开题报告_陈诚.pdf

毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 汤仁海大桥施工图设计汤仁海大桥施工图设计 3 3 50m50m 预应力连续箱梁桥预应力连续箱梁桥 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 陈诚陈诚 学学号 号 200818020101200818020101 班班级 级 桥梁桥梁 08010801 班班 专业 全称专业 全称 土木工程 桥梁工程 土木工程 桥梁工程 指指 导导 教教 师 师 袁明袁明 20122012 年年 3 3 月月 汤仁海大桥施工图设计 一 本课题设计 研究 的目的 1 本设计来源于汤仁海大桥实际工程资料 通过完成此次毕业设计来掌握桥梁 结构计算 设计 施工的原理方法 2 巩固 深化 拓宽所学过的基础课程 专业基础课和专业课知识 提高综合 运用这些知识独立进行分析和解决实际问题的能力以及锻炼自己识图能力 从而提高了自己的专业技术素质 3 学会根据实际情况和施工图纸确定施工方案 并对各种可行的施工方案进行 比选 确定最终方案以后再进行优化设计 4 在熟悉资料的同时锻炼搜集有效资料的能力 了解我国有关的建设方针和政 策 正确使用本专业的有关技术规范和规定 熟悉响应的计算软件性能及其操 作使用方法 为未来的工作做好准备 5 通过研究设计过程中桥梁各部分尺寸之间的合理性 在尽量不浪费材料的基 础上 设计出安全 可靠 舒适 合理的桥梁 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 1 各种桥梁的受力特点 1 1 梁桥 受力以收弯为主 通常需用抗弯 抗拉能力强的材料 钢 配筋混凝土 钢 混 凝土组合结构等 来建造 施工一般采用装配 现浇 悬臂 悬浇 悬拼 顶推等 工艺 1 2 拱桥 受力以受压为主 且拱结构在竖向荷载作用下 桥墩和桥台将成承受水平推力 通常选用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土等来建造 常见的施工是缆索吊装 吊 机 支架施工 转体施工等 1 3 刚构桥 桥梁的主要承重结构是 或板 与立柱 或竖墙 整体结合在一起的钢架结构 梁和柱的连接处具有很大的刚性 以承担负弯矩的作用 工程上常采用悬臂 支架 吊装等施工工艺 汤仁海大桥施工图设计 1 4 斜拉桥 塔柱基本上以受压为主 主梁就像一条多点弹性支承 吊起 的连续梁一样工作 主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件 施工常采用悬臂 吊机 顶推等工艺 1 5 悬索桥 主梁以受弯为主 主缆及拉索主要承受拉力 主塔基本上承受压力 根据锚固方 式的不同可以分为自锚式悬索桥和地锚式悬索桥 2 梁桥的发展概况 2 1 发展历史 2 1 1 发展概况 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 变形小 抗震性能好 特别是主梁变形挠曲线平缓 桥面伸缩缝少 行车舒适等优点 预应力混凝土桥梁主要在二战以后 随着 20 世纪三四十年代混凝土振捣工艺 混凝土收缩徐变影响及其数学分析方法的提出 为这类桥型提供了理论基础 且由于 悬臂施工方法的应用 连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展 之后随着随着 悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法的不断改进 完善和推广应用以及材料与设计理论 的不断发展 不仅在跨径上一再突破 而且在结构体系上 百花争艳 使得在跨度 为 40 200 米范围内的桥梁中 连续梁桥逐步占据了主要地位 目前 无论是城市桥 梁 高架道路 山谷高架栈桥 还是跨河大桥 预应力混凝土连续梁都发挥了其独特 的优势 2 1 2 国外预应力混凝土桥梁的发展 