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橋型方案比選
橋型方案比選(參考示例）上
(設計原始資料
1. 地形、地貌、氣象、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、地震烈度等自然情況
（1） 氣象：天津地區(qū)氣候?qū)儆谂瘻貛啙駶櫞箨懶约撅L氣候區(qū)，部分地區(qū)受
海洋氣候影響。四季分明，冬季寒冷干旱，春季大風頻繁，夏季炎熱多雨，雨量集中，秋季冷暖變化顯著。年平均氣溫12.20C，最冷月平均氣溫-40C，七月平均氣溫26.40C。
（2） 工程地質(zhì)：天津地鐵一號線經(jīng)過地區(qū)處于海河沖積平原上，地形平坦，
地勢低平，地下水位埋深較淺，沿線分布了較多的粉砂、細砂、粉土，均為地震可液化層，局部地段具有地震液化現(xiàn)象。沿線地層簡單，第四系地層廣泛發(fā)育，地層分布從上到下依次為人工堆積層、新近沉積層、上部陸相層、第一海相層、中上部陸相層、上部及中上部地層廣泛發(fā)育沉積有十幾米厚的軟土。
a. 人工填土層，厚度5m，?k=100KPa；
b. 粉質(zhì)黏土，中密，厚度15m，?k=150 KPa；
c. 粉質(zhì)黏土，密實，厚度15m，?k=180KPa；
d. 粉質(zhì)黏土，密實，厚度10m，?k=190KPa。
第一章 方案比選
一、橋型方案比選
橋梁的形式可考慮拱橋、梁橋、梁拱組合橋和斜拉橋。任選三種作比較，從安全、功能、經(jīng)濟、美觀、施工、占地與工期多方面比選，最終確定橋梁形式。 橋梁設計原則
1．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、安全通航或通車等要求。建成的橋梁應保證使用年限，并便于檢查和維修。
2．舒適與安全性
現(xiàn)代橋梁設計越來越強調(diào)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(jié)構(gòu)及各部分構(gòu)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。
3．經(jīng)濟性
設計的經(jīng)濟性一般應占首位。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。
4．先進性
橋梁設計應體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁建設的新技術(shù)。應便于制造和架設，應盡量采用先進工藝技術(shù)和施工機械、設備，以利于減少勞動強度，加快施工進度，保證工程質(zhì)量和施工安全。
5．美觀
一座橋梁，尤其是座落于城市的橋梁應具有優(yōu)美的外形，應與周圍的景致相協(xié)調(diào)。合理
的結(jié)構(gòu)布局和輪廓是美觀的主要因素，決不應把美觀片面的理解為豪華的裝飾。
應根據(jù)上述原則，對橋梁作出綜合評估。
梁橋
梁式橋是指其結(jié)構(gòu)在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無水平推力的橋梁。預應力混凝土梁式橋受力明確，理論計算較簡單，設計和施工的方法日臻完善和成熟。
預應力混凝土梁式橋具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石為主，可就地取材，成本較低；2）結(jié)構(gòu)造型靈活，可模型好，可根據(jù)使用要求澆鑄成各種形狀的結(jié)構(gòu)；3）結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性較好，建成后維修費用較少；4）結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度較大，變性較小；5）可采用預制方式建造，將橋梁的構(gòu)件標準化，進而實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；6）結(jié)構(gòu)自重較大，自重耗掉大部分材料的強度，因而大大限制其跨越能力；7）預應力混凝土梁式橋可有效利用高強度材料，并明顯降低自重所占全部設計荷載的比重，既節(jié)省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲勞的能力；8）預應力混凝土梁式橋所采
