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增城大桥引桥施工图设计 毕业设计毕业设计(论文论文)开题报告开题报告 题目题目： 增城增城大桥大桥引桥引桥施工图设计施工图设计 课课 题题 类类 别：别： 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名：名： 易驹易驹 学学 号：号： 200818020126 班班 级：级： 桥梁桥梁 0801 专业（全称）专业（全称）: 土木工程土木工程(桥梁工程桥梁工程) 指指 导导 教教 师：师： 田仲初、彭涛田仲初、彭涛 2012 年年 6 月月 增城大桥引桥施工图设计 1 方案拟定与比选 1.1 本课题设计（研究）的目的: （1）通过毕业设计使学生综合运用所学课程，系统地巩固基本理论和专业知识； （2）培养学生分析问题和解决问题的独立工作能力； （3）通过桥梁毕业设计，熟练掌握 WORD、EXCEL、AUTOCAD、MIDAS CIVIL、桥梁博士等 有限元软件的基本操作； （4）通过桥梁毕业设计,使学生运用所学的课程,系统地训练,以便掌握桥梁的基本理 论,基本知识,计算的基本方法； （5）通过桥梁毕业设计,不断提高计算绘图,查阅文献,使用桥梁规范和设计手册,填写 技术文件,运用电脑等基本技能,树立正确的设计思想,逐步掌握设计原则,设计方法,设计步 骤； （6）掌握设计原则、设计方法、步骤，提高计算、绘图、查阅文献、使用桥梁规范手 册和编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能，从而深入了解公路桥梁在桥梁方案比 选、结构计算及施工架设等方面的设计规范、计算方法及设计思想等内容和要求，为毕业后 从事桥梁技术工作打好基础； （7）树立正确的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； （8）学习查阅外文文献并对其进行翻译； （9）熟悉论文的标准格式； （10）掌握各种规范之间的区别； （11） 提高桥梁结构分析的分析能力和运用电算的能力， 提高利用计算机辅助设计水平， 对利用大型商业软件解决工程实际问题有所了解和接触； （12）在设计过程中学习自行编辑计算程序，完成一项或多项目结构辅助设计的工作； （13）掌握各种桥型的区别。 增城大桥引桥施工图设计 1.2 本课题设计的工程使用要求： 增城大桥的主要技术标准如下： （1）设计荷载：公路-级； （2）桥梁全长：桥梁全长 890m，包括主跨 170m。本桥跨京杭古运河，为级航道，主 跨采用 45+80+45m 预应力连续箱梁； （3）桥面宽度：每幅 17.0m，每幅横向布置为 0.5m（防撞护栏）+15.5m（行车道）+1m （防撞护栏） ； （4）地震烈度：度，按度设防。 在大致了解了这次毕业设计的主要目的和工程使用要求后，我开始着手我的任务了， 增城大桥引桥施工图设计是我本次毕业设计的题目， 考虑到这是大学期间最重要也是最艰难 的一项任务，它不再是简单的各门单独的课程，而是要将以前学习过的所有东西都要综合运 用起来，所以，在开始前，我就先在思想上做好最困难的准备。自从老师下发毕业设计任务 书和桥位处地址断面图等开始，我就开始查阅文献材料，熟悉各种建筑材料的性能，施工方 法的利弊，各种桥型的优缺点及其适应跨径等等，阅读熟悉使用规范，目的就是为了能够找 到最适合此桥的设计方案。 