斜腿刚架桥设计：方案比选及总体尺寸布置

（1）技术先进

桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。

（2）经济合理

经济因素在桥梁的设计中占有重要地位，经济因素应该综合考虑桥梁的设计、施工、造价及综合发展远景及将来的养护和维修等费用。

（3）安全可靠

整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。设计中一定要保证足够的安全系数，确保安全。

（4）耐久适用

桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。

（5）美观协调

桥梁应具有优美的外形，并与周围的环境相协调。

（6）施工方便

 桥梁的设计应该考虑到现在的施工技术条件

此外，斜腿刚架桥还具有以下特点：斜腿刚架桥的支腿做成斜柱式，桥的压力线与拱桥相近，且其外形美观，结构尺寸小，桥下净空大，桥下视野开阔，行车舒适。

斜腿刚架桥的承重结构是梁和立柱整体结合在一起形成的刚架结构，在竖向荷载作用下，梁主要受弯，而在柱脚处具有水平推力，其受力状态界于梁式桥和拱式桥之间，且主梁端部将产生负弯矩，从而减小了主梁跨中的正弯矩，跨中截面尺寸可相应减小。

预应力混凝土斜腿刚架桥具有较大的跨越能力和较高的承载能力，特别跨中梁段能提供轴向力，因此主梁的截面相对较小，可节约工程材料，降低工程造价，且其施工比上承式拱桥方便。

斜腿刚架桥的整体性较好，结构刚度大，因此斜腿刚架桥具有良好的抗震性能。

下面对连续梁桥和斜腿刚架桥两种桥建立midas模型并进行震动分析。三种模型的梁宽均为6.4米，跨度均为7.5+15+7.5三跨结构，具体模型如下图所示：

斜腿刚架桥模型：

连续梁模型：

miads分析结果

斜腿刚架桥各模态的频率与周期：

简支梁桥各模态的频率与周期：

第一模态：

第二模态：

第三模态：

由于地震的频率大约是20hz，由分析结果知斜腿刚架桥主振型频率低于20hz，这使得地震时桥梁不容易发生共振而对结构产生较大破坏，而连续梁模型主振型频率接近20hz，容易使桥梁结构发生共振。此外连续梁桥振动频率远大于斜腿刚架桥，这对结构抗震是不利的。

综上所述，本设计采用斜腿刚架桥。

2、梁型比选

 混凝土梁截面形式主要依据桥梁的跨度、宽度、施工方法、经济技术条件和美观要求综合比选确定，常用的截面形式有板式、肋式和箱形截面三大类。但是由于肋式桥肋的宽度不大，布置钢筋受到限制，在负弯矩区承压面积不大，而且桥型不是很美观，所以比选中不予考虑。

板式截面构造简单、梁高小、造型美观、施工方便，一般情况采用满堂支架法施工，常适用于13米以下跨度的桥。此桥型上部结构经济指标较好，但是抗裂性能差。

箱形截面与板式截面相比顶部和底部有较大的承压面积，能有效抵抗正负弯矩，抗弯刚度大 ；采用闭口截面并设置中横隔梁，抗扭刚度较大；布置纵向钢筋的空间位置多、范围大，方便布筋；外观简洁、美观。因此在各种跨度的桥梁中得到广泛应用。从受力和构造上来看，单箱单室截面受力明确，构造简单，施工方便，节省材料等，因此是桥宽16米以下桥梁的首选。

综上所述，由于本桥垮度小，梁高小，综合考虑经济、技术、施工、美观几个因素后选择板式矩形截面梁。

3、桥墩方案比选

桥墩型式的选择取决于桥上线路或道路条件、通航要求、桥梁所处地理位置、基底土壤的承载能力、梁部结构机施工方法等。常用的桥墩有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和拼装式桥墩。

重力式实体桥墩主要依靠自身重力来平衡外力保证桥墩的稳定，一般用混凝土或片石混凝土砌筑，界面尺寸及体积较大，外形粗大，因此很少用于城市桥梁。

空心式桥墩主要用于建造高桥墩，与实体桥墩相比可以减少20%~50%的垢，但是这种桥墩施工相对复杂。

柱式墩是目前公路桥、铁路桥和立交桥中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身自重、节省垢工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好。

轻型桥墩适用于小跨度、低墩以及三孔以下（全桥长不大于20m）的公路桥梁。轻型桥墩可减少圬工材料，获得较好的经济效益。在地质不良地段、路基稳定不能保证时，不宜采用轻型桥墩。

拼装式桥墩可提高施工质量、缩短施工周期、减轻劳动强度，使桥梁建设向结构轻型化、制造工厂化及施工机械化发展。适用于交通较为方便、同类桥墩数量多的长大干线中的中小跨度桥梁工点。

由于本桥地处北京市，并结合桥梁所处的地理位置及施工的方便性，中间跨拟定采用轻型桥墩，设计成变截面；边跨采用柱式墩，柱身截面设计为矩形。