁跨中截面h1=（1/301/50）L變高度支點截面公路橋 h2=（1/161/25）L h1/h2=2.03.0箱型截面的頂板和底板是結構承受正負彎矩的主要工作部位，箱梁底板厚度隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚直至墩頂，以適應受壓要求。底板厚度約為梁高1/101/12。跨中底板內需要配置一定數量的鋼索和鋼筋，跨中底板厚度一般在2025cm。腹板應考慮最小厚度，若腹板內有預應力管道布置時，可采用2530cm。腹板在支點處的最大厚度約為3060cm . 1、 上部結構（1）孔徑布置 此橋是一座預應力混凝土連續梁橋，它由主橋和引組成，跨徑組合為70m+112m+70m，邊中跨比值為0.63，橋下為三級通航，縱坡1%，橋總長252m。（2）順橋尺寸 跨中梁高為3.0m，支點梁高6.0m，為主跨的1/20，梁底按二次拋物線變化。（3）橫橋向的尺寸截面縱向為變截面，橋面寬25m,采用雙幅單箱室。頂板厚30cm ,取全橋一致，支點處底板厚60cm，跨中厚為30cm，以方便布置預應力鋼筋。縱向上，梁底按二次拋物線變化，腹板在距支點四分之一跨度處以4m階段直線變化。頂部承托采用1：2的比例，高度分別為30cm60cm；底部采用1：1的比例,高度分別為30cm30cm。橋面設20的單向橫坡。 圖2-1 連續梁橋支點處截面 單位：cm 圖2-2 連續梁橋跨中截面 單位：cm（4人行道板其形式采用擱置式具體尺寸見下圖：2、 下部結構主橋橋面標高高，采用矩形截面空心墩，墩較高，為柔性墩，柔性墩有足夠的柔度，在減小水平力的作用時很有效。其它橋墩均為空心墩?；A工程采用樁基型式，樁基施工雖采用比較復雜的機具，但可節約不少材料和開挖基坑的土方量，施工過程中也不會遇到像深基坑那樣的防水、防漏和防土等復雜問題；此外，它還具有承載力高，沉降量小，且均勻，能承受較大的垂直和水平荷載等特點。在橋梁基礎中，樁基是一種常用的型式。本基礎采用柱樁。四、 施工方案連續梁最成熟的施工方法是掛藍懸臂澆注的施工方法，為保證施工過程中結構的穩定可靠，采用0號塊梁段與橋墩臨時固結。其具體措施是將0號塊梁段臨時支撐在扇形或門式托架的二側。第一步：首先從B、C墩臨開始對稱懸臂施工。第二步：兩邊跨合攏，釋放B、C墩臨時固結措施，形成單懸臂梁。第三步：合攏中跨。圖23 懸臂施工示意圖 施工流程如下： 拼裝模板，施工主墩搭設墩旁托架施工0#架設掛藍，安裝箱梁底模板，安裝鋼筋，預留張拉管道稱懸臂澆注，養生拆模后張拉預應力鋼筋合攏邊跨合攏中跨五、工程數量工程數量是技術經濟指標之一，它很直觀的反映了一座橋梁建造的水平。目前我國以每平方米橋面的三材（混凝土，預應力鋼筋，普通鋼筋）用量與每平方米橋面造價來表示預應力混凝土橋梁技術經濟指標。混凝土標號C50，墩身為C25，1275的低松弛鋼絞線，級普通鋼筋預應力鋼筋 65.7kg/非預應力鋼筋 89.5 kg/混凝土 0.846 m3/ 表22 工 程 數 量 表 材 料預應力鋼筋普通鋼筋混凝土規 格12-75鋼絞線級鋼筋C50C25單 位ttM3M3上部結構453.33617.555837.4下部結構3713.72.2.2預應力混凝土雙肢薄壁剛構橋 連續剛構是墩梁固結的連續結構，它利用高墩的柔度來適應結構由預應力、砼收縮、徐變和溫度變化引起的位移，是一種很有競爭潛力的橋型。一、 構思宗旨：1、 沿用橋位舊址處雙肢薄壁鐵路橋，橋型新穎簡潔輕巧，外形美觀，橋凈空大，橋下視野開闊。2、 柔性雙薄墩減小了主梁支墩凈距，能有效消減墩頂彎矩峰值。梁高小，跨度大，帶有橫梁的雙肢薄壁墩具有一定的聯合剛度，要承受較大彎矩，而各壁板內彎矩并不大。3、 因墩與上部結構固結，在大跨度連續結構中減少了安裝大型支座和養護上的麻煩，減少了橋墩及基礎工程的材料用量，適用于較高橋墩。4、 施工體系轉換方便，伸縮縫少，行車舒服。5、 順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度大，受力性能好。6、 順橋向抗推剛度小，對溫度、砼收縮徐變及地震影響均有利。