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 经过三十余年的迅猛发展 至今已创建了 440m 跨径记录 目前 在规划中的设计方案有突破 500m 跨径记录的趋势 而在实际 的工程实际中 在 400m 以下的跨径范围内 预应力混凝土桥梁已经为优胜的方案 在三十年发展中有几座典型桥例是非常值得关注 1953 年联邦德国建成的胡尔 姆斯 worms 桥跨径已达到 114 2m 采用悬臂浇注法 从而发展了预应力混凝土结 构的一种新体系 T 型刚构 1964 年联邦德国又建成了主跨为 208 m 本道尔夫 ben2doif 桥 成功地表明悬臂法施工方法的优越性 且在结构体系上又有了创新 薄型的主墩与上部连续梁固结 形成带铰的连续 刚构体系 1962 年在委内瑞拉 汤仁海大桥施工图设计 建成的马拉开波 malacaibo 桥 桥全长 8 272 m 其中主桥为斜拉桥 跨径为 160 5 235 160 m 它标志着预应力混凝土对新型结构体系的强有力的适应性 19 世 纪 70 年代 预应力混凝土结构相继应用 成为大跨径预应力混凝土桥梁的主要桥梁之 一 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 1953 年悬臂浇注法成功问世以来 1960 年提出逐孔架设 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 如悬臂浇 注法 应用系梁的悬臂拼装法 渐近架设法 逐孔架设法 逐孔拼装法 下系梁逐孔 浇注法 上系梁逐孔浇注法 又称移动模架法 顶推法等 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 1 3 国内预应力混凝土桥梁的发展 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 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 跨径从开始的 40 70m 到现在已经很容易达到 200m 甚至上 300m 预应力混凝土连续梁的适用范围一般还是在 150m 以内 上述种种因素使得这种 桥型在公路 城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用 目前我国已建成的有代表性的大 跨径公路和城市预应力混凝土连续梁桥有中国重庆 2006 年建成的石板坡大桥 主跨 330 米 它是世界上这类桥梁主跨径第一的桥梁 另有 1997 年建成的虎门大桥辅航 道桥 2008 年建成的苏通大桥辅航道桥 正建设中的云南元江大桥 其主跨径在世 界分别名列 5 到 7 名 表明了中国桥梁的快速发展 汤仁海大桥施工图设计 2 2 2 桥梁结构分析专用软件和 CAD 技术 自 70 年代后期以来 我国桥梁结构分析专用软件和 CAD 技术得到大力开发和应 用 其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以及许多桥梁专用程序 实现设 计 计算 绘图一体化 大大提高了计算精度和速度 特别是用于大量重复计算 局 部应力分析 设计方案优化 大跨径预应力混凝土桥梁的结构分析设计软件开发和推 广应用 适应了我国桥梁建设高速发展的需要 与此同时 计算机技术已被广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控 制 使得成桥后的线型平顺 符合桥梁的纵向设计标高 桥梁结构的受力状态能与设 计计算一致 如常用的 ANSYS MADIS 桥梁博士 SP2000 等 1 Auto CAD 是一个可视化的绘图软件 许多命令和操作可以通过菜单选项和工具按钮等多种 方式实现 而且 Auto CAD 具有丰富的绘图和绘图辅助功能 如实体绘制 关键点编 辑 对象捕捉 标注 鸟瞰显示控制等 它的工具栏 菜单设计 对话框 图形打开 预览 信息交换 文本编辑 