山东建筑大学毕业设计说明书
第3章 桥梁上部结构及塔墩设计
3.1、材料选择
1、混凝土：预应力混凝土主梁的混凝土强度等级为C60，索塔为C60，主墩墩身为C60，承台和两边边墩都采用钢筋混凝土结构，承台混凝土强度等级为C30，边墩为C60,桩基混凝土强度等级为C35
2、预应力钢材：主梁内的预应力筋除了施工阶段顶板有?32的精轧螺纹粗钢筋外，其他均为04规范中的高强的松弛钢绞线，标准强度1860 MPa,弹性模量为E=1.9×105MPa,预应力管道均采用预埋波纹管成型，采用OVM锚具。
3、普通钢筋：HRB335带肋钢筋,R235光圆钢筋；
4、斜拉索：该桥采用扭绞型平行钢丝斜拉索，由?7mm高强平行钢丝组成，抗拉强度标准值fpk=1670MPa，弹性模量为Ep=2.05×105MPa，斜拉索外面包双层护套，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯，锚具为冷铸墩头锚。
5、桥面铺装：8cm厚防水混凝土+4cm沥青混凝土，容重23KN/m3。 6、支座：GPZ抗震型盆式橡胶支座。 7、伸缩缝SSFB240型伸缩装置。 3.2、总体设计
根据通航的要求，以及道路的通行能力，采用双向四车道布置。其设计车速为80km/h，处在高速公路上禁止非机动车辆和行人。
采用独塔斜拉桥，其桥塔拟定了门式塔，Ｈ型塔和钻石型塔三种方案。门式塔的景观效果不佳，H型塔整体刚度不好，切需要很大的下部基础，钻石型塔不仅美观，而且整体刚度高，抗风性能好，经过比较采用钻石型塔。
为方便施工，降低造价，减轻主梁自重，主梁采用半封闭双箱主梁截面，预应力混凝土结构。为了不削弱主梁的受力截面积，斜拉索锚固在主梁的两侧。
桥面铺装采用沥青混凝土，并设2%的横坡来满足排水要求。
跨径组成为300 m+300 m=600m,对称布跨，塔高140 m，塔高H与主跨之比为 0.46为了降低主梁的高度，减小主梁的弯矩，斜拉索索距较密，为密索体系，扇形布置，主梁上斜拉索的标准索距为8m，索塔上斜拉索的索距为1.5×36=54 m。
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斜拉索采用扇形布置，双索面与桥面组成三角形。
考虑到桥位处的地形条件，即桥面设计标高很高，塔墩有80多米高，主梁采用挂篮悬臂浇筑法施工。索塔采取爬模施工法。
支撑体系作为结构的边界条件，其选型布置是非常重要的。本桥采用塔墩梁半固结体系，该斜拉桥属于半漂浮体系。这种体系应用在独塔斜拉桥中有很大的优势，无论是桥梁的建设中便于悬臂施工，还是桥梁的运营状态的性能都很好，由于是独塔，温度荷载对其的影响不像双塔斜拉桥那样巨大。 3.3、 主梁设计
1、主梁采用半封闭双箱截面，如图3.1，梁高是3m，是主跨的1/100，梁总宽26.9 m，桥面净宽宽度24.5 米[0.5 米（防撞栏杆）+10.75 米（车行道）+2.0 米（中央分隔带）+10.75 米（车行道）+0.5 米（防撞栏杆）],桥面横坡为2%。梁两侧箱室呈三角形，起到导风的作用，提高主梁的抗风能力，双索面斜拉索来抵抗梁的扭转作用。
2、截面见图3.1-3.2
图3.1无横隔梁截面
注 图中尺寸以米计
图3.2有横隔梁斜拉桥主梁截面
注 上图中尺寸以米计
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纵向每隔8 m设置一道横隔梁（在斜拉索锚固点处），横梁的设置主要考虑活载的横向分布以及桥面板的受力，斜拉索的锚固，以及增强桥梁的横向刚度，横梁的位置和斜拉索的锚固相对应。本桥的横梁的厚度为30 cm。 3.4、斜拉索设计
该桥的主塔为截面为矩形空腹结构，上塔柱为斜拉桥锚固区，主梁上的基本索距为8.0 m，索塔上的基本索距为1.5 m，最外侧斜拉索的倾角为24.5度，为减小斜拉索的风振，雨振，在每根斜拉索上设有减震器。主桥斜拉索独塔共72根，塔端采用锚固型锚具，梁端采用张拉端锚具。在张拉过程中，斜拉索采用主塔端锚固，主梁端张拉。该桥采用扭绞型平行钢丝斜拉索，由?7 mm高强平行钢丝组成，抗拉强度标准值