第一文庫網(wǎng) 用的預應力技術(shù)為橋梁裝配式結(jié)構(gòu)提供了最有效的拼裝手段，通過施加縱向、橫向預應力，使裝配式結(jié)構(gòu)集成整體，進一步擴大了裝配式結(jié)構(gòu)的應用范圍。拱橋
拱橋的靜力特點是，在豎直何在作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且還有水平反力。由于水平反力的作用，拱的彎矩大大減少。如在均布荷載q的作用下，簡直梁的跨中彎矩為qL2/8，全梁的彎矩圖呈拋物線形，而拱軸為拋物線形
的三鉸拱的任何截面彎矩均為零，拱只受軸向壓力。設計得合理的拱軸，主要承受壓力，彎矩、剪力均較小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受壓力的結(jié)構(gòu)，因而可以充分利用抗拉性能較差、抗壓性能較好的石料，混凝土等來建造。石拱對石料的要求較高，石料加工、開采與砌筑費工，現(xiàn)在已很少采用。
由墩、臺承受水平推力的推力拱橋，要求支撐拱的墩臺和地基必須承受拱端的強大推力，因而修建推力拱橋要求有良好的地基。對于多跨連續(xù)拱橋，為防止其中一跨破壞而影響全橋，還要采取特殊的措施，或設置單向推力墩以承受不平衡的推力。由于天津地鐵一號線所建位置地質(zhì)情況是軟土地基，故不考慮此橋型。
梁拱組合橋
軟土地基上建造拱橋，存在橋臺抵抗水平推力的薄弱環(huán)節(jié)。為此采用大噸位預應力筋以承擔拱的水平推力；預應力筋的寄體是系梁，即加勁縱梁，從而以梁式橋為基體，按各種梁橋的彎矩包絡圖用拱來加強。這樣可以使橋梁結(jié)構(gòu)輕型化，同時能提高這類橋梁的跨越能力。這類橋梁不僅技術(shù)經(jīng)濟指標先進、造價低廉，同時橋型美觀，反映出力與美的統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)形式與環(huán)境的和諧，增加了城市的景觀。
斜拉橋
斜拉橋的特點是依靠固定與索塔的斜拉索支撐梁跨，梁是多跨彈性支撐梁，梁內(nèi)彎矩與橋梁的跨度基本無關，而與拉索的間距有關。他們適用于大跨、特大跨度橋梁，現(xiàn)在還沒有其他類型的橋梁的跨度能超過他們。
斜拉橋與懸索橋不同之處是，斜拉橋直接錨于主梁上，稱自錨體系，拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受壓，因此塔、梁均為壓彎構(gòu)件。由于斜拉橋的主梁通過拉緊的斜索與塔直接相連，增加了主梁抗彎、抗扭剛度，在動力特性上一般遠勝于懸索橋。懸索橋的主纜為承重索，它通過吊索吊住加勁梁，索兩端錨于地面，稱地錨體系。
斜拉橋具有施工方便、橋型美觀、用料省、主梁高度小、梁底直線容易滿足通航和排洪要求、動力性能好的優(yōu)點，發(fā)展非常迅速，跨徑不斷增大。但實際跨度不大，此橋型不予考慮。
目前我國城市軌道交通高架橋結(jié)構(gòu)一般考慮簡支梁和連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。簡支梁受力明確，受無縫鋼軌因溫度變化產(chǎn)生的附加力、特殊力的影響小，設計施工易標準化、簡單化；但其梁高較大，景觀稍差，行車條件也不如連續(xù)梁。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)與同等跨度的簡支梁相比，可以降低梁高，節(jié)省工程數(shù)量，有利于爭取橋下凈空，并改善景觀；其結(jié)構(gòu)剛度大，具有良好的動力特性以及減震降噪作用，使行車平穩(wěn)舒適，后期的維修養(yǎng)護工作也較少。從城市美學效果來看，連續(xù)梁造型輕巧、平整、線路流暢，將給城市爭色不少。但連續(xù)梁對基礎沉降要求嚴格，特別是由于聯(lián)長較大，橋上無縫鋼軌因溫度變化而產(chǎn)生的水平力很大，使得梁體與墩臺之間的受力十分復雜，加大了設計難度�？紤]到天津地鐵工程地質(zhì)條件，綜合考慮，采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)作為高架區(qū)間的標準型式。
