方案比選說明書
一、 橋梁設計方案概要
本次方案設計就大西客運專線韓家屯特大橋dk831+103.10~dk831+280.80段進行三個橋型方案的設計研究比較
方案一：三跨預應力連續箱梁；方案二：三跨預應力連續剛構橋；方案三：下承式系杆拱橋
三個橋梁方案均可滿足跨越大西客專新臨潼上行聯絡線
經綜合研究比較後
認為方案一最優
建議作為本工程的實施方案
二、所選橋型各方面比較
方案一：三跨預應力連續箱梁
預應力混凝土連續梁橋以結構受力效能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、養護工程量小、抗震能力強等而成為最富有競爭力的主要橋型之一
簡介其發展：
由於普通鋼筋混凝土結構存在不少缺點：如過早地出現裂縫
使其不能有效地採用高強度材料
結構自重必然大
從而使其跨越能力差
並且使得材料利用率低
為了解決這些問題
預應力混凝土結構應運而生
所謂預應力混凝土結構
就是在結構承擔荷載之前
預先對混凝土施加壓力
這樣就可以抵消外荷載作用下混凝土產生的拉應力
自從預應力結構產生之後
很多普通鋼筋混凝土結構被預應力結構所代替
預應力混凝土橋梁是在二戰前後發展起來的
當時西歐很多國家在戰後缺鋼的情況下
為節省鋼材
各國開始競相採用預應力結構代替部分的鋼結構以盡快修復戰爭帶來的創傷
50年代
預應力混凝土橋梁跨徑開始突破了100公尺
到80年代則達到440公尺
雖然跨徑太大時並不總是用預應力結構比其它結構好
但是在實際工程中
跨徑小於400公尺時
預應力混凝土橋梁常常為優勝方案
我國的預應力混凝土結構起步晚
但近年來得到了飛速發展
現在我國已經有了簡支梁、帶鉸或帶掛梁的t構、連續梁、桁架拱、桁架梁和斜拉橋等預應力混凝土結構體系
雖然預應力混凝土橋梁的發展還不到80年
但是在橋梁結構中
隨著預應力理論的不斷成熟和實踐的不斷發展
預應力混凝土橋梁結構的運用必將越來越廣泛
雖然連續梁有很多優點
但是剛開始它並不是預應力結構體系中的佼佼者
因為限於當時施工主要採用滿堂支架法
採用連續梁費工費時
到後來由於懸臂施工方法的應用
連續梁在預應力混凝土結構中有了飛速的發展
60年代初期在中等跨預應力混凝土連續樑中
應用了逐跨架設法與頂推法；在較大跨連續樑中
則應用更完善的懸臂施工方法
這就使連續梁方案重新獲得了競爭力
並逐步在40-200公尺範圍內佔主要地位
無論是城市橋梁、高架道路、山谷高架棧橋
還是跨河大橋
預應力混凝土連續梁都發揮了其優勢
成為優勝方案
目前連續梁結構體系已經成為預應力混凝土橋梁的主要橋型之一
然而當跨度很大時
連續梁所需的巨型支座無論是在設計製造方面
還是在養護方面都成為乙個難題；而t型剛構在這方面具有無支座的優點
因此有人將兩種結構結合起來
形成一種連續-剛構體系
這種綜合了上述兩種體系各自優點的體系是連續梁體系的乙個重要發展
也是未來連續梁發展的主要方向
另外由於連續梁體系的發展
預應力混凝土連續梁在中等跨徑範圍內形成了很多不同型別
無論在橋跨布置、梁、墩截面形式
或是在體系上都不斷改進
在城市預應力混凝土連續樑中
為充分利用空間
改善交通的分道行駛
甚至已建成不少雙層橋面形式
在我國預應力混凝土連續梁雖然也在不斷地發展
然而想要在本世紀末趕超國際先進水平
就必須解決好下面幾個課題：
1、 發展大噸位的錨固張拉體系
避免配束過多而增大箱梁構造尺寸
否則混凝土保護層難以保證
密集的預應力管道與普通鋼筋層層迭置又使混凝土質量難以提高
2、 在一切適宜的橋址
設計與修建墩梁固結的連續-剛構體系
盡可能不採用養護調換不易的大噸位支座
3、 充分發揮三向預應力的優點
採用長懸臂頂板的單箱截面
既可節約材料減輕結構自重
又可充分利用懸臂施工方法的特點加快施工進度
另外在設計預應力連續梁橋時
技術經濟指標也是乙個很關鍵的因素
