桥梁初步设计方案比选 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.一．桥梁初步设计一工程概况本册设计为猛河大桥初步设计，猛河位于湖南省境内。
大桥的建设对推动该地区的经济发展具有十分重要的意义。
本桥设计综合考虑该地区地形、地貌、通航、河床特征、泄洪要求，在满足使用要求的前提下，力求结构经济安全，施工方便。
二设计规范1．《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；2．《公路桥涵设计通用规范》（JTG-2004）；3．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG-2004）；4．《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-1985）；5．《公路工程可靠度设计统一标准》（GB/T50283-1999）；6．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；7．《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 026-90）；8．《公路工程抗震设计规范》（JTJ 005-96）；9．《钢结构设计规范》（GBJ17-88）.三技术标准根据设计要求，主要技术指标如下：1．设计荷载：一级公路，双向六车道；2．设计车速：80km/h；3．桥面宽度：双幅分离式，每幅桥宽：防撞栏+2m人行道+右路肩+行车道+左路肩+防撞栏，两幅桥之间间距.4．桥面坡度: 纵坡3%，横坡%；5．通航标准：III-(2)级1个航道 ,双向通航孔，净高H为10m，净宽B为150m，上低宽b为131m，侧高h为6m,通航水位为；航道等级Ⅲ-（2）6．设计洪水频率: 按百年一遇洪水频率,设计水位为；7．设计基准期：100年。
四水文地质概况本桥工程区段为K3+700～K4+400，桥址位于内陆河，环境类别为Ⅰ类（温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境），桥位与河道两岸顺直。
两堤间距约700m，桥址河床断面属宽滩式河床断面。
地质勘探结果表明，桥位区地质情况一般，河滩位置依次是低液限黏土，容许应力[σ0]=250 KPa；弱风化泥质灰岩，容许应力[σ0]=1000 KPa；微弱风化泥质灰岩，容许应力[σ0]=1200 KPa；微风化白云质灰岩，容许应力[σ0]= 2000 KPa，河槽部分依次是砂砾层，容许应力[σ0]=550 KPa，砂卵层，容许应力[σ0]=1200 KPa，根据上述地质条件，设置端承桩。
五大桥设计方案大桥总体方案构思全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。
（1）造价要求。
所选桥型力求技术先进, 结构独特有别于附近已建桥梁, 同时满足工程数量省、造价低、投资少、经济合理的原则。
（2）施工要求。
所选桥型应满足有成熟施工经验、所需施工设备少、工艺简单的要求, 以减小施工难度、加快施工进度、节省投资金额、保证施工质量。
（3）通航要求。
为减少船舶撞墩的机率, 确保桥梁的安全, 适当增大和合理布置通航孔跨径, 并且抵抗船舶撞击具有足够的安全, 同时所选桥应保证在施工时不能影响船只通行。
（4）景观要求。
桥梁作为一种功能性的结构物，同时也是一种美学的艺术。
所以在满足桥梁实用功能和桥下通航要求的前提下，力求桥梁造型美观，使大桥与周围环境相协调。
并应最大限度地减少施工对河水及周围环境的污染。
基于以上原则再结合地质实际情况以及中国现有的常见桥型，本次设计选取了四种桥型：连续刚构桥，独塔双索面斜拉桥，三跨连续下承式钢管混凝土拱桥，自锚式混凝土悬索桥。
最后综合各种因素，选取连续刚构桥作为推荐方案。
方案一：连续刚构桥主桥设计（1）总体布置1．方案构思随着交通运输特别是一级级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了更高的要求。
而悬臂梁桥和T形刚构桥由于形变比较大的原因均难满足这个要求，超静定结构的连续钢构桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点而得到迅速发展。
与连续梁桥相比，连续刚构桥在墩顶处由恒载产生的弯矩要小，所以在特大跨连续梁体系桥中，一般考虑采用连续刚构桥。
变截面连续刚构桥立面多采用不等跨布置，边主跨比一般为～，梁底曲线可采用二次抛物线、折线和介于折线与二次抛物线之间的～次抛物线，其中抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律接近。
本桥河床较为平坦，基岩埋深较浅，可以使用较大跨径以满足通航和泄洪要求。
由于是III-(2)级航道，通航净宽为150m，设一个通航孔，考虑到桥墩布置、地质、地形和通航富余等条件，取主跨为160m。
连续刚构桥的边主跨比为：～之间，本桥考虑取两桥台之间长度为700m。
由于桥位地质条件好，而引桥的标准跨为一般30m、40m 或50m,，故跨径布置为：2×50+40+50（预制预应力简支T梁）+100+160+100+3×50（预制预应力简支T 梁）=700m，这时边主跨比100/160=满足要求。
图连续刚构桥方案总体布置图（单位:cm）2．桥面标高确定：（1）竖曲线设计：根据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为4500m 、最小值为3000m ，但考虑到避免桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下，本方案竖曲线半径采用R ＝3000m 。
竖曲线基本要素为：竖曲线长度L=270m 、切线长T ＝135m 、竖曲线外距E=。
（2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。