fpk=1670MPa，斜拉索外面包双层护套，内层为黑色高密
复合包带黑色PE彩色PE度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯，锚具为冷铸墩头锚。
拉索外径斜拉索断面如图2.9。
图图3.3 拉索断面图
3.5、主塔设计
7mm钢丝束最大外径索塔采用造型美观的钻石型塔，钢筋混凝土结构。钻石型塔造形美观，由于塔柱斜度较小，施工比较方便。
索塔自承台顶到索塔顶的高是223m，桥面以下部分塔墩高87.17 m ，塔高同跨径的比为0.467，桥面以上62.23 m设一上横梁，梁高2.0 m，主梁底设一中横梁，梁高2 m，用于支撑主梁以及增强索塔横向的稳定性。
索塔在梁底的部分称为塔墩，梁底以上上横梁以下部分为下塔柱，上横梁以上部分为上塔柱。上，下塔柱斜腿采用单箱单室，顺桥向6.0 m长，横桥向4.0 m。上横梁采用箱室截面，下横梁为预应力混凝土结构，主梁支撑在下横梁上。细部尺寸如图3.4
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800600200720022300660020013800200134513456003004001900300040083008002400800240080010008300正立面图侧立面图
图3.4索塔构造图
3.6、下部结构构造
根据地质条件，该桥选用桩基础，桥墩下16根直径3 m的钻孔灌注桩，受力形式为端承桩，桩端嵌入基岩2 m。承台尺寸33 m×33 m，承台厚11 m。 3.7、整体分析
3.7.1 计算原则
斜拉桥的结构分析计算，根据跨度的大小采用两种不同的理论。对于特大跨径的斜拉桥，为消除斜拉索及大变位引起的非线性因素的影响，必须采用有限变形理论；
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对于中小跨径的斜拉桥，采用小变形理论即可获得满意的结果。平面杆系有限元法是计算斜拉桥内力的基础，其基础理论是小变形理论。
在计算斜拉桥的内力及变形时，一般把空间结构简化成平面结构，但应计算荷载横向分布对结构的影响，以考虑结构的空间效应。而斜拉桥结构较柔，拉索的布置形式对主梁抗扭刚度有影响，故在计算荷载横向分布系数时应综合考虑。本设计在计算斜拉索和索塔的内力时，采用杠杆法来考虑荷载的横向分布系数。
斜拉桥的内力及变形分析主要是斜拉索和索塔，所承受的荷载包括一期恒载，二期恒载，活载，温度荷载，支座沉降，预应力，斜拉索的初拉力，混凝土的收缩徐变等。本设计采用桥梁博士3.03软件进行结构分析。
3.7.2计算作用
1、设计作用
永久作用：结构自重，预加力，混凝土的收缩徐变作用，基础变位作用； 可变作用：公路Ⅰ级荷载，温度作用。 2、自重
（1）一期自重：主梁混凝土容重为25.0 KN/m3。
（2）二期自重：二期自重是结构体系完成之后，沥青混凝土铺装和防栏按
均布荷载作用在杆件元上。其中桥面铺装：0.12*23.5*1*24=67.68KN/m 防撞护栏：5 KN/m
合计：q2=67.68+5=72.68 KN/m 3、汽车荷载 （1）设计荷载
公路—I级车道荷载的均布荷载标准值为q=10.5 KN/m；集中荷载标准值PK=360 KN，若计算剪力效应时，中荷载标准值
PK=360KN×1.2=432KN。
（2）横向折减系数
本斜拉桥横向布置设计车道数为4，取横向折减系数0.67。
（3）纵向折减系数：本桥主跨的计算跨径296 m，取桥纵向折减系数为0.97。
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