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毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告 题目题目：增城大桥主桥施工图设计增城大桥主桥施工图设计增城大桥主桥施工图设计增城大桥主桥施工图设计 公路公路公路公路级级级级 课课 题题 类类 别：桥梁工程毕业设计别：桥梁工程毕业设计 学学 生生 姓姓 名：彭涛名：彭涛 学学号：号：200818020113200818020113 班班级：桥梁级：桥梁 08010801 班班 专业（全称专业（全称） ：土木与建筑学院桥梁工程：土木与建筑学院桥梁工程 指指 导导 教教 师：师：田仲初田仲初田仲初田仲初彭涛彭涛彭涛彭涛 20122012 年年 3 3 月月 一、本课题设计的目的：一、本课题设计的目的： 桥梁是一种功能性的结构物，从古至今，人类从未停止过对桥梁美学的追求，很多 桥梁被建成为令人赏心悦目的艺术品，具有鲜明的时代特征，至今仍被人们所赞颂。 随着经济的迅猛发展，四通八达的交通网络变得越来越迫切。这样各种跨河、跨峡 谷、跨海峡以及城市立交桥亟待修建。为了能够迅速地熟悉设计及施工的各项流程， 快 速地适应外部设计环境， 需要我们具备较好的设计能力， 同时在掌握前人技术的基础上， 做到有所创新。毕业设计就能够较好的达到这样的目的。 1. 通过设计，使学生能综合运用所学课程，系统地巩固基本理论和专业知识； 2. 培养分析问题和解决问题的独立工作能力； 3. 提高计算、绘图、查阅文献、使用规范手册和编写技术及计算机辅助设计计算 等基本技能，使学生了解生产设计的主要内容和要求； 4. 掌握大、中型桥梁的设计原则、设计方法和步骤； 树立正确性设计思想以及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风，为桥 梁建设事业服务。 二、设计现状和发展趋势：二、设计现状和发展趋势： 桥梁对于大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代化交通网，对于发展国民经 济、增进民族团结、促进文化交流和巩固国防具有非常重要的意义。 在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为了跨越各种障碍（如河流、 沟 谷或其他道路等） ，必须修建各种类型的桥梁与涵洞，因此桥涵是交通线中的重要组成 部分。随着科技的进步、工业水平的提高、社会生产力的高速发展，人们对桥梁建设提 出了更高的要求。跨越渤海湾、杭州湾、琼州海峡及舟山连岛工程等大型工程已列入规 划建设或运行阶段。 （一）（一）连续梁桥连续梁桥 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、 造 型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用 高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。 为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在 结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生 的拉应力。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。 我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经有了 简支梁、带铰或带挂梁的 T 构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构 体系。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80 年。但是，在桥梁结构中，随着预应力理 论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。 我国自 50 年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有 40 多年的历史，比欧洲 起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、 预 应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工 技术都已达到相当高的水平。 