1、钢管溷凝土拱桥毕业设计论文 土木工程桥梁专业毕业设计（论文）1第1章 设 计 资 料1.1 基本资料及设计依据1.1.1 基本数据课题内容：一、勘察资料：1建桥理由云南普洱市规划的需要，建桥后将大大减少市中区车流量，改善市区交通。该桥位于云南普洱市，跨越小黑江。2河流及水文情况历史最高水位：1020.8米；通航水位： 995.5米；常年水位： 988.0米；低水位： 979.2米；3当地建筑材料情况砂石、钢材均可供应。4气象情况最高温度：41；最低温度：5.1；最大风速：43m/s；5地质情况基岩以紫红色粉砂质泥岩和泥质砂岩为主，覆盖层512m。二、桥位横断面地形资料桩号 地面标高 桩号 地面
2、标高K1+212.69 1031.60 +328.22 976.02+225.40 1021.40 +342.23 975.22+228.44 1021.36 +346.23 975.02+231.55 1017.87 +369.26 974.52+236.45 1014.43 +372.26 973.02+244.22 1005.68 +393.29 972.52+249.90 1000.42 +414.62 971.52+255.46 995.10 +422.92 979.02+259.39 993.98 +424.90 981.50杨梅：沙塘坝大桥（钢管混凝土拱桥） 2+271.75 9
3、88.88 +426.19 982.08+274.13 984.87 +428.55 983.43+277.66 982.60 +432.02 987.12+282.41 979.02 +441.74 994.03+306.21 976.02 +457.50 999.19+310.22 976.02 +465.3 1006.50+473.50 1012.60+481.20 1021.30+489.70 1027.91课题任务要求：对沙塘坝大桥进行设计，其设计标准为：1设计荷载：公路I级；2行车道宽：12m+21.5m（人行道）；3通航标准：内河通航标准四级；主要参考文献（由指导教师选定）：公路
4、桥涵设计通用规范（JTG D602004）公路圬工桥涵设计规范（JTG D612005）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）公路桥涵设计手册梁桥（上、下册）公路桥涵设计手册拱桥（上、下册）公路桥涵设计手册基本资料公路桥涵设计手册墩台与基础桥梁工程（上册）范立础编桥梁工程（下册）顾安邦编桥梁施工与组织管理（上、下册）黄绳武编12桥梁毕业设计指导书钢管溷凝土拱桥毕业设计论文 土木工程桥梁专业毕业设计（论文）3第2章 桥型方案比选2.1方案比选桥型方案比选是初步设计阶段的工作重点，同时也为后续工作做铺垫。在此阶段先根
5、据桥址处的河床断面、水文、地质、通航要求等拟定五个初选方案，将五个初选方案在米格纸上绘制在米格纸上。再对这五个方案进行比较，选出三个推荐方案，再对比三个推荐方案，根据材料用量，施工难易程度、运行养护条件、对通航的影响等最终选出最合适的桥型。2.1.1 初选方案：（5个）1.主桥为净跨径214.5m的中承式钢管混凝土拱桥，引桥为14.28m+14.88m的简支梁。2.跨径组合为65m+115.6m+65m的三跨连续刚构桥。3.跨径组合为65m+115.6m+65m的三跨连续梁桥。4. 主桥为净跨径214.5m的中承式箱肋拱桥，引桥为14.28m+14.88的简支梁。5.跨径组合为20m+205m
6、+20m的三跨悬索桥。2.1.2 比选方案：（三个）方案比选主要依据施工难易、安全可靠、适用耐久、经济合理的原则，同时根据所在公路的作用、性质和将来发展的要求，按照美观和有利于环保的原则设计。桥型的选择要求在技术上是可靠的，在施工上是切实可行的。综上所述，本次设计的三个比选方案如下：方案一：中承式钢管混凝土拱桥（图2.1）（1）桥跨布置：主跨为计算跨径217m的等截面悬链线中承式钢管混凝土拱桥，净矢跨比为1/5，净矢高为43.4m，主跨左边为14.28m的单跨钢筋混凝土简支梁，主跨右边为14.88m的单跨钢筋混凝土简支梁。（2）上部结构：主跨的上部结构采用两片四肢格构形的桁架腹杆拱肋通过K字横
