斜拉橋懸索橋-方案比選-畢業(yè)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第二章 方案比選1.1 橋型方案設計概述東海大橋起始于上海浦東新區(qū)（原南匯區(qū)）蘆潮港，北與滬蘆高速公路相連，南跨杭州灣北部海域，直達浙江嵊泗縣小洋山島。全長32.5公里的東海大橋是上海國際航運中心深水港工程的一個組成部分，被上海市政府列為“一號工程”，同時東海大橋工程是上海國際航運中心洋山深水港區(qū)一期工程的重要配套工程，為洋山深水港區(qū)集裝箱陸路集疏運和供水、供電、通訊等需求提供服務。由港區(qū)的集裝箱陸路集疏運量的預測情況分析至2020年洋山深水港區(qū)陸路集裝箱集疏運量為750萬TEU，根據(jù)計算的大橋集裝箱集疏運能力分析，東海大橋工程需具備雙向6車道的建設規(guī)模。車輛交通的組

2、成比例為：集裝箱卡車（拖掛車）85，社會車流量占15。可見港口貨物運送愈加頻繁，建橋已顯得十分必要。1.1橋位自然條件1、地形、地貌擬建東海大橋西端蘆潮港為沙泥灘地，圍海造地形成陸域，屬潮坪地貌。橋區(qū)海域，海勢穩(wěn)定，海床較為平坦，水深一般在812m左右，標高75125m。近岸淺水區(qū)水深為05m（長度約為500m）。大橋東側所經(jīng)島嶼及東端小洋山為一系列面積狹小的島嶼，呈雞爪型地貌，局部地區(qū)水深達30m。 2、氣象特征該區(qū)位于北亞熱帶南緣，東亞季風盛行區(qū)，受季風影響冬冷夏熱，四季分明，降水充沛，氣候變化復雜。 （1）、氣溫：多年平均氣溫158；歷年最高氣溫 37 .5；歷年最低氣溫79。（2）、

3、降水：降水日數(shù) 134d/y。 （3）風況：實測最大風速 350m/s （風向NNE）；風力7級大風日數(shù)658d/y；風力8級大風日數(shù)30d/y；風力9級大 風日數(shù)約為3d/y。 （4）霧況：平均有霧日3050 d/y；最多60 d/a；最少20 d/a。3、水文特征該海區(qū)的潮汐主要受東海前進潮波控制，潮汐類型屬非正規(guī)半日淺海潮型。潮流運動基本形態(tài)為每天二漲二落，具有明顯的往復流特性。NNE向（包含N、NE向）水域開敞，為該海區(qū)的強浪向。 4、工程地質海上段基巖埋藏較深，基巖面標高由北向南逐漸抬高，標高為230m1600m，第四系堆積層厚度為160220m。顆珠山島小洋山段區(qū)域受周圍蔣公柱島、

4、金雞山、鑊臍島等影響，水動力條件復雜，殘留厚度受基底起伏控制，在口門兩側和顆珠山系灣殘留厚度相對較薄，中部殘留厚度較大。1.3橋型方案比選1.3.1 確定橋型方案的原則u 適用性橋上應保證車輛和人群的安全暢通，并應滿足將來交通量增長的需要。橋下應滿足泄洪、安全通航等要求。建成的橋梁應保證使用年限，并便于檢查和維修。u 舒適與安全性現(xiàn)代橋梁設計越來越強調舒適度，要控制橋梁的豎向與橫向振幅，避免車輛在橋上振動與沖擊。整個橋跨結構及各部分構件，在制造、運輸、安裝和使用過程中應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。u 經(jīng)濟性設計的經(jīng)濟性一般應占有重要位置，經(jīng)濟性應綜合發(fā)展遠景及將來的養(yǎng)護和維修等費用。

5、1.3.2 確定本橋型方案的具體要求u 造價要求 所選橋型力求技術先進，結構有利于通航要求，同時滿足工程數(shù)量省、造價低、投資少、經(jīng)濟合理的原則。u 施工要求所選橋型應滿足有成熟施工經(jīng)驗、所需施工設備少、工藝簡單的要求，以減小施工難度、加快施工進度、節(jié)省投資金額、保證施工質量。u 通航要求通航孔橋的方案設計應滿足通航要求，并選用結構安全可靠、經(jīng)濟、美觀的橋型。通航孔橋的工程量及規(guī)模比非通航孔橋總量小得多，也需充分考慮海上施工的特點。（東海大橋海上段設四處通航孔： 5000t級主通航孔一處，通航凈空為300m ×40m（單孔雙向）；能滿足10000t級船舶通行的要求； 1000t級副通航

