浅析桥梁设计的原则和方案

桥梁设计必须遵照“实用、经济、耐久、安全和美观”的基本原则。
   符合当地复杂的地质条件,满足交通功能需要。
   桥梁结构造型简单,轻巧,并能体现地域风格,与周围环境协调。
(3)设计方案力求结构安全可靠,具有特色,又要保证结构受力合理,施工方便,可行,工程总造价经济。
   从当地的地形地质条件、水文条件和技术标准,且由于该桥无通航要求,拟选出以下三个初选方案分别为:
   方案一:75m+120m+75m+2×40m连续刚构桥,其中2×40m为引桥部分。
   方案二:7×50m连续梁桥。
   方案三:198m+140m的单塔双索面斜拉桥。
   从总体布局、技术先进性、施工可能、景观、技术经济等多方面考虑,选择方案一、二、三来作工程量计算,作进一步比较。
第一方案:连续刚构桥方案

  图1 连续刚构桥
(1)总体布置和结构体系:此方案的桥跨布置为引桥为简支梁桥2×40m,主桥为75m+120m+75m连续刚构桥。
   主桥为三跨预应力连续刚构,中跨为120m,边跨均为75m。单箱单室变截面梁,箱底宽7.8m顶板悬臂长度为2.475m.边跨与中跨比值为0.625,桥面宽12.75m(单幅桥面),符合结构及经济要求。
   主墩、台结构:桥墩均采用由双薄壁墩组成的钢筋混凝土结构。
   施工方法:该三跨连续梁桥采用悬臂浇筑法施工,可以省去大型起重安装设备,施工时不受沟道通航和水位变化的影响,墩身采用翻模板法施工。
(4)优点
   ① 墩梁固结,省去了支座费用及日后维修费用;
   ② 双薄壁柔性墩,桥墩厚度大大减小,因而节约了桥墩与基础的材料用量,降低了费用;
   ③ 桥面连续,无需设伸缩缝,行车平稳、舒适;
   ④ 连续刚构桥建桥费用比较省,日后维修养护费用也比较少。
   ⑤ 连续刚构桥目前施工工艺成熟,施工简便,本桥采用传统的挂篮悬臂施工;
   缺点
 ① 连续刚构桥目前出现了主跨跨中下挠问题,但这不是桥梁体系本身的问题。可以通过设置预拱度、中跨合龙前进行预推等来解决;
   ② 主梁顶底版出现开裂问题。可以通过适当布置预应力钢束或增大箱梁截面积来防止开裂问题。
第二方案:连续梁桥方案

  图2 连续梁桥
(1)总体布置和结构体系:本方案是7×50m的等截面连续梁桥,桥梁总长350m。
   桥跨结构:七跨预应力连续梁,跨径均为50m。单箱单室等截面梁,桥面宽12.75m,箱底宽7m顶板悬臂长度为2.875m,符合结构及经济要求。
   (2)施工方案
   该五跨连续梁采用顶推法施工,而且施工时不受沟道通航和水位变化的影响,墩身采用套筒施工。
   (3)主墩、台结构
   桥墩均采用柱式薄壁空心桥墩。主桥基础为刚性扩大基础,桥台为U型重力式桥台。
   优点:
   ① 桥梁外型较美观;
   ② 目前连续梁桥设计施工经验成熟;
   ③ 主梁纵向为等截面形式,使梁体外形和谐,节省材料并加大了桥下净空;
   ④ 桥面连续,无需设伸缩缝,行车平稳、舒适;
   ⑤ 连续梁桥目前施工工艺成熟;
   缺点:
   ① 主梁采用顶推施工,加大了施工的难度;
   ② 相对于连续刚构,增加了支座费用。
第三方案:斜拉桥方案。

  图3 斜拉桥
(1)总体布置和结构体系:本方案是不等跨的单塔双索面斜拉桥,主跨为198m,边跨为140m,边跨比是0.707,桥梁总长338m。
   桥跨结构:七跨预应力连续梁,跨径均为50m。单箱单室等截面梁,桥面宽12.75m,箱底宽7m顶板悬臂长度为2.875m,符合结构及经济要求。
   (2)主墩、台结构
   基础为刚性扩大基础,桥台为U型重力式桥台。
   (3)施工方案
   斜拉桥主塔采用爬模施工,基础为明挖扩大基础,主梁采用挂篮悬臂现浇施工。
(4)优点
   ① 桥梁外型美观;
   ② 桥面连续,行车舒适顺畅;
   ③ 桥梁动力性能好;
   ④ 采用悬臂施工,施工期间不影响通航。
   缺点
   ① 桥梁造价高,尤其是拉索费用昂贵;
   ② 主塔锚固区应力集中,混凝土易开裂;
   ③ 施工比较复杂,不但要修建比较高的索塔,施工中还要多次调整索力,工序复杂;
   ④ 主梁锚固区应力集中,也容易出现开裂;
⑤ 斜拉桥成桥后维修养护费用高,尤其涉及换索时,费用昂贵
综上所述,连续钢构桥从多方面考虑,结构受力合理,外形简洁美观,利于行车,且用料较斜拉桥省,施工较容易,施工工期较短,维护方便、花费用少,比斜拉桥有显著的经济效益,因此选择连续钢构梁桥作为最后施工设计方案。
2.2 截面形式及尺寸拟定
2.2.1 五梁桥大桥的细部尺寸拟定
(1)立面布置
本桥边跨75米,中跨120米,边中跨之比为0.625,箱梁底板下缘高沿二次抛物线变化。
(2)上部结构
   本方案主梁采用单箱单室变高度箱梁,箱梁顶板宽12.75米,顶板设置单向2%横坡,底板宽7.8米。全梁顶板中间厚为0.28米,边缘处厚0.15米,单侧翼缘板悬臂为2.475米。腹板不等厚,跨中向根部从0.6米到0.7米。主梁在支座处梁高为6米,跨中处为2.5米。底板厚从跨中0.32米到根部1米。主梁0号块长度为9米,悬臂施工梁段划分为3米,3.5米和4 米三种,边跨现浇段13米,边、中跨合拢段长度均为2米,箱梁全部采用C50混凝土。

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