7、撑连成整体。拱肋高为4m，宽为2.5m，弦杆采用100022mm的钢管，内灌中交新C50混凝土，弦平联为50010mm的钢管，内灌中交新C50混凝土，直腹杆和斜腹杆为50010mm的钢管，弦杆、横联管、横撑、直、斜杆都为中交新Q345钢。吊杆横梁为钢筋混凝土横梁，桥面板为钢筋混凝土空心板梁。（3）下部结构：拱座为重力式的台阶式拱座，拱上立柱为钢筋混凝土柱式立柱。简支梁的桥墩为双柱式，与主拱公用拱座作为基础，桥台为重力式桥台。（4）受力特征：拱桥主要承受压力，由于水平推力的作用，使得拱圈中的弯矩杨梅：沙塘坝大桥（钢管混凝土拱桥） 4大大减小，同时恒载和活载所产生的内力主要由钢和混凝土组合截面承受
8、。钢管对核心混凝土有套箍作用，既能受拉又能受压，同时核心混凝土增强了钢管壁的稳定性，使核心混凝土处于三向受力状态。（5）施工方法：主拱圈采用悬索吊装施工，跨中合拢；横梁采用工厂预制，现场吊装，纵梁现场浇注；拱座采用明挖扩大基础的重力式拱座；引桥简支梁采用现场浇注，；桥台采用明挖扩大基础的重力式桥台。表2.1主要工程数量表上部结构 下部结构项目材料 拱肋+横撑 吊杆 横梁 纵梁 拱座桥台+立柱+交接墩合计C50（m） 2020 636.39 947.792 5738.86 86.62 9430C40（m） 994.59 994.59钢筋（T） 445.48 663.45 6886.63 754.
9、74 8086.86钢绞线(T) 52.4 52.4钢板(T) 943 934（6）综合评价：中承式钢管混凝土造型独特，线形明晰，与当地地形很协调，同时此处有很高的通航要求，所以采用缆索吊装施工方法时，不会影响通航要求。还有采用钢管混凝土，可大幅节省材料：纵梁和横梁都在工厂预制，节约了施工时间；基础和拱座都采用明挖基础，节省了工程费用；同时在施工中钢管本身是耐侧压的模板，省去了支模、拆模等工序，也节约了时间。但是对于钢管混凝土拱桥的设计与施工都没有具体的规范指导，所以设计和施工中都存在一定的问题，譬如管内混凝土脱空，钢管焊接的问题，钢管的养护、管内混凝土开裂不易查不易补，组合截面受力分析存在误
10、差等。钢管溷凝土拱桥毕业设计论文 土木工程桥梁专业毕业设计（论文）5图2.1中承式钢管混凝土拱桥（尺寸单位：mm）方案二：预应力混凝土连续刚构桥（图2.2）（1） 桥跨布置：此方案的桥跨布置为65m+115.6m+65m的三跨连续型刚构桥。（2）上部结构：此桥采用二次曲线，主梁采用单箱单室变高度箱梁，箱梁顶板宽15.5m，底板宽7.45m；根部梁高为7.3m，跨中梁高为2.66m；全桥箱梁顶板厚度不变，都为0.245m，腹板不等厚，跨中到根部从0.5m过渡到0.7m；底板为不等厚，由跨中向根部处随二次曲线y=ax2变化，逐渐变厚，从0.25m渐增加到0.5m；悬出部分长度相同，均为4.04m；
11、人行道净宽1.5m，高0.2m，人行道护栏采用1.2m*0.25m。（3）下部结构：本方案下部结构采用双薄壁墩。横桥向墩总宽为7.455m, 纵桥向墩总宽为7.5m,单个宽2m,承台厚2m，9.479m9.45m，桩基础为柱式群桩基础，四支，单直径2.5m。桥台采用重力式U型桥台，基础全部采用钻孔灌注桩基础。（4）受力特征：，它是一种墩梁固结，采用双薄壁墩使得顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大；顺桥向抗推刚度小， 对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响有利。（5）施工方法：对于主梁施工是采用挂篮悬臂浇筑法，在中间现浇合拢。桥基础施工采用钻孔灌注桩基础施工，墩身采用滑模施工，桥台采用明挖扩大基础施工