图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便 其次它不仅在二维绘图处理更加成熟 三维功能也更加完善 可方便地进行建模和渲 染 另外 AutoCAD 不但具有强大的绘图功能 更重要的是它的开放式体系结构 赢 得广大用户的青睐 2 ANSYS 有限元软件 是一个多用途的有限元法计算机设计程序 可以用来求解结构 流体 电力 电 磁场及碰撞等问题 因此它可应用于以下工业领域 航空航天 汽车工业 生物医 学 桥梁 建筑 电子产品 重型机械 微机电系统 运动器械等 软件主要包括三个部分 前处理模块 分析计算模块和后处理模块 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具 用户可以方便地构造有 限元模型 分析计算模块包括结构分析 可进行线性分析 非线性分析和高度非线性分析 流体动力学分析 电磁场分析 声场分析 压电分析以及多物理场的耦合分析 可模 拟多种物理介质的相互作用 具有灵敏度分析及优化分析能力 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示 梯度显示 矢量显示 粒子流迹显 汤仁海大桥施工图设计 示 立体切片显示 透明及半透明显示 可看到结构内部 等图形方式显示出来 也 可将计算结果以图表 曲线形式显示或输出 3 MIDAS 有限元软件 是针对土木结构 特别是分析象预应力箱型桥梁 悬索桥 斜拉桥等特殊的桥梁 结构形式 同时可以做非线性边界分析 水化热分析 材料非线性分析 静力弹塑性 分析 动力弹塑性分析 为能够迅速 准确地完成类似结构的分析和设计 以填补目 前土木结构分析 设计软件市场的空白 而开发的 土木结构专用的结构分析与优化 设计软件 广泛的适用于钢筋混凝土桥梁 板型桥梁 刚架桥梁 预应力桥梁 联合桥梁 钢箱型桥梁 梁板桥梁 预应力钢筋混凝土箱型桥梁 悬臂法 顶推法 移动支架 法 满堂支架法 大跨度桥梁 悬索桥 斜拉桥 拱桥 大体积混凝土的水化热分 析 预应力钢筋混凝土箱型桥梁 桥台 桥脚 防波堤 地下结构 地铁 通信电 缆管道 上下水处理设施 隧道 工业建筑 水塔 压力容器 电力输送塔 发电厂 以及国家基础建设 飞机场 大坝 港口 4 桥梁博士 桥梁博士系统是一个集可视化数据处理 数据库管理 结构分析 打印与帮助为 一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统 系统的编制完全按照桥梁设计与施工过 程进行 密切结合桥梁设计规范 充分利用现代计算机技术 完全符合设计人员的习 惯 对结构的计算是宁繁勿简 充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况 使用更 方便 计算更精确 同时在数据输入的容错性方面作了大量的工作 使用户不会因一 时的失误而造成不必要的工作损失 自 1995 年投向市场以来设计计算了钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁 刚构 连续拱 桁架梁 斜拉桥等多种桥梁 在设计过程中充分发挥了程序实用性强 可操 作性好 自动化程度较高等特点 对于提高桥梁设计能力起到了很好的作用 但对于悬索桥的设计计算仍有不足 2 3 桥梁施工技术 1 在我国中小跨径的预应力混凝土连续梁桥施工中 除了最古老的支架现浇方 法外 还采用了先简支后连续 顶推法 移动模架逐孔浇筑法 转体施工 移动导梁 逐孔拼装法和梁体预制浮吊安装法等施工技术 下面就几个常用的施工工艺进行介 汤仁海大桥施工图设计 绍 先简支后连续工艺是先预制主梁 待混凝土强度达到设计强度的 100 后 张拉 正弯矩区预应力钢束 同时设置临时支座并安装好永久支座 逐孔安装主梁 置于临 时支座上为简支状态 及时连接桥面钢筋与横梁钢筋 之后连接接头段钢筋 设置接 头钢束波纹管并穿束 在日温最低时浇筑连续接头 中横梁及两侧与顶板钢束同长范 围内的桥面整体化混凝土 达到设计强度的 