在综合了本桥的设计标准、地理位置以及施工环境等综合因素，考虑到是引桥，经过慎 重考虑后，最终决定采用预应力混凝土简支变连续 T 梁桥作为本次毕业设计的桥型，首先了 解一下连续梁桥的一些基本概况和大概特点。 增城大桥引桥施工图设计 2 梁桥设计现状和发展趋势 2.1 预应力混凝土简支梁桥 2.1.1概述 梁桥是我国古代最普遍、最早出现的桥梁，古时称作平桥。它的结构简单，外形平直， 比较容易建造。把木头或石梁架设在沟谷河流的两岸，就成了梁桥。早在原始社会时，我国 就有了独木桥和数根圆木排拼而成的木梁桥。战国时期，单跨和多跨的木、石梁桥已普遍在 黄河流域及其他地区建造。1972年，在春秋战国时期齐国的京城山东临淄的考古挖掘中，首 次发现了梁桥的遗址和桥台遗迹，两处桥梁的跨径均在八米左右。北魏郦道元水经注记 录了在山西省汾水上有一座始建于春秋时期晋平公时的木柱木梁桥。桥下有30根柱子，每根 柱子直径五尺。这是见于古书记载的最早的一座桥。 简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型。它由一根两端分别支撑在一个 活动支座和一个铰支座上的梁作为主要承重结构的梁桥。属于静定结构。其构造简单，假设 方便，结构内力不受地基变形，温度改变的影响。它的特点是外形简单，制造方便，横向横 隔梁联结，整体性也较好。在多孔简支梁桥中，相邻桥孔各自单独受力，便于预制、假设、 简化施工管理，施工费用低，因此在城市高架、跨河大桥的引桥上被广泛采用。 2.1.2 预应力混凝土简支梁桥的现状 我国自五十年代中期开始修建预应力混凝土梁桥,至今已有五十多年的历史,比欧洲起 步晚,但近二十年来发展迅速,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。为减少伸缩缝装置，改善行车舒适，国内目前常采用桥面连续的预应力混 凝土简支梁桥。 这类桥梁一般采用整体现浇、预制装配两种不同的方式进行施工；主要截面形式有 型、T型、箱形；适合跨径为20-50m,主梁间距为1.8-2.5m,h=（1/14-1/25）l,b=0.18-0.20； 主梁梁肋厚度在满足抗剪要求下可以适当减薄，但梁肋太薄混凝土不易振捣密实；梁桥分块 一般要考虑起吊能力、接缝在应力最小处、接头少施工方便、便于安装和标准化。 2.1.3预应力混凝土简支T梁桥实例-郑州黄河公路大桥 郑州黄河公路大桥是国道北京至深圳，省道郑州至滑县，郑州至常平路线的枢纽，南 增城大桥引桥施工图设计 起郑州市花园口，离市区约10公里，北抵新乡市原阳县桥北刘奄村，全长5549.86米，是 目前全国最长的公路桥梁，国道南北交通大通道跨越母亲河的特大桥。党和国家领导人一 直对该桥建设极为重视，彭真、 李鹏等先后到施工现场视察过，邓小平同志亲笔题写了“郑 州黄河公路大桥”桥名，大桥建成后对促进中原地区经济发展，提高黄河南北运输能力有 着极其重要的意义。 图1：郑州黄河公路大桥 郑州黄河公路大桥南接郑花公路，北连郑新公路，是京广公路干线上的咽喉。1984年7 月5日开工，1986年9月17日竣工，10月1日正式通车。按设计竣工日期提前1年零9个月。经 国家鉴定验收完全符合设计要求， 被评为优质工程。 整个大桥设计流量 （三百年一遇） 为36000 立方米/秒，相应水位94.78米（黄海高程） 。核算流量，黄河花园口防洪标准46000立方米/ 秒，相应水位95.47米。正桥面总宽18.5米，行车道宽16米，两侧人行道宽各1米。南引桥面 宽19.5米，行车道宽16米，两侧人行道宽各1.5米。桥型上部构造为预应力混凝土筒支梁， 桥面每140250米设一伸缩缝，以伸缩缝为分界线，计25联。