6、孔一處，通航凈空為100m×25m（雙孔單向）； 500t級副通航孔二處，通航凈空為56m ×175m（雙孔單向），設置在近蘆潮港側及小烏龜島側）非通航孔橋結構型式根據(jù)不同區(qū)段的條件分別確定，在同一區(qū)段結構型式統(tǒng)一，有利于模數(shù)化、標準化、工廠化制作。1.3.3 橋位對橋型的制約 橋址位于外海，大風、波浪、潮流、寒潮等惡劣自然條件對施工的影響很大，按目前施工設備抗風流能力，全年平均有效施工工作業(yè)天數(shù)在180d以下。海域水面開闊，百年一遇H1波浪高度達6m，最大流速2m/s，設計基本風速為42m/s。寒潮、臺風影響頻繁。海洋強烈的腐蝕環(huán)境對結構耐久性影響很大。1.3.4 橋型方

7、案所選方案應滿足經(jīng)濟上合理、施工方便快捷，既要與周圍環(huán)境相互協(xié)調，又要能體現(xiàn)出自身的特點。對于主橋部分，在方案選擇時，從國內外已修建的各類型橋型廣泛入手，對梁式體系、拱式體系、斜拉體系、懸索體系進行了綜合的分析比較，這里只針對拱橋和斜拉橋比選。目前鋼管混凝土拱橋的跨徑已經(jīng)超過420米，故在此處建造一座鋼管混凝土拱橋在技術及施工上也是合理的；但是由于地質條件較差，無法承受拱橋的推力，如果由地基直接承受水平推力，拱腳就要做得很低，不能滿足通航的要求，而且拱肋可能受到船舶的撞擊，故此處提出了系桿拱；在滿足了通航要求的前提下，上承式的橋拱太扁，不能滿足結構受力的要求。下承式的拱橋，因為拱身全部在橋的上

8、面，看起來很不協(xié)調，不能滿足美觀的要求，故提出了采用無推力中承式的鋼管混凝土系桿拱的方案。該橋型方案的立面圖如圖1設計中考慮的另外一種橋型是斜拉橋，該類型的橋梁設計、施工工藝成熟?？鐝竭_到200多米的斜拉橋很容易實現(xiàn)，由于是在海上施工，考慮到施工的便利性，采用結合梁斜拉橋，結合梁斜拉橋與混凝土斜拉橋和鋼斜拉橋相比較，施工方便且造價低。并且我國已經(jīng)有了相當豐富的建設經(jīng)驗，如1991年和1993年建成的主跨分別為423m和602m的上海南浦大橋和楊浦大橋。在斜拉橋的設計規(guī)范也著重于混凝土斜拉橋部分，但由于結合梁自重力小，相應也減少了鋼索用量和基礎工程量，所以采用雙塔單索面鋼和混凝土結合梁斜拉橋。

9、圖1 立面圖圖2 立面圖1.3.5 方案比選基于以上分析，提出兩種橋型方案進行初步比較，即方案一:無推力中承式的鋼管混凝土系桿拱橋88m+102m+420m+102m+88m方案二:雙塔單索面鋼和混凝土結合梁斜拉橋73m+132m+420m+132m+73m兩種橋型的具體布置情況如下：1、 無推力中承式的鋼管混凝土系桿拱橋（1）、孔徑布置其邊跨與中跨的比值取為0.24, 又由于主跨為420m，故本方案采用190+420+190的布跨形式，對稱布跨的邊跨和側跨分別為102m和88m，全橋總長800m，同時橋面設置2%的縱坡。（2）、拱肋橫截面形式 鋼管混凝土拱肋是主要的承重結構，它承受橋上的全部

