1.3 设计基本要求
1、设计说明书
设计说明书由中英文摘要、正文与附录三部分组成。
摘要应包括工程概况、桥型方案简介、主要计算内容、设计方法与手段、计算结果与结论等内容。摘要应言简意赅,字数控制在200字左右,并附英文摘要及关键词。
正文部分包括桥型方案比选、上部结构的设计与计算(如主梁、桥面板、横隔梁等);下部结构类型的选择和桥墩(台)、基础设计计算等。
结构计算的一般顺序是:荷载计算→内力计算→荷载组合及控制截面的内力组合→配筋计算→验算。
上述有关的说明和计算内容编入设计说明书时,应包括必要的计算简图和内力图,计算过程应条理化和图表化,采用通用的设计符号和国际计量单位,最后应按统一规格装订成册。
附录部分收录电算过程中导出的重要数据(内力、应力、位移、支座反力、配筋估算面积、预应力损失及有效预应力等),及设计图纸目录。 2、施工图纸
桥梁施工图纸的内容和具体要求见表1.3。
表1.3 桥梁施工图的内容和具体要求
内容 设计总说明 桥型布置图 主梁一般构造图 主梁预应力筋布置图 主梁构造钢筋布置图 桥墩构造图 桥墩配筋图 桥台布置图 基础布置图 施工阶段示意图 其它 要求 工程概述、主要设计依据、主要材料、施工方法等 桥梁立面、平面、横断面 分别绘制中梁、边梁立面、平面、横断面图 立面、平面、横断面,要求有钢束大样图及数量表 立面、平面、横断面,要求有钢筋大样图及数量表 墩帽、墩身立、平、横断面构造,标明垫石位置 墩帽、墩身钢筋,要求有钢筋大样图及数量表 桥台立面、平面、横断面构造 基础构造及配筋图 划分施工阶段,分阶段表示施工顺序 支座、伸缩缝、桥面铺装、防撞栏、人行道等 图纸要求绘制规范,采用统一图框,并用A3纸打印。不同桥型图纸数量有所不同,应在10~15张左右。
3、计算机运用要求
(1)内力计算及组合可使用Microsoft Excel或其它软件。
(2)简支梁桥内力计算及配筋部分要求手算完成,并用“桥梁博士”或其它软件进行验算。其它超静定结构可用软件计算。
(3)施工图用计算机绘制。 4、设计文件要求
全部设计文件应符合桥梁设计行业要求。 应提供完整的设计文件,内容主要包括: (1)工程概述; (2)设计总说明;
(3)桥梁总体布置:选用三个桥型方案,确定总跨径、分孔、桥梁标高、纵横坡、横
截面形式及初步拟定细部尺寸;
(4)桥型方案比选:对三个方案进行比选,得到最优方案作为设计方案;
(5)内力计算:计算简图的确定,计算结果与内力图,对内力计算结果合理性的分析与校核;
(6)内力组合:组合的原则,所依据的规范;内力组合的结果; (7)配筋设计:计算钢筋面积,并按相关规定进行布置; (8)验算项目:要求有原始数据,验算必须全部通过。 设计说明文件必须打印,且满足学校的各项规定。 5、毕业答辩
学生完成毕业设计的全部内容,由指导教师对每个学生完成的设计图纸及设计说明书进行审查,审查合格者方可参加毕业答辩。
第二部分 桥梁总体布置
2.1 立面布置
2.1.1 总跨径的拟定
桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。由于桥梁墩台、桥头路堤和护坡压缩了河床,使桥下过水面积减少,改变了河床冲刷条件。因此桥梁总跨径必须满足桥下有足够的泄洪面积。
如高速公路、一级公路上的大、中、小桥和涵洞的设计洪水频率均规定为1100;二级公路上的大、中桥规定为1100,小桥和涵洞为l50;三级公路上的大、中桥规定为150;四级公路的小桥规定为125等。
根据这些设计频率的流量和水位,在已知桥位的河床断面上可求出桥下顺利宣泄设计洪水所需的最小过水面积,从而确定桥台的台口位置。
拟定桥梁总跨径时可遵循以下原则:山区河流一般河床流速较大,设计时应尽量减少或不压缩河床;对于宽滩河流或深基础桥梁,可将桥台位置适当往河心方向推,以缩短桥长,节省造价;应注意的是总跨径的缩短会引起过水面积减小,流速加大,从而导致冲刷加大以及桥前壅水高度的加大。在确定基础埋置深度及周围建筑、农田的安全时应考虑这一因素。
2.1.2 桥梁分孔
在求得总跨径后,还需进一步进行分孔布置,即确定桥墩的位置。对于跨河桥梁,分孔的主要依据是通航要求、地形和地质条件、水文状况、技术经济条件和美观的要求。
一般情况下可按经济跨径分孔,以保证最低造价。当遇到水深较深或河床地质不良等的河流,其基础的设计和施工均较复杂,跨径宜大一些;反之,对于宽浅河床,水深不大,且河床地质较均匀的河流,桥墩和基础的造价低,跨径可小一些。
对于通航河流,则首先应满足通航要求。将通航孔布置在主航道位置,其余的桥孔跨径选用经济跨径。但对于变迁性河流,考虑航道可能发生变化,则需多设几个通航孔。