下部构造为钻孔灌柱桩基础， 框架式桥台，双柱式桥墩。桥孔布局137孔。全桥共圬工体积为14万多平方米。因大桥地处 郑州黄河处，故名“郑州黄河公路大桥。 ” 2.2 预应力混凝土连续梁桥 2.2.1 预应力混凝土连续梁桥的现状 预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种,它具有整体性能好、结构刚度大、变形 增城大桥引桥施工图设计 小、抗震性能好,特别是主梁变形挠曲线平缓,桥面伸缩缝一般仅设二道,具有行车舒适等一 系列优点。加上这种桥型的设计施工较成熟, 施工质量和施工工期能得到有效控制,成桥后 养护工作量小等上述种种因素使得这种桥型在我国公路、 城市和铁路桥梁工程中得到广泛采 用。另外，预应力混凝土连续梁的适用范围一般在 150m 以内,特别适合中小型桥梁。 2.2.2 预应力混凝土连续桥梁的发展趋势 预应力混凝土桥梁一跃上桥梁建设的历史舞台,就显示出它强大的竞争能力,从50 年代 创建了突破了 100m 的跨径记录,经过五十余年的迅猛发展,至今已创建了各种大跨径的连 续梁桥。 预应力混凝土桥梁的高速发展是取决于材料与预应力技术的先进水平,设计理论的日 益完善和计算机技术的发展,桥梁方案的竞争能力更加取决于现代化施工技术水平的提高, 桥梁造价的降低。自 1953 年悬臂浇注法成功问世以来,1960 年又提出逐孔架设法,1962 年 又发展了顶推法,如同三公路 1988 建成哈尔滨至省界二级公路拉林河大桥上部采用顶推法 施工,同年在悬臂浇注法不断完善的基础上又发展了悬臂预制拼装法。至 70 年代,这些方法 在具体桥梁工程的应用上各自又有了不断的革新。方法如:A、悬臂浇注法；B、应用系梁的 悬臂拼装法；C、渐近架设法；D、逐孔架设法；E、逐孔拼装法；F、下系梁逐孔浇注法；G、 上系梁逐孔浇注法( F、G 又称移动模架法)；H、顶推法。其中，适应性最大,应用最广泛的 是悬臂施工法(包括悬臂浇注法与悬臂拼装法)。 2.2.3 预应力混凝土连续梁桥受力特点 如图 2 所示：悬臂梁与连续梁的受力情况比较图。从图 b 可以看出，连续梁在恒载作 用下，由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，其弯矩图形与同跨悬臂梁相差不 大，如悬臂梁的悬臂长度恰好与连续梁的弯矩零点位置相对应，则图 a 与 b 的弯矩图就完全 一样。然而，从图 c 可以看出，连续梁在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正 弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布要比悬臂梁合理。 增城大桥引桥施工图设计 图 2 2.2.4预应力混凝土连续梁桥实例-猴子石大桥 猴子石大桥又叫南大桥、湘江三桥，位于湖南省长沙市南郊公园南侧，属于预应力混凝 土连续梁桥。桥梁全长 1389.62m，主跨组合为 66m+3*88m+66m, 桥面宽 27m，其中机动车道 为双向六车道 18m，两侧非机动车道各 2.5m，两侧人行道各 2m。大桥的桥面铺设采用的都 是进口改性沥青，因此从通行角度来看这座大桥显得更为平整，在大桥的东西两头承建方还 设置了大型绿化广场。大桥的桥台呈现的形状是“V”字形，属于桥梁施工过程中的一重大 突破。 “猴子石”大桥的桥柱高度是从桥中心位置依次朝着两边递减，这样既保证了船只在 河流中正常通航又能够缩短工期节约成本。 