近 20 年来，我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径 90m 的哈尔滨松花江大 桥、跨径 120m 的湖南常德沅水大桥、主跨 125m 的宜昌乐天溪桥、跨径 154m 的云南六 库怒江大桥等。下表是我国目前建成的部分主要大跨径预应力混凝土连续梁桥。 我国已建成的部分主要大跨径混凝土连续梁桥 序号桥名主桥跨径（m）桥址 1南京长江二桥北汊桥90+165*3+90江苏 2六库怒江大桥85+154+85云南 3黄浦江奉浦大桥85+125*3+85上海 4常德阮水大桥84+120*3+84湖南 5东明黄河公路大桥75+120*7+75山东 6风陵渡黄河大桥87*5+87+114*7+87山西 7沙洋汉江大桥63+111*6+63湖北 8珠江三桥80+110+80广东 9宜城汉江公路大桥55+100*4+55湖北 10松花江大桥59+90*7+59黑龙江 虽然我国的预应力混凝土连续梁在不断地发展， 然而与国际先进水平仍存在一定差 距。想要赶超国际先进水平，必须要解决好下面几个问题： 1.发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保 护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。 2.在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用养护调 换不易的大吨位支座。 3.充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结 构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。 通过连续梁、T 型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可以发现：连续刚构 体系的技术经济指标较高。因此，从这个角度来看，连续刚构也是未来连续体系的发展 方向之一。 （二）（二）斜拉桥斜拉桥 第一座现代斜拉桥始建于1955年的瑞典，跨径为182米。 随后,斜拉桥得到了大 量应用和发展,在短短几十年的时间内,跨度由100 m左右跃进到1 000 m以上。斜拉桥能 很快发展在很大程度上是由于改进的结构分析技术和电子计算机的发展。 近几十年来,斜拉桥的设计理论和施工建造都取得了巨大的发展。世界范围内斜拉 桥的数量和跨度不断攀升,至今已建成300 余座,具有代表性的有:1959 年德国Cologne 建成的Severin 桥,跨径302 m ,塔采用A 形,钢索呈放射形,结构为漂浮式,同时考虑了 大跨桥梁的抗震问题。 1962 年委内瑞拉建成的马拉开波桥为第一座混凝土斜拉桥,主跨跨径235 m ,主要 为带挂孔的悬臂体系。随着计算机技术的广泛应用,20 世纪60 年代开始采用密索体系 斜拉桥,从而避免了疏索体系斜拉桥主梁重而配筋多的缺点。 1967 年德国波恩建成的Friedrich2Ebert 桥,跨径280 m ,单索面密索体系,使得结 构的应力分布均匀,充分发挥了材料的潜在性能,为以后的许多斜拉桥作了典范。 斜拉桥 在国外的迅速发展,也引起我国桥梁界的注意。 1975 年在我国的四川云阳县建成的云阳桥,跨径 75.8 m ,为预应力钢筋混凝土公路 斜拉桥,同时也拉开中国斜拉桥的建造历史。我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近 几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如汕头礐石大桥，主跨 518m 武汉 长江第三大桥，主跨 618m。钢箱斜拉桥如南京长江第二大桥南汊桥，主跨 628m； 武汉军山长江大桥，主跨 460m。前几年上海建成的南浦（主跨 423m）和杨浦（主 跨 602m）大桥为钢与混凝土的结合梁斜拉桥。 概括起来,斜拉桥的发展可以分为以下3个阶段: 1) 稀索布置,主梁基本为弹性支撑的连续梁。 2) 中密索布置,主梁既是弹性支撑连续梁,又承受较大的轴向力。 3) 密索布置,主梁主要承受强大的轴向力,同时又是一个受弯构件。 目前斜拉桥 正朝着结构多样化,轻型化的方向发展,主要体现在以下几个方面: 1) 桥面轻型化。