它是設計方案合理性與經濟性的標誌
目前各國都以每平方公尺橋面的三材（混凝土、預應力鋼筋、普通鋼筋）用量與每平方公尺橋面造價來表示預應力混凝土橋梁的技術經濟指標
但是橋梁的技術經濟指標的研究與分析是一項非常複雜的工作
三材指標和造價指標與很多因素有關
例如：橋址、水文地質、能源供給、材料**、運輸、通航、規劃、建築等地點條件；施工現代化、製品工業化、勞動力和材料**、機械工業基礎等全國基建條件
同時一座橋的設計方案完成後
造價指標不能僅僅反應了投資額的大小
而是還應該包括整個使用期限內的養護、維修等運營費用在內
通過連續梁、t型剛構、連續-剛構等箱形截面上部結構的比較可見：連續-剛構體系的技術經濟指標較高
因此從這個角度來看
連續-剛構也是未來連續體系的發展方向
總而言之
一座橋的設計包含許多考慮因素
在具體設計中
要求設計人員綜合各種因素
作分析、判斷
得出可行的最佳方案
本次設計為(48+80+48)m預應力砼連續梁
橋寬為12m
梁體採用單箱單室箱型截面
全橋共設45個梁段
中支點0號梁段長度12m
一般梁段長度分成2.7m、3.1m和3.5m
合攏段2.0m
邊跨直線段及合攏段共長8.0m
最大懸臂澆築塊重136.882t
由於多跨連續梁橋的受力特點
靠近中間支點附近承受較大的負彎矩
而跨中則承受正彎矩
則樑高採用變高度梁
按二次拋物線變化
這樣不僅使梁體自重得以減輕
還增加了橋梁的美觀效果
梁體各控制截面樑高分別為：端支座處邊跨直線段和跨中3.85m
中支點處梁高6.65m
樑高按二次拋物線變化；箱梁截面為單箱單室直腹板；全橋箱梁頂寬12.0m
底寬6.7m
頂板厚40cm
腹板厚分別為48cm至60cm、60cm至90cm
按折線變化
底板厚由跨中的40cm按直線變化至中支點梁根部的100cm；全橋共設5道橫隔梁
分別設於中支點、端支點和中間跨跨中截面
由於預應力混凝土連續梁橋為超靜定結構
手算工作量比較大
且準確性難以保證
所以採用有限元分析軟體-midas進行
這樣不僅提高了效率
而且準確度也得以提高
本次設計的預應力混凝土連續梁採用懸臂現澆法施工
圖2.1 三跨連續梁簡圖
方案二：三跨預應力連續剛構橋
1、 概況及受力特點
剛構橋將橋跨結構(主梁)與墩台剛性固結
連線成整體
則主梁的彎矩可傳遞至墩台
使墩台也同時彎曲而產生彎矩
同時又受壓力作用
剛構橋的外形近似梁式橋
但與梁式橋不同的是
它的墩台是壓彎桿件
受力情況又接近拱橋
因此其結構體系介乎梁式橋與拱式橋二者之間
在跨內荷載作用下剛構橋主梁兩端產生負彎矩
能抵消跨中一部分正彎矩
跨中截面尺寸相應得以減小
連續剛構是在t形剛構橋和連續梁的基礎上發展起來的
t形剛構不需大噸位支座
但伸縮縫多
影響了行車的舒適性
而且掛梁處或鉸接處存在轉角不連續
因此不適合
高速交通的發展
連續梁橋橋面平順
行車舒適
但需體系轉換和大噸位支座
連續剛構則吸取了兩者的優點
採用雙薄壁墩來減小溫度應力
連續剛構橋外型尺寸小
橋下淨空大
橋上視野開闊
鋼筋混凝土剛構橋混凝土用量少
但鋼筋用量較大
基礎的造價也高
所以目前常用於中小跨度；預應力混凝土剛構橋則常用於高墩大跨橋梁
且具有較好的技術經濟性
其橋型方案主要採用連續剛構
2、預應力混凝土連續剛構橋具有如下優點：
(1)墩梁固結的特點省去了大跨連續梁的製作
無需進行巨型支座的設計、製造、養護和更換
節省昂貴的支座費用；
(2)因墩梁固結
橋墩的厚度大大減小
約為梁在支點處高度的0．2倍一0．4倍
比t形剛構的墩厚小的多
減少橋墩與基礎工程的材料用量；
(3)抗震效能好
水平**力可均攤給各個墩來承受
不需像連續梁設定制動墩承受
或採用昂貴的專用抗震支座；
(4)墩梁固結便於採用懸臂施工方法
省去了連續梁施工在體系轉換時採用的臨時固結措施