10、荷載，并將荷載傳遞給墩臺和基礎。設計為四肢格構型拱肋，為了提高拱肋的橫向穩(wěn)定性和承載力，使兩拱肋頂部互相內傾，水平面上的投影呈“X”，由于拱肋的恒載分布比較均勻，因此拱軸線一般采用二次拋物線。拱肋截面沿拱軸線的變化規(guī)律為等截面，并且采用無鉸拱形式，以保證其剛度。（3）吊桿 吊桿分剛性吊桿和柔性吊桿兩類，剛性吊桿用鋼筋混凝土或預應力混凝土制作；柔性吊桿用冷軋粗鋼筋、高強鋼絲或鋼絞線等高強鋼材制作。使用剛性吊桿可以增強拱肋的橫向剛度，但是用鋼量比較大，施工程序多，工藝復雜；使用柔性吊桿可以部分消除拱肋和橋面之間的相互影響，節(jié)省鋼材。此處吊桿為等間距16m，采用PE防護技術，保證其使用壽命。圖3 拱

11、肋截面簡圖（4）、主跨結構構造：圖4 主梁截面簡圖 （5）、Y型鋼構兩個主墩均采用Y形造型，由中橫梁，前后懸臂梁，前后主橫梁，前后次橫梁，前后主橫梁及系桿索錨固結構組成。"Y"型上部為預應力砼結構，墩身都采用14×912×6.2m的變截面空心薄壁結構。Y形剛結構由前、后懸臂，主橫梁，前、后次橫梁，前、后主橫梁及系桿索錨固件等結構組成。具體布置見下圖：圖5 Y型鋼構（6）、拱橋墩臺及基礎作為基礎設計，一般應先考慮擴大基礎，然后才是樁基礎和沉井基礎，對于管柱、沉箱和組合基礎一般只在特殊情況下考慮?；A采用樁基礎，基礎承臺置于河床底部。圖6 基礎設計2、雙塔單

12、索面鋼和混凝土結合梁斜拉橋（1）、孔徑布置主跨和邊跨的跨徑比為0.48，根據(jù)邊孔的高度，通航要求，施工安全，全橋剛度以及經(jīng)濟和使用條件可在邊孔設置輔助墩，這樣可以改善結構的受力狀態(tài)，增加施工期的安全。當輔助墩受壓時，減少了邊孔主梁彎矩，而受拉時則減少了中跨主梁的彎矩和撓度，從而大大提高了全橋剛度。所以最后的孔徑布置為73m+132m+420m+132m+73m。（2）、主跨結構構造主梁采用單箱三室，梁高4m，下側用開口鋼箱形式，上側為預應力混凝土橋面板，由此組成結合梁，全橋寬33m。設計2%的橫坡以滿足排水要求，橋面鋪裝采用等厚鋪裝，其中鋼箱底板寬20m采用Q345qD，橋面板采用C60砼。

13、具體尺寸如下：圖7 主梁1/2橫截面主梁混凝土面板厚0.28m，在腹板頂附近加厚至0.55m，主梁鋼結構部分截面底板及斜腹板厚16mm，豎向腹板及腹板上緣厚24mm,塔根及邊墩、輔助墩頂附近主梁鋼板局部加厚。其中主梁橫隔板梁采用桁架形式以利于過橋管線布置，主梁截面橫隔板橫隔梁厚16mm，上翼緣板厚24mm，主梁鋼結構和混凝土面板間設置剪力釘。主梁節(jié)段初步擬定為8m，橫隔梁間距為4m，每一標準節(jié)段兩端各設置0.5m寬的混凝土現(xiàn)澆濕接縫。具體尺寸如下：圖8 主梁混凝土面板（3）主索塔斜拉橋主塔外形通常有H形、鉆石形、A字形、倒Y形等，但各種形式的塔形有各自的優(yōu)點，這里對這幾種塔形進行比選。表1 主

14、塔外形對比塔形優(yōu)點缺點H形塔柱完全豎直，十分便于施工，同時可以保證斜拉索均在同一平面內，大大地簡化了錨固系統(tǒng)的設計拉索不能對主梁提供抗扭剛度幫助A形力線傳遞順暢，通過不斷的向上收斂給人一種穩(wěn)定的感覺基礎尺寸較大，需設置橫梁，施工相對復雜，造型 比較大眾鉆石形外形優(yōu)美，橋面以下的塔柱通過向內收斂可以減少基礎的尺寸、節(jié)約空間力線有轉折、不順暢，有時無法與周圍環(huán)境協(xié)調，特別是在橋下凈空較大時倒Y形構造簡單，受力明確，施工方便，結構上是高效的，給人一種穩(wěn)定和強有力的感覺，能突出高聳而簡潔的美感，適用于單索面基礎尺寸較大從主塔材料上講，塔材料可供選擇有三種：鋼，鋼筋混凝土，鋼混結合。由于該橋位于海域腐蝕