7、 由于無支座，省掉了施工中體系轉換和墩上的臨時固結措施。8、 此橋型可進一步增大跨徑，上部結構不斷輕型化且連續長度可增長，由此可進一步簡化預應力索類型。二、 成橋經驗資料表由以下統計質料可以總結如下規律：連續剛構的邊主跨徑比在0.50.6之間，支點梁高為跨中梁高的3倍左右，頂板厚在25cm左右，腹板和底板是沿全橋變化底，腹板跨中為40cm左右，支點處為60100cm之間。表23 國內部分連續剛構橋分析表橋名跨徑組合邊主跨比梁高板厚跨中根部數值(m)與中跨比數值(m)與跨中比頂板(cm)底板(cm)腹板(cm)虎門大橋1502701500.5651/5414.83.425321304060重慶黃花園大5484.31/5813.83.425281504070黃石長江大5844.11/61133.125321355080江津長江大橋16232451620.6634.21/5313.53.225321205080重慶嘉陵江大橋1402401400.5833.61/6725321204060南澳跨海大橋1222211220.55231/73113.625321204060華南大橋1101901100.5731/639.52.828321203555三、 尺寸擬定剛構橋底主要尺寸包括主梁跨度、墩柱高度、橋梁橫向寬度。這些尺寸要取決于主梁和支柱底剛度或兩者的比例，主梁與支柱底剛度比決定了剛構橋的內力分布。剛度比很大，受力趨于簡支梁，剛度比較小趨向于固端梁受力情況。剛架橋兩端懸出長度為中跨跨度的0.20.5兩者之間。若懸臂加長，端支柱彎矩可以減小，跨中正彎矩也可以減小，但主梁變形較大，中跨主梁彎矩變化也較大。對于主梁彎矩較大的三跨連續剛架橋，邊跨一般為中跨的0.7倍。主梁高度約為中跨跨度的1/301/40左右。當采用變高度梁時，端部梁高可為跨中梁高的1.22.5倍，適當加大端部的主梁高度，可以減小截面正彎矩，這樣可使大多數預應力鋼筋布置在主梁的頂部，使其構造簡單且施工簡單。1、上部結構（1）孔徑布置主橋為三跨預應力連續剛構橋，引橋為預應力混凝土簡支梁主橋橋孔布置為70m+112m+70m。邊跨與中跨的比值為0.63。（2）縱橋向梁的尺寸 梁高采用變截面形式，梁底按二次拋物線變化，跨中梁高為3.0m，約為跨度的1/37.3，支點梁高為6m，為跨中梁高的2倍。（3）橫截面尺寸 圖2-4 剛構橋支點處橫截面圖 單位：cm頂板厚30cm ,取全橋一致，支點處底板厚60cm，跨中厚為30cm，以方便布置預應力鋼筋。底板頂面按二次拋物線變化，腹板在距支點四分之一跨度處以4m階段直線變化。頂部承托采用1：2的比例，高度分別為30cm60cm；底部采用1：1的比例,高度分別為30cm30cm。橋面設20的單向橫坡。 2、下部結構主橋采用有兩個橫聯的雙肢薄壁墩，承擔縱向水平力的作用，頂部與梁固結，中間設兩個箱型橫聯。主墩的基礎采用樁基，大量減少基礎工程量。橋臺為鋼筋混凝土重力式U型橋臺，其它橋墩均為混凝土空心墩，基礎為樁型基礎。四、 施工方案本橋上部結構施工采用掛藍懸臂澆注法施工。合攏的順序是先邊跨后中跨，邊跨和中跨的合攏均采用支架法，且邊跨合攏段與邊跨同時澆注施工。兩個箱梁分開澆注，分別合攏后，再澆注橫梁和橋面板。 在墩柱兩側設墩旁托架澆注0號塊，掛藍的施工階段最長為4m，其它為3.5m、3.0m長，由于是墩梁固結的形式，如此就省去了臨時固結的措施。施工掛籃為斜拉式，其主要特點為自重輕，結構受力明確，拼裝方便。施工流程如下：拼裝模板，施工主墩搭設墩旁托架施工0#塊架設掛藍，安裝箱梁底模板，安裝鋼筋，預留張拉管道稱懸臂澆注，養生拆模后張拉預應力鋼筋合攏邊跨合攏中跨五、 工程數量 工程數量是技術經濟指標之一，它很直觀的反映了一座橋梁建造的水平。目前我國以每平方米橋面的三材（混凝土，預應力鋼筋，普通鋼筋）用量與每平方米橋面造價來表示預應力混凝土橋梁技術經濟指標?