图 3 总体布置图（尺寸单位：cm） 增城大桥引桥施工图设计 2.3 先简支后连续 T 型梁桥 2.3.1 先简支后连续梁桥受力特点 图四：连续结构示意图 传统的简支梁桥在梁衔接处通常设置成桥面连续,在行车荷载作用下极易出现破坏,造 成桥面铺装出现早期裂缝,使桥面铺装使用寿命降低而极大地增加了桥梁的维修费用,同时, 简支梁跨中弯矩较大致使梁的截面尺寸和自重显著增加,需要耗用材料多, 造价较高。传统 的连续梁结构复杂,同时不利于预制安装施工, 而往往采用支架现浇以致于造价昂贵且工期 较长。 新型的先简支后连续梁桥刚好克服了以上两种桥梁的缺点,发挥了他们的优点:结构较 简单,施工方便,有利于采用工业化大规模预制生产并用现代化的起重设备进行安装,大大节 约了现浇用的模板支架等材料,降低了劳动强度,缩短工期,同时,桥面无断点,行车舒适且支 点负弯矩的存在使跨中正弯矩明显减少而减少材料用量及结构自重,从而达到材料最省,造 价最低,工期最短,寿命最长的最优效果。 2.3.2 简支梁桥与先简支后连续梁桥的受力分析比较 图5：简支梁剪力图和弯矩图 增城大桥引桥施工图设计 图6：连续梁剪力图和弯矩图 假设梁未受外荷载的作用而按均布荷载考虑， 作简支梁和先简支梁后连续梁的剪力图和 弯矩图。如图5、图6比较简支梁和先简支后连续梁的剪力图和弯矩图可知,简支梁支座处剪 力最大, 跨中弯矩最大；先简支后连续梁剪力和弯矩(负弯矩)最大的位置均在两梁衔接处 (支座处)即现浇段湿接头处, 因此, 现浇段湿接头承受着最大的剪力和最大的弯矩为先简 支后连续梁的危险截面。 增城大桥引桥施工图设计 3 设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段） 3.1 设计途径 3.1.1 方案拟定阶段和英文文献翻译阶段 根据已有的水文地质资料， 确定河床断面图、 确定总跨径、 确定桥型、 进行桥梁的分孔、 基础以及墩台的形式确定、桥梁横断面设计、上下部构造主要尺寸的拟订、桥面基础以及墩 台标高的确定。根据设计任务要求，依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地 形条件，经初选后提出了 630 米预应力混凝土先简支后连续 T 型梁连续梁桥、360 米预 应力混凝土连续箱梁梁桥、 445米预应力混凝土先简支后连续T型连续梁桥三个比选桥型。 按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则，比较三个方案的优缺点。比选后把 445 米预应力混凝土连续 T 梁梁桥作为主推荐设计方案，进行了结构细部尺寸拟定。另外参考并 翻译了外文资料。 3.1.2 计算阶段 3.1.3 确定 T 型截面尺寸，确定桥梁平面布置和立面布置。 3.1.4 主梁作用效应计算 3.1.5 预应力钢束的估算与布置 3.1.6 预应力损失及有效预应力计算 3.1.7 配束后主梁内力计算及内力组合 3.1.8 车辆荷载和人群荷载内力计算 3.1.9 验算阶段 运用常规的超静定混凝土桥梁分析程序计算结构内力及变形，布置预应力钢筋，进行正 常使用极限状态的截面设计与检核。进行应力验算、抗裂验算、变形验算、稳定性验算。检 验设计理论计算的最终检验，如果有一项验算不合格，就必须返回到尺寸拟定阶段，重新拟 定尺寸。 3.1.10 施工图绘制 采用 CAD 绘制梁的一般构造图，配筋图，预应力筋图，施工方案图。 3.1.11 设计计算书的编写阶段 3.2 设计重点 增城大桥引桥施工图设计 方案一：630 米预应力混凝土先简支后连续 T 梁梁桥 采用等截面 T 梁作为主梁，采用先简支后连续的施工工艺，具体优势已经在此报告的第 二部分进行了粗略介绍。