拱式組合體系橋是指在拱式橋跨結構中
將梁和拱兩種基本結構組合起來
共同承受荷載
充分發揮梁受彎、拱受壓的結構特性及其組合作用
達到節省材料的目的
對一般變截面箱梁
合理的箱梁高度以根部高度為中跨的1/ 15～1/ 20、中跨跨中梁高為主跨比的1/ 50～1/ 60 為宜
邊、中跨比最好在0.52～0.58 之間使邊跨支座在任何情況下均保持一定的壓力
連續剛構在跨中和根部的應力
一般均能控制住
而在距離根部1/ 4 附近的正應力和主應力則難以控制
解決的辦法是將該範圍腹板增寬並加密布置構造鋼筋以減少裂縫的出現
除此之外也可通過樑高的變化規律來調整
一般樑高的變化規律可採用二次拋物線來實現
該橋設計方案為主跨(48+80+48)m預應力混凝土連續剛構
主橋箱梁採用單箱單室截面
為三向預應力結構
考慮到鐵路橋
尤其高速鐵路線性要求嚴格
剛度要求高
適當提高主梁高度
支點處梁高取5.6m
跨中取2.8m
寬度12m
二次拋物線變截面
圖2.2 三跨連續剛構簡圖
方案三：上承式混凝土拱橋
1、拱橋的基本特點及其適用範圍
力學特點：將橋面的豎向荷載轉化為部分水平推力
使拱的彎距大大減小
拱主要承受壓力
充分發揮圬工材料抗壓性能；
拱橋的優點：
（1）具有較大的跨越能力
充分發揮圬工及其它抗壓材料的效能；
（2）構造較簡單
受力明確簡潔；
（3）形式多樣、外型美觀；
拱橋的缺點：
（1）有水平推力的拱橋
對地基基礎要求較高
多孔連續拱橋互相影響；
（2）跨徑較大時
自重較大
對施工工藝等要求較高；
（3）建築高度較高
對穩定不利；
拱橋的主要組成:拱圈（拱背、拱腹、拱頂、拱腳）、拱上結構
矢跨比f/l-反映拱橋受力特性的重要指標
2、主拱圈的截面尺寸擬定
（1）主拱圈寬度
中、小跨徑橋：拱圈寬度=橋面淨空寬度?欄杆寬
大跨徑橋或特寬橋：拱圈寬度＜橋寬
主拱圈寬度一般≥l/20
《橋規》規定當主拱圈寬度＜l/20時
則應驗算拱的橫向穩定性
本橋設計矢跨比f/l=1/7
跨度176m
矢高25m
主拱圈材料採用鋼筋混凝土
為節約材料拱圈截面為等截面箱型拱
主拱圈採用二次拋物線
適合大跨徑拱橋
箱型截面特點：截面挖空率大
節省材料；形心軸靠中適應主拱正負彎距變化；主拱整體性好
抗扭剛度大
穩定性好；便於預製施工拼裝；
箱形主拱圈的形式
（2）箱形拱構造尺寸
拱圈高度一般為跨徑的1/50~1/70；可採用經驗公式：
h=176/100+0.8=2.56m
拱圈寬度滿足跨度的1/20；保證橫向穩定；所以寬度取10m
（3）空腹式梁式腹孔特點：減輕拱上重量
土木工程畢業設計方案比選
方案比選說明書 一 橋梁設計方案概要 本次方案設計就大西客運專線韓家屯特大橋dk831 103.10 dk831 280.80段進行三個橋型方案的設計研究比較。方案一 三跨預應力連續箱梁 方案二 三跨預應力連續剛構橋 方案三 下承式系杆拱橋。三個橋梁方案均可滿足跨越大西客專新臨潼上行聯絡線。經綜合研...
土木工程畢業設計致謝
參考文獻 1 參考書 鋼筋混凝土與砌體結構 教材 建築力學 下 教材 建築地基與基礎 教材 2 國家標準 規範 規程 房屋建築製圖統一標準 gbj50001 2001 建築結構製圖標準 gbj50105 2001 建築結構荷載規範 gb50009 2001 混凝土結構設計規範 gb50010 200...
土木工程畢業設計開題報告
山東科技大學 本科畢業設計 開題報告 題目 山東科技大學藝術文法學院樓學院名稱土木建築學院 專業班級土木工程2008級3班 學生姓名 學號 200801021122指導教師 填表時間 2012年3月1日 填表說明 1.開題報告作為畢業設計 答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。2.此報告應在指...