15、比較嚴重，防腐蝕的投入會很大，所以采用完全的鋼結構顯然不合理。 從受力來講鋼筋混凝土和鋼混結合均可采用，但是對于鋼混結構來說其過渡段是主塔受力點，構造復雜，另外對鋼筋混凝土結構來說造價比較低，工藝成熟可靠，結構防腐蝕相對簡單，養(yǎng)護費用低 。綜上采用倒Y形的索塔（常用于大跨徑及特大跨徑的斜拉橋），它結構簡單，受力明確，施工方便，結構上是高效的，給人以穩(wěn)定和強有力的感覺，用于比較寬闊的水面空間透視性好，突出了斜拉橋輕盈、高聳、簡潔的完美形象，適用于單索面塔高148m，在順橋向索塔剛度大，有利于抵抗索塔兩側拉索的不平衡拉力，能承受較大的順橋向彎矩，并具有更良好的抗振能力，并且主塔與加勁梁之間均設置了

16、阻尼裝置。阻尼裝置對溫度等速率緩慢的變形，約束力很??；對活載、風、地震等速率較快的變形，能有效約束；同時可以使行車的舒適度提高。具體尺寸如圖9圖9.2 中塔柱截面圖9.1上塔柱截面圖9.3 下塔柱截面圖9.5 主塔正立面圖9.4 主塔側立面（4）、斜拉索斜拉索是斜拉橋的主要承重構件之一，拉索對主梁起到彈性支撐的作用，其對斜拉橋的結構剛度和經(jīng)濟合理性起著重要作用，斜拉索宜選用抗拉強度高，疲勞強度好和彈性模量較大的鋼絲或鋼絞線制作，而根據(jù)目前發(fā)展來看，斜拉索正向著小索距的密索發(fā)展。索面選擇：由于橋面較寬，且主塔采用倒Y形，為使全橋獲得較好的視覺效果及行車效果，同時節(jié)省空間，采用中央單索面形式，給人

17、一種簡潔美觀的感覺而避免了兩側拉索交叉凌亂之感斜拉索采用高強度鍍鋅平行鋼絲束，冷鑄錨，拉索外表面采用防風雨振措施。梁上標準索距8m，塔上標準索距2m。 具體尺寸如下： 圖10 斜拉索橫截面圖11 斜拉索總裝圖（5）主墩及基礎斜拉橋主塔墩位處水深約為11m，地基覆蓋層較厚，塔墩基礎承受主墩傳來的巨大荷載，可供選擇的形式主要有以下幾種：l1預應力管樁基礎l2大直徑鋼管樁基礎l3大直徑鉆孔樁基礎l4沉井基礎對于1 由于樁徑小（通常在600mm以內），數(shù)量多，基礎大，造價高不宜采用對于4 工期長，難以控制，不宜采用對于2 施工方便迅速，但造價高，經(jīng)濟性差對于3 是目前國內外深水基礎較常采用的，其設計，施工工藝成熟，單樁承載力大，基礎平面尺寸較小，適應性強，施工質量及工期較易控制，所以綜上選用鉆孔灌注樁，承臺選用整體式承臺。4、橋型方案選擇：表2橋型比選橋梁方案無推力中承式的鋼管混凝土系桿拱橋雙塔單索面鋼和混凝土結合梁斜拉橋跨徑布置88m+102m+420m+102m+88m73m+132m+420m+132m+73m方案概況桁架拱，透視空間大，結構輕盈，拱橋線形優(yōu)美受力性能較好，抗風抗震滿足要求，斜拉索應力幅較低，抗疲勞性性能滿足要求，梁塔受力狀況較好。技術難度及可行性從海上施工上考慮，拱橋高空拼裝桿件多，工藝要求高類似結構已建多座，設計施工、技術可行施