通航海轮桥梁的桥孔布置及净高应满足《通航海轮桥梁通航标准》(JTJ 311)的规定。通航内河桥梁的桥孔布置及净高应满足《内河通航标准》(GB 50139)的规定,应充分考虑河床演变和不同通航水位航迹线的变化。
从结构受力合理和用材经济出发,连续体系的分孔要考虑合理的边、中跨跨径比。一般宜采用不等跨布置,边、中跨跨径比为0.5~0.8。采用支架施工时,宜取0.8倍;采用先简支后连续法施工时,宜按等跨布置;采用悬臂施工时,考虑到一部分边跨采用悬臂施工外,剩余的边跨部分还需另搭脚手架施工,为使脚手架长度最短,则边跨长度取中跨长度的0.65倍为宜。
2.1.3 桥面标高的确定
桥面标高或在路线纵断面设计中已定,或根据设计洪水位、桥下通航需要的净空来确定。
如表2.1所示。
表2.1 非通航河流桥下最小净空
桥梁的部位 洪水期无大漂流物 梁底 洪水期有大漂流物 有泥石流 支承垫石顶面 拱脚 高出设计水位(m) 0.50 1.50 1.00 0.25 0.25 高出最高流冰面(m) 0.75 — — 0.50 0.25 对于无铰拱桥,拱脚允许被设计洪水位淹没,但一般不超过拱圈矢高的23,拱顶底面至设计洪水位的净高不小于1.Om。对于有漂流物和流冰阻塞以及易淤积的河床,桥下净空应分情况适当加高。
在通航及通行木筏的河流上,桥跨结构之下,自设计通航水位算起,应能满足通航净空的要求。详见《通航海轮桥梁通航标准》(JTJ 311)和《内河通航标准》(GB 50139)。
2.1.4 基础底面标高的确定
基础底面标高主要取决于地基的地质条件和河流的冲刷深度。
1、地基的地质条件
(1)岩石地基。当覆盖土层较薄(包括风化层)时,通常将基础直接修建在清除风化层后的岩面上;当风化层很厚时,埋深应按风化层的风化程度、冲刷程度及相应的允许承载力来确定;当岩层表面斜倾时,应避免将同一基础的一部分置于岩层,另一部分置于非岩层上,以防止结构物由于不均匀沉降而倾斜或破裂。对于大桥的基础,当冲刷较严重时,除应清除风化层外,尚应视基岩强度将基础嵌入一定深度或采用其他锚固措施,使基础与基岩连成整体。
(2)非岩石地基。对均质土层,基础埋深可按荷载大小和地基土的承载力来确定,当多层交错时,为避免不均匀沉降,各基础应放在相同的持力层上。
2、河流冲刷深度
(1)小桥涵基础。无冲刷时,基础埋深应在地面或河床底以下(岩石地基除外)至少1m;有冲刷时埋深应在局部冲刷线以下不少于1m;如河床上有铺砌层时,埋深宜在铺砌层顶面以下至少1m。
(2)大、中桥基础。有冲刷时,其埋深应按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG
2.1.5 桥面纵坡的确定
桥梁受地形限制时,允许修建坡桥。桥上纵坡不宜大于4%,桥头引道纵坡不宜大于5%;位于市镇混合交通繁忙处,桥上纵坡及桥头引道纵坡均不得大于3%。详见《公路桥涵
2.2 横截面布置
横截面设计主要包括桥面布置和上部承重结构(如梁式桥中的主梁,拱桥中的主拱圈)的横截面设计。
2.2.1 桥面布置
桥面部分通常包括桥面铺装、防水和排水设施、伸缩装置、人行道(或安全带)、缘石、栏杆和灯柱等构造(如图2.4所示)。
图2.1 桥面布置示意图
2.2.2 横截面设计
条中表3.3.1-1~3.3.1-4分别规定了不同设计车速下的车道宽、中间带宽度、左侧路肩宽度及右侧路肩宽度。
在可能条件下,在高速公路、一级公路上,一般以建上、下行两座独立桥梁为宜。城市交通的公路桥桥面宽度应考虑到城市交通工程规划要求予以适当加宽。
人行道:宽度取0.75m或1.0m,大于1.0m按0.5m递增。
防护栏:不设人行道的公路桥梁,应设置防护栏,一般宽为0.5m。 桥面横坡:一般取1.5%~3%。
桥面铺装:有水泥混凝土、沥青混凝土、沥青表面处治、泥结碎石等。水泥混凝土和沥青混凝土一般厚度为0.06~0.08m,桥面铺装一般不作受力计算,为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性,上般宜在混凝土中铺设直径为4~6mm的钢筋网。
防水层:设在铺装层之下,厚度一般为0.01~0.02m,且在桥面伸缩缝处连续铺设,不可切断。
2.3 平面设计
大、中桥梁的线型,一般为直线,当桥面受到两岸地形限制时,允许修建曲线桥。也允许修建斜桥,其斜度一般不大于45°,通航河流上不宜大于5°(桥墩沿水流方向的轴线与通航水位的主流方向交角)。
小桥涵的线型及其与公路的衔接,可按路线的要求布置。