案經(jīng)濟上比第三方案好；跨徑上滿足要求，景觀與環(huán)境協(xié)調(diào)，比第二方案好；工期上較短，對整個工程進度來說不會受其影響；施工難度較小，針對當?shù)氐刭|(zhì)情況，采用樁基，加強基礎強度。所以選擇第一方案作為首選。
二、梁部截面形式
梁部截面形式考慮了箱形梁、組合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。 連續(xù)單箱梁方案該方案結(jié)構(gòu)整體性強，抗扭剛度大，適應性強。景觀效果好。該方案需
采用就地澆筑，現(xiàn)場澆筑砼及張拉預應力工作量大，但可全線同步施工，施工期間工期不受控制,對橋下道路交通影響較其他方案稍大。
簡直組合箱梁結(jié)構(gòu)整體性強，抗扭剛度大，適應性強。雙箱梁預制吊裝，鋪預制板，重量輕。但從橋下看,景觀效果稍差。從預制廠到工地的運輸要求相對較低，運輸費用較低。但橋面板需現(xiàn)澆施工,增加現(xiàn)場作業(yè)量，工期也相應延長。但美觀較差，并且徐變變形大，對于無縫線路整體道床軌道結(jié)構(gòu)形式來說，存在著后期維修養(yǎng)護工作量大的缺點。
槽型梁為下承式結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是造型輕巧美觀，線路建筑高度最低,且兩側(cè)的主梁可起到部分隔聲屏障的作用，但下承式混凝土結(jié)構(gòu)受力不很合理，受拉區(qū)混凝土即車道板圬工量大，受壓區(qū)混凝土圬工量小，梁體多以受壓區(qū)(上翼緣)壓潰為主要特征，不能充分發(fā)揮鋼及混凝土材料的性能。同時，由于結(jié)構(gòu)為開口截面，結(jié)構(gòu)剛度及抗扭性較差，而且需要較大的技術(shù)儲備才能實現(xiàn)。
T型梁結(jié)構(gòu)受力明確，設計及施工經(jīng)驗成熟,跨越能力大,施工可采用預制吊裝的方法，施工進度較快。該方案建筑結(jié)構(gòu)高度最高，由于梁底部呈網(wǎng)狀,景觀效果差。同時，其帽梁雖較槽型梁方案短些，但較其他梁型長，設計時其帽梁也須設計成預應力鋼筋混凝土帽梁，另外預制和吊裝的實施過程也存在著與其他預制梁同樣的問題。
相比之下，箱型梁抗扭剛度大，整體受力和動力穩(wěn)定性能好，外觀簡潔，適應性強，在直線、曲線、折返線及過渡線等區(qū)間段均可采用，且施工技術(shù)成熟，造價適中。因此，結(jié)合工程特點和施工條件，選擇連續(xù)箱型梁。箱型梁截面圖如下：
三、橋墩方案比選
橋墩類型有重力式實體橋墩、空心橋墩、柱式橋墩、輕型橋墩和拼裝式橋墩。 重力式實體橋墩主要依靠自身重力來平衡外力保證橋墩的穩(wěn)定，適用于地基良好的橋梁。重力式橋墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，街面尺寸及體積較大，外形粗壯，很少應用于城市橋梁。
空心橋墩適用于橋長而谷深的橋梁，這樣可減少很大的圬工。
柱式橋墩是目前公路橋梁、橋?qū)捿^大的城市橋梁和立交橋及中小跨度鐵路旱橋中廣泛采用的橋墩形式。這種橋墩既可以減輕墩身重量、節(jié)省圬工材料，又比較美觀、結(jié)構(gòu)輕巧，橋下通視情況良好。
輕型橋墩適用于小跨度、低墩以及三孔以下（全橋長不大于20m）的公路橋梁。輕型橋墩可減少圬工材料，獲得較好的經(jīng)濟效益。在地質(zhì)不良地段、路基穩(wěn)定不能保證時，不宜采用輕型橋墩。
拼裝式橋墩可提高施工質(zhì)量、縮短施工周期、減輕勞動強度，使橋梁建設向結(jié)構(gòu)輕型化、制造工廠化及施工機械化發(fā)展。適用于交通較為方便、同類橋墩數(shù)量多的長大干線中的中小跨度橋梁工點。
由上面的解釋可知，柱式橋墩是最合適的墩型，與天津地鐵一號線的要求非常吻合。所以選擇柱式橋墩。
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