12、。杨梅：沙塘坝大桥（钢管混凝土拱桥） 6表2.2 主要工程数量表项 目材料 上部结构 下部结构 合计主梁 横隔板 桥面板及铺装 墩 桥台 基础 承台C50（m） 11000.164 9.3 320 4189.457 1374.45 359.1 17882.87C40（m） 5992.752 5992.752钢筋（T） 2090.031 0.65 819.307 419.5 96.2 25.1 3450.8钢绞线(T) 208.260 208.260预应力钢筋(T) 132.0 132.0钢板(T) 267 267沥青混凝土（m） 320 320（6）综合评价：1）连续刚构桥无伸缩缝。行车比较平
13、顺、舒适。2）由于墩梁固结节省了昂贵的支座费用；3）采用双薄壁墩使得顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大；顺桥向抗推刚度小， 对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响有利；4）施工中采用悬臂浇筑不会影响通航要求。除了上述优点，还有很多缺点: 3）结构刚度、变形、动力性能不好，混凝土和钢材用量都很多，不经济。4)悬臂施工时，左右不对称，当靠近端部时边跨要配重来平衡，所以增加了施工难度，同时基础施工在水下施工，也增加了施工费用和难度。5）抗撞击能力较弱，承受事故能力不好。图2.2 预应力混凝土 连续刚刚构桥（尺寸单位：mm）方案三：预应力混凝土连续梁桥（图2.3）钢管溷凝土拱桥毕业设计论文 土木工程桥梁专
14、业毕业设计（论文）7（1） 桥跨布置：此方案的桥跨布置为65m+115.6m+65m的三跨连续型梁桥。（2）上部结构：此桥采用二次曲线，主梁采用单箱单室变高度箱梁，箱梁顶板宽15.5m，底板宽7.45m；根部梁高为7.3m，跨中梁高为2.66m；全桥箱梁顶板厚度不变，都为0.245m，腹板不等厚，跨中到根部从0.5m过渡到0.7m；底板为不等厚，由跨中向根部处随二次曲线y=ax2变化，逐渐变厚，从0.25m渐增加到0.5m；悬出部分长度相同，均为4.04m；人行道净宽1.5m，高0.2m，人行道护栏采用1.2m*0.25m。（3）下部结构：本方案下部结构采用双柱式墩，直径2.5m,承台厚2m，
15、4m4m，桩基础为双柱式基础，直径2.5m。桥台采用重力式U型桥台，基础全部采用钻孔灌注桩基础。（4）受力特征：，它是一种墩梁分离，主梁连续的桥梁由于采用连续体系，全桥在恒载、活载作用下，弯矩分布合理，采用预应力技术适用于多种施工方法，提高了施工质量，降低了施工费用，且结构刚度大,变形小,动力性能好，主跨跨径较大，能满足通航要求，主梁变形曲线平缓，有利于高速行车，但是对基础要求相对较高，对基础沉降，温度，收缩徐变及地震不利。（5）施工方法：对于主梁施工是采用挂篮悬臂浇筑法，在中间现浇合拢。桥基础施工采用钻孔灌注桩基础施工，墩身采用滑模施工，桥台采用明挖扩大基础施工。表2.3 主要工程数量表项
16、目材料 上部结构 下部结构 合计主梁 横隔板 桥面板及铺装 墩，盖梁 桥台 基础 承台C50（m） 11000.164 9.3 320 650.186 472.97 112 12564.162C40（m） 5992.752 5992.752钢筋（T） 2090.031 0.65 136.23 419.5 33.2 7.84 1687.09钢绞线(T) 208.260 208.260预应力钢筋(T) 132.0 132.0钢板(T) 267 267沥青混凝土（m） 320 320杨梅：沙塘坝大桥（钢管混凝土拱桥） 8支座（个） 16 16（6）综合评价：1）连续梁桥无伸缩缝。行车比较平顺、舒适。