100 时 张拉顶板钢束并压浆 接头完 成后 由跨中向支点浇筑剩余部分的桥面整体化混凝土 浇筑完成后 拆除一联内的 临时支座 完成体系转换 最后喷洒防水层 安装伸缩装置 进行桥面系施工 悬臂浇筑法是先在主墩上悬臂浇筑混凝土 即形成零号块 在此基础上采用挂篮 分节段浇筑 之后分别完成边跨和中垮的合龙 最后上二期恒载 其中需注意合龙时 结构体系转变引起的变化 顶推施工法常用于等跨和等截面形式的桥梁 从字面上可以看出 这种工艺就是 把预制好的梁段从台座开始在墩上一路 推进 且由于顶推过程中全桥内力处于不 断的变化当中 所以顶推梁的最前端设置自重较轻且具有一定刚度的临时钢导梁 必 要时设置临时墩和临时的预应力钢束 2 平衡悬臂拼装施工法和平衡悬臂浇筑施工法的采用促进了预应力混凝土连续 梁桥的发展 大跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工 根据连续梁桥 的特点 采用逐段平衡悬臂浇筑 先形成 T 构 再逐跨合龙 逐跨释放临时固定支座 完成体系转换 最终形成多跨预应力混凝土连续梁桥 2 4 发展趋势 预应力混凝土连续箱梁桥发展趋势为 减轻结构自重 采用高等级混凝土 且随 着建筑材料和预应力技术发展 其跨径呈增大趋势 中国已建成主跨 330m 的预应力 混凝土连续箱梁桥 但超过这一跨径 也不是太经济的 与此同时 也有上部结构的 轻型化 整体结构的简洁的趋势 既有利于桥梁的施工也增添了桥梁的美观性 总的 说来 桥梁的发展就是新型材料 新型理论的研发以及施工的机械化 高速化及施工 管理的系统化与标准化的改变 以及桥梁设计规范的进一步改进 以迎来桥梁的高速 发展 汤仁海大桥施工图设计 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 现将本次设计初拟的各方案具体比较如下 5 30m 预应力混凝土连 续 T 梁桥 第 方案 3 50m 预应力混凝土等截 面连续箱梁桥 第 方案 10 15m 预应力混凝土简 支空心板 第 方案 经济性 等截面形式 不仅大量节 约模板 加快建桥进度 简易经济 但不能充分利 用截面作用 基础设置量 大 连续梁刚度大 变形小 伸 缩缝少 能充分高强材料的 特性 促使结构轻型化 跨 越能力强 采用空心板截面 不仅能 减轻自重 而且能充分利 用材料 适用性 超静定结构 以受弯为 主 在竖向荷载作用下无 水平反力的结构 它在荷 载作用下 支点截面产生 负弯矩且比跨中弯矩大 但跨径不大时差值不是 很大 箱形截面抗扭刚度大 可以 保证其强度和稳定性 有效 的承担正 负弯矩 桥梁的 结构刚度大 变形小 行车 平稳舒适 各梁受力相对独立 避免 超静定梁的复杂问题 行 车较舒适 施工难易程度 等跨径布置细部尺寸相 同 可以重复利用 模板 预制 施工较为方便 可省去大量施工脚手架 不 中断桥下现有交通 可集中 管理和指挥 高空作业少 施工安全可靠 施工方便 建筑高度小 美观性 全桥线条简洁明快 与周 围环境协调好 线形简洁 比较美观结构简单 较美观 方案比选 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 合考虑各设计方案的优缺点 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 方案 1 5 30m 五跨预应力连续 T 梁桥方案 超静定结构 以受弯为主 在竖向荷载作用下无水平反力的结构 它在荷载作用 汤仁海大桥施工图设计 下 支点截面产生负弯矩且比跨中弯矩大 但跨径不大时差值不是很大 采用等截面 形式 大大简化主梁的构造 主桥面设有伸缩缝 桥面不连续 采用等截面布置 桥 梁的立面协调一致 减少构件模板的规格 施工时 在一侧的桥台后设置预置场 分节段预制 逐段顶推 逐段接长 连续施工工艺 纵断面图 横断面图 方案 2 3 50m 三跨预应力混凝土等截面箱梁 预应力砼充分发挥了高强材料的特性 具有可靠强度 刚度以及抗裂性能 结构 在车辆运营中噪音小 维修工作量小 