30m 预应力 T 梁可以先进行预制，再进行桥面吊装，不过由于桥距 离地面很低，不足十米，亦可采用满堂支架现浇施工方案。据钻探揭示，桥趾处地基稳定， 无不良地质现象。通过水文分析，地下水对混凝土无侵蚀性。基岩埋置较深，因此全桥桥墩 基础均采用钻孔灌注摩擦桩，双柱式 D180 厘米桩基伸出地面直接接盖梁，桩基中央设系梁。 以上具体尺寸，请见附于其后的“630 米简支变连续预应力混凝土 T 梁梁桥桥型布置 图”。 图 7 方案比选（一） 方案二：360 米预应力混凝土连续箱梁梁桥 预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力的结构。大桥 采用等截面箱梁作为主梁，三跨等跨布置。全桥连续，通车舒适，整体性好，利于抗震。连 续梁桥施工一般有顶推施工法，支架施工法，移动模板施工法，逐孔架设施工法。但此桥只 有三跨且桥距地面很低，故采用满堂支架现浇施工方案更为经济方便。据钻探揭示，桥趾处 地基稳定，无不良地质现象。通过水文分析，地下水对混凝土无侵蚀性。基岩埋置较深，因 此全桥桥墩基础均采用钻孔灌注摩擦桩，双柱式 D200 厘米桩基（桥台处 D180 厘米）伸出地 面直接接盖梁，桩基中央设系梁。 以上具体尺寸，请见附于其后的“360 米预应力混凝土连续梁桥桥型布置图” 。 增城大桥引桥施工图设计 图 8 方案比选（二） 方案三：445 先简支后连续 T 型连续梁桥 采用等截面 T 梁作为主梁，采用先简支后连续的施工工艺，具体优势已经在此报告的第 二部分进行了粗略介绍。45m 预应力 T 梁先进行预制，再进行桥面吊装，不过由于桥距离地 面很低，不足十米，亦可采用满堂支架现浇施工方案。据钻探揭示，桥趾处地基稳定，无不 良地质现象。通过水文分析，地下水对混凝土无侵蚀性。基岩埋置较深，因此全桥桥墩基础 均采用钻孔灌注摩擦桩，双柱式 D180 厘米桩基伸出地面直接接盖梁，桩基中央设系梁。 图 9 方案比选（三） 增城大桥引桥施工图设计 以上具体尺寸，请见附于其后的“445 米简支变连续预应力混凝土 T 梁梁桥结构尺寸 图” 。 3.3 设计难点 3.3.1 截面几何特性计算 (1)计算方法：手算时可以用分块面积法；电算时既可用分块面积法，也可以用节线法。 (2）计算内容：毛截面的面积、重心轴的位置、毛截面对重心轴的惯性矩。 3.3.2 主梁内力计算 (1)依据桥梁电算程序(按是否考虑施工选定相宜的程序)，确定桥梁计算图式，计算网 络图，分析结构几何特性，分别对自重作用、墩台沉降（连续梁桥采用不均匀沉降 10mm） 、 温度影响（桥位处的年平均气温）方面进行内力计算。在设计计算过程需要参照规范和不同 的计算方法进行理论计算，计算量比较繁琐庞大，必须仔细准确得去理解计算。 (2)荷载横向分布系数计算:在横向分布影响线上用规范规定的车轮横向最不得位置加 载，计算主梁的最大影响量，得到主梁的横向分布系数。有了主梁的荷载横向分布影响线， 就可以在桥的横截面上布置最不利的车辆位置，计算主梁的最大影响量，即该主梁受荷载的 最大值。 (3)恒载内力计算:各期荷载集度可看做均布荷载；恒载内力：用荷载集度与内力影响线 面积相乘即得。 (4)活载内力计算:汽车荷载在求主梁内力时均作为集中力，用影响线加载计算。 (5)内力组合:按规定进行荷载组合。 3.3.3 预应力混凝土结构的配筋计算 根据桥涵设计规范规定，预应力梁应满足截面应力的要求和承载力的要求。