；炷翗颂?0，墩身為C25，1275的低松弛鋼絞線，級普通鋼筋預應力鋼筋 65.7kg/非預應力鋼筋 89.5 kg/混凝土 0.846 m3/表2-4 材料用表項目預應力鋼筋普通鋼筋混凝土規格1275鋼絞線級鋼筋C50C25單位ttm3m3上部結構313.165726.336368下部結構6862.92.2.3斜拉橋 斜拉橋依靠固定于索塔的斜拉索或主纜支承梁跨，梁似多跨彈性支承，梁內彎矩與橋梁的跨度基本無關，而與拉索或吊索的間距有關，適用于大跨度橋梁，是一種跨越能力極強的橋型。一、構思宗旨1、 鑒于主梁增加了中間的斜索支承，彎矩顯著減小，與其他體系的大跨度橋梁比較，混凝土斜拉橋的鋼材和混凝土用量均較節??；2、 借斜索的預壓力可以調整主梁的內力，使之分布均勻合理，獲得經濟效果，并且能將主梁做成等截面，便于制造和安裝；3、 斜索的水平分力相當于對混凝土梁施加的預壓力，借以提高梁的抗裂性能，并充分發揮了高強材料的特性；4、 結構輕巧，適用性強。利用梁、索、塔三者的組合變化成不同體系，可適用不同的地形和地質條件；5、 建筑高度小，主梁高度一般為跨度的1/401/100，能充分滿足橋下凈空和美觀要求，并能降低引道填土高度；6、 豎向剛度及抗扭剛度均較強，抗風穩定性要好的多，用鋼量較小以及鋼索的錨固裝置較簡單；7.便于懸臂法施工和架設，施工安全可靠。缺點：斜拉橋是高次超靜定的組合體系，與其他體系梁橋相比較，包含有較多的設計變量，全橋總的技術經濟合理性，不宜簡單的由結構體積小，重量輕或滿應力等概念準確表示出來，是選橋型方案和尋求合理設計帶來一定困難。索力調整是斜拉橋主梁受力均勻，以達到經濟安全的重要措施。二、 橋經驗數據表 2-5 國內斜拉橋成橋資料表橋名跨度（m）體系梁截面橋寬梁高索面索距塔高遼寧長興島83.2+176+83.2支座支承單箱三室101.75雙640濟南黃河104+220+104懸浮雙三角箱19.52.25雙853.8上海泖港85+200+85剛構掛梁分離雙室122.2雙6.544天津永和125+260+125懸浮雙三角箱14.52雙11.850.5長沙湘江北105+210+105剛構單箱三室30.13.4單852.7武漢長江二180+440+180支座支承雙梯形箱29.23雙890重慶長江二169+444+169懸浮雙主肋242.5雙9110鄖陽漢江86+414+86地錨單箱四室15.62雙892三、尺寸擬訂斜拉橋主梁通常為等高度梁。對主梁支承于塔墩上的支承體系，為承受支承截面較大負彎矩，在局部區段可加大梁高或加厚下翼緣厚度?，F代斜拉橋都為密索體系，主梁高度越來越小，向著桁式體系轉換。密索體系梁高一般為跨徑的1/701/200，或為節段長的/51/18。對于單索面，要適當加大梁高，取梁跨比的上限，以提高梁的抗扭剛度。在選擇梁高時，要考慮以下因素：索間距、主梁承受的壓力、橫梁跨度、索與梁的錨固要求等。主梁為彈性支承多跨連續梁，梁內彎矩決定于彈性支承位移、索間距及梁的剛度，梁的剛度越大，彎矩越大。主梁承受的拉索水平分壓力與橋的跨度有關，一般靠墩塔處壓力最大，必要時局部加大截面。主梁高度要大于等于橫梁高度，橫梁高度取決于橫梁的跨度。從橫向風力穩定性角度考慮，橋寬與梁高之比宜大于8，最低限度不宜大于6?，F代斜拉橋均采用密索體系。密索體系有以下優點：有利于降低梁高；便于懸臂法施工、索力小，使錨固構造簡單，且便于換索?；炷林髁核鏖g距取為610m, 多數取8m。拉索布置為扇形，為此要擬訂拉索錨于塔上的間距。根據主梁的受力要求或為了減小索面積，拉索的豎直分力越大越好，因此應盡量減小拉索在上的間距，一般取為1.62.2m，它決定于拉索錨頭布置及張拉空間的要求。1、上部結構（1） 橋孔徑布置主跨為單塔對稱雙跨，可以節省一個塔和基礎，縮短斜拉索總長，可取的較好的經濟效益?？缍葹?12m112m。（2） 順橋向尺寸梁高為3.2m，為主跨的1/35，為等高粱。（3） 橫橋向尺寸截面縱向為等截面，橋面寬25m，采用單箱四室截面形式。本橋為塔梁固結體系。這種結構存在的主要缺點是上部結構重量和活載力都需由支座傳給橋墩，需要設置很大噸位的支座，造價較高。（4）橫截面圖圖25 斜拉橋橫截面圖2、 下部結構橋臺為鋼筋混凝土重力式U型橋臺，基礎為柱樁基礎。五、 施工方案本橋施工利用懸臂拼裝法。六、 工程數量混凝土標號C50，預應力鋼筋1275 橋面混凝土