其施工方法已达到相当先进的水平 工期短效 益明显 伸缩缝少 行车舒适 满足高速行车的要求 再用滑动支座时 连续长度可 增大 温度 砼收缩徐变产生的附加内力较小 且全桥有较好的抗震性能 连续梁内 力的分布较合理 其刚度大 对活载产生的动力影响较小 混凝土收缩徐变引起的变 形也很小 连续梁超载时有可能发生内力重分布 提高梁部结构的承载力 在预应力混凝土连续梁桥的设计中 分跨 主梁高度 横截面形式和主要尺寸的 拟定是方案设计中的关键所在 高跨比一般为 1 15 1 25 在顶推施工的等截面连续 汤仁海大桥施工图设计 梁桥中梁高 H 与顶推跨径 o 之比一般为 1 12 1 17 纵断面图 横断面图 方案 3 10 15m 预应力混凝土简支空心板 采用空心板截面 不仅能减轻自重 而且能充分利用材料 空心板的开孔形式有 单孔和双孔两种 单孔挖空率大 质量小 但顶板需配置横向受力钢筋来承担荷载的 作用 双圆孔施工时可用无缝钢管作芯模 但挖空率小 质量较大 芯模则由两个半 圆和两块测模版组成 当板的厚度改变时 只需改变侧板高度即可 装配式钢筋混凝土空心板桥常用跨径为 6 13m 板厚为 0 4 0 8m 装配式预应力 混凝土空心板适用的跨径为 8 20m 板厚为 0 4 0 84m 空心板的顶板和底板厚度不 应小于 80mm 空洞端部应予填封 以保证施工质量和承载的需要 汤仁海大桥施工图设计 纵断面图 横断面图 推荐方案 综合经济性 适用性 美观性 施工难易程度 我推荐使用第二套方案 方案二 3 50m 三跨预应力混凝土等截面连续箱梁桥 连续梁桥是超静定结构 其结构刚度大 变形小 伸缩缝少 行车舒适 设计计 算方便 跨径不大 主梁受力较简支梁小 行车舒适 构造简单 线形简洁美观 上部结构 等截面预应力混凝土箱梁 基础 采用桩基础 1 设计的重点与难点 重点 1 成桥状态下的结构分析 2 截面的钢筋配置 3 施工过程结构内力和位移的计算 汤仁海大桥施工图设计 难点 1 结构尺寸的合理拟定 2 施工过程结构受力状态的正确模拟 2 拟采用的途径 设计手段 1 正确使用桥梁计算软件 桥博 Midas 等 2 收集参考图 标准图 设计图 3 正确使用规范和手册 技术路线 1 合理选择桥型 正确拟定结构尺寸 2 根据桥型特点和施工条件 设计合理的施工方案 3 用桥梁设计软件准确计算整个施工过程及成桥状态的受力 4 在施工的每一个阶段 充分考虑混凝土的收缩徐变 临时荷载等因素对成 桥的影响 5 计算活载和荷载组合 合理配置钢筋 6 通过适当的手算来检验电算结果的正确性 汤仁海大桥施工图设计 四 设计 研究 进度计划 周次 1 4 结合毕业设计熟悉 准备资料 方案比较 拟定推荐方案的结构尺寸 交方案比选 开题 报告和图纸 周次 4 8 专业文献翻译 推荐方案上部结构设计计算 电算 周次 8 9 配筋计算 周次 9 10 强度 刚度 稳定性计算 进行中期检查 周次 10 13 绘制上部结构施工图 周次 14 15 下部结构计算 并绘制下部结构施工图 周次 15 专题小结 部分同学完成 周次 16 整理 修改资料 汇总成果 准备答辩 周次 17 答辩 周次 17 提交成果 汤仁海大桥施工图设计 五 参考文献 1 JTJ01 97 公路工程技术标准 S 北京 人民交通出版社 1997 2 JTGD62 2004 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 S 北京 人民交通 出版社 2004 3 JTGD60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 4 JTGD60 1985 公路桥涵地基与基础设计规范 S 北京 人民交通出版社 1985 5 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2005 6 范立础 桥梁工程 上 下册 土木工程专业用 M 北京 人民交通出 版社 1993 7 姚林森 桥梁工程 公路与城市道路工程专业用 M 北京