可以根 据这些要求估算截面上预应力筋的数量。一般以荷载作用下截面的应力条件进行配筋。 3.4 方案比选 以上三个方案的主要优缺点比较，如下表所示，最终选出 445 米预应力混凝土先简 支后连续 T 梁梁桥方案做为增城大桥引桥的设计方案。 增城大桥引桥施工图设计 表二表二 方案比选方案比选 630 米预应力混凝土 先简支后连续 T 型连续 梁桥方案 360 米预应力混土 连续箱梁梁桥方案 445 米预应力混凝土 先简支后连续 T 型连续 梁桥方案 经济性 上部结构采用简明的 T 梁结构， 易于预制安装， 模板少，造价低；下部 结构采用扩大基础，成 本较低。 后期维护较多， 伸缩缝装置更换难度大 而昂贵。 采用满堂支架施工，相 对于现浇造价高。工期 长。 上部结构采用简明的 T 梁结构，易于预制安装， 模板少，造价低；下部 结构采用扩大基础，成 本较低。后期维护较多， 伸缩缝装置更换难度大 而昂贵。 适用性 预制吊装简单方便，桥 面连续处注意处理，工 期较短。全桥连续，面 连续，通车顺适。适用 于小跨度桥梁。 现场支架施工简单方 便，工期较短。全桥连 续，通车舒适，整体性 好，利于抗震。跨越能 力好。截面抗扭刚度 大，结构在施工与使用 过程中都具有良好的 稳定性。 预制吊装简单方便，桥 面连续处注意处理，工 期较短。全桥连续，面 连续，通车顺适。 安全性 先预制 T 梁，再进行吊 装及负弯矩束的张拉， 整个过程机械化程度 高，安全性较高。 全桥跨度适中，满堂支 架现浇施工能安全的 建成，但在施工过程中 要注意落物，质量可 靠。行车平顺舒适,但 整体对地基的要求较 高，在主墩处容易出现 裂缝。 先预制 T 梁，再进行吊 装及负弯矩束的张拉整 个过程机械化程度高安 全性较高。 美观性 全桥线条简洁明快，桥 型美观。 全桥线条简洁明快，与 周围环境协调好，桥型 美观。 全桥线条简洁明快，桥 型美观。 其实 3 种设计方案都各有各的优势，不过相比较而言，我更倾向于第三个方案，因为新 型的先简支后连续梁桥不仅克服了传统的连续梁结构复杂,同时不利于预制安装施工, 而往 往采用支架现浇以致于造价昂贵且工期较长的缺点，且施工工艺目前为止较成熟同时,桥面 无断点,行车舒适且支点负弯矩的存在使跨中正弯矩明显减少而减少材料用量及结构自重, 从而达到材料最省,造价最低,工期最短,寿命最长的最优效果。而简支变连续 T 梁桥的一般 跨径在 30m-50m 是最经济， 综合各方面的因素， 最终舍弃第一个方案， 选择第三个方案， 4*45m 简支变连续方案。 增城大桥引桥施工图设计 4 设计（研究）进度计划 4.1 方案拟定及专业英文文献翻译阶段（第 1-4 周） (1) 熟悉毕业设计的任务和要求、调研、撰写开题报告、准备好上机条件。 （第 1-2 周） (2) 收集资料、方案必选、拟定推荐方案的结构尺寸、交比选方案报告和方案图纸（第 2-4 周） 。 （3）专业英文文献翻译。 （第 3-4 周） 4.2 计算阶段（第 5-12 周） (1) 推荐方案上部结构设计计算、电算。 （第 5-9 周） (2) 配筋计算。 （第 10-11 周） (3) 下部结构设计计算。 （第 11-12 周） 4.3 验算阶段（第 12-13 周） (1) 强度、强度、稳定性。 （第 12-13 周） 4.4 绘制施工图。 （第 13-15 周） 4.5 设计计算书的编写阶段。 （第 16 周） 4.6 设计结尾阶段（第 17-20 周） (1) 整理资料、汇报成果、准备答辩。 （第 17 周） (2) 答辩。 （第 18-20 周） 增城大桥引桥施工图设计 参