17、2）恒载，活载作用下受力均匀，合理；3）采用主梁连续的结构，使得墩梁交接处产生负弯矩，有效减少跨中弯矩，减小梁身的工程量。4）施工中采用悬臂浇筑不会影响通航要求。除了上述优点，还有很多缺点: 5）结构刚度、变形、动力性能不好，混凝土和钢材用量都很多，不经济。6)悬臂施工时，左右不对称，当靠近端部时边跨要配重来平衡，所以增加了施工难度，同时基础施工在水下施工，也增加了施工费用和难度。 7）临时支座和永久支座的施工，养护费用较高。 8）抗撞击能力较弱，承受事故能力不好，对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响不利。 图2.3 预应力混凝土 连续梁桥（尺寸单位：mm）2.2推荐方案比选对以上三个比选方案
18、进行施工，经济，受力方面的比较表1.1 各方案的技术经济比较第一方案 第二方案 第三方案主桥跨桥型结构中承式钢管混凝土拱桥（主跨214.5m）连续刚构桥65m+115.6m+65m连续梁桥65m+115.6m+65m主拱圈高度 4m养护维修工作量 少 少 少设计经验技术水平国际先进水平，有成桥参考，但不是很多经验多，国际先进水平，设计理论先进经验多，设计理论先进施工对通航的影响 没有 较小 较小施工方法和难易程度缆索吊装；经验成熟，施工简单需进行深水基础施工，桥两端要进行大面积的挖方，施需进行深水基础施工，桥两端要进行大面积的挖方，施工较难方 案 类别比 较 项 目钢管溷凝土拱桥毕业设计论文
19、土木工程桥梁专业毕业设计（论文）9工较难 ，支座费用高养护难工 期 较短 较长 较长混凝土(m 3) 10424.59 24196 18876.914钢 筋 、 钢 材 (t) 9020.86 3849.8 2086.09工 程 数 量 钢铰线(t) 52.4 208.26 208.26比选结果 优选 可选 可选经过施工难易程度、施工对通航的影响、造价等各方面的比较，显然第一个方案钢管混凝土拱桥是最合理方案，故把钢管混凝土拱桥定为最终方案。其优点如下:（1）施工方面来说，采用无支架的缆索吊装施工方法，不会影响通航要求，同时空钢管架设吊装重量轻,又可作为施工支架和内填混凝土的模板,因而浇注混凝土
20、时可省去支模、拆模等工序，施工用钢量省,工厂化、工业化水平高,加快了施工的速度，同时加大了跨越能力。对于基础的施工也采用明挖基础，节省了工程造价。（2）钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起支架和模板的作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，降低工程造价。（3）受力上来说，首先，钢管借助内填混凝土增强自身的稳定性;其次，借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；再次，钢管本身就是钢筋，既能受压又能受拉，所以节省了钢筋用量。同时钢管混凝土主要承受轴向力，处于三向受力状态的混凝土
21、更能适应。中承式钢管混凝土拱桥的总体布置如图2.4所示。图2.4 中承式钢管混凝土拱桥的总体布置图（尺寸单位：mm）杨梅：沙塘坝大桥（钢管混凝土拱桥） 10第3章 结构构造设计3.1 设计资料3.1.1设计标准1. 桥面宽度：桥面设2车道，全桥宽组成为：12m（车行道）+20.25m（防撞护栏）+1.5m（人行道）2+1.65m（拱肋宽）2=18.7m。2.荷载等级：公路-级。3.桥面横坡：车行道2%，人行道2%。4.全桥纵坡：0.5%4.通航标准：通航净空60m8m。3.1.2材料性能参数（1）混凝土强度等级C50，主要强度指标为：强度标准值 ckf=32.4Mpa， tkf=2.64Mpa 强度设计值 d=23.1Mpa, td=1.89Mpa弹性模量 Ep=3.45 410Mpa强度等级C40，主要强度指标为：强度标准值 ckf=26.8Mpa， tkf=2.39Mpa强度设计值 d=19.1Mpa, td=1.71Mpa弹性模量 Ep=3.25 410Mpa强度等级C30，主要强度指标为：强度标准值 ckf=20.1Mpa， tkf=2.01Mpa强度设计值 d=14.3Mpa, td=1.43Mpa弹性模量 Ep=3.00 410Mpa