近年来,有拉索造价,桥面系重量减少,结构更趋于轻巧和柔性 的方向发展。 在特大跨度斜拉桥中更多地采用叠合梁,从而有效地减轻了桥面系重量,提 高了跨越能力。 2) 塔结构的多样化。早期斜拉桥桥塔多采用钢结构,近年来越来越多地采用混 凝土塔结构。倒“Y”形或钻石形塔可使梁体获得较高扭转自振频率以提高其临界颤振 风速,大跨径斜拉桥多采用这两种类型索塔。 3) 多跨(多塔) 斜拉桥。近年来多跨斜拉桥越来越多地被采用。早期的这种结 构是由Ricardo 设计的马拉开波桥,其结构概念很清楚:即一系列具有足够刚度的索塔 预应力混凝土桁架斜拉索悬臂支撑简支挂梁。 4) 拉索新型化。随着桥梁跨径增大,拉索垂度也增大,而刚度随之降低,因此需 考虑设置辅助索。拉索防护材料现多采用PE 材料外包有色PU 材料防护,同时抑制风雨 振的高阻尼材料和阻尼器也会广泛的应用于斜拉桥上。 （三）（三）悬索桥悬索桥 悬索桥的构思据说来自猴桥，它是有若干强壮的猴子组成一条悬链来让病猴或年老 体衰的猴子通过的桥梁。最原始的人类悬索桥采用植物类的竹子或藤条来制造悬索。 我 国四川省的灌县早在千年之前就出现竹索桥。17世纪开始出现铁链作悬索的桥梁。我国 四川省大渡河上由9条铁链组成的泸定桥是在1706年建成的。到19世纪又发展为采用眼 杆与销铰作悬链的桥梁。 英国1826年建成跨度为177m的麦地海峡桥和1864年建成跨度为 214m的克利夫顿桥都是属于这种形式。 这两座古老的悬索桥至今尚在使用。 利用钢缆绳、 钢绞线和钢丝等现代钢代钢材来制造的悬索桥则基本上是进入20世纪后才开始出现的。 现代悬索桥的发展迄今出现了四次高峰。在第一次与第二次高峰之间的20世纪40年 代，因美国塔科马老桥的风毁事故，大跨度悬索桥的修建停顿了约有10年之久。但在此 期间由于悬索桥的抗风设计引人了风洞试验而使悬索桥的发展在20世纪50年代得到复 苏，并分别在60年代与80年代进入第二次与第三次高峰。进入90年代之后，包括中国在 内的在全球范围内又出现新的建设高峰，即目前的第四次高峰。 三：桥型设计方案三：桥型设计方案 技术标准： 设计荷载：公路-级 桥面总宽：14.75 米 桥梁总长：260m 方案一：预应力混凝土连续钢构桥方案一：预应力混凝土连续钢构桥 （70+120+70) （变截面单箱梁） 施工方法施工方法：悬臂挂篮施工 近年，大跨径预应力混凝土连续刚构桥在我国得到迅速的推广和发展。这种桥梁是 利用中间桥墩的的墩梁嵌固作用和边跨的自重平衡作用， 来共同提高中间主跨的结构刚 度，从而达到扩大主跨跨越能力的目的。它由温度引起的伸缩变形则依靠较高的柔性桥 墩（例如双肢薄壁墩）和在两端桥台上设置活动铰支座来解决。其伸缩量一般较大， 需 要设置专门的伸缩缝装置来满足大变形量和行车平顺的问题。 但是由于该桥有较大的通航要求，并且墩高跨度大，故应当考虑桥墩的防撞问题， 不宜将桥墩做成双肢薄壁墩，因此桥墩缺乏柔性，对减少墩梁整体的温度次内力和混凝 土的收缩徐变内力存在不利影响。 而且随着桥梁投入运营期的增长, 出现了些病害, 这 些病害主要可归纳为跨中下挠和腹板开裂两类。 从设计方面考虑, 跨中下挠原因是, 纵 向预应力束用量偏少, 或有效预应力不足, 结构弹性挠度大, 徐变挠度也大, 结构开 裂, 导致结构刚度低, 产生下挠。腹板开裂的原因是, 计算主拉应力值偏小, 腹板较 薄, 竖向预应力束的有效应力得不到保证。此外，这种桥型在墩梁固结处比较的复杂， 并且截面形式为变截面，故需要较多的设计成本。 该方案具有较强的跨越能力，施工过程比较的简单，而且具有很好的经济性。施工 方法采用悬臂浇注施工，成桥过程不需要进行体系转换，整体的机构性好，除桥台外， 其他地方不要设置伸缩缝，行车舒适安全。 方案二：预应力混凝土连续梁桥方案二：预应力混凝土连续梁桥（变截面单箱梁）（70+120+70） 施工方法施工方法：悬臂挂篮施工 普通钢筋混凝土连续梁桥的使用跨径在 15 至 30m 之间， 但是该方案采用变截面预应 力混凝土连续梁，跨径可以扩大到 100m 以上。这种结构不仅解决了连续梁跨径小的问 题，而且通过高强钢筋对混凝土的预压，充分发挥了高强材料的特性，提高了混凝土的 抗裂性能，使结构轻型化。 方案二中，墩梁固结变成了支座支承，从而允许梁在支座处产生更大位移，而不 需要通过增加墩的柔性来减小温度次内力及混凝土收缩徐变影响。 但是方案二的变截面 将导致截面特性计算的复杂化，将导致超静定次数增加。