① 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：式中： min H ——桥面最低高程（m ）；j H ——设计水位（m ）（设计水位记入壅水、波浪高度等）；j h ∆——桥向净空安全值（m ）；o h ∆——桥梁上部结构建筑高度。
min H =++3+=(主桥跨中桥面标高)② 按通航水位计算桥面标高：式中：min H ——桥面最低高程（m ）th H ——设计最高通航水位（m ）M H ——通航净空高度（m ）h——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m）。
oH=+10+3++=（主桥跨中桥面标高）min③ 按路堤通车处计算桥面标高：路堤通车处通车净空，上部结构建筑高度，设计跨中桥面标高为：+3+= m。
综合上述标高，本方案标高取为（跨中桥面标高），由路堤通车处跨线标高确定。
（2）上部结构设计主桥上部结构采用变截面箱梁， C50混凝土，桥梁宽度，箱梁顶板宽度取`.0m，底板宽取。
根据《桥梁工程》通常梁性刚柔桥，支点处箱梁截面的高跨比在1/16～1/20之间，跨中截面梁高约为支点截面梁高的1/～1/，故本桥支点处梁高取，高跨比为1/20，跨中梁高取4m，跨中截面梁高为支点梁高1/3，高跨比为1/60。
箱梁顶板厚取30cm，腹板及底板采用变截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚逐渐过渡至墩顶60cm厚 , 底板厚度由墩跨中35cm 厚逐渐过渡至墩顶80cm厚。
梁高、底板厚度按二次抛物线变化，以满足受力及桥梁线形上的需要，腹板厚度按直线变化。
本桥方案由于桥面宽度的要求，考虑采用单箱单室断面，单箱单室断面构造简单，受力明确，施工方便。
图连续刚构桥方案主梁横截面图（单位:cm）（3）下部结构设计本桥地形平坦，通航孔布置范围较广，由钻探资料，本桥主要地层第一层为沙砾层、第二层为砂卵层，采用端承桩，入岩深度大于三倍桩直径，因此主桥基础采用端承桩基础。
主桥桥墩为双肢薄壁桥墩，主桥设4m厚钢筋混凝土承台。
主桥基础采用钻孔灌注桩，选择在枯水季节钻孔施工，主墩每墩桩数为24根，桩端入持力层厚度亦大于桩直径3倍。
图连续刚构桥方案主桥桥墩大样图（单位:cm）引桥设计（1）桥跨布置2×50+40+50m（预制预应力简支T梁）+主跨部分+3×50m。
（2）上部结构设计引桥上部结构采用标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2m，预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为，跨中马蹄宽度为，高度为，斜坡高度，支点截面腹板厚度变为。
图连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm）（3）下部结构设计引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下面设置 m直径的圆柱桩，中心距为倍桩径，圆柱桩之间设置横系梁。
（4）桥台设计本方案中，桥下地基良好，桥台接线处填土高度大约为10m左右，采用构造简单，费用较低的重力时桥台是比较合理的选择。
具体桥台的尺寸请参照相关图纸。
方案二：独塔双索面斜拉桥主桥设计（1）总体布置:8×40m预应力混凝土简支T梁＋160m＋180m（双塔双索面斜拉桥）＋50m+30m预应力混凝土简支T梁＝750m。
图斜拉桥型总体布置图（单位：cm）1．方案构思：独塔斜拉桥在河床地质、地形条件较好时，经济性比较好，可以省去一个桥塔，无索区比双塔斜拉桥长，拉索用量少；其次，其活载最大挠度发生在拉索区，对受力有利，受收缩徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构布置灵活，施工也比较方便，可采用悬臂浇筑、转体施工等方法。
鉴于这些优点，并结合当地的地质条件，桥位处基岩埋深较浅，且均匀一致，承载力高，河槽偏于西岸，属于不对称情形，同时河面宽度约400m，在其经济跨径的范围内，另外，桥位处视野开阔，高耸的桥塔进一步增加了大桥雄伟的气势，因此独塔斜拉桥是一个很具有竞争力的方案。
2．桥面标高确定：（1）竖曲线设计：根据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为10000m 、最小值为6500m ，但考虑到避免桥台高度过高，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下，本方案竖曲线半径采用R ＝10000m 。
竖曲线基本要素为：竖曲线长度L=400m 、切线长T ＝200m 、竖曲线外距E=2m 。
（( 2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。
① 按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：式中： min H ——桥面最低高程（m ）；j H ——设计水位（m ）（设计水位记入壅水、波浪高度等）；j h ∆——桥向净空安全值（m ）；o h ∆——桥梁上部结构建筑高度。
min H =+++=(主桥跨中桥面标高)② 按通航水位计算桥面标高：式中：min H ——桥面最低高程（m ）th H ——设计最高通航水位（m ）H——通航净空高度（m）Mh——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m）。
oH=+10++=（主桥跨中桥面标高）min（2）上部结构设计1. 主塔：桥面以上主塔顺桥向宽7m，桥面以下至承台逐渐过渡到10m。
横桥向厚度为4m。
桥塔总高度为，桥面以上高为。
2. 主梁：主梁梁高为，桥面板行车道做成1％的双向横坡，桥面全宽。
主梁截面采用混凝土形式，其截面形式见图：图主梁截面形式（单位：cm）3 斜拉索：斜拉索采用直径8mm的低松弛高强平行镀锌钢丝束。