大跨经预应力混凝土连续梁桥 采用悬臂法施工时，存在墩梁临时固结和体系转换的工序，结构稳定性应予以重视， 施 工较为复杂；此外，主墩需要布置大型橡胶支座，存在养护上甚至更换上的麻烦。施工 过程中，0 号块的施工较为复杂。 连续梁桥不仅拥有了连续刚构桥行车平稳舒适的优点，并且很大程度上解决了温 度次内力和混凝土收缩徐变的影响。在设计计算上也比较的简单。并且连续箱梁桥还具 有刚度大，变形小，抗震能力强，设计与施工经验成熟的优点。 方案三：上承式箱肋拱桥方案三：上承式箱肋拱桥 施工方法：施工方法：缆索吊装 拱桥整体立面图拱桥整体立面图拱桥整体立面图拱桥整体立面图 方案三与同跨径的梁相比，拱的弯矩，剪力和变形都要小的多，但是由于拱圈（或 者肋拱）在合龙前自身不能维持平衡，因而拱桥在施工过程重的难度和危险性要远大于 梁式桥。 方案三的优点：可以就地取材，节省了大量的钢材和水泥；耐久性能良好，维修 养护的费用较少；外形美观，与周围景观协调一致；构造比较的简单，易于设计施工。 但是拱桥由于自重较大，相应的水平推力也增大，增加了下部结构的工程量，并且 对地质条件有很高的要求；由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防 止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，或设置单向推力墩，增加了造 价。 方案比选方案比选 在我国，安全、经济、适用、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。 以桥梁结构的经济性、适用性、安全性、美观性和施工难易程度为考虑因素，综合 考虑个设计方案的优缺点， 从三个合理方案中比选一个最优方案， 作为此次的设计方案。 项目方案一： 预应力砼连 续刚构桥 方案二： 预应力混凝土 连续梁桥 方案三： 上承式箱肋 拱桥 施工方法悬臂挂篮现浇无体系 转换 悬臂挂篮现浇有体系 转换 缆索式起重机吊装预 制块 是否有预应力是是是是否否 结构美观简洁之美简洁之美结构美观性好 结构整体性墩梁固结，全现浇， 施 工缝少， 结构整体性好 墩梁铰结，全现浇， 施 工缝 较少，结构整体 性较好 主拱肋为预制吊装， 施 工缝及湿接缝较多。 结 构的整体较差 混凝土收缩徐变及温 度影响 大大较大较大较小较小 结构抗震性能墩梁之间有较好的相 互约束作用， 抗震性能 一般 墩梁之间铰结约束， 抗 震性较好 主拱肋对墩起不到约 束作用， 桥墩抗震性较 差 墩台圬工数量小中等多 行车舒适性行车很顺行车平顺行车较不平顺 截面特性计算难度主梁变截面，计算复 杂，且 需要考虑墩的 截面抗弯 主梁变截面， 计算复杂等截面箱型， 计算相对 简单 结论结论： 分析比较分析比较：方案一虽然在先期投入较高方案一虽然在先期投入较高，但后期维护较少但后期维护较少，且适用且适用 我国快速发展的要求，具有不可替代的竞争优势。连续钢构具有良好的抗我国快速发展的要求，具有不可替代的竞争优势。连续钢构具有良好的抗 震性能震性能，而且该方案受混凝土收缩徐变及温度的影响较而且该方案受混凝土收缩徐变及温度的影响较小小，综合考虑得出综合考虑得出： ： 方案方案一一（变截面连续（变截面连续钢构钢构桥）为推荐方案。桥）为推荐方案。 四、设计的重点与难点，拟采用的途径四、设计的重点与难点，拟采用的途径：（研究手段） （1）重点： 成桥状态下的结构分析； 预应力钢筋的配置； 不同施工阶段结构的受力情况。 （2）难点： 施工过程的正确模拟； 每阶段预应力筋的张拉及施工过程中预应力损失； 混凝土的收缩徐变。 （3）拟采用途径： 用桥梁计算软件 Midas 准确模拟整个施工过程及成桥状态； 先计算成桥状态下包括二期恒载的内力，确定所需的预应力的大小预应 力钢筋的种类和布置位置，并通过手算和电算的对比，确定合适的状态； 在施工的每一个阶段，充分考虑混凝土的收缩徐变、预应力的损失、温 度 应力及支座的沉降等各方面的因素对成桥的影响。 五、设计（研究）进度计划：五、设计（研究）进度计划： 1第 1 至 4 周熟悉、准备资料，方案比较，拟定推荐方案的结构尺寸 2第 5 至 8 周结构内力、变形计算（电算） 3第 9 周配筋计算 4第 10 至 11 周强度，刚度，稳定性计算 5第 12 至 15 周绘制施工图 6第 16 周中文摘要、外文翻译 7第 17 周小结、整理资料、装订 8第 17 周毕业答辩 六、参考文献： 1JTG B01-2003，公路